Способ преобразования энергии и устройство для его осуществления Советский патент 1993 года по МПК F03G7/00 

Изобретение относится к электротехнике и касается способа и устройства для преобразования электрической энергии в механическую.

Цель изобретения - повышение КПД.

На фиг.1 представлена схема устройства для осуществления способа при совмещении в одном устройстве вентилятора и центробежного насоса; на фиг.2 - проводящий контур; на фиг.З - зависимости для питающего напряжения и угла поворота проводящего контура в функции времени.

Устройство для реализации способа преобразования энергии содержит Проводящий контур 1 в виде витка с противолежащими проводниками 2 и 3 и соединяющим их проводником 4, которые установлены на основании 5. К выводам 6 проводящего контура подключают источник питания 7 одно- полярных или разнополярных импульсов.

Проводящий контур выполняют из материала с эффектом двухсторонней термомеханической памяти формы, для которого на фиг. 1 и 2 указаны положения: 8 - при температуре ниже точки мартенситного превращения материала, 9 - при температуре выше точки мартенситного превращения материала., Частота импульсов питающего напряжения равна Ри -1 +То)1 где Тн, То - постоянные времени нагревания и охлаждения проводящего контура.

Поверхность проводников 2-4 проводящего контура покрыта слоем 10 изоляции, а снаружи и вне контура к нему прикреплены плоские пластины 11, которые лежат в плоскости контура 1. За пределами контура 1 пластины 11 прикреплены к перемещающимся противолежащим проводникам 2 и 3 и соединяющему их проводнику 4.

00

W

о ю

Внутри проводников 2-4 контура 1 могут быть выполнены проходные каналы 12 для текучей среды, а пластины 11 внутри контура 1 разделены прорезями 13.

Проходные сечения каналов 12 в проти- волежащих проводниках 2 и 3 контура 1, подключенных к источнику напряжения 7, могут быть различными.

Способ осуществляют следующим образом.

В устройстве, реализующем способ, используют, например, проволоку (или тонко стенную трубку) из мононикелевого титана ссодержанием никеля 50,5%. Покрывают ее изоляцией, изготавливают плоскую (прямо- угольную, трапециевидную и т.д.) одновит- ковую или многовитковую катушку и придают ей форму при температуре ниже точки мартенситного превращения материала (положение 8), а при температуре выше точки мартенситного превращения материала при/.-ют ей другую форму (положение 9). Придание указанной формы осуществляют, например, путем приложения силы и изгибом витков) проводящего контура 1 так, чтобы не перейти предел допустимой деформации и закрепляют эту форму.

Проводящий контур 1 в исходном состоянии (положение 8) подключают к источнику импульсного напряжения 7 с частотой еле- дования импульсов FM (ТН + То). Угол установки плоскости проводящего контура 1 к плоскости основания 5 выбирают таким, чтобы оба положения (8 и 9) плоскости проводящего контура 1 при изменении его формы были симметричными относительно плоскости, перпендикулярной плоскости основания 5, на котором закреплен проводящий контур 1. При подаче первого импульса напряжения на выводы 6 проводящего конту- ра 1 (контур 1 находится в положении 8) при температуре ниже+25°С конца мартенситного превращения материала при охлаждении проходящей по нему ток нагревает контур 1 выше точки мартенситного превращения материала при нагревании, т.е. выше температуры + 55°С конца мартенситного превращения. Поэтому проводящий контур 1 перемещается из положения 8 в положение 9. В промежутке времени до следующего им- пульса напряжения за счет естественного или принудительного охлаждения контура 1 он переместится из положения 9 в положение 8. Для следующего импульса напряжения процесс перемещения контура 1 повторяется.

При перемещении пластин 11 .вместе с контуром 1 указанные пластины 11 создают поток воздуха и обеспечивает работу устройства в качестве вентилятора. При наличии прорезей 13 в пластинах 11,

размещенные внутри контура 1, охлаждение контура 1 происходит быстрее (величина То уменьшается) и, следовательно, можно увеличить частоту импульсов напряжения, что обеспечивает повышение эффективности преобразования энергии, т.е. КПД.

Если проводники 2-4, образующие контур 1, имеют проходные канала 12, то возможно дальнейшее увеличение частоты разогревающих контур 1 импульсов напряжения (за счёт еще большего уменьшения величины Т0), поскольку охлаждение контура 1 можно осуществлять принудительно с помощью подаваемой в каналы 12 проводников 2-4 охлаждающей жидкости. Таким образом, эффективность преобразования энергии еще больше увеличивается и КПД устройства возрастает.

Если сечения проходных каналов 12 в проводниках 2 и 3 контура различны, то при перемещении контура 1 из положения 8 в положение 9 и наоборот центробежные силы в каналах 12, действующие на текущую, среду в указанных проводниках, отличаются из-за различия в скоростях перемещения (ввиду различного термомеханического состояния проводников 2 и 3 в одинаковые моменты времени), что приводит к созданию напора, перекачивающего текучую среду по каналам 12 в проводниках 2-4 от одного вывода 6 проводящего контура к другому.

Таким образом, способ и устройство обеспечивают повышение КПД при использовании в качестве вентилятора или центрального насоса, а также при совмещении указанных функций в одном устройстве. Преобразование электрической энергии имеет более высокий КПД, поскольку частота импульсов электрического напряжения зависит от постоянных времени нагревания Тн и охлаждения То проводящего контура, а между импульсами напряжения электроэнергия не расходуется. Кроме того, перемещение рабочих органов устройства (проводящего контура) между импульсами обеспечивается и за счет ускоренного охлаждения проводящего контура.

Формула изобретения

1. Способ преобразования энергии путем перемещения проводящего контура из материала с двухсторонней памятью формы при его периодическом нагреве подачей на его выводы импульсов электрического напряжения и охлаждении в промежутках времени между двумя соседними импульсами соответственно выше и ниже точек мартенситного превращения его материала, отл и- чающийсятем, что, с целью повышения

КПД, частоту следования импульсов Ри пряжения устанавливают равной 1

FH

3(Т„+Т0)

где Тн и Т0 - постоянные времени соответственно нагрева и охлаждения проводящего контура.

2. Устройство для преобразования энергии, содержащее импульсный источник электрического напряжения и подключенный к нему подвижный контур с витком или витками проводников из материала с эффектом двухсторонней термомеханической памяти формы, выполненный в виде нагне- тателя с развитой поверхностью, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено прикрепленными к проводникам плоскими пластинами, контур выполнен плоским, а пластины размещены в плоскости контура внутри и снаружи его витка или витков.

3. Устройство по п. 2, отЛичающве- с я тем, что внутри проводника контура выполнены каналы для текучей среды, а пластины внутри контура разделены прорезями.

4. Устройство по пп.2 и 3, отличающее с я тем, что проходные сечения каналов в противолежащих проводниках витка, подключенных к источнику напряжения выполнены различными.

Изобретение относится к способам и устройствам преобразования электрической энергии в механическую за счет Проявления эффекта термомеханической памяти при периодическом нагреве проводящего контура током и позволяет повысить КПД. Сущность изобретения: импульсы электрического напряжения подают на выводы проводящего койтура с частотой следования F - 1/3(Тн + То, где Тн и То - постоянные времени соответственно нагрева и охлаждений проводящего контура. Последний выполнен плоским и снабжен плоскими пластинами, прикрепленными к его проводникам и размещенными внутри и снаружи его витка или витков. Внутри проводников контура выполнены каналы для охлаждения текучей среды, а пластины внутри контура разделены прорезями. 3 з.п.ф-лы, 3 ил.

Фиг. I.

V,6 Ъгрод