Тепловой двигатель Советский патент 1986 года по МПК F03G7/06 

Изобретение относится к энергетике, а именно к тепловым двигателям с твердым рабочим телом из материала с термомеханической памятью, и может быть использовано для преобразования в механическую энергию энергии низкопотенциальных природных источников тепла, например солнечной энергии, разности температур воды на разных глубинах, геотермального тепла, а также для утилизации тепловых отходов промышленных предприятий.

Цель изобретения - повышение удельной мошности и упрошение конструкции.

Для достижения этой цели в предлагаемом двигателе увеличены угол и длина, на которых осуществляется механическое и тепловое взаимодействие роликов с обернутыми вокруг них гибкими ободами из материала с термомехнической памятью, а также поверхность теплового контакта роликов с ободами при неизменных размерах роликов и без увеличения их количества.

На фиг.1 изображен предлагаемый двигатель, общий вид; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.З - сечение Б-Б на фиг.1.

Двигатель содержит гибкие ободы 1 и 2 из материала с термомеханической памятью, например из никелида титана (нитинола), обернутые вокруг трех расположенных в ряд роликов 3-5, установленных поочередно в зонах 6 нагрева и 7 охлаждения на статоре 8 с возможностью вращения на подшипниках 9. Ободы 1 и 2 установлены на роликах 3-5 с натягом, достаточным для передачи крутящего момента силами трения (подобно ременной передаче). Средний ролик 4 расположен в зоне 6 нагрева и соединен с валом 10 отбора мощности. На наружной поверхности среднего ролика 4 выполнены кольцевые канавки 11 трапецеидального профиля. Два крайних ролика 3 и 5 расположены в зонах 7 охлаждения и имеют гладкую наружную цилиндрическую поверхность. Внутри крайних роликов 3 и 5 установлены неподвижные втулки 12 и 13 с каналами 14 и 15, сообщающимися отверстиями 16 и 17 через патрубки 18 и 19 с источником охлаждения {не показан) в виде источника охлажденной текучей среды - жидкости или газа. Внутри среднего ролика 4 установлена неподвижная втулка 20 с каналом 21, сообщающимся через отверстия 22 и 23 и патрубки 24 и 25 с источником нагрева (не показан) в виде источника нагретого теплоносителя. Крайние ролики 3 и 5 охвачены каждым ободом 1 и 2 на длине

их окружности, а средний ролик 4 охвачен на длине его полуокружностей участками 26 и 27 каждого обода 1 и 2, расположенными между крайними роликами 3 и 5. Ободы 1 и 2 выполнены трапецеидального поперечного сечения и установлены в канавках 11 среднего ролика 4.

Возможны другие варианты выполнения двигателя. Например, для нагрева роликов 4 можно использовать средство фокусировки

солнечного излучения на его зачерненной поверхности, для интенсификации теплообмена двигатель может быть снабжен тепловыми трубами, ободы 1 и 2 могут быть сопряжены с ведущим роликом 4 посредством зубьев подобно зубчато-ременным передачам. Для многоступенчатого подвода и отвода тепла ролики 3-5 и втулки 12, 13 и 20 в осевом направлении могут быть сгруппированы во вращающиеся и неподвижные барабаны. Для улучшения теплового контакта

Q могут быть предусмотрены средства смачивания теплоносителями роликов 3-5 на участках их сопряжения с ободами 1 и 2. Двигатель работает следующим образом. В каналы 14 и 15 через патрубки 18 и 19 и отверстия 16 и 17 поступает охлаж5 денная среда, поддерживающая уровень температуры крайних роликов 3 и 5 ниже температуры фазового превращения материала гибких ободов 1 и 2, поэтому ободы 1 и 2 на роликах 3 и 5 находятся в расслабленном состоянии и имеют исходную форму

0 с кривизной, соответствующей радиусу роликов 3 и 5 и противоположной кривизне участков 26 и 27 ободов 1 и 2 на ролике 4. В канал 21 через патрубки 24 и 25 и отверстия 22 и 23 поступает теплоноситель, нагревающий ролик 4 до температуры выше

температуры фазового превращения материала гибких ободов 1 и 2, в результате чего последние, нагреваясь через три поверхности канавок 11 трапецеидального сечения, стремятся принять форму, которая

0 заложена в их памяти с исходной кривизной, противоположной кривизне наружной поверхности ролика 4. Поэтому ободы 1 и 2 находятся на ролике 4 в упругонапряженном состоянии. При вращении роликов 3-5 энергия упругонапряженного состояния обо5 дов 1 и 2 переходит в механическую энергию на валу 10 отбора мощности. Крутящий момент на валу 10 отбора мощности создается парами сил, развиваемых участками 26 и 27 ободов 1 и 2, что обеспечивает высокую уравновешенность двигателя. А /(

ТЕПЛОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ, содержащий гибкие ободы из материала с термомеханической памятью, обернутые вокруг роликов, установленных поочередно в зонах нагрева и охлаждения на статоре с возможностью вращения, кинематически связанный с роликами вал отбора мощности и источники нагрева и охлаждения, отличающийся тем, что, с целью повыщения удельной мощности и упрощения конструкции, в нем три ролика расположены в ряд, крайние ролики охвачены каждым ободом на длине их окружности, а средний ролик охвачен на длине его полуокружностей участками каждого обода, расположенными между крайними роликами, вал отбора мощности соединен со средним роликом, который расположен в зоне нагрева, на его наружной гговерхности выполнены кольцевые канавки трапецеидального профиля, а гибкие ободы выполнены трапецеидального поперечного сечения и установлены в канавках среднего ролика. (Л |С Од 1C о со 05

Фиг.З