Тепловой двигатель Советский патент 1983 года по МПК F03G7/06 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к тепловым двигателям, в которых для получения механической энергии используются тепловые деформации рабочих элементов из бинарных сплавов с термомеханической памятью формы, например из сплава титан-Никель. Известен тепловой двигатель, содержащий рабочие элементы из материала с термомеханической памятью, соединенные с валом отбора мощности, и теплообменник I. IQ Недостатками данного двигателя являются переменное направление вращения вала отбора мощности и низкая удельная мощность, обусловленная отсутствием развитых поверхностей теплообмена и Низкой величиной теплового потока, передаваемого теп- 15 лоносителями рабочему элементу в условиях, когда агрегатное состояние теплоносителя не изменяется. Наиболее близким по достигаемому результату к предлагаемому является тепловой двигатель, содержащий рабочие элементы из материала с термомеханической памятью, прижатые к горячим и холодным дуговым контактам теплообменников и соединенные с валом отбора мощности. В ука- 25 зайном двигателе обеспечено однонаправленное вращение вала отбора мощности за счет взаимодействия рабочих элементов с неподвижным кулачком 2. Однако удельная мощность известного двигателя низка по тем же причинам, что зо и у первого двигателя. Цель изобретения - повыщение удельной мощности и КПД. Указанная цель достигается тем, что в тепловом двигателе, содержащем рабочие элементы из материала с термомеханичес- 35 кой памятью, прижатые к горячим и холодным дуговым контактам теплообменников и соединенные с валом отбора мощности, рабочие элементы выполнены в виде тепловых труб, заполненных капиллярным материалом, пропитанным жидким теплоносителем, установленных вдоль образующих двух цилиндров, расположенных один относительно другого под тупым углом с возможностью вращения вокруг своих осей, а термомеханическая память рабо-45 чих элементов выражена в их максимальном изгибе при расположении На вНутренней стороне тупого угла между образующими цилиндров и в минимальном их изгибе при расположении на внешней стороне этого угла.50

Кроме того, горячий и холодный контакты соединены соответственно с горячим и холодным теплообменниками дополнительно установленными тепловыми трубами.

При таком выполнении двигателя обеспечивается однонаправленное вращение цилиндров за счет изгиба и выпрямления рабочих элементов при их нагреве и охлажде2Q

Рабочие элементы 1 вращаются вместе с цилиндрами 3 и 4, скользя своими торцами по дуговым контактам 6 и 7. Максимальный изгиб рабочих элементов 1 достигается при их расположении На внутренней стороне тупого угла между образующими цилиндров 3 и 4, т. е. при верхнем положении рабочих элементов (фиг. 1 нии, а выполнение последних в виде тепловых труб и установка дополнительных тепловых труб позволяет резко интенсифицировать процесс теплообмена и за счет этого повысить удельную мощность двигателя. На фиг. 1. изображен предлагаемый двигатель, продольный разрез; на фиг. 2 - вид по стрелке А на фиг. 1 на дуговые контакты, по которьш скользят торцы рабочих элементов; .на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1 с видом на рабочие элементы в разных фазах х тепловых деформаций. Двигатель содержит рабочие элементы 1 выполненные в виде тепловых труб из материала с термомеханической памятью, например из сплава титана и никеля (54-56% никеля, остальное титан), заполненных капиллярным материалом 2, пропитанным жидким теплоносителем. Рабочие элементы 1 установлены в пррдольных пазах на стенках цилиндров 3 и 4, KOTOpbie, в свою очередь, установлены в подщипниках 5, оси которьгх образуют тупой угол. Рабочие элементы 1 прижаты своими торцами к горячим и холодным дуговым контактам 6 и 7 теплообменников, а противоположными концами соединены через цилиндр 3 с валом 8 отбора мощности, Для уменьшения тепловых потерь рабочие элементы 1 снаружи могут быть покрыты гибким теплоизолирующим материалом, Термомеханическая память рабочих элементов 1 выражена в их максимальном изгибе при расположении На .внутренней стороне тупого угла между образующими цилиндров (верхнее положение рабочих элементов на фиг. 1 и 3) ив минимальном их изгибе при расположении на внещней стороне этого угла (нижнее положение рабочих элементов на фиг. 1 и 3). Дуговые контакты 6 и 7 представляют собой концы дополнительно установленных тепловых труб 9 и 10, которьши эти контакты соединены соответственно с горячим и холодным теплообменниками 11 и 12. Тепловой двигатель работает следую образом, В результате взаимодействия с горячим дуговым контактом 6 рабочих элементов 1 проявляется эффект термомеханической памяти последних и они изгибаются, приводя во вращение цилиндрь 3 и 4 в направлении, указанном на чертеже стрелкой.

и 3). При дальнейшем вращении рабочие элементы 1 начинают взаимодействовать с холодным угловым контактом 7 и, охлаждаясь в результате проявления эффекта термомеханичтеской памяти, выпрямляются, развивая на цилиндрах 3 и 4 окружное усилие в направлении их вращения. Минимальный угол изгиба рабочих элементов 1 достигается при их расположении на внещней стороне тупого угла между образующими цилиндров 3 и 4, т. е. при нижнем положении рабочих элементов (фиг. 1 и 3). Далее цикл работы двигателя повторяется. В результате деформации в разных направлениях одновременно двух групп рабочих элементов 1 создается стабильный по величине крутящий момент на валу двигателя.

Введение тепловых труб в конструкцию предлагаемого двигателя позволяет передавать к его рабочим элементам сконцентрированный поток тепловой энергии от теплообменников с больщой поверхностью, что обеспечивает компактность двигателя и увеличение его удельной мощности и КПД. Кроме того, предлагаемый двигатель обеспечивает однонаправленное вращение вала отбора мощности и может работать от любых источников тепла, в том числе с использованием небольшой естественной разницы температур или промышленных тепловых отходов.

i: ТЕПЛОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ, содержащий рабочие элементы из материала с термомеханической памятью, прижатые к горячим и холодным дуговым контактам теплообменников и соединенные с валом отбора мощности, отличающийся тем, что, с целью повыщения удельной мощности КПД путем интенсификации процесса теплообмена, рабочие элементы выполнены в виде тепловых труб, заполненных капиллярным материалом, пропитанным жидким теплоносителем, установленных вдоль образующих двух цилиндров, расположенных один относительно другого под тупым углом с возможностью вращения вокруг своих осей, а термомеханическая память рабочих элементов выражена в их максимальном изгибе при расположении на внутренней стороне тупого угла между образующими цилиндров и в минимальном их изгибе при расположении на внешней стороне этого угла. 2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что горячий и холодный контакты соединены соответственно с горячим и холодным теплообменниками дополнительно установленными тепловыми трубами.

г

цфигЗ