ТЕПЛОВОЙ ГРАВИТАЦИОННО-МЕХАНИЧЕСКИЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 1994 года по МПК F03G7/06 

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к электромеханическим двигателям, в которых используются тепловые и гравитационно-механические эффекты, может быть использовано в электробытовой технике. Преимущественная область применения - тихоходные устройства малой мощности.

Известен тепловой двигатель, включающий корпус, в котором расположен цилиндрический ротор [1].

Известен тепловой двигатель, включающий корпус, ротор с зонами нагрева и охлаждения [2].

Однако данные двигатели имеют невысокий коэффициент полезного действия.

Известен также тепловой двигатель, включающий цилиндрический корпус, ротор из термочувствительных элементов с термомеханической памятью формы, расположенный на валу с подшипниками, источник тепла, зоны нагрева и охлаждения [3].

Недостатком известного двигателя является то, что он имеет невысокий КПД.

Известно устройство для преобразования тепла в механическую энергию, содержащее цилиндрический корпус, ротор с дебалансными термоэлементами, источник тепла, зоны нагрева и охлаждения [4].

Данное устройство наиболее близко по назначению и технической сущности к предлагаемому, поэтому принято за прототип.

Недостаточно высокий КПД является недостатком этого двигателя.

Цель изобретения - повышение коэффициента полезного действия путем увеличения дисбаланса ротора благодаря дополнительному использованию лучистой энергии источника тепла, а также потенциальной и кинетической энергии материала, расположенного внутри термочувствительных элементов.

Это достигается тем, что в тепловом гравитационно-механическом двигателе, содержащем цилиндрический корпус, ротор с дебалансными термоэлементами, источник тепла, зоны нагрева и охлаждения, корпус дополнительно снабжен охладителем и выполнен с вырезом, против которого установлен источник тепла, выполненный со световыми отражателями, причем внутренняя поверхность корпуса со стороны светового отражателя выполнена с высокой отражательной способностью, а диаметрально противоположная - с высокой светопоглощательной способностью, при этом дебалансные термоэлементы выполнены из материала с термомеханической памятью формы в виде пустотелых лопастей, заполненных на 0,25-0,50 пустотелого объема материалом с высокими свойствами текучести или сыпучести, например тяжелой жидкостью (ртутью), металлическими шариками или металлическим порошком (при заполнении лопастей менее 0,25 или более 0,5 их пустотелого объема не обеспечивается достаточное повышение КПД устройства). Кроме того, источник тепла расположен вне корпуса или в его углублении.

На чертеже показано сечение двигателя.

Предлагаемый двигатель включает цилиндрический корпус 1, внутри которого размещен ротор 2, содержащий лопасти 3 и вал 4 на подшипниках. Внутренние полости (каналы) 5 лопастей 3 заполнены материалом (содержимым) 6 с высокими свойствами текучести или сыпучести, например тяжелой жидкостью (ртутью), металлическими шариками или металлическим порошком из таких тяжелых металлов, как свинец, медь, вольфрам и т.п. На валу 4 закреплен маховик 7. В корпусе 1 сделан вырез (прорезь) 8, против которого закреплен источник тепла (нагревательный элемент) 9 со световым отражателем 10. Для обеспечения устойчивого положения устройства на опорной поверхности предусмотрены основание 11 и фланцевое крепление 12. Для охлаждения теневой стороны корпуса 1 предусмотрены отверстия 13 и/или водяная рубашка 14.

Внутренняя поверхность корпуса 1 выполнена в виде абсолютно блестящего тела со стороны светового отражателя 10 (например, в виде зеркальной, очень высокой чистоты) и в виде абсолютно черного тела (например, грубой черновой обработки) с противоположной, то есть теневой стороны.

Лопасти 3 ротора 2 изготовлены из термочувствительного материала с термомеханической памятью формы или биметаллическими, выполнены в форме кривых.

Предложенный двигатель работает следующим образом.

При включении в электрическую сеть электронагревательного элемента 9, например осветительной лампы, излучаемые тепло и свет под воздействием светового отражателя 10 направляются через прорезь 8 в корпусе 1 на левую сторону ротора 2, и происходит нагрев этой зоны. При этом лопасти 3 с этой стороны ротора 2 подвергаются деформации, укорачиваясь по длине, а с другой (противоположной) стороны остаются неизменной формы. В результате этого у ротора 2 возникает статический дисбаланс, и он поворачивается по часовой стрелке. На теневой стороне ротора лопасти 3 охлаждаются и выпрямляются до исходного положения. Таким образом, односторонний нагрев ротора 2 со стороны нагревательного элемента 9 и одностороннее охлаждение его на противоположной теневой стороне являются причиной возникновения постоянного дисбаланса и вращения ротора 2 на валу 4, например, по часовой стрелке.

При вращении ротора обеспечивается дополнительный дисбаланс за счет криволинейной формы лопастей 3 и перетекания внутреннего содержимого 6 пустотелого канала 5 (жидкости, шариков или порошка) под воздействием сил гравитации. Каждая лопасть 3, находясь в верхнем положении, имеет верхнюю часть лопасти пустой, так как под воздействием сил гравитации внутреннее содержимое 6 перемещается к центру ротора. При перемещении лопастей 3 по кругу (по часовой стрелке) происходит перемещение от центра к периферии и обратно содержимого 6 каналов 5 каждой лопасти 3. Внутреннее содержимое 6 из периферийной части каждой лопасти 3 к центру ротора 2 всегда перемещается постепенно, а в обратном направлении - динамично. Этим самым обеспечивается содействие перемещению лопастей 3. При нижнем положении одной из лопастей 3 внутреннее содержимое 6 канала 5 оказывается перемещенным в нижнюю часть лопасти 3. Однако под воздействием перемещения других лопастей 3 нижняя лопасть из нижнего положения совершает поворот по часовой стрелке и постепенно перемещается вверх. Таким образом, лопасти 3 ротора 2 все время передвигаются, увлекая друг друга.

Дополнительный крутящий момент создается также за счет нагрева внутреннего содержимого 6 в каналах 5 на освещенной стороне ротора и охлаждения его на теневой стороне. Благодаря подогреву лопастей 3 и внутреннего содержимого 6 на освещенной зоне (четверти II и III):
увеличивается объем внутреннего содержимого 6,
уменьшается силовое плечо от центра тяжести внутреннего содержимого 6 до центра вала 4,
уменьшается противовращающий момент от нахождения внутреннего содержимого 6 в нижней части лопасти 3.

Благодаря охлаждению лопастей 3 и внутреннего содержимого 6 на теневой стороне (четверти I и IV) происходит
уменьшение объема внутреннего содержимого 6,
увеличивается силовое плечо от центра тяжести внутреннего содержимого 6 до центра вала 4,
увеличивается вращающий момент от нахождения внутреннего содержимого 6 в нижней части лопасти 3.

Повышение КПД двигателя достигается также тем, что одна сторона корпуса 1 изнутри выполнена с высокой отражательной способностью, обеспечивающей подачу всей лучистой энергии на эту сторону ротора, и тем, что противоположная сторона корпуса 1 изнутри выполнена в виде абсолютно черного тела, обеспечивающего поглощение отраженной лучистой энергии и предотвращение подачи ее на теневую часть ротора 2.

Охлаждение теневой стороны обеспечивается за счет наличия в корпусе 1 отверстий 13, через которые выходит наружу и на которых конденсируется теплый воздух, при испарении вызывающий охлаждение корпуса. Кроме того, охлаждение корпуса может при надобности осуществляться водяной рубашкой 14 (с термосифонной циркуляцией или проточной системой).

Частоту вращения ротора 2 регулируют посредством изменения мощности электронагревательного элемента 9 и изменения количества лопастей 3. Стабильность частоты вращения обеспечивается за счет маховика 7.

Величина максимально возможного крутящего момента на валу 4 в основном зависит от размеров и массы ротора 2, а также от материала лопастей 3 и их внутреннего содержимого 6. Основание 11 обеспечивает устойчивое положение устройства в вертикальной плоскости на любой опорной поверхности, а фланцевое крепление 12 обеспечивает торцевой монтаж устройства к потребителю энергии.

Устройство может работать эффективно лишь при вертикальном или близком к нему расположении ротора 2.

Съем мощности производят с одного или обоих концов вала 4.

Таким образом, высокий коэффициент полезного действия достигается за счет следующих возможностей:
одновременного использования тепловой и лучистой энергии на вращение ротора;
использования не только прямо направленной, но и отраженной лучистой энергии;
использования термочувствительных элементов, например, с термомеханической памятью формы;
использования лопастей ротора интегральной формы при условии заполнения их пустотелых каналов материалом повышенной текучести или сыпучести.

Сущность изобретения: двигатель содержит корпус, внутри которого размещен ротор, включающий лопасти и вал на подшипниках. Внутренние полости лопастей заполнены материалом с высокими свойствами текучести или сыпучести, например тежялой жидкостью (ртутью), металлическими шариками или металлическим порошком. На валу закреплен маховик. В корпусе сделан вырез, против которого закреплен источник тепла со световым отражателем. Для установки и крепления двигателя предусмотрены основание и фланцы. Для охлаждения теневой стороны корпуса предусмотрены отверстия и/или водяная рубашка. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. ТЕПЛОВОЙ ГРАВИТАЦИОННО-МЕХАНИЧЕСКИЙ ДВИГАТЕЛЬ, содержащий цилиндрический корпус, ротор с дебалансными термоэлементами, источник тепла, зоны нагрева и охлаждения, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД путем увеличения дисбаланса ротора, корпус дополнительно снабжен охладителем и выполнен с вырезом, против которого установлен источник тепла, выполненный со световыми отражателями, причем внутренняя поверхность корпуса со стороны светового отражателя выполнена с высокой отражательной способностью, а диаметрально противоположная - с высокой светопоглощательной способностью, при этом дебалансные термоэлементы выполнены из материала с термомеханической памятью формы в виде пустотелых лопастей, заполненных на 0,25-0,50 пустотелого объема материалом с высокими свойствами текучести или сыпучести. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что источник тепла расположен вне корпуса или в углублении его.