Тепловой двигатель

 

Изобретение относится к энергетике, а именно к двигателям, в которы.х для получения механической работы используются тепловые деформации элементов (Э) из сплава с термомеханической памятью, и м.б. использовано для привода автономных агрегатов. Изобретение позволяет повысить КПД при одностороннем радиационном нагреве Э путем поддержания их ориентации в пространстве. В корпусе 5 эксцентрично установлены связанные между собой посредством передачи 6 роторы (Р) 7 и 8. Эксцентриситет Р 7 и 8 больше разницы длин их кривошипов 9 и 10. Э 13 выполнены плоскими и обрандены плоской поверхностью к источнику 1 нагрева. Такое выполнение позволяет таким образом ориентировать Э 13 в пространстве, чтобы их поверхность, обращенная к источнику 1 при Р 7 и 8, была постоянно подвержена радиационному нагреву. 1 з.н. ф-лы, 4 ил. (С (Л tc О) оо со СлЭ

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)4FÎÇ б 706

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Риг.1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3879018/25-06 (22) 22.02.85 (46) 07.11.86. Бюл. № 41 (71) Каунасский политехнический институт им. А. Снечкуса (72) П. П. Пашкявичюс, К. М. Рагульскис, P.-T. А. Толочка и В. Ф. Вилейнишкис (53) 621.486 (088.8) (56) Патент США № 4086769, кл. 60 — 527, опублик. 1977.

Авторское свидетельство СССР № 1222882, кл. F 03 G 7/06, 1984. (54) ТЕПЛОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к энергетике, а именно к двигателям, в которых для получения механической работы используются тепловые деформации элементов (Э) из

ÄÄSUÄÄ 1268793 А1 сплава с термомеханической памятью, и м.б, использовано для привода автономных агрегатов. Изобретение позволяет повысить

КПД при одностороннем радиационном нагреве Э путем поддержания их ориентации в пространстве. В корпусе 5 эксцентрично установлены связанные между собой посредством передачи 6 роторы (Р) 7 и 8. Эксцентриситет P 7 и 8 больше разницы длин их кривоц ипов 9 и 10. Э 13 выполнены плоскими и обращены плоской поверхностью к источнику 1 нагрева. Такое выполнение позволяет таким образом ориентировать Э !3 в пространстве, чтобы их поверхность, обращенная к источнику 1 при вращении Р 7 и 8, была постоянно подвержены ра IHBционному нагреву. 1 з.ll. ф-лы, 4 ил.

1268793

Изобретение относится к преобразованию тепловой энергии в механическую, а именно к тепловым двигателям, в которых для получения механической работы используются тепловые деформации элементов из сплава с термомеханической памятью, и может найти применение для привода автономно работающих агрегатов, в частности в солнечных водоподъемниках.

Цель изобретения — повышение КПД при одностороннем радиационном нагреве тепловых элементов путем поддержания их ориентации в пространстве.

На фиг. 1 изображена кинематическая схема предлагаемого двигателя; на фиг. 2— то же, вид со стороны источника тепла; на фиг. 3 — то же, вид вдоль осей его роторов; на фиг. 4 — различные положения одной из групп тепловых элементов в разных фазах поворота кривошипов роторов (вид вдоль осей роторов).

Двигатель содержит источник 1 нагрева излучением и источник 2 охлаждения в виде поддона 3, заполненного холодной средой 4.

В корпусе 5 эксцентрично установлены связанные между собой посредством передачи

6 роторы 7 и 8 с кривошипами 9 и 10 соответственно. Все кривошипы 9 ротора 7 имеют одинаковую длину, также как и кривошипы 10 ротора 8, и длина каждого кривошипа 9 больше длины каждого кривошипа 10.

Наружные концы кривошипов 9 и 10 роторов 7 и 8 соединены между собой с помощью шарниров 11 группами 12 расположенных в одной плоскости тепловых элементов 3 из сплава с термомеханической памятью их укороченной формы в нагретом состоянии, например, из нитинола. Эксцентриситет роторов 7 и 8 больше разницы длин их кривошипов 9 и 10. В варианте устройства тепловые элементы 13 выполнены плоскими и обращены плоской поверхностью 14 к источнику 1 нагрева.

Передача 6 выполнена в виде одинаковых зубчатых колес 15 и 16, жестко закрепленных соответственно на роторах 7 и 8, и промежуточного колеса 17, входящего в зацепление с зубчатыми колесами 15 и 16.

Роторы 7 и 8 вставлены своими нижними частями в поддон 3 и погружены в холодную среду 4 до уровня их осей. Температура среды 4 в поддоне 3 ниже температуры структу рного превращения сплава с термомеханическои памятью, из которого изготовлены тепловые элементы 13. Последние могут бть выполнены в виде спиралей, гофрированных пластинок, лент, нитей и т.п.

Для обеспечения непрерывного вращения роторов 7 и 8 и преодоления «мертвых точек» при прохождении тепловых элементов 13 через общую плоскость осей роторов

7 и 8 последние содержат по меньшей мере по три кривошипа 9 и 10 соответственно, 10

35 равномерно расположенных вокруг осей вращения роторов 7 и 8.

Источник 1 нагрева может быть выполнен не только в виде источника излучения, но и в виде источника горячего газа воздуха, а источник 2 охлаждения может быть снабжен экраном (не показан) для затенения тепловых элементов 13 от прямого попадания лучей источника 1.

Двигатель работает следующим образом.

При вращении роторов 7 и 8 по часовой стрелке (фиг. 1, 3 и 4) тепловые элементы .13 перемещаются по кольцевым траекториям в том же направлении. Тепловой элемент 13, перемещающийся вдоль зоны действия источника 1 нагрева, нагревается выше температуры структурного превращения его материала и в результате этого, проявляя эффект термомеханической памяти, стремится сжаться. Усилие, генерируемое тепловыми элементами 13 при восстановлении формы, передается ротором 7 и 8 и создает на них два вращающих момента, стремящихся привести роторы 7 и 8 во вращение в противоположных направлениях. Так как длина кривошипов 9 ротора больше длины кривошипов 10 ротора 8, возникает разница моментов, действующих на роторы 7 и 8. Так как роторы 7 и 8 связаны между собой передачей 6, то они могут вращаться лишь в одинаковом направлении и равнодействующий момент приводит роторы 7 и 8 во вращение в направлении действия большего по величине момента, т.е. в направлении действия вращающего момента на ротор 7.

В результате перемещения теплового элемента 13 вдоль зоны действия источника 1 нагрева (из положения А А в положение С С, фиг. 4) он постепенно укорачивается, и при прохождении через плоскость

0,0д полностью восстанавливает свою фог:му (укорачивается до исходной длины). В дальнейшем тепловой элемент 13 входит в зону действия источника 2 охлаждения, охлаждается ниже температуры струKI óðíîão превращения его материала и постепенно растягивается при перемещении вдоль зоны действия источника 2 охлаждения. При прохождении через плоскость 0 0г. он принимает наиболее деформированное положение.

В дальнейшем этот тепловой элемент 13 вновь входит в зону действия источника 1 нагрева и процесс повторяется описанным образом.

Так как двигатель содержит по меньшей мере три группы 12 тепловых элементов 13, расположенных равномерно вокруг осей роторов 7 и 8, то в любой момент времени по меньшей мере тепловые элементы 13 одной и.". групп 12 находятся в высокотемпературном состоянии и таким образом поддерживают непрерывное вращение роторов

1268793

7 и 8. При помощи передачи 6 фазы вращения кривошипов 9 и 10 роторов 7 и 8 могут быть подобраны так, что соединенные одним тепловым элементом 13 кривошипы

9 и 10 одновременно пересекают плоскость

0 0, при этом с указанной плоскостью совпадает переход элементов 13 от растяжения к сжатию и наоборот.

Устройство может работать и при наличии начального фазового сдвига между роторами 7 и 8. В этом случае кривошипы

9 и 10 перемещаются не параллельно между собой и плоскость 0 0 пересекают не одновременно, следовательно, переход от одной деформации к противоположной также не совпадает с этой плоскостью. При увеличении начального фазового сдвига между роторами 7 и 8 возрастают предельные деформации тепловых элементов 13, наибольшие значения которых реализуются при вращении роторов 7 и 8 в противоположной фазе (при начальном сдвиге 180 ). Предельные деформации тепловых элементов 13 м< ино изменять, изменяя разницу длин кривошипов 9 и 10 роторов 7 и 8, при этом абсолютная длина кривошипов 9 и 10 на величину предельной деформации элемечтов 13 не влияет. При увеличении длины кривошипов 9 и 10 роторов 7 и 8 увеличивается перемещение тепловых элементов 13 в направлении, перпендикулярном плоскости 010 . Это позволяет подобрать оптимальные размеры траектории перемещения тепловых элементов 13 и установить стационарные целесообразные зоны действия источников 1 и 2 нагрева и охлаждения соответственно.

Формула изобретения

1. Тепловой двигатель, содержащий источники нагрева и охлаждения и корпус, в котором эксцентрично установлены два связанные между собой посредством передачи ротора с кривошипами, причем кривошипы

15 каждого ротора имеют одинаковую длину, а разных роторов — разную длину, наружные концы кривошипов разных роторов шарнирно соединены между собой группами расположенных в одной плоскости тепловых элементов из сплава с термомеханичес кой памятью, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД при одностороннем радиационном нагреве тепловых элементов путем поддержания их ориентации в пространстве, эксцентриситет роторов больше раз2$ ницы длин их кривошипов.

2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что тепловые элементы выполнены плоскими и обращены плоской поверхностью к источнику нагрева.

1268793

Редактор М. Ьланар

Заказ 6011/34

Составитель Л. Тугарев

Техред И. Верес Корректор С. Черни

Тираж 447 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и оз крытий! 13035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4