Устройство для преобразования тепловой энергии в механическую Советский патент 1992 года по МПК F03G7/06 

Изобретение относится к устройствам предназначенным для преобразования re ч ловой энергии в механическую и мож°г паи ти применение в области энергетики

Известно устройство для преобразила ния тепловой энергии в механическую П содержащее термочувствительные силовь е элементы из сплава, обладающею о формы Устройство под воздействием тем пературы совершает перемещение ннфуз ки. Данное устройство не может осуществлять перекачку жидкостей и не мо жет преобразовывать перепад температур на границе между жидкой и газообразной средами и другие виды энергии

Известен также насос работают пи и солнечной энергии (2), содержащий всасм вающий и нагнетательный клапаны балансировочный элемент выполненный из материала, обладающего эффектом памяти формы Однако данное устройстве не про изводит отбора механической энергии л HP может перекачивать жидкости бопее (ооя чие, чем окружающая среда

Наиболее близким по технической с L, ностм к прелагаемому устройству чвлчется перекачивающее устройство (3) содержа щее цилиндр, в котором размещены перекэ чивающий поршень, спиральные п л/жш У одна из которых выполнена из матргн.аля с эффектом памяти формы, нагне.атель 1нй всасывающий каналы г клэпянами асгт совершает поямо-постулательние ДВИЖР ния в одну сторону под действием сиг гяхь сти поршня, в противоположную стопон под действием усилий вызванных г аотеп ситным превращением материала пружи ны вызванным периодическим подогреьом пружины от постороннего исто пика тепла К числу недостатков данно о устройства относится необходимость регулируемо, о источника энергии подогревающего пр« жину с эффектом памяти формы невозмож ность работы ог солнечной энергии а такхе от перепада температур между пепек чивя емой жидкостью и окружающей средой не возможность производить отбор мощности на механические перемещения или преоб разование механической энергии в другие виды энергии

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства и повышение его производительности Указанная цель достигается тем что в устройство, содержащее установленный на поплавке цилиндр выполненный полым и сообщенный с всасывающим каналом снабженным нагнетательным клапаном две пружины соответственно прямого и обратного хода причем по крайней мере одна

np.vnH обладает свойствами памяти ФОРМЫ и Р ПХНЯЯ половина цили дра вы- псльс|-п i з нисокотеплопроводного материл id i QI изобретению снабжено

РГИ1-Г ИГРЫ-ИИ / 1 цилиндру вапом полым

LiMvrnii тоспгдством которого подпоршнезя i иипиндрч сообщена с нагнетэтртным т-|дгом за реплрннои на валу

I pu ernes/ v гСюрп мощности штуцером по0 редствои , огооого поцпоршневая полость i итгндрз сообща- с окружающей средой и / ни к шм orr-j ич епями поло- /I eti/0 щ линпрс а нижняя половина цилиндра ыпожеьз i тзкотеппопоовосгюго

5 материала

Llc- фиг 1 2 nofdiqnbi ДВР проекции об- щ°го «стргистзз ris 6иг 3 - сх матиче- гп по, аз-эн i икп PC Рюгы угтроистса

vРтро iLO дл ) нр сбразосзния тепло0 з1 i гч в э яни икую включает в се- h« иргкг 1 иппиндр 2 выполненный ог чи1 тружпну поси1ого хода 3 в полнен- ( и 5 н ррис-na г эффектом памяти фор 11 ы г р у и н / о 5 р а т i i о г о с д а

5 вип , ия гтч; и ьгасывающий канал

с. зсасо рпюш. кпзпрномб нагметательн i i KC н i hiari е ятельныг лзпаном 6

рптш ь 7 ва/ 8 пь помп jHrib n поль м пер

ч r Jf. н 1Ч1 / г.олс °ппо циппндра 9

0 i i н L г i L полом си i .oa 10 i и, о i i i иообше ия ти ,1-1- |и )др i j.c 1 сродок и f епку

1 ПОП ЗВОК 13 ПОЦ1 U l- i И 14 Ci30T01pO ц о ни i i jiepi d i i о ,, п т,лпэ Dei i ив )ги работы изго|ПТЛ13Т°ТСЯ ИЗ (Я ПОЛО i ч г рт я 6bir i D- и з г э не ния

Tf -н г odTy pl I ТруЖМЧЬ ЛрЯМОГО чОЦг ВЫПОЛ

-- тся /ii ,ыго тс|-лгпрэвпд(-о1 с/ г атерпгР qj 1-11М РЯЧ - / 3 НЛЗКОТеПЛОГфОРО Тг ОГО

матрр те ipyAt/на прямо: о хода 3 и пру м-i/ii ч оГратнсго ода 4 сыполняюгс с рзз- и хара теристиками для работы в горрчи хоподчь х , Так притем4 ntparyp0 кидкости бот°э пизкой ieri тем- теоатура возду Р поямс го /ода оьтолняр ся схятом д,1- температуры равной темпео тура воздуха {например 30 4Q. 5С°Г) и деформирующейся под воздей0 CT3Hefi сипы-пи тс.мпепаг/ре рав ной темпера гьхидкостч (например ниже 15°С; При этом пруя ина оЬратног(Э хода 4 сгособстзует в холодном состоянии (в жид- кссти) растяжению с эффектом па5 мяти формы Бел 4 же матер|/ап пр/жины прямого хода 3 имеет двоимую лам , ь формы то пружина обратного ход вьполняет вспомогательную Функцию Bepxni/и ограничите ть положения и 1линдоа 9 и лллиндр 2 покрываются черной раскоп д тя быстрейшего нагрева от солнечной радиации. При этом корпус 1 в верхней части закрывается светопроницаемым материалом 15, который обеспечивает минимальную отдачу теплового потока от верхнего ограничителя положения цилиндра в окружающую среду и максимальное использование теплового потока ог солнечных лучей.

Для жидкости с температурой более высокой, чем температура воздуха, пружина прямого хода изготавливается из материала, имеющего температуру мартенситного превращения более высокую, чем температура воздуха. Форма ее при этом растянута. При более низких температурах (ниже температуры мартенситного превращения) пружина может деформироваться, что и обеспечивается пружиной обратного хода 4 из стали, которая должна сжимать пружину прямого хода При пружине из материала с двойным эффектом памяти , как и в первом случае, пружина обрат ного хода выполняет вспомогательную функцию. Вал 8, являющийся одновременно осью вращения цилиндра, с одной стороны выполнен полым для сообщения внутреннего объема цилиндра с окружающей средой. Внутри полой части вала (нагнетательный канал) устанавливается нагнетательный клапан. Верхняя часть корпуса устройст ва при работе в горячей жидкост 1 для бопее быстрого охлаждения цилиндра выполняется раскрытой. При этом верхний ограничитель положения цилиндра может быть оребрен.

Устройство работает следующим образом.

Корпус 1 погружен в жидкость на глубину, позволяющую покрывать минималчной толщины слоем жидкости цилиндр 2 при его горизонтальном положении. Для устройства, работающего в условиях, когда температура окружающей среды больше, чем температура жидкости. Пружина прямого хода 3, выбранная под данные условия, становится в жидкости пластичной (исчезают ее упоугие свойства) При этом пружина обратного хода 4 обеспечивает усилия, направленные на растяжение пружины прямого хода. Таким образом, при расположении цилиндра в горизонтальном положении пружина обратного хода растягивает пружину 3 за счет того, что охлажденная пружина из материала с эффектом памяти формы легко деформируется (растягивается). Поршень 7, находящийся между двумя поужинами, смещается под воздействием пружины обратного хода, тем самым выталкивая из цилиндра жидкость через нагнетательный клапан 6 во внешнюю систему. Вытеснение жидкости из цилиндра и перемещение поршня в нижнюю часть цилиндра приводит к перемещению центра масс ниже оси вала. В результате этого происходит проворачивание цилиндра вокруг вала до

положения, близкого к вертикальному. После нагревания верхней части цилиндра, а соответственно и пружины 3 до температуры мартенситного превращения, происходит ее сжатие, вследствие чего поршень,

0 создавая разрежение в нижней части цилиндра, затягивает жидкость через всасывающий клапан в полость рабочего цилиндра, тем самым смещая центр тяжести масс в верхнюю часть цилиндра. Так как верхний

5 ограничитель положения цилиндра 9 в верхнем положении цилиндра обеспечивает ему заданный наклон, то при перемещении поршня вверх происходит перемещение центра масс в положение выше оси вала,

0 при этом появляется опрокидывающий момент и происходит возврат цилиндра в гори- зонтальное положение до нижнего ограничителя положения цилиндра 10. Штуцер 11 обеспечивает постоянное сообщение

5 полости цилиндра с окружающим воздухом и в любом положении цилиндра исключает возможность разрежения или уплотнения воздуха в верхней половине цилиндра. При охлаждении пружины 3 ниже температуры

0 окружающей среды пружина обратного хода 4, сокращаясь, растягивает пружину 3, перемещает поршень 4 и выталкивает из цилиндра во внешнюю среду через нагнетательный клапан очередную порцию жидко5 сти. Расположенная на цилиндре соосно с валом шестеренка 12 приводит в движение какое-либо устройство, например, через промежуточный храповый механизм. Механическая энергия, в свою очередь, может

0 преобразовываться в электрическую. Шестеренка может также устанавливаться на валу за подшипником 14. Поплавок 13 удерживает устройство на одном уровне по отношению к поверхности жидкости.

5 При работе устройства в жидкости более горячей, чем окружающая среда, во время горизонтального положения цилиндра пружина прямого хода 3 распрямляется, преодолевая сопротивление пружины об0 ратного хода 4, в результате чего выталкивается поршнем порция жидкости и цилиндр приобретает положение, близкое к вертикальному. Охлаждение пружины прямого хода в вертикальном положении цилиндра

5 приводит к тому, что пружина обратного хода сжимает пружину прямого хода, изменившую в холодной воздушной среде свою упругость. Вследствие этого поршень поднимается, происходит всасывание в цилиндр порции жидкости, изменяется

положение центра тяжести масс и происходит опрокидывание цилиндра до горизонтального положения. Цикл повторяется многократно. Такое устройство незаменимо для перекачки, например, горячих агрессивных взрывоопасных жидкостей, не позволяющих использовать электрическую энергию.

Формула изобретения Устройство для преобразования тепловой энергии в механическую, содержащее установленный на поплавке цилиндр, сообщенный с всасывающим каналом, снабжен- ным всасывающим клапаном, и с нагнетательным каналом, снабженным нагнетательным клапаном, две пружины соответственно прямого и обратного хода, прикрепленные одними концами к цилиндру, а другими - к размещенному в нем поршню, причем по крайней мере одна из пружин обладает свойством памяти формы, а верхняя стенка цилиндра выполнена из высокотеплопроводного материала, отличающееся тем, что, с целью производительности, оно дополнительно снабжено прикрепленным к цилиндру полым валом, посредством которого подпоршневая полость цилиндра сообщена с нагнетательным каналом, закрепленной на валу шестерней отбора мощности, штуцером, посредством которого надпоршневая полость цилиндра сообщена с окружающей средой и верхним

и нижним ограничителями положения цилиндра, а нижняя половина последнего выполнена из низкотеплопроводного материала.

Область применения изобретение относится к устройствам преобразующим тепловую энергию природных источников тепла в механическую энергию вращения за счет проявления термомеханической памяти пружины, а также может быть использовано непосредственно для перекачивания жидкостей Сущность изобретения на поплавке 13 установлены полый цилиндр 2, сообщенный посредством клапанюв, 5 и 6 соответственно с всасывающим и нагнетательным каналами В цилиндре 2 между пружиной 3 из материала с эффектом памяти формы и возвратной пружиной 4 установлен поршень 7 При нагреве пружины 3 воздухом она сжимается, а при охлаждении жидкостью теряет упругость и растягивается возвратной пружиной 4 Пружины 3 и 4 перемещают поршень 7, перекачивающий жидкость через цилиндр 2 Перемещение поршня 7 вызывает весовой дисбаланс цилиндра 2 под действием которого последний периодически опрокидывается и возвращается в положение, близкое к вертикальному, что обеспечивает попеременное охлаждение и нагрев пружины 3. Возвратно-поворотное движение цилиндра 2 передается нагрузке через шестерню, закрепленную на его ва/,у 3 ил V-S ел х§ ел

Редактор

Составитель А. Корнев Техред М.Моргентал

Корректор В. Петраш