Устройство для получения механической энергии Советский патент 1992 года по МПК F03G6/06 F04D19/00 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электромеханическим двигателям и вентиляторам, в которых используются тепловые эффекты, и может быть применено в электробытовой технике в виде тихоходных тепловых двигателей и бесшумных тепловых вентиляторов.

Известен тепловой двигатель, включающий цилиндрический корпус, ротор с термочувствительными элементами, расположенный на валуе подшипниками, зоны нагрева и охлаждения, а также источник тепла. Недостатком известного двигателя является то, что он имеет невысокий КПД.

Известен также осевой вентилятор, включающий основание с корпусом и ротор с винтовыми лопастями, насаженный на вал.

Недостатком данного вентилятора является то, что оно энергоемок и имеет шумовой эффект.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для получения механической энергии, содержащее корпус с зонами нагрева и охлаждения, установленный в корпусе ротор с термочувствительными элементами и источник излучения, причем корпус выполнен с вырезом со стороны источника,

Недостатком устройства является сравнительно высокая сложность конструкции и недостаточно высокий КПД из-за неэффективного использования энергии источника.

Цель изобретения - упрощение устройства и повышение КПД посредством повышения воздействия тепловой энергии источника, а также расширение функциональных возможностей посредством использования в качестве вентилятора.

Поставленная цель достигается тем что в устройстве для получения механической энергии, содержащем корпус с зонами нагрева и охлаждения, установленный в корпусе ротор с термочувствительными элементами и источник излучения, причем корпус выполнен с вырезом со стороны источника, последний снабжен отражателем, прикрепленным к корпусу в зоне выреза с образованием замкнутого объема, а термочувствительные элементы-в виде лопастей, при этом внутренняя поверхность в зоне нагрева снабжена отражающим покрытием, а в зоне охлаждения - поглощающим, а также тем, что в упомянутом устройстве лопасти ротора выполнены винтовыми, а в корпусе предусмотрены отверстия для входа и выхода воздуха.

На фиг.1 показан тепловой двигатель, общий вид; на фиг.2 - тепловой вентилятор, общий вид; на фиг 3 - то же, вид сверху.

Устройство включает в себя цилиндрический корпус 1, внутри которого размещен ротор 2, содержащий лопасти 3 и вал 4 на подшипниках. На корпусе 1 сделан вырез 5,

против которого закреплен источник тепла (нагреватель) 6 со световым отражателем 7. Для обеспечения устойчивого положения устройства на опорной поверхности предусмотрено основание 8 и фланцевое крепле0 ние 9. Лопасти 3 ротора 2 изготовлены биметаллическими, например по типу термопары или из материала с памятью формы. Корпус 1 устройства выполнен цилиндрической формы, а внутренняя его поверхность

5 выполнена в виде абсолютно блестящего тела со стороны светового отражателя 7 (например, в виде зеркальной поверхности с высокой чистотой обработки) и в виде абсолютно черного тела (с черновой обработкой

0 поверхности) - у противоположной, т.е. теневой стороны. Кроме того, как минимум теневая сторона корпуса содержит снаружи охладительные ребра, а внутри водяную рубашку, сообщающуюся через отверстия с

5 атмосферой и имеющую термосифонную или принудительную циркуляцию воды (не показано). В качестве электронагревательного элемента б может быть использована нихромовая спираль, смонтированная на

0 конусном изоляторе, или же обыкновенная электрическая лампа накаливания.

При включении в электрическую сеть электронагревательного элемента 6 излучаемое тепло и свет под воздействием свето5 вого отражателя 7 направляются через вырез 5 в корпусе 1 на левую сторону ротора 2 и происходит нагрев этой зоны. При этом лопасти 3 с левой стороны ротора 2 подвергаются деформации, а с противоположной,

0 правой стороны, остаются неизменной формы. В результате этого у ротора 2 возникает статический дисбаланс и он поворачивается по часовой стрелке. На теневой стороне ротора 2 лопасти 3 охлаждаются и выпрямля5 ются до исходного положения, Таким образом, односторонний нагрев ротора 2 со стороны электронагревательного элемента 6 и одностороннее охлаждение его на противоположной теневой стороне являются

0 причиной возникновения постоянного дисбаланса и вращения ротора 2 на валу 4 по часовой стрелке.

Охлаждению ротора на теневой стороне способствует несколько факторов одновре5 менно:

-исключение прямого воздействия тепла и лучистой - jeprwi со стороны источника 6;

-поглощение тепловой и лучистой энергии, просочившейся в зазор между корпусом 1 и ротором 2, правой стороной корпуса 1, выполненной в форме абсолютно черного тела и исключающей отражение тепла на правую сторону ротора 2;

-охлаждение как минимум правой стороны корпуса 1 охладительными ребрами, закрепленными снаружи его;

-охлаждение как минимум правой стороны корпуса принудительно циркулирующей водой или водой, испаряющейся через отверстия при нагреве в случае термосифонной циркуляции.

Стабильность, т.е. высокая устойчивость частоты, вращения ротора (без остановок и рывков) обеспечивается за счет пос:оянной разницы температур на нагреваемой и теневой стороне устройства.

Для изменения направления вращения ротора 2 необходимо повернуть лопатки 3 относительно вала 4 на 180° или же переставить ротор 2 относительно вала 4 на 180°.

Частоту вращения ротора 2 регулируют посредством изменения мощности электронагревательного элемента б и изменения количества лопастей 3

Величина максимально возможного крутящего момента на валу 4, в основном, зависит от размеров и массы ротора 2, а также от материала лопастей 3

Основание 8 обеспечивает устойчивое положение устройства в вертикальной плоскости на горизонтальной опорной поверхности, а фланцевое крепление 9 обес- печ тает торцовой монтаж устройств к потребителю энергии или крепление его на вертикально расположенных опорных по- вер сностях (стенах, перегородках и т д ).

Съем мощности производят с одного или обоих концов вала 4 Устройство может работать эффективно лишь при вертикальном или близком к нему расположении ротора 2.

Таким образом, высокий КПД теплового двигателя достигается за счет1

-одновременного использования тепловой и лучистой энергии источника на вращение ротора;

-использования не только прямо направленной, но и отраженной лучистой энергии (левой стороны корпуса)

-исполнения левой стороны корпуса 1 изнутри с высокой отражательной способ,- ностью, обеспечивающей подачу всей лучистой энергии на эту же сторону ротора;

-исполнения правой стороны корпуса 1 иснутри в виде абсолютно черного тола, обеспечивающего поглощение отраженной лучистой энергии и предотвращение подачи ее на теневую часть ротора 2

-достаточно эффективного охлаждения корпуса 1 посредством охладительных ребер снаружи и/или водяной рубашки изнутри, а также передачи тепла от корпуса 1

опорам (полу, стенам, столу и т д) и рассеивания тепла в окружающее воздушное пространство.

Предлагаемый тепловой двигатель характеризуется высоким положительным эф0 фектом не только из-за высокого КПД, но и вследствие простоты конструкции по причине отсутствия потребности во множестве (2-3) фаз. электрических обмотках возбуждения и конденсаторах. Кроме того,

5 предлагаемый двигатель является тихоходным. Его принципиальным достоинством является обеспечение низких оборотов ротора без громоздких редукторов.

Предлагаемое устройство для получе0 ния механической энергии в варианте теплового вентилятора аналогично по конструкции тепловому двигателю. Отличие состоит лишь в том, что лопасти ротора выполнены винтовыми, а в корпусе предусмот5 рены отверстия для входа и выхода воздуха (не показано).

Нагревательный элемент б относительно ротора 2 расположен асимметрично как в вертикальное, так и ч горизонтальной пло0 скостях (соответственно на величины а и б) Лопасти ротора могут быть окрашены в различные цвета радуги, а корпус изготовлен в прозрачном исполнении

Тепловой вентилятор работает следую5 щим образом.

При включении электронагревательного элемента (нихромовой спирали или лам- , пы накаливания) б а электрическую сеть, излучаемое тепло и свет под воздействием

0 светового отражателя 7 направляется через вырез 5 в корпусе 1 на одну из сторон лопастей 3 (тыльную или рабочую), т.е. на одну половину ротора 2, в результате чего происходит их нагрев. При этом лопасти 3 со

5 стороны расположения электронагревательного элемента 6 подвергаются деформации (либо изгибу, либо скручиванию либо изгибу и скручиванию одновременно), а с противоположной стороны лопасти 3 оста0 ются неизменной формы, в результате чего у ротора 2 возникает статическая несбалансированность и он поворачивается по часовой стрелке. Нз теневой стороне ротора 2 лопасти охлаждаются и выпрямляются до

5 исходного положения. Таким образом, односторонний нагрев ротора 2 со стороны электронагревательного элемента б и одностороннее его охлаждение на противоположной теневой стороне являютсяпричиной возникновения постоянного дисбаланса и

вращения ротора 2 на валу 4, например,по часовой стрелке.

Высокая эффективность работы теплового вентилятора обеспечивается тем, что общий нагрев помещений осуществляют по- средством медленной подачи большой массы нагретого воздуха (в отличие от высокооборотистых тепловых вентиляторов отсутствуют точечные нагревы помещения и обогреваемых объектов). Одновременно в общим нагревом помещения обеспечивается возможность плавного подвода прохладного воздуха к работающему вентилятору со стороны забора воздуха. При этом отсутствуют также точечные охлаждения какого-ли- бо объекта из-за одновременного перемещения сравнительно больших масс воздуха с малой скоростью, Из-за малой частоты вращения ротора отсутствует утомительный шум работающего вентилятора. При использовании осветительной лампы накаливания в качестве электронагревательного элемента исключается поглощение кислорода воздуха, расходуемого на окисление раскаленной спирали (как след- ствие, исключается кислородное голодание, образование вредных окисных и закисных соединений в воздухе).

В случае окраски лопастей ротора в различные цвета радуги и изготовления корпу-

са в прозрачном исполнении обеспечивается получение приятного зрительного эффекта во время работы вентилятора (за счет подсветки электролампой вращающихся разноцветных лопастей).

Формула изобретения

1.Устройство для получения механической энергии, содержащее корпус с зонами нагрева и охлаждения, установленный в корпусе ротор с термочувствительными элементами и источник излучения, причем корпус выполнен с вырезом со стороны источника, отличающееся тем, что, с целью упрощения устройства и повышения КПД посредством повышения воздействия тепловой энергии источника, последний снабжен отражателем, прикрепленным в зоне выреза с образованием замкнутого объема, а термочувствительные элементы выполнены в виде лопастей, при этом внутренняя поверхность корпуса в зоне нагрева снабжена отражающим покрытием, а в зоне охлаждения - поглощающим.

2.Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, лопасти ротора выполнены винтовыми, а в корпусе выполнены отверстия для входа и выхода воздуха.

Приоритет по пунктам: 20.02.89 по п.2.

Использование: может быть использовано в электробытовой технике в качестве теплового двигателя или теплового вентилятора. Сущность изобретения: при работе устройства в качестве теплового двигателя при включении нагревателя 6 излучаемое тепло и свет под воздействием светового отражателя 7 направляются через вырез 5 в корпусе 1 на ротор 2 и происходит нагрев лопастей 3, расположенных с этой стороны. При этом лопасти 3 ротора 2 подвергаются деформации, а с противоположной стороны } 6 остаются неизменными, в результате чего у ротора 2 возникает статический дисбаланс и он поворачивается по часовой стрелке На противоположной стороне лопасти 3 охлаждаются и выпрямляются до исходного положения. Таким образом, односторонний нагрев лопастей 3 ротора 2 со стороны нагревателя 6 и одностороннее охлаждение лопастей 3 на противоположной (теневой) стороне являются причиной возникновения постоянного дисбаланса и вращения ротора 2 на валу А с подшипниками. В случае выполнения лопастей 3 ротора по винтовой поверхности, а также открытия в корпусе отверстия для входа и выхода воздуха, при вращении ротора 2 одновременно происходит подача теплового воздуха, т е. устройство работает в качестве теплового вентилятора. 1 з.п ф-лы, 3 ил. сл С 4 xj сл 00 го 00

да/г/

Фаг.з