Тепловой двигатель Советский патент 1992 года по МПК F03G7/06 

ермомехакической памятью формы (ТПФ), торые концы обоих РЭ снабжены рычагаи, которые посредством соответствующих ибких тросов соединены с диском, шарнир- о установленным эксцентрично к емкости. ба РЭ работают на кручение, которое поредством соответствующих рычагов, гибких тросов, а также вала и эксцентрично асположенного к нему диска преобразуютя во вращательное движение вала. Часть олученной механической работы отдается потребителю, а часть используется для перемещения соответствующих РЭ через гра- ницУГ; разделяющие резервуары с горячим и холодным теплоносителем,

Недостатком данного двигателя является ограниченная сфера применения. Это обусловлено тем, что оба РЭ имеют одинаковую скорость вращения, т.е. продолжительность холостого хода определяется продолжительностью рабочего хода. При условии стабильного зэгружения такого двигателя должны быть стабильными также температуры теплоносителей в резервуарах с холодным и горячим теплоносителями. В противном случае может произойти разба- лансировка двигателя. Так например, при повышении температуры горячего теплоносителя происходит сокращение времени нагрева РЭ, что вызывает повышение скорости вращения вала и обоих РЭ. В тоже время продолжительность охлаждения РЭ остается неизменной. Следовательно, для деформации не успевших охладиться РЭ необходимо затратить дополнительную работу. Таким образом, двигатель не приспособлен к эффективной работе при изменяющихся температурах теплоносителей, например, к совместной работе с солнечным коллектором, которому свойственна суточная и сезонная нестационарность температуры теплоносителя.

Известна конструкция теплового двигателя, выбранная в качестве прототипа, содержащая двигатель один или несколько установленных в корпусе прямолинейных РЭ с ТПФ, рычаг с балластами, средство управления процессами нагрева и охлаждения, контур хладоснабжения газопроводы.

Недостатком известной конструкции является ограниченная сфера применения, что обусловлено неприспособленностью двигателя к автоматической эффективной работе в комбинации с холодильником и нагревателем, энергетические характеристики которых изменяются со временем. Это обусловлено, во-первых, стабильным загру- жением РЭ, т.е. условиями, при которых повышение температур нагревателя вызовет лишь повышение мощности, но не КПД двигателя, во-вторых, невозможностью самостоятельного пускз двигателя после остановки, вызванной низкой температурой нагревателя, в-третьих, невозможностью

выбора из нескольких холодильников такого, температура которого в определенный момент времени окажется минимальной.

Целью изобретения является повышение производительности.

0 На чертеже показана схема теплового двигателя.

Тепловой двигатель содержит по крайней мере два прямолинейных РЭ с ТПФ соответственно 1 и 2, устройство 3 отбора

5 мощности, контур 4 нагрева, контур 5 охлаждения, переключатель 6 режима работы РЭ 1, переключатель 7 режима работы РЭ 2. Устройство 3 отбора мощности содержит ведущий вал 8 и ведомый вал 9, соединенные

0 между собой коробкой 10 передач. На валу 8 закреплено храповое колесо 11, к которому прижаты соответствующими пружинами 12 собачки соответственно 13,14,15. Собачки 13 шарнирно установлены на опоре, со5 бачка 14 на рычаге 16, собачка 15 на рычаге 17. Рычаги 16, 17 шарнирно установлены на валу 8 и соединены с опорами посредством соответствующих пружин 18, 19. Рычаг 16 соединен тросом 20 с рычагом 21. шарнирно

0 установленном на опоре и соединенным с одним концом РЭ 1. Второй конец РЭ 1 закреплен на опоре. Рычаг 17 соединен тросом 22 с рычагом 23, шарнирно установленным на опоре и соединенным с одним

5 концом РЭ 2. Второй конец РЭ 2 закреплен на опоре. Контур 4 нагрева выполнен в виде теплотрассы, содержащий бак 24, установленный выше РЭ 1 и РЭ 2, клапан 25 пуска, два распределительных клапана соответст0 венно 26, 27, два напорных трехходовых вентиля соответственно 28,29, две эластичные теплоизоляционные, например, резиновые рубашки соответственно 32, 33, бак 34, установленный ниже РЭ 1 и РЭ 2, пита

5 тельный насос 35 с приводом от вала 9, сливную трубу 36. Внутри рубашки 30 расположен РЭ 1, а внутри рубашки 31 - РЭ 2. Бак 24 и бак 34 частично заполнены горячим теплоносителем. Внутри бака 24 располо0 жен теплонагреватель 37 и два терморегулятора соответственно 38,39. Терморегулятор выполнен в виде прямолинейного РЭ 40 с ТПФ, один конец которого закреплен на стенке бака 24, а второй соединен с малым

5 локальным плечом рычага 41, шарнирно установленного на опоре. Большое плечо рычага 41 шарнирно соединено со снабженном клапаном 42 баком 43, а также посредством толкателя 44 и втулки 45 с золотником 46 клапана 25. На Стенке бака 24

закреплен упор 47, периодически контактирующий с клапаном 42. Втулка 45 соединена с опорой посредством пружины 48. Терморегулятор 39 выполнен в виде прямолинейного РЭ 49 с ТПФ, один конец которого закреплен на стенке бака 24, а второй соединен с малым лекальным плечом рычага 50, шарнирно установленного на опоре. Большое плечо рычага 50 шарнирно соединено со снабженным клапаном 51 баком 52, а также посредством толкателя 53 и втулки 54-с рычагом55переключателя коробки 10 передач. На стенке бака 24 закреплен упор 56, периодически контактирующий с клапаном 51. Втулка 54 соединена с опорой посредством пружины 57. При крайней верхнем положении баки 43 и 52 расположены под соответствующими сливными отверстиями трубы 36. Контур 5 охлаждения выполнен в виде теплотрассы, содержащий бак 58, расположенный выше РЭ 1 и РЭ 2. трехходовый вентиль 59 регулирования режима охлаждения, холодильник 60, два напорный трехходовыхвентиля соответственно 28 и 29, две рубашки соответственно 32 и 33, бак 61, установленный ниже РЭ 1 и РЭ 2, питательный насос 62 с приводом от вала 9, сливную трубу 63. Бак 58 и бак 61 частично заполнены холостым теплоносителем. Внутри бака 58 расположен основной холодильник 64 и терморегулятор 65. Последний выполнен в виде прямолинейного РЭ 66 с ТПФ, один конец которого закреплен на стенке бака 58, а второй соединен с малым лекальным плечом рычага 67, шарнирно установленного на опоре. Большое плечо рычага шарнирно соединено со снабженным клапаном 68, баком 69, а также посредством толкателя 70 и втулки 71 - с золотником 72 клапана 59, на стенке бака 58 закреплен упор 73, периодически контактирующий с клапаном 68. В1ул- ка 71 соединена с опорой посредством пружины 74. При крайнем верхнем положении бак 69 расположен под сливным отверстием трубы 63.

Память соответствующих РЭ 1. РЭ 2, РЭ 40, РЭ 49, РЗ 66 выражается в уменьшении длины при нагреве и удлинении при охлаждении.

Переключатель 6 выполнен в виде рычага 75, на котором шэрнирно установлена втулка 76, соединенная посредством пружины 77 с опорой.

Шарнир рычага 75 соосен шарниру рычага 21, На последнем закреплены два упора соответственно 78 и 79, периодически контактирующие с концом рычага 75. Во втулке 76 установлен толкатель 80, соединенный с опорой посредством пружины 81.

Один конец толкателя шарнирно соединен с золотником 82 клапана 27, второй - с золотником 83 вентиля 28. Третий конец толкателя 80 посредством пружины 84 5 соединен с золотником 85 вентиля 32 с закрепленной на опоре упругой пневматической камерой 86, которая соединена с атмосферой посредством жиклера 87.

Переключатель 7 выполнен в виде рыча0 га 88, на котором шарнирно установлена втулка 89, соединенная посредством пружины 90 с опорой. Шарнир рычага 88 соосен шарниру рычага 23. На последнем закреплены два упора соответственно 91 и 92, пе5 риодически контактирующие с концом рычага 88. Во втулке установлен толкатель 93, соединенный с опорой посредством пружины 94. Один конец толкателя 93 шарнирно соединен с золотником 95 клапана 26,

0 второй - с золотником 96 вентиля 29. Третий конец толкателя 93 посредством пружины 97 шарнирно соединен с золотником 98 вентиля 33 и с закрепленной на опоре упругой пневматической камерой 99, которая соеди5 нена с атмосферой посредством жиклера 100. 5ак 34 и бак 61 соединены между собой трубой 101

Тепловой двигатель работает следующим образом При минимальной температу5 ре теплоносителя внутри бака 24 РЭ и РЭ 49 имеют максимальную длину, чему соответствует закрытое положение клапана 25 и минимальное передаточное число коробки 10. Двигатель не работает. При максималь0 ной температуре теплоносителя внутри бака 58 РЭ 66 имеет минимальную длину, чему соответствует установка вентиля 59 на перепуск теплоносителя от бака 58 к соответствующим вентилям 28, 29 при отключенном

5 холодильнике 60. При увеличении температуры теплоносителя внутри бака 24 в определенный момент двигатель включается, Это обусловлено тем, что по достижении определенной температуры РЭ 40 начинает

0 укорачиваться вследствие реализации ТПФ, поднимая пустой бак 43 и посредством толкателя 44 перемещая втулку 45 из крайнего правого в фиксируемое пружиной 48 крайнее левое положение. Такому новому поло5 жению втулки 45 соответствует открытие клапана 25 При минимальной длине РЭ 40 бак 43 оклзывается под сливным отверстием трубы . -I.

Горячий теплоноситель поступает к клапанам 26, 27 один из которых, например,

5 клапан 27, закрыт, а второй, например клапан 26, открыт. При таком положении клапа- нов 26 и 27 горячий теплоноситель самотеком перетекает из бака 24 через клапан 25, клапан 26, вентиль 28, шланг с РЭ 1

и вентиль 32 в бак 34. РЭ 1 нагревается и по достижении определенной температуры вследствие реализации ТПФ начинает укорачиваться, происходит рабочий ход РЭ 1. Посредством рычага 16 троса 20, рычага 16, собачки 14 и храпового колеса 11 рабочее линейное перемещение РЭ 1 преобразуется во вращение вала 8. Пружина 18 взводится. Коробка 10 повышает частоту вращения вала 8 Часть полученной механической работы отдается от вала потребителю, а другая часть посредством соответствующих насосов 35, 62 расходуется на перекачивание холодного теплоносителя из бака 61 в бак 58. В конце рабочего хода РЭ 1 упор 79 надавливает на рычаг 75, перемещая втулку 76 из крайнего правого в фиксируемое пружиной 77 крайнее левое положение. В конце этого перемещения втулки 76 она надавливает на толкатель 80, перемещая его из крайнего правого в фиксируемое пружиной 81 крайнее левое положение. При этом положении толкателя 80 вентиль 28 переключается на пропуск холодного теплоносителя из бака 58 и прекращение тока горячего теплоносителя из бака 24, клапан 27 открывается, пружина 84 сжимается, а затем по мере выдавливания воздуха из камеры 86 жиклер 87 распрямляется, переключая вентиль 32 на перепуск теплоносителя из шланга 30 с РЭ 1 в бак 34. Храповое колесо 11 стопорится собачкой 13 Горячий теплоноситель из бака 24 через клапан 27, вентиль 29, шланг 31 с РЭ 2 и вентиль 33 самотеком перетекает в бак 34. Происходит рабочий ход РЭ 2, аналогичный рабочему ходу РЭ 1. Посредством рычага 23 троса 22, рычага 17, собачки 15 и храпового колеса 11 рабочее линейное перемещение РЭ 2 преобразуется во вращение вала 8. Пружина 19 взводится, коробка 10 повышает частоту вращения вала 8, (Пружина 19 взводится). Часть полученной механической работы отбирается от вала 9 для привода насосов 35 и 62. В это же время холодный теплоноситель из бака 58 через вентиль 59, вентиль 28, шланг 30 с РЭ 1 и вентиль 32 самотеком перетекает в бак 61. РЭ 1 охлаждается и по достижении определенной температуры вследствие реализации ТПФ начинает удлиняться под действием пружины 18 В конце этого холостого хода РЭ 1 упор 78 надавливает на рычаг 75, перемещая его и втулку 76 из крайнего правого в фиксируемое пружиной 81 крайнее левое положение. В конце этого перемещения втулки 76 она надавливает на толкатель 80, перемещая его из крайнего левого в фиксируемое пружиной 77 крайнее правое положение. При этом положении толкателя 80

вентиль переключается на пропуск горячего теплоносителя из бака 24 и прекращение тока холодного теплоносителя из бака 58, клапан 27 закрывается, пружина 84 растягивается, а затем по мере всасывания воздуха через жиклер 87 в камеру 86 сжимается, переключая вентиль 32 на перепуск теплоносителя из шланга 30 с РЭ 1 в бак 34 и прекращение слива теплоносителя из шлан

0 га 30 с РЭ 1 в бак 61. РЭ 1 готов для совершения рабочего хода, однако клапан 26 перекрыт до момента завершения рабочего хода РЭ 2 и ток горячего теплоносителя через шланг 30 с РЭ 1 отсутствует. В конце

5 рабочего хода РЭ 2. упор 92 надавливает на рычаг 88, перемещая втулку 89 из крайнего левого в фиксируемое пружиной 90 крайнее правое положение, В конце этого перемещения втулки 89 она надавливает на толкз0 тель 93, перемещая его из крайнего левого в фиксируемое пружиной 94 крайнее правое положение. При этом положении толкателя 93 вентиль 29 переключается на пропуск холодного теплоносителя из бака 58 и пре5 кращение тока горячего теплоносителя из бака 24, клапан 26 открывается, пружина 97 сжимается, а затем по мере выдавливания воздуха из камеры 99 через жиклер 100 распрямляется, переключая вентиль 33 на пе0 репуск теплоносителя из шланга 31 с РЭ 2 в бак 61 и прекращение слива теплоносителя из шланга 31 с РЭ 2 с бак 34. Храповое колесо 11 стопорится собачкой 13.

После завершения рабочего хода РЭ 2

5 толкатель 92 оказывается в крайнем правом положении, при котором вентиль 29 и с запаздыванием вентиль 33 переключается на самотечный перепуск холодного теплонос.- теля из бака 58 в бак 61, клапан 26 открыва0 ется. Последнее обуславливается началом тока горячего теплоносителя через шланг 30 с РЭ 1 и в дальнейшем совершение РЭ 1 рабочего хода. В то же время начинается холостой ход РЭ 2., аналогичный холостому

5 ходу РЭ 1. По мере охлаждения при определенной температуре РЭ 2 начинает удлиняться вследствие реализации ТПФ под действием пружины 19. На последней стадии удлинения РЭ 2 упор 91 надавливает ьа

0 рычаг.

Дополнительный холодильник 60 контура 5 охлаждения, работа которого управляется терморегулятором 65 посредством трехходового вентиля 59 расширяет сферу

5 применения двигателя за счет наделения его функциями адаптивной системы, т.е. способностью самостоятельного переключения на работу с холодильником, отличающимся минимальной для данного момента температурой в системе. Такое устройство

позволяет, например, повысить эффективность двигателя, один холодильник 64 которого в летнее время работает на холодной воде, поднимаемой из колодца, а второй холодильник 60 включается в зимнее время, когда температура охлаждающего его атмосферного воздуха становится ниже температуры колодезной воды.

Снабженные соответствующими терморегуляторами пусковой клапан 25 контура 4 нагрева и коробка 10 передач также способствуют наделению двигателя функциями адаптивной системы. При этом терморегулируемый пусковой клапан 25 обеспечивает автоматическое отключение двигателя при недостаточно высокой температуре нагревателя 37 и автоматическое его включение при достаточно высокой температуре нагревателя 37, Терморегулируемая же коробка 10 передач обеспечивает автоматическую переналадку двигателя, отличающегося стабильностью загружения, на новые условия стабильного загружения, при которых за счет поывшения температуры нагревателя

37помимо увеличения мощности может быть повышено занчение КПД.

Согласованные соответствующими распределительными клапанами 26 и 27 переключатель 6 РЭ 2 и переключатель 7 РЭ 1 обеспечивают поочередность включения РЭ 1 и РЭ 2, а также работоспособность двигателя даже при одном целом РЭ Снабжение сливных трехходовых вентилей 32,33 соответствующими пружинами 84, 97 и пневматическими камерами 86, 99 с жиклерами 87, 100 способствует уменьшению непроизводительного перемешивания холодного и горячего теплоносителей при переключении напорных вентилей 28 и 29 путем регулируемого соответствующими жиклерами 87, 100 запаздывания, переключения сливных вентилей 32, 33.

Все три терморегулятора 38, 39, 65 конструктивно неотъемлемо связаны с соответствующими контурами 4, 5 нагрева и охлаждения. Снабжение терморегулятора

38(39, 65) соответствующей сливной трубой 36 (63) и баком 43 (52, 69) способствует уменьшению негативного воздействия температурного гистерезиса, свойственного материалам с ТПФ путем разгружения РЭ 40 (49, 66) перед подъемом бака 43 (52, 69), опорожнение его через клапан 42 (51, 68) и загружение РЭ 40(49, 66) перед опусканием бака 43 (52. 69). заполнение его через сливную трубу (36, 63). Лекальное строение малого плеча рычага 41 (50, 67) обеспечивает протекание деформации РЭ 40 (49, 66) в условиях, близких к изотермическим. Это достигается вследствие повышения нагрузки на РЭ 40 (49, 66) по мере совершения им рабочего хода (укорачивание РЭ 40 (49, 66) и уменьшения нагрузки на РЭ 40 (49. 66) по мере совершения им холостого хода (удли- 5 нение РЭ 40 (49, 66)

Формула изобретения 1. Тепловой двигатель, содержащий корпус с рубашкой, в которой размещен по меньшей мере один рабочий элемент из ма- 0 териала с памятью формы, звено отбора мощности и два контура с теплоносителем - нагревательный и охладительный, причем звено отбора мощности связано с одним концом рабочего элемента, второй конец ко- 5 торого неподвижно закреплен, каждый контур частично заполнен теплоносителем и состоит из последовательно соединенных турбопроводами верхнего бака с теплообменником, размещенного выше корпуса,

0 питающего насоса и нижнего бака, размещенного ниже корпуса, оба контура подклю- чены к рубашке корпуса с помощью , входного и выходного управляемых трехпо- зиционных вентилей, управляющие меха5 низмы которых связаны со звеном отбора мощности, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности, двигатель снабжен дополнительной рубашкой с размещенным в ней дополнительным

0 рабочим элементом и управляемыми входным и выходным вентилями, а также двумя управляемыми клапанами, тремя датчиками температуры со связанным с ними исполнительными механизмами, дополнительным

5 контуром охлаждения с управляемым трех- позиционным вентилем, коробкой передач и пусковым управляемым клапаном, причем дополнительная рубашка подключена параллельно первой с помощью управляемых

0 входного и выходного вентилей и управляемых клапанов с обеспечением работы рабочих элементов в противофазе, один из датчиков температуры установлен в верхнем баке охладителя и его исполнительный

5 механизм связан с управляющим механизмом вентиля дополнительного контура охлаждения, с обеспечением возможности подключения последнего в охладительный контур, второй датчик температуры рзспо0 ложен в верхнем баке нагревателя и его исполнительный механизм связан с управляющим механизмом коробки передач, установленной на выходе звена отбора мощности, третий датчик температуры так5 же установлен в верхнем баке нагревателя, его исполнительный механизм связан с управляющим механизмом пускового клапана , с обеспечением возможности полного перекрытия нагревательного и охладительного контуров.

2.Двигатель по п. 1, отличающий- с я тем, что температурный датчик выполнен в виде прямолинейного элемента из материала с памятью формы, причем один конец элемента закреплен неподвижно внутри соответствующего бака, а второй соединен с соответствующим исполнительным механизмом.

3.Двигатель по п. 1, отличающий- с я тем, что исполнительный механизм датчика температуры содержит сливную трубу, разноплечий рычаг, бачок со сливным клапаном, упор и толкатель, причем сливная труба размещена в крышке сответствующе- го бака, малое плечо рычага соединено с датчиком температуры, большое плечо рычага шарнирно соединено с толкателем, связанным с соответствующим управляю0

5

щим механизмом, бачок размещен на большом плече рычага с обеспечением возможности перемещения между двумя крайними положениями одно из которых под сливной трубой, а второе с возможностью взаимодействия сливного клапана и упора.

4. Двигатель по пп. 1-3, отличающийся т ем, что управляющий механизм выходных вентилей состоит из золотника, соответ- ствующего вентиля, пружины и пневматической камеры, снабженной жиклером, сообщающимся с атмосферой, причем золотник связан как с одним концом пружины, так и с одним концом пневматической камеры, второй конец пружины связан с соответствующим исполнительным механизмом, а второй конец камеры неподвижно закреплен.

Изобретение относится к преобразованию тепловой энергии геотермальных вод, солнечных водонагревателей и других возобновляемых энергоисточников в механическую энергию с использованием тепловых деформаций твердых рабочих элементов (РЭ), обладающих термомеханической памятью формы (ТПФ).Целью изобретения является повышение производительности. Усилие, возникающее при изменении длины РЭ 1, 2 с ТПФ, работающих в противофазе, передается через рычаги 16,17, тросы 20,22 и рычаги 21, 23 соответственно на коробку 10 передач, позволяющую регулировать скорость вращения вала 9 в зависимости от температуры теплоносителя в баке 24. В Изобретение относится к преобразованию тепловой энергии геотермальных вод, солнечных водонагревателей и других возобновляемых энергоисточников в механическую энергию с использованием тепловых деформаций твердых рабочих злементоа, обладающих термомеханической памятью формы. Известен тепловой двигатель, содержащий круглую в плане емкость, разделенную баке 24 установлен датчик температуры в виде РЭ 49с ТПФ, управляющий рычагом 55 переключателя коробки 10. Второй датчик температуры в виде РЭ 40 с ТПФ управляет золотником 46 пускового клапана 25, что позволяет автоматически запускать двигатель з случае его остановки из за понижения температуры теплоносителя в баке 24. Открытие вентиля 25 осуществляется автоматически при достижении температурой теплоносителя в баке 24 величины, достаточной для реализации ТПФ РЭ 40. Наличие датчика температуры, выполненного в виде РЭ 66 с ТПФ в баке 58, позволяет подключать дополнительный холодильник 60 в зависимости от температуры теплоносителя в баке 58. Таким образом изобретение позволяет автоматически включать двигатель и устанавливать скорость вращения вала 9 отбора мощности в зависимости от температуры теплоносителя в баке 24, а также подключать дополнительное охлаждение в зависимости от температуры теплоносителя в баке 58, т.е. обеспечивать максимальную производительность в условиях нестабильной температуры теплоносителей. 3 з.п. ф- лы. 1 ил. диаметральной перегородкой на резервуары с холодным и горячим носителями. 8 центре емкости шарнирно установлен вал отбора мощности, на котором шарнирно закреплены две рамы. Подвижные концы каждой рамы посредством соответствующих колес опираются на дно емкости, имеющей в местах соединения резервуаров покатую форму. На погруженной в теплоноситель части каждой рамы закреплен одним концом рабочий элемент (РЭ), обладающий(Л С х| xj 4 CJ