Тепловой двигатель Советский патент 1986 года по МПК F03G7/06 

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к тепловым двигателям с твердым рабочим телом из сплава с термомеханической памятью формы, и может быть использовано для привода различных потребителей механической энергии.

Цель изобретения - повышение удельной мощности теплового двигателя.

Поставленная цель достигается за счет рационального размещения нагретых и охлажденных участков кольцевого рабочего элемента относительно охваченных им шкивов с учетом инерционности теплообменных процессов и за счет увеличения угла охвата шкивов рабочим элементом.

На чертеже изображена кинематическая схема предлагаемого теплового двигателя.

Тепловой двигатель содержит коробчатый корпус 1, в котором размещены две камеры 2 и 3 соответственно с горячей и холодной средами. В камере 2 установлен шкив 4, в камере 3 - шкив 5, над камерой 2 - шкив 6, а над камерой 3 - шкив 7. Шкивы 4-7 связаны между собой кольцеобразным тепловым элементом 8 из сплава с термомеханической памятью его укороченной формы. На шкивах 4 - 7 выполнены кольцевые канавки (не показаны). Тепловой элемент 8 выполнен в виде установленной в этих канавках проволоки, намотанной на шкивы 4-7 в несколько повторяющихся витков. Каждым витком элемента 8, кроме последнего витка, последовательно охвачены шкивы 4-7. На корпусе 1 установлен под углом к осям шкивов 4-7 натяжной направляющий ролик 9, подпружиненный для натяжения элемента 8 пружиной 10 растяжения. Последним витком элемента 8 последовательно охвачены шкивы 4, 6 и 5 и направляющий ролик 9, после которого конец последнего витка элемента 8 соединен с началом первого его витка. Между шкивами 4 и 6 установлена дополнительная кинематическая связь в виде кольцеобразной нерастяжимой ленты 11, обернутой вокруг катушек 12 и 13, прикрепленных соответственно к шкивам 4 и 6, при этом диаметр катушки 12 меньше диаметра катушки 13.

Тепловой двигатель работает следующим образом.

Температура горячей среды в камере 2 постоянно поддерживается выше туры структурного превращения термомеханической памятью, из выполнен элемент 8, а температура холодной среды в камере 3 - ниже указанной. Первоначально шкивы 4-7 приводятся во вращение от внешнего источника энергии в указанном на чертеже стрелками направлении. Участки теплового элемента 8, сбегающие со щкива 7, входят в камеру 2 с горячей средой, а те участки, которые сбегают со шкива 6, входят в камеру 3 с холодной средой. На

темпера- сплава с которого

гревающиеся в горячей среде участки через определенное время достигают температуры структурного превращения, а охлаждающиеся участки наоборот отдают тепло холодной среде и их температура снижается до температуры структурного превращенния. За вре мя от входа в камеры 2 и 3 до начала структурного превращения как нагревающиеся, так и охлаждающиеся участки проходят расстояние, зависящее от интенсивности теплооб- менного процесса между горячей, холодной средами и тепловым элементом 8, а также от внешней нагрузки. Перечисленные г арамет- ры, а также глубина погружения шкивов 4 и 5 в камеры 2 и 3 подобраны таким образом, что элемент 8 приобретает температуру структурного превращения не ранее соприкосновения участков теплового элемента 8 со шкивами 4 и 5, т.е. момента набега нагретых и охлажденных участков на соответствующие шкивы. Таким образом, структурное превращение нагретых участков происходит уже при движении этих участков в контакте со шкивом 4 и далее в интервале между шкивами 4 и 6, а охлажденных - соответственно при движении в контакте со шкивом бив интервале между шкивами 5 и 7. Вследствие структурного превращения нагретые участки элемента 8 укорачиваются, проявляя эффект термомеханической памяти. В этих участках возникают восстанавливающие напряжения и создаваемое ими усилие передается от шкива 4 к пJкивy 6. Так как шкивы 4 и 6 связаны между собой нерастяжимой лентой 11, то в результате действия усилия, создаваемого тепловым элементом 8, в противоположной ветви кольцеобразной ленты 11 возникает растягивающее усилие, которое также действует на шкивы 4 и 6. Так как диаметры шкивов 4 и 6 равны, а диаметр катушки 13 больше диаметра катушки 12, то в итоге действия усилий теплового элемента 8 с одной стороны и ленты 11 с другой, относительно оси шкива 6 возникает вращающий момент, который приводит шкив 6 во вращение против часовой стрелки. Вместе с ним в указанных стрелками направлениях движутся также и кинематически связанные шкивы 4, 5 и 7. Нагретые участки теплового элемента 8, перемещаясь от шкива 4 к шкиву 6, под действием восстанавливающих напряжений сжимаются (восстанавливают свою форму), а охлажденные участки, перемещаясь от шкива 5 к шкиву 7, растягиваются (деформируются под действием внешних усилий). Ролик 9 направляет элемент 8 от последнего его витка к первому и обеспечивает движение участков элемента 8 по кольцевой траектории. Пружина 10 обеспечивает одинаковое натяжение всех витков элемента 8. В результате перемещения теплового элемента 8 в камеру 2 с горячей средой входят новые участки элемента 8, которые нагреваются в ней при набеге на шкнв 4 до температуры структурного превращения. При перемещении от шкива 4 к шкиву 6 они сжимаются (восстанавливают свою форму) и вышеописанным образом создают вращающий момент, приводящий шкивы 4-7 в движение. Так как тепловой элемент 8 выполнен в виде кольца, то одни его участки непрерывно нагреваются в камере 2, а другие охлаждаются в камере 3 и таким образом поддерживается непрерывное вращательное движение шкивов 4-7.