Тепловой двигатель Советский патент 1986 года по МПК F03G7/06 

Изобретение относится к преобразованию тепловой энергии в механическую, а именно к тепловым двигателям, в которых.для получения механической работы используются тепловые деформации элементов из сплава с термомеханической памятью, и может найти применение для привода автономно работающих агрегатов, в частности в солнечных водоподъемниках.

Цель изобретения - повышение КПД при одностороннем радиационном нагреве тепловых элементов путем поддержания их ориентации в пространстве.

На фиг. 1 изображена кинематическая схема предлагаемого двигателя; на фиг. 2 - то же, вид со стороны источника тепла; на фиг. 3 - то же, вид вдоль осей его роторов; на фиг. 4 - различные положения одной из групп тепловых элементов в разнь х фазах поворота кривошипов роторов {вид вдоль осей роторов).

Двигатель содержит источник 1 нагрева излучением и источник 2 охлаждения в виде поддона 3, заполненного холодной средой 4. В корпусе 5 эксцентрично установлены связанные между собой посредством передачи

6роторы 7 и 8 с кривошипами 9 и 10 соответственно. Все кривошипы 9 ротора 7 имеют одинаковую длину, также как и кривошипы 10 ротора 8, и длина каждого кривошипа 9 больше длины каждого кривошипа 10. Наружные концы кривошипов 9 и 10 роторов 7 и 8 соединены между собой с помошью шарниров 11 группами 12 расположенных в одной плоскости тепловых элементов 13 из сплава с термомеханической памятью их укороченной формы в нагретом состоянии, например, из нитинола. Эксцентриситет роторов 7 и 8 больше разницы длин их кривошипов 9 и 10. В варианте устройства тепловые элементы 13 выполнены плоскими и обращены плоской поверхностью 14 к источнику 1 нагрева.

Передача б выполнена в виде одинаковых зубчатых колес 15 и 16, жестко закрепленных соответственно на роторах 7 и 8, и промежуточного колеса 17, входящего в зацепление с зубчатыми колесами 15 и 16. Роторы 7 и 8 вставлены своими нижними частями в поддон 3 и погружены в холодную среду 4 до уровня их осей. Температура среды 4 в поддоне 3 ниже температуры структурного превращения сплава с термомеханической памятью, из которого изготовлены тепловые элементы 13. Последние могут бть выполнены в виде спиралей, гофрированных пластинок, лент, нитей и т.п. Для обеспечения непрерывного вращения роторов 7 и 8 и преодоления «мертвых точек при прохождении тепловых элементов 13 через общую плоскость осей роторов

7и 8 последние содержат по меньшей мере по три кривошипа 9 и 10 соответственно.

равномерно расположенных вокруг осей вращения роторов 7 и 8.

Источник 1 нагрева может быть вь полнен не только в виде источника излучения, но и в виде источника горячего газа - воздуха, а источник 2 охлаждения может быть снабжен экраном (не показан) для затенения тепловых элементов 13 от прямого попадания лучей источника 1.

Двигатель работает следующим образом.

При вращении роторов 7 и 8 по часовой стрелке (фиг. 1, 3 и 4) тепловые элементы .13 перемещаются по кольцевым траекториям в том же направлении. Тепловой элемент 13, перемещающийся вдоль зоны действия источника 1 нагрева, нагревается выще температуры структурного превращения его материала и в результате этого, проявляя эффект термомеханической памяти, стремится сжаться. Усилие, генерируемое тепловыми элементами 13 при восстановлении формы, передается ротором 7 и 8 и создает на них два вращающих момента, стремящихся привести роторы 7 и 8 во вращение в противоположных направлениях. Так как длина кривошигюв 9 ротора 7

больще длины кривощипов 0 ротора 8, возникает разница моментов, действующих на роторы 7 и 8. Так как роторы 7 и 8 связаны между собой передачей б, то они могут вращаться лишь в одинаковом направлении и равнодействующий момент приводит роторы 7 и 8 во вращение в направлении действия большего по величине момента, т.е. в направлении действия вращающего момента на ротор 7.

В результате перемещения теплового элемента 13 вдоль зоны действия источника 1 нагрева (из положения А А в положение С)Сг„ фиг. 4) он постепенно укорачивается, и при про.хождении через плоскость полностью восстанавливает свою форму (укорачивается до исходной длины). В

дальнейшем тепловой элемент ,: входит в зону действия источника 2 охлаждения, охлаждается ниже температуры структурного превращения его материала и постепенно растягивается при перемещении вдоль зоны действия источника 2 охлаждения. При прохождении через плоскость он принимает наиболее деформированное положение. В дальнейшем этот тепловой элемент 13 вновь входит в зону действия источника 1 нагрева и процесс повторяется описанным

образом.

Так как двигатель содержит по меньшей мере три группы 12 тепловых элементов 13, расположенных равномерно вокруг осей роторов 7 и 8, то в любой момент времени по меньшей мере тепловые элементы 13 одной и, групп 12 находятся в высокотемпературном состоянии и таким образом поддерживают непрерывное вращение роторов

7 и 8. При помощи передачи 6 фазы вращения кривощипов 9 и 10 роторов 7 и 8 могут быть подобраны так, что соединенные одним тепловым элементом 13 кривощипы 9 и 10 одновременно пересекают плоскость , при этом с указанной плоскостью совпадает переход элементов 13 от растяжения к сжатию и наоборот.

Устройство может работать и при наличии начального фазового сдвига между роторами 7 и 8. В этом случае кривощипы 9 и 10 перемещаются не параллельно между собой и плоскость , пересекают не одновременно, следовательно, переход от одной деформации к противоположной также не совпадает с этой плоскостью. При увеличении начального фазового сдвига между роторами 7 и 8 возрастают предельные деформации тепловых элементов 13, наибольщие значения которых реализуются при вращении роторов 7 и 8 в и ютивоположной фазе (при начальном сдвиге 180°). Предельные деформации тепловых элементов 13 . изменять, изменяя разницу длин криаощипов 9 и 10 роторов 7 и 8, при этом абсолютная длина кривошипов 9 и 10 на величину предельной деформации элементов 13 не влияет. При увеличении длины кривощипов 9 и 10 роторов 7 и 8 увеличивается перемещение тепловых элементов 13

в направлении, перпендикулярном плоскости .. Это позволяет подобрать оптимальные размеры траектории перемещения тепловых элементов 13 и установить стационарные целесообразные зоны действия источников 1 и 2 нагрева и охлаждения соответственно.

Формула изобретения

1.Тепловой двигатель, содержащий источники иагрева и охлаждения и корпус, в котором эксцентрично установлены два связанные между собой посредством передачи ротора с кривощипами, причем кривошипы

5 каждого ротора имеют одинаковую длину, а разных роторов - разную длину, наружные концы кривошипов разных роторов щарнирно соединены между собой группами расположенных в одной плоскости тепловых элементов из сплава с термомеханичес кой памятью, отличающийся тем, что, с целью повыщения КПД при одностороннем радиационном нагреве тепловых элементов путем поддержания их ориентации в пространстве, эксцентриситет роторов больще разницы длин их кривошипов.

2.Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что тепловые элементы выполнены плоскими и обращены плоской поверхностью к источнику нагрева.

Изобретение относится к энергетике, а именно к двигателям, в которы.х для получения механической работы используются тепловые деформации элементов (Э) из сплава с термомеханической памятью, и м.б. использовано для привода автономных агрегатов. Изобретение позволяет повысить КПД при одностороннем радиационном нагреве Э путем поддержания их ориентации в пространстве. В корпусе 5 эксцентрично установлены связанные между собой посредством передачи 6 роторы (Р) 7 и 8. Эксцентриситет Р 7 и 8 больше разницы длин их кривошипов 9 и 10. Э 13 выполнены плоскими и обрандены плоской поверхностью к источнику 1 нагрева. Такое выполнение позволяет таким образом ориентировать Э 13 в пространстве, чтобы их поверхность, обращенная к источнику 1 при Р 7 и 8, была постоянно подвержена радиационному нагреву. 1 з.н. ф-лы, 4 ил. (С (Л tc О) оо со СлЭ

фаг.