Тепловой двигатель Советский патент 1992 года по МПК F03G7/06 

///s/7/ .,

л .Ч

У///////,

ч

2

rWWr,yr y 44WftVJW f Wf jyS/SX S

5 2 з 2 3 5 Ч

/.,

.Ч

У///////,

r,yr y 44WftVJW f Wf jyS/SX S

5 2 з 2 3 5 Ч2

Фиг

N со о ел

Изобретение относится к машиностроению, а более конкретно к тепловым двигателям (ТД) с твердым рабочим телом, и может быть использовано в различных механических системах, например в транспортных механизмах перемещающих гоуз по бегущей волне, в кабель-троссовых системах с автоматической смоткой в бухту и

Др.

Известны ТД, в которых в качестве твердого рабочего тела используются термочувствительные элементы (ТЧЭ) из материала, проявляющего эффект памяти формы. Однако эти ТД имеют сравнительно невысокую эффективность и узкие функциональные возможности.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является двигатель, содержащий корпус по крайней мере один ТЧЭ, который связан с корпусом и выходным звеном, и нагреватель, установленный по меньшей мере с одной из сторон ТЧЭ.

Известный ТД имеет сравнительно невысокую эффективность и узкие функциональные возможности, что обусловлено невозможностью подвода тепла к локальным зонам ТЧЭ.

Целью изобретения является повышение эффективности и расширение функциональных возможностей ТД.

Указанная цель достигается тем что в ТД, содержащем корпус, выходное звено, по меньшей мере один ТЧЭ, который кинематически связан с корпусом и выходным звеном, и нагреватель, установленный по меньшей мере с одной из сторон ТЧЭ, нагреватель выполнен в виде электрических контактов, установленных на поверхности ТЧЭ, каждый из которых соединен при помощи проводников с источником электрического тока.

ТЧЭ может быть изготовлен из материала, обладающего эффектом памяти формы.

Электрический контакт может быть выполнен в виде электропроводной пленки, например, из полианилина. Полимерная пленка электрического контакта может быть изготовлена из материала с электрической проводимостью, меньшей проводимости материала ТЧЭ, Проводники могут быть выполнены из электропроводящего полимера, например из допированного полиацетилена. ТЧЭ может быть составлен из расположенных послойно пластин с электрическими контактами.

Электрический контакт может быть выполнен в виде слоя электропроводящей полимерной пленки, нанесенной на поверхностью ТЧЭ, и покрытой слоем электроизоляционной полимерной пленки.

На фиг. 1 схематично показан предлагаемой ТД; на фиг. 2-4 - пример работы ТД с

ТЧЭ в виде пружины; на фиг. 5 - пример использования ТД в кабель-троссах с автоматизированной смоткой в бухту; на фиг. 7 - пример изготовления ТД с ТЧЭ, установленными с возможностью работы в противофа0 зе; на фиг. 8 - пример работы ТД по фиг. 7.

ТД содержит по крайней мере один ТЧЭ

1, например из материала, проявляющего

эффект памяти формы, и нагреватели в виде

электрических контактов 2 и проводников 3,

5 которые изготовлены, например, из электропроводящих полимеров. ТЧЭ 1 одним концом закреплен на корпусе 4 токоизо- лированно от последнего. Контакты 2 изолированы от проводников 3 злектроизо0 ляционным покрытием 5, например, из, резины или пластичных полимеров.

В качестве материала с памятью формы могут быть использованы никелид титана, тройные и сложнолегированные сплавы на

5 его основе, сплавы системы медь - алюминий - никель и др. Токоподводы 3 изготавливаются преимущественно из полиацетилена допированного раствором йода или раствором металлического натрия

0 в ртути. Контакты 2 могут изготавливаться как из допированного полиацетипена, так и из других электропроводящих полимеров, например, из полианилина, политиофена, полипарфелена, полипиролла, и др. С уче5 том того, что материалы с памятью формы имеют высокое для металлов электрическое сопротивление, в первом случае (контакт 2 из допированного полиацетилена) ТЧЭ нагревается за счет протекания по нему тока,

0 так как его сопротивление выше, чем у токо- подводящей системы, во втором случае сопротивление ТЧЭ ниже, чем у токоподводов. что приводит к нагреванию контактов 2, а сопряженный с ними участок ТЧЭ нагрева5 егся непосредственно от контакта. Расположенная на поверхности ТЧЭ системе контактов 2 проводников 3 и межконтактной электроизоляции 5 образуют нагреватель 6.

0На фиг. 5 показан пример использования ТД для смотки кабель-троса. Аналогично ТД может быть использован для смотки канатов и тросов при выполнении такелажных рабо.. Кабель-тросе содержит ТЧЭ 1,

5 нагреватель 6, провода 7 и наружное покрытие 8.

Если ТЧЭ 1 изготовлен из листовой заготовки (фиг, б) контакты 2 могут располагаться на одной или обоих поверхностях симметрично или асимметрично. Форма

контактов может быть самой различной, каждый из контактов 2 проводниками 3 по- раздельно связан с источником тока. Комбинация подключенных к источнику тока контактов 2 определит нагреваемый участок ТЧЭ 1.

ТД может быть изготовлен из двух анти- фазно установленных пластин по фиг. 6. Такой ТД показан на фиг. 7, Формоизменение в таком ТД может быть самым разнообразным, например в форме бегущей волны (фиг.

8).

Для сборки ТД предварительно производят обработку ТЧЭ 1 на придание свойства необходимого формоизменения при теплосменах, а затем на поверхность ТЧЭ наносят лак полимеров с чередованием электропроводящих и электроизоляционных. При этом последующий слой лака наносится после просушки предыдущего. Для повышения электробезопасности нагреватель 6 сверху покрывают электроизоляционным полимером. Апробация показала, что толщина бутерброда не превышает долей милиметра, что не изменяет габариты конструкции с учетом размеров ТЧЭ 1.

ТД работает следующим образом. ТЧЭ 1 изготовлен из проволоки, которая при нагревании принимает пружины (фиг. 2), затем ТЧЭ 1 деформируют до прямого положения по всей длине (фиг. 3). Подключая различные контакты 2 посредством наружной коммутации токоподводов 3 к источнику электрической энергии нагревают различные участки ТЧЭ 1 и, таким образом, термически восстанавливают форму на различных участках ТЧЭ 1 (фиг. 4). Это свойство может быть использовано в электрических кабель-троссах (фиг. 5), связывающих источник энергии с подвижным объектом, например подводный технический объект с кораблем-носителем. Электрическая энергия передается потребителю по поов.о- дам 7. В процессе работы за счет удаления объекта от источника тока происходит разматывание кабель-тросса. При приближении объекта к источнику образовавшаяся слабина выбирается за счет нагревания различных участков ТЧЭ 1.

При изготовлении ТД с ТЧЭ 1 из анти- фазно установленных пластин (фиг. 7 и 8) с памятью изогнутой формы при нагреве, при этом пластины при нагреве изгибаются навстречу друг другу, путем нагрева продольных полос ТЧЭ 1 (на фиг. 8 зоны и на- правления теплоподвода показаны стрелками), расположенных антифазно, можно получить форму стоящей волны. Если зоны нагрева, путем внешней коммутации контактов 2, привести в движение

перпендикулярно фронту волны, то волны прийдут в движение. В данном случае ТД может использоваться как транспортер, насосный агрегат, и др.

К различным участкам может подводиться тепло с различной интенсивностью путем варьирования подводимой электрической мощности.

Использование предлагаемого изобретения позволит получить положительный эффект, который будет складываться из следующих факторов. Расширятся функциональные возможности ТД за счет нагрева различных учстков с различной интенсивностью. Это позволит формировать сложные поверхности в изменяющейся во времени формой,

Повысится эффективность ТД за счет снижения потерь при токоподводе. Улучшатся условия согласования ТЧЭ 1 с источником энергии за счет варьирования в широких пределах сопротивления токопод- водящей цепи путем выбора материала и изменения толщины.

Повысится надежность работы ТД за счет исключения возможности перегрева, так как материал контактов и токоподводов не позволит материалу ТЧЭ нагреваться выше 280 - 320°С, что для указанных материалов является недопустимым.

Кроме того, конструкция ТД очень компактна и не содержит целого ряда элементов конструкции, таких кактокоподводящие электрические провода, клемы, и др. Весь

ТД выполнен з виде единого блока, что делает его удобным при практическом использовании.

Формула изобретения

1.Тепловой двигатель, содержащий корпус, выходное звено, по меньшей мере

один термочувствительный элемент, связанный с корпусом и выходным звеном, и нагреватель, установленный по меньшей мере с одной стороны термочувствительного элемента, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности и расширения функциональных возможностей, нагреватель выполнен в виде электрических контактов, установленных на поверхности

термочувствительного элемента, каждый из которых соединен при помощи проводников с источником электрического тока.

2.Двигатель по п. 1,отличающий- с я тем, что термочувствительный элемент

обладает эффектом памяти формы.

3.Двигатель по пп. 1 и 2, отличающий с я тем, что электрический контакт выполнен в виде электропроводной полимерной пленки, например полианилина.

4.Двигатель по п. 3, отличающий- с я тем, что полимерная пленка электрического контакта изготовлена из материала с электрической проводимостью, меньшей проводимости материала термочувствительного элемента.

5.Двигатель по пп. 1-4, отличающийся тем, что проводники выполнены из электропроводного полимера, например из допированного полиацетилена.

///////////

//////////

0U2.2

Фиг.З

0

6.Двигатель по пп. 1-5, отличающий с я тем, что термочувствительный элемент составлен из расположенных послойно пластин с электрическими контактами.

7.Двигатель по п. 6, отличающий- с я тем, что электрический контакт выполнен в виде слоя электропроводной полимерной пленки, нанесенной на поверхность термочувствительного элемента и покрытой слоем электроизоляционной полимерной пленки.

///////////

Фиг 5

шгМ

Сущность изобретения: двигатель содержит термочувствительный элемент (ТЧЭ) 1, связанный с корпусом 4 и выходным звеном, и нагреватель, установленный, по меньшей мере, на одной поверхности ТЧЭ 1 и выполненный в виде электрических контактов 2 с проводниками 3, причем каждый контакт 2 соединен при помощи проводника 3 с источником электрического тока. Подача электрического тока на один или определенную группу контактов 2 с различным чередованием сигнала позволяет придавать ТЧЭ 1 различную форму и различные функции, например, возможность выполнения из ТЧЭ 1 транспоотера по типу бегущая волна. 8 ил.

3 3 3

3 3

№

Шиг.6

Фиг