Устройство для преобразования тепловой энергии в механическую

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ В МЕХАНИЧЕСКУЮ по авт. св. № 1044815, отличающееся тем, что, с целью повышения КПД и уменьшения габаритов, цилинл|м,1 расноложены коаксиально, причем их полости сообщены между собой, а конец каждого цилиндра жестко соединен с началом другого цилиндра с возможностью с.чожения тепловых деформаций кр.учения пп., и тенлообменные ребра также выполнены из материала с термомеханической памятью.. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что ци.1индры с теплообменными ребрами вынолнен1 1 из материалов, имеющих термомеханическую намять при раз.чпчных температурах .

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

3(51> F 03 G 7 06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 1044815 (21) 3543557/25-06 (22) 28.01.83 (46) 30.05.84. Бюл. № 20

18

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (72) В. И. Волосяный, Г. И.. Иванов и И. Г. Иванов (53) 621.486 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 1044815, кл. F 03 G 7/06, 1982. (54) (57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ Г1РЕОБРАЗОВАНИЯ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ В

МЕХАНИЧЕСКУЮ по авт. св. № 1044815, ÄÄSUÄÄ 1094985 отличающееся тем, что, с целью повышения

КПД и уменьшения габаритов, цилиндры расположены коаксиально, причем их полости сообщены между собой, а конец каждоп> цилиндра жестко соединен с началом друп>го цилиндра с возможностью сложения теllловых деформаций кручения цилиндров, и тсплообмснные ребра также выпол>ц ны из материала с термомеханичсской амит>ио.

2. Устройство по и. 1, от.>ачающееся тем. что цилиндры с тсплообх>сннымн ребрами выполнсны из материалов, нмсющ>>х гсрх>!>мех>>Hli !сск1 К> пам>>ть при раз.>ичнь!х гсмпсP3TI ()H X.

1094985

Изобретение относится к преобразованию тепловой энергии в механическую за счет тепловых деформаций твердого тела и обеспечивает использование, например, солнечной энергии или энергии геотермальных

5 источников для привода различных стационарных или, передвижных объектов.

По основному авт. св. № 1044815 известно устройство для преобразования тепловой энергии в механическую, содержащее активные элементы, выполненные из материала !0 с термомеханической памятью кручения относительно их продольной оси, соединенные одним концом с ротором, и зоны нагрева и охлаждения активных элементов. Активные элементы выполнены в виде полых цилиндров, снабженных теплообменными ребрами и установленных с возможностью попеременного соединения их полости с зонами нагрева и охлаждения (1).

Недостатком известного устройства является его низкий КПД, обусловленный взаимодействием теплоносителя, проходящего по полости цилиндра, только с внутренними стенками последнего, что уменьшает эффективную поверхность теплообмена, а также тем, что на деформацию теплообменных ребер цилиндров, не имеющих термомеханической памяти, необходимо затрачивать дополнительную энергию. Увеличение поверхности теплообмена в этом известном устройстве может быть получено лишь за счет увеличения его габаритов. Кроме того, проявление термомеханической памяти цилиндров при одной и той же температуре не позволяет использовать тепловую энергию теплоносителя, температура которого отличается от этой температуры, что также снижает КПД устройства.

Целью изобретения является повышение

КПД и уменьшение габаритов.

Указанная цель достигается тем, что устройство для преобразования тепловой энергии в механическую содержит активные элементы, выполненные из материала с тер- 40 момеханической памятью кручения относительно их продольной оси, соединенные одним концом с ротором, и зоны нагрева и охлаждения активных элементов, которые выполнены в виде полых цилиндров, снабженных теплообменными ребрами и установ- 45 ленных с возможностью попеременного соединения их полости с зонами нагрева и охлаждения, цилиндры расположены коаксиально, причем их полости сообщены между собой, а конец каждого цилиндра жестко соединен с началом другого цилиндра с возможностью сложения тепловых деформаций кручения цилиндров, и теплообменные ребра также выполнены из материала с термомеханической памятью.

Цилиндры с теплообменными ребрами выполнены из материалов, имеющих термомеханическую память при различных температурах.

При таком выполнении устройства теплоноситель отдает тепло расположенным коаксиально (друг в друге) нескольким цилиндрам последовательно, причем цилиндры принимают тепло внутренней и внешней поверхностями. При этом слой теплоносителя имеет небольшую толщину, равную зазору между цилиндрами, что способствует активной и полной отдаче тепла не только внешним, но и внутренним слоям. Также устраняются нерациональные затраты энергии на деформацию теплообменных ребер.

Ребра сами активно участвуют в преобразовании тепловой энергии в механическую и способствуют кручению цилиндров вокруг продольной оси. Коаксиальное расположение цилиндров приводит к значительному сокращению габаритов устройства при тех же мощностных характеристиках, что и у известных устройств. Проявление термомеханической памяти цилиндров с ребрами не при одинаковых температурах позволяет полнее преобразовывать тепловую энергию, содержащуюся в теплоносителе, в механическую.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство, общий вид; на фиг. 2 — разрез А-А, на фиг. 1; на фиг. 3 — разрез Б-Б на фиг. I.

Устройство содержит активные элементы в виде полых цилиндров — 3, расположенных коаксиально один в другом. Внутренние и внешние поверхности цилиндров I — 3 снабжены теплообменными ребрами 4. Цилиндры I — 3 и ребра 4 изготовлены из материала с термомеханической памятью кручения относительно продольной оси. При этом цилиндры 1 — 3 со своими ребрами 4 имеют термомеханическую память при различных температурах, например цилиндр 1 и его ребра 4 проявляют свою термомеханическую память при 100 С, цилиндр 2 — при 9Q С, а цилиндр 3 — при 80 С.

Начальный участок цилиндра 1 с помощью муфты 5 соединен с ротором 6 потребителя 7 механической энергии, например насоса. Противоположный конец цилиндра с помощью фланца 8 жестко соединен с

-начальным участком цилиндра 2. В свою очередь, противоположный конец цилиндра 2 жестко соединен при помощи фланца 9 с начальным участком цилиндра 3, конец которого прикреплен к стойке 10 статора 11

При этом полости С, D и Е цилиндров 1 — 3 с помощью отверстий 12 и 13 последовательно сообщены между собой, а полость С цилиндра 1 дополнительно через отверстие

14 с помощью обоймы 15, трубы 16, вентилей !7 и 18 сообщена с зоной нагрева источником 19 тепла, например, горячей воды, и с зоной охлаждения — источником

20 холода, например, холодной воды. Кроме того, полость Е цилиндра 3 через отверстие

21 сообщена с патрубком 22 для сброса отработанного тепло- и хладоносителя.

1094985

Цилиндр 2 снабжен установленными на нем подшипниками 23 и 24 скольжения, а также сальником 25. При этом подшипник 23 имеет пазовые отверстия 26 и своей поверхностью скольжения взаимодействует с внутренней поверхностью цилиндра 3, а подшипник 24 также имеет пазовые отверстия 27, но взаимодействует с наружной поверхностью цилиндра 1. Благодаря подшип никам 23 и 24 цилиндры 1 — 3 имеют <фиксацию в радиальном направлении с допускае- >О мым люфтом.

Устройство работает следующим образом.

При открывании вентиля 17 горячая вода например, с температурой 100 — 110 С, от

- источника 19 по трубе 16, обойме 15 и отверстию 14 поступает в полость С цилиндра 1

J омывает его внутреннюю поверхность и расположенные на нем теплообменные ребра 4.

При нагревании материала цилиндра 1 и расположенных на нем теплообменных ребер 4 до температуры 100 С происходит перестройка его кристаллической решетки, в результате чего проявляется эффект термомеханической памяти, цилиндр I закручивается относительно своей продольной оси, и его начальный участок, прикрепленный к муфте 5, поворачивается в подшипнике 24 25 на определенный угол (например, на 120 ), ребра 4, деформируясь, также способствуют

его закручиванию.

Остывшая, например, до 95 С, вода по отверстиям 12 попадает в полость D и нагревает цилиндр 2 и его ребра до 90 С. ЗО

При этом утечка воды наружу предотвращается сальником 25. Нагретый цилиндр 2 и

его ребра 4 «вспоминают» ранее приданное им при этой температуре состояние, закручиваются, и цилиндр 2, вращаясь в подшипнике 23, передает свою механическую энергию через фланец 8 цилиндру 1, который поворачивает муфту 5 потребителя 7 механической энергии на еще больший угол. 3атем, еще больше остывая, например, до 85 С, вода по пазовым отверстиям 27 подшипни- 4О ка 24 и отверстиям 13 поступает в полость Е и нагревает до 80 С цилиндр 3 с ребрами 4, который также проявляет свой термомеханический эффект и закручивается. Полученная механическая энергия через свободный конец цилиндра 3 фланцем 9 передается 45 через корпус цилиндра 2 на цилиндр 1, ко- . торый поворачивает вал потребителя 7 механической энергии на еще болыпий, чем ранее, угол.

Отработанная остывшая вода по пазовым отверстиям 26 подшипника 23 попадает в отверстие 21 в стойке !О статора 11 и далее в патрубок 22 и сбрасывается l3 канализацию или вновь направляется в источник 19 тепла для подогрева.

Срабатывание цилиндров 1 — 3 может происходить и при одинаковой величине IIx подогрева, например, до 90 С. Эта характеристика устройства определяется исходя из конкретных источников тепла и конструктивных требований.

При завершении цикла закручивания . цилиндров вентиль 17 закрывается, а цилиндры 1 — 3 отдают свое тепло в окружающее пространство. При их остыванни до определенной тем пературы, на и ример, до

70 С, в материале цилиндров 1 — 3 и ребер 4 происходят обратные структурные превращения, которые возвращают цилиндры I — 3 в первоначальное состояние, т. е. они расP кручиваются. При этом выделившаяся механическая энергия также может приниматься потребителем 7.

Далее цикл повторяется. Для ускорения остывания цилиндров 1 — 3 и ребер 4 открывают вентиль 18, и холодная вода из источника 20 холода по трубе 16 попадает известным путем в полости С, D и Е, остужает цилиндры 1 — 3 и их ребра 4 и сбрасывается по патрубку 22 за пределы устройства. Блок цилиндров может быть установлен на вр»щающийся статор и снабжен шестернями свободного хода.

Предлагаемое техническое решение позволяет конструировать и изготавливать III>Остые малогабаритные устройства, преобразующиее тепловую энергп>о в механическук> с высоким КГ1Д. Гlри этом может бьггь использована искусственная тепловая энергия, например тепловые сбросы от промышл IIных предприятий, а также zeIIIena5I естественная тепловая энергия, например, тсп1()вых лучей солнца, горячих источников, гейзеров и т. и.

Устройство может быть применено для привода стационарных объектов, например, насосов, буровых установок и т. II., а также для транспортных средств.

1094985 (:)гт))ни гель . !. Гi га!н в

Реда гор ).. 1Нандор 1ск!кд И. Всрсг !Горрсктор И. Эрдсйи и к а з, ) 5 6 8! 2 1 1 нраж 4г) ) !! о jill)(н<н

ВНИИПИ Государственного комитета CCC!з по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раугнская наб., -.„4!5

Филиал ПЛП < Патент)), г. Ужгг)род, ул. Проектная, 4