Лунная силовая установка
Полезная модель относится к космической технике и предназначена для производства электроэнергии на Луне или ином небесном теле лунного типа. Технической задачей является упрощение конструкции, повышение надежности и эффективности.
Установка содержит котел 1, закрепленный на камере 2. Камера установлена на опоре 3, размещенной в заглублении 8 в лунном грунте в зоне вечной мерзлоты. Камера 2 разделена на две секции. Турбина 7 размещена в верхней секции камеры, которая соединена с выходом котла. Секция 6 камеры, являющаяся конденсатором, соединена через конденсатный насос со входом котла 1. Электрогенератор 9 связан с турбиной 7.
При нагревании котла солнечной радиацией жидкость в котле превращается в пар, который вращает турбогенератор. Отработанный пар конденсируется в холодной секции 6 (холод обеспечивает вечная мерзлота) и перекачивается обратно в котел, который оборудован следящим за солнцем приводом.
1 осн. п-т формулы, 2 илл.
Предлагаемая полезная модель относится к космической технике и может быть использована для электроснабжения станций на Луне или ином небесном теле, вращающемся вокруг Солнца.
Известна космическая силовая установка, предназначенная для электроснабжения орбитальных спутников (см. патент США №5419135, 1995). Указанная установка включает двухконтурный котел-испаритель, блок турбогенератора и блок конденсатора, содержащий трубчатый теплообменник.
Наиболее близкой к предлагаемой полезной модели является лунная теплоэнергетическая установка по заявке №2006116337/06, F01K 11/02,-прототип, опубликовано 27.11.2007, бюл. №33. Данная установка содержит паровой котел, установленный на герметичной камере, нижняя часть которой заглублена в лунный фунт. Камера разделена на два отсека при помощи перегородки, имеющей канал для отработанного пара. В верхнем отсеке смонтирована паровая турбина. Нижний отсек служит конденсатором для отработанного пара. Турбина связана с помощью промежуточного вала с электрогенератором, установленным на подвижной опоре снаружи заглубления в лунном грунте.
К недостаткам прототипа следует отнести его громоздкость, вызванную сложностью кинематической связи между турбиной и электрогенератором, который при этом подвергается воздействию солнечной радиации, что ухудшает условия работы, снижает надежность и эффективность.
Технической задачей является упрощение конструкции, повышение надежности и эффективности лунной силовой установки.
Технический результат достигается тем, что в лунной силовой установке, содержащей электрогенератор, кинематически связанный с турбиной, котел для испарения рабочего тела, камеру, установленную в заглублении в лунном грунте, имеющую нижнюю и верхнюю секции, причем турбина размещена в верхней секции, нижняя секция выполнена из теплопроводящего
материала и установлена в зоне вечной мерзлоты лунного грунта, при этом электрогенератор закреплен на камере. Установка характеризуется тем, что электрогенератор прикреплен к боковой стенке камеры с возможностью расположения вала якоря соосно с валом турбины.
Конструкция полезной модели поясняется чертежами, на которых показано: фиг.1 - общий вид установки, фиг.2 - вид А-А по фиг.1.
В конкретном примере установка содержит котел 1, закрепленный на камере 2, которая установлена на поворотной опоре 3. Камера разделена при помощи перегородки 4 на верхнюю 5 и нижнюю 6 секции, которые сообщаются через канал «б» в перегородке. Турбина 7 размещена в секции 5. Секция 6, выполненная из теплопроводящего материала, закреплена на опоре 2, которая установлена в заглублении (погребе) 8, выполненном в лунном грунте в зоне вечной мерзлоты (около 1 метра).
Электрогенератор 9 прикреплен к стенке камеры 2 соосно турбине 7. При этом цапфа оси якоря и цапфа оси турбины связаны между собой накоротке известным соединением (например, шлицевым). Котел 1 закреплен на трубчатых стойках 10, 11 с возможностью поворота вокруг горизонтальной оси при помощи трубчатых шарниров 12, 13. Котел имеет входной патрубок 14 и выходной патрубок 15. Патрубок 14 соединен через конденсатный насос 16 с секцией 6 камеры. Патрубок 15 соединен через стойку 11 с секцией 5. Котел выполнен с вогнутой зачерненной поверхностью для концентрации и лучшего поглощения солнечной радиации. На противоположных краях котла установлены фотодатчики 17. Длинными стрелками показан ход конденсата, короткими - ход пара. Стрелка «С» указывает направление на Солнце. Приводы поворота котла и опоры управляются аппаратурой автоматики (не показано)
Работа установки основана на использовании местного перепада температур (от +130°С днем до - 170°С ночью), имеющегося на поверхности Луны (см. Физика космоса, под ред. Сюняева Р.А., «Советская Энциклопедия»,
М., 1986,с 348). По этой причине в лунном грунте, начиная с некоторой глубины (около 1 м), существует вечная мерзлота.
Лунная силовая установка работает следующим образом. Если нормаль «С» к поверхности котла 1 направлена не на Солнце, то фотодатчики 17 на противоположных краях освещены с различной интенсивностью. Тогда в аппаратуре автоматики появляется разностный сигнал, который включает приводы поворота опоры 3 и котла 1. При этом поверхность котла поворачивается в двух плоскостях, пока фотодатчики 17 не будут освещены одинаково. Тогда автоматика зафиксирует котел в положении, когда его вогнутая поверхность поглощает максимум солнечной радиации с коэффициентом поглощения около 100%. Если серый лунный грунт способен нагреваться до +130°С, то можно ожидать, что зачерненная вогнутая поверхность труб нагреется до 300-400°С. При таких условиях рабочим телом в котле может служить обыкновенная дистиллированная вода.
Через некоторое время жидкость в котле закипает. Рабочий пар выходит через патрубок 15, проходит по трубе 11 и поступает в отсек 5 кожуха, где установлена турбина 7. Бьющий из сопла пар вращает турбину, которая передает крутящий момент электрогенератору 9. Вращающийся генератор 9 заряжает стационарную аккумуляторную батарею, к которой подключаются конечные потребители (не показано). Отработанный пар проходит через канал «б» в отсек 6, который имеет низкую температуру благодаря контакту (через опору 3) с мерзлым лунным грунтом в погребе 8. Пар быстро превращается в конденсат, который стекает на дно. После включения насоса 16 конденсат перекачивается через трубу 10 и патрубок 14 в котел 1. Перемещаясь по трубам котла, раскаленным солнечной радиацией, жидкость быстро закипает. Рециркулированный пар выходит через патрубок 15 и снова попадает в отсек 5, поддерживая вращение турбины 7.
Новым в предлагаемой установке является выполнение корпуса отсека 6 из теплопроводящего материала и закрепление электрогенератора непосредственно на камере практически в холодном погребе. При этом упрощается
конструкция и повышается надежность установки, поскольку в предлагаемой схеме якорь электрогенератора напрямую связан с валом турбины, а сам электрогенератор работает в условиях с естественным охлаждением. Если рабочим телом служит вода (а это возможно для лунной установки), то мощность предлагаемой силовой установки намного превосходит мощность генератора по патенту США №5419135, использующей жидкий гелий, поскольку гелий намного уступает воде по теплоемкости и удельной теплоте парообразования. Предлагаемая силовая установка будет полезна на лунном руднике для добычи изотопа гелия-3, о строительстве которого в зарубежных СМИ сообщают как о вопросе решенном.
Возможно использование предлагаемой полезной модели также на ином небесном теле, получающем достаточное количество радиации от Солнца (например, на Меркурии).
Описанное выше устройство, отвечающее критериям новизны и промышленной применимости, предлагается к правовой защите патентом на полезную модель.
1. Лунная силовая установка, содержащая электрогенератор, кинематически связанный с турбиной, котел для испарения рабочего тела, камеру, установленную в заглублении в лунном грунте, имеющую нижнюю и верхнюю секции, причем турбина размещена в верхней секции, отличающаяся тем, что нижняя секция выполнена из теплопроводящего материала и установлена в зоне вечной мерзлоты лунного грунта, при этом электрогенератор закреплен на камере.
2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что электрогенератор прикреплен к боковой стенке камеры с возможностью расположения вала якоря соосно с валом турбины.
