ТЕРМОГИДРОСТАТИЧЕСКАЯ СИЛОВАЯ УСТАНОВКА Российский патент 1996 года по МПК F03B17/00 

Изобретение относится к устройствам для получения механической энергии, в частности комплексного совместного преобразования тепловой и гидростатической энергии в механическую энергию вращения.

Известны разного рода поплавки, выполненные в виде плавающих и всплывающих в жидкости предметов (Словарь русского языка С.И.Ожегова М. Советская энциклопедия,1970, с. 553).

Такие поплавки, несмотря на воздействие на них выталкивающей силы, не способны обеспечить непрерывное вращение связанных с ними предметов.

Наиболее близким к изобретению по совокупности признаков является устройство, содержащее погруженное под уровень воды или иной жидкости колесо, установленное на опоре с возможностью вращения на горизонтальном валу, замкнутую гибкую связь, охватывающую обод колеса, причем длина связи больше длины обода колеса, а к ее наружной поверхности равномерно прикреплены камеры с отверстиями в стенках, расположенных вдоль связи, и установленными с возможностью перемещения относительно камер стержнями, к концам которых прикреплены поплавки и грузы (заявка ЕПВ (ЕР европейский патент) N 0041681, М. кл.⁵ F 03 В 17/04, 1981).

Указанное устройство не является источником или преобразователем энергии, поскольку в связи с его симметричностью относительно вертикали силы выталкивания жидкости, воздействующие на поплавки, и силы тяжести, приложенные к грузам, уравновешены и не создают вращающего момента, способного обеспечить вращение колеса.

Предлагаемая термогидростатическая силовая установка обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в получении механической энергии вращения за счет преобразования тепловой энергии и гидростатических сил, в том числе путем использовании природных водоемов, в частности морской воды, имеющей постоянную и относительно стабильную разность температур в ее поверхностных и глубинных слоях. При этом обеспечивается также возможность получения экологически чистой энергии.

Указанный технический результат достигается тем, что термогидростатическая силовая установка содержит погруженное под уровень жидкости колесо, установленное на опоре с возможностью вращения на горизонтальном валу, замкнутую гибкую связь, охватывающую обод колеса, причем длина связи больше длины окружности обода, а к ее наружной поверхности равномерно прикреплены камеры с отверстиями в стенках, расположенных вдоль связи, и установленными с возможностью перемещения относительно камер стержнями, к концам которых прикреплены поплавки и грузы, при этом установка снабжена клапанами и биметаллическими элементами, у которых активные и пассивные слои обращены соответственно с одну сторону относительно связи, клапаны установлены в отверстиях камер с возможностью открытия в верхнем и нижнем положениях и связаны со стержнями, к концам которых прикреплены грузы, последние выполнены в виде противовесов, а первые виде рычагов, причем в боковых стенках камер, наиболее удаленных от связи, выполнены дополнительные отверстия, а стержни поплавков размещены в этих отверстиях и прикреплены к биметаллическим элементам с возможностью перемещения поплавков в направлениях, перпендикулярных к замкнутой гибкой связи или к касательным к ней, при этом жидкость, в которую погружена установка, имеет разную температуру нагрева в верхних и нижних слоях.

Опора выполнена в виде понтона, а колесо связано с ним посредством несущих элементов.

Биметаллический элемент выполнен в виде пластины, средняя часть которой закреплена на внутренней поверхности стенки камеры, ближайшей к замкнутой гибкой связи, а концы пластины шарнирно связаны с концами дополнительных рычагов, другие концы которых шарнирно связаны между собой и со стержнем поплавка.

Биметаллический элемент выполнен в виде пакета параллельных пластин, концы которых шарнирно соединены между собой, а стержень поплавка шарнирно связан с концами пластины, наиболее удаленной от замкнутой гибкой связи посредством дополнительных рычагов, при этом средние части пластин прикреплены друг к другу, а крайней пластины к внутренней поверхности стенки камеры, ближайшей к замкнутой гибкой связи.

Установка снабжена вторым колесом, расположенным на одной вертикали под первым, при этом второе колесо связано с опорой посредством оттяжек и несущего элемента, а замкнутая гибкая связь охватывает ободы обоих колес.

Клапаны выполнены в виде равновесно установленных на осях с возможностью вращения створок, а рычаги противовесов прикреплены к осям.

По обеим периферийным сторонам каждой створки клапана прикреплены поперечные профилированные пластины.

На фиг. 1 приведен общий вид термогидростатической установки; на фиг. 2 и 3 пример выполнения камеры с размещенными в ней элементами, в двух проекциях соответственно.

Термогидростатическая силовая установка содержит установленное на горизонтальном валу 1 с возможностью вращения колесо 2, которое целиком погружено в жидкость, например в морскую воду, с более низкой температурой Т1 в нижних слоях по сравнению с более высокой температурой T2 нагрева в верхних слоях у поверхности жидкости. Верхняя половина обода колеса охвачена замкнутой гибкой связью 3, которая больше длины окружности обода и провисает вниз за пределы колеса. Замкнутая гибкая связь 3 является несущим элементом рабочих органов силовой установки, которые содержат биметаллические элементы, выполненные в виде биметаллических пластин 4, у которых активные и пассивные слои, т.е. имеющие большие или меньшие коэффициенты теплового расширения, обращены соответственно в одну сторону относительно связи. Концы пластин 4 при помощи шарниров 5 связаны с концами дополнительных рычагов 6, другие концы которых с применением шарниров 7 связаны между собой и со стержнем 8, на конце которого закреплен поплавок 9. К наружной поверхности замкнутой гибкой связи равномерно прикреплены камеры 10 с расположенными в них вдоль связи отверстиями в стенках, снабженными клапанами, которые выполнены в виде створок 11, равновесно установленных на осях 12 с возможностью вращения. К концам осей перпендикулярно плоскостям створок 11 клапанов прикреплены с возможностью поворота вместе с осями стержни в виде рычагов 13, на концах которых закреплены грузы 14, выполненные в виде противовесов. По обеим периферийным сторонам каждой створки 11 клапана прикреплены поперечные профилированные пластины 15. В боковых стенках камер 10, наиболее удаленных от замкнутой гибкой связи, выполнены дополнительные отверстия, а стержни 8 поплавков размещены в этих отверстиях и при помощи шарниров 7 связаны с биметаллическими элементами с возможностью перемещения поплавков в направлениях, перпендикулярных к замкнутой гибкой связи или к касательным к ней. Применение пары шарнирно связанных дополнительных рычагов 6 и их шарнирная связь с концами биметаллической пластины 4 обеспечивает прямолинейное продольное движение стержня 8 поплавка в отверстии стенки камеры 10 и предотвращает его заклинивание в этом отверстии при тепловой деформации и изгибах биметаллической пластины, что обеспечивается тем, что средняя часть биметаллической пластины закреплена на внутренней поверхности стенки камеры, ближайшей к замкнутой гибкой связи.

С целью повышения нагрузочной способности и обеспечения возможности перемещения поплавка с большим объемом биметаллический элемент выполнен в виде пакета параллельных биметаллических пластин 4, концы которых при помощи шарниров 5 соединены между собой, а стержень 8 поплавка с использованием шарнира 7 связан с концами пластины, наиболее удаленной от замкнутой гибкой связи, посредством дополнительных рычагов 6, при этом средние части пластин прикреплены друг к другу, а крайней пластины к внутренней поверхности стенки камеры, ближайшей к замкнутой гибкой связи.

Силовая установка снабжена вторым колесом 16, расположенным на одной вертикали О-О₁ под первым колесом 2 и удерживается в этом положении при помощи оттяжек 17. Размещение на одной вертикали О-О₁ обоих колес 2 и 16 обеспечивает возможность погружения камер 10 с биметаллическими элементами 6 и поплавками 9 на значительную глубину с большой разностью температур Т2 и Т1 поверхностных и глубинных слоев воды, в частности морской воды, а также позволяет разместить на замкнутой гибкой связи за счет увеличения ее длины большего числа указанных выше камер 10 и размещенных в них рабочих органов (биметаллических элементов, поплавков и др.), что повышает нагрузочную способность силовой установки. При этом приведенное выше устройство створок 11 клапанов обеспечивает их открытие при помощи противовесов 14 при расположении камер 10 в верхнем и нижнем положении на замкнутой гибкой связи и перекрытие отверстий камер при расположении последних на вертикальных участках замкнутой гибкой связи.

Термогидростатическая силовая установка работает следующим образом.

При неподвижном колесе 2 в исходном положении также неподвижна охватывающая колесо замкнутая гибкая связь 3 с прикрепленными к ней камерами 10 с размещенными в них рабочими органами силовой установки. Под действием сил тяжести, воздействующих на противовесы 14, они обеспечивают постоянное вертикальное положение рычагов 13 и постоянное горизонтальное положение створок 11 клапанов. В связи с этим у камер 10, расположенных в данный момент горизонтально в верхней части колеса 2 и нижней части второго колеса 16, створки 11 камер открыты, т.е. расположены горизонтально и не препятствуют протоку жидкости через полости этих камер. У камер 10, находящихся в данный момент в вертикальном положении в промежутке между колесом 2 и вторым колесом 16, створки клапанов закрыты, т.е. перекрывают вход и выход в полость и из полости камеры. У камер, находящихся в наклонном положении в пределах колеса 2 и второго колеса 16, т.е. при переходе их из горизонтального положения в вертикальное и наоборот, полости камер перекрыты поперечными профилированными пластинами 15. Следовательно, полости камер 10 открыты и проточны для окружающей жидкости только при нахождении их в крайнем верхнем и в крайнем нижнем положении соответственно на колесе 2 или втором колесе 16. Это обеспечивает заполнение камер жидкостью с более высокой температурой Т2 при нахождении в верхнем положении и с меньшей температурой Т1 при расположении в нижнем положении. В промежутках между этими положениями закрытые створки 11 клапанов изолируют полости камер от окружающей жидкости и сохраняют ту ее температуру Т1 или Т2, которую она имела при заполнении полостей камер соответственно в нижнем или верхнем положениях.

В связи с разной температурой нагрева при нахождении в различном положении, соответствующей температуре заполняющей камеру жидкости, биметаллические пластины изгибаются в большей или меньшей степени. На схеме фиг. 2 изменение положения пластин 4 при их тепловом изгибе показано штрих-пунктирной линией. Перемещение концов пластин при их изгибах обеспечивает через промежуточные рычаги 6 и стержни 8 соответствующее перемещение поплавков в сторону замкнутой гибкой связи или от нее. Амплитуда этих перемещений поплавка обозначена на фиг. 2 величиной h. При этом поплавки имеют минимальное удаление R1 и максимальное удаление R2 от вертикали О-О₁, на которой размещены оси О и О₁ cooтветственнo колеса и второго колеса. Благодаря этому каждый из поплавков 9 передает через замкнутую гибкую связь на колесо 2 вращающий момент, величина которого зависит от его удаления от вертикали О-О₁. На схеме фиг. 1 приведена силовая установка, у которой нагрев биметаллических элементов в верхних слоях жидкости до температуры Т2 обеспечивает перемещение поплавков в сторону замкнутой гибкой связи и к вертикали О-О₁ на минимальное расстояние R1. Соответственно охлаждение биметаллических элементов до температуры Т1 в нижних слоях жидкости приводит к перемещению поплавков от замкнутой гибкой связи и от вертикали О-О₁ на большее расстояние R2. При одинаковом у всех поплавков объеме, а соответственно и воздействующей на них равной по величине выталкивающей силе P, каждый из поплавков в зависимости от его положения, показанного на схеме фиг. 1 справа или слева от вертикали О-О₁, передает через замкнутую гибкую связь на колесо 2 вращающий момент, величина которого равна R2P для поплавков, изображенных на фиг. 1 слева от вертикали О-О₁, или R1P для поплавков справа от этой вертикали. Эти вращающие моменты направлены в противоположные стороны, поэтому на колесо 2 будет передаваться разность суммарных значений всех вращающих моментов R2P и R1P Этот совокупный вращающий момент в данном случае, изображенном на фиг. 1, направлен по часовой стрелке.

Одним из возможных источников энергии, который может использоваться для приведения в действие термогидростатической силовой установки, являются воды Мирового океана. Океан является естественным, неиссякаемым и экологически чистым источником энергии. Среднегодовая температура поверхностных вод океана равна 17,5^oС, а у экватора до 28^oС. При этом сезонные колебания температуры наблюдаются до глубины 100 150 м и в придонном слое она постоянна и составляет примерно 1,5^oС. Следовательно, средний перепад температуры нагрева вод Мирового океана в пределах указанных глубин составляет 16,0^oС и максимальный до 26,5^oС (Советский энциклопедический словарь. М. Советская энциклопедия, 1987, с. 920-921). При использовании этого природного экологически чистого и неиссякаемого источника энергии термогидростатическая силовая установка будет функционировать практически в режиме вечного двигателя, поскольку она будет обеспечивать получение механической энергии вращения, с возможным преобразованием ее в электрическую энергию, без затрат каких-либо топливных или иных материальных ресурсов. ЫЫЫ2

Сущность изобретения: колесо, погруженное под уровень жидкости, остановлено на опоре с возможностью вращения на горизонтальном валу. Замкнутая гибкая связь охватывает обод колеса. Длина связи больше длины окружности обода, к ее наружной поверхности равномерно прикреплены камеры с отверстиями в стенках, расположенных вдоль связи. К концам стержней, установленных с возможностью перемещения относительно камер, прикреплены поплавки и грузы.У биметаллических элементов активные и пассивные слои соответственно обращены в одну сторону относительно связи. Клапаны установлены в отверстиях камер с возможностью открытия в верхнем и нижнем положениях и связаны со стержнями, к концам которых прикреплены грузы, выполненные в виде противовесов , стержни - в виде рычагов. В боковых стенках камер, наиболее удаленных от связи, выполнены дополнительные отверстия. Стержни размещены в отверстиях и прикреплены к элементам с возможностью перемещения поплавков в направлениях, перпендикулярных к связи или к касательным к ней. В жидкость погружена установка, имеющая разную температуру нагрева в верхних и нижних слоях. 6 з.п. ф-лы,3 ил.

1. Термогидростатическая силовая установка, содержащая погруженное под уровень жидкости колесо, установленное на опоре с возможностью вращения на горизонтальном валу, замкнутую гибкую связь, охватывающую обод колеса, причем длина связи больше длины окружности обода, а к ее наружной поверхности равномерно прикреплены камеры с отверстиями в стенках, расположенных вдоль связи, и установленными с возможностью перемещения относительно камер стержнями, к концам которых прикреплены поплавки и грузы, отличающаяся тем, что установка снабжена клапанами и биметаллическими элементами, у которых активные и пассивные слои соответственно обращены в одну сторону относительно связи, при этом клапаны установлены в отверстиях камер с возможностью открытия в верхнем и нижнем положениях и связаны с стержнями, к концам которых прикреплены грузы, последние выполнены в виде противовесов, а стержни в виде рычагов, причем в боковых стенках камер, наиболее удаленных от связи, выполнены дополнительные отверстия, а стержни поплавков размещены в этих отверстиях и прикреплены к биметаллическим элементам с возможностью перемещения поплавков в направлениях, перпендикулярных замкнутой гибкой связи или касательным к ней, при этом жидкость, в которую погружена установка,имеет разную температуру нагрева в верхних и нижних слоях. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что опора выполнена в виде понтона, а колесо связано с ним посредством несущих элементов. 3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что биметаллический элемент выполнен в виде пластины, средняя часть которой закреплена на внутренней поверхности стенки камеры, ближайшей к замкнутой гибкой связи, а концы пластины прикреплены к стержню поплавка посредством дополнительных рычагов с шарнирами. 4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что биметаллический элемент выполнен в виде пакета параллельных пластин, концы которых шарнирно соединены между собой, а стержень поплавка шарнирно связан с концами пластины, наиболее удаленной от замкнутой гибкой связи, посредством дополнительных рычагов, при этом средние части пластины прикреплены друг к другу, а крайней пластины к внутренней поверхности стенки камеры, ближайшей к замкнутой гибкой связи. 5. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена вторым колесом, расположенным на одной вертикали под первым, при этом второе колесо связано с опорой посредством оттяжек и несущего элемента, а замкнутая гибкая связь охватывает ободы обоих колес. 6. Установка по п.1, отличающаяся тем, что клапаны выполнены в виде равновесно установленных на осях с возможностью вращения створок, а рычаги противовесов прикреплены к осям. 7. Установка по пп. 1 и 6, отличающаяся тем, что по обеим периферийным сторонам каждой створки клапана прикреплены поперечные профилированные пластины.