Устройство для преобразования тепловой энергии в механическую

 

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

СО(03 СОБЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИч ЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я) F 03 G 7/06

ГОСУДАРСТВЕ HHblЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМЧ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4864004/06 (22) 04.09,90 (46) 30.10,92. Бюл. N 40 (75) А,В,Корнев (56) Авторское свидетельство СССР

Иг 1296744, кл. F 03 6 7/06, 1987, Авторское свидетельство СССР

М 1536074, кл, F 04 F 1/04, 1l990, Патент США М 4472113, кл. 60/527, опулбик. 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАHER ТЕПЛОВОИ ЭНЕРП1Л В ЛЕXАHNRЕСКУЮ (57} 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 по,;„5U„„1772415 А1 плавке 13 установлены полый цилиндр 2, сообщенный посредством клапанов, 5 и 6 соответственно с всасывающим и нагнетател ьным каналами. В цилиндре 2 между пру>киной 3 иэ материала с эффектом памяти формы и возвратной пружиной 4 усгановлен поршень 7, При нагреве пружины 3 воздухом она сжимается, а при охлаждении жидкостью теряет упругость и растягивается возвратной пружиной 4, Пружины 3 l1 4 перемещают поршень 7, перекачивающий жидкость через цилиндр 2. Перемещение

",0ðøíÿ 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 IllBcTPpi-ю, закрепленную на его валу. 3 ил.

1772415

Изобретение относится к устройствам. предназначенным для преобразования тепловой энергии в механическую и может найти применение в области энергетики.

Известно устройство Для преобразования тепловой энергии в механическую (ll, содержащее термочувствительные силовь 8 элементы из сплава, обладаю цего память!0 формы. Устройство под воздеиствием темПЕРатУРЫ СОВЕРШаЕт ПЕРЕМЕЩЕНИЕ НагРУЗки. Данное устройство не может осуществлять перекачку жидкостей и не может преобразовывать перепад температур на границе между жидкой и газообразнол средами и другие виды энергии, Известен также насос, работаю!ц!1й на солнечной энергии (2), содержащий всасывающий и нагнетательный клапаны, балан— сировочный элемент. Выполненный vf3 материала, обладающего эффектом памяти формы, Однако данное устройство не производит отбора механическо1й энергии л не может перекачивать жидкости более Горячие, чем окружающая среда.

Наиболее близким по техничес1<ой cyI:.!— ности к прелагаемому устройству является перекачивающее устройство (3). содер>кащее цилиндр, в котором размещены перекачивающий поршень, спиральные поужины. одна из которых выполнена из материал", с эффектом памяти формы, нагнетатель: ь!й" всасывающий каналы с клапанами, I- .300?c совершает прямо-поступательные движения в одну сторону под действ!Ле!л сил тяжести поршня, в противоположную сторон, пад действием усилий, вызванных "30TBII ситным превращением материала пружины, вызванным периодическим подогревом пружины от постороннего исто :ни:3 тепга, К числу недостатков данногo устройства относится необходимость регулируемого источника энергии, подогревающего пр,жину с эффектом памяти формы, невозмо>кность работы от солнечной энергии, а такх<е от перепада температур ме>кду перекачиваВМ0А жидкостью и окру>кающей средой, невозможность производить отбор мощности на механические перемещения или преобразование механической энергии в другие виды энергии.

Целью изобретения является расшлрение 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

3 г1ружllí обладает свойствами памяти формы. и Верхняя половина цилиндра выГ1олне 13 из Высокотеплопроводно!О матег?! Вла..о! ласно изобретени!о снабжено

5 рикр=-.пгBH!-fым к цилиндру валом, полым

В!1У«ри. пг ср,дс-Гвом которого подпоршнеВая .;:.:лость цили11дра сообщена с нагHBT3? Ол!.Hhlfn к31 алом. закрепленной на валу шес Герней Г?тбора мои1ности, штуцером, по1С средством которого подпоршневая полость

I,i:,3èHäp", сообщена с окружа1ощеи средой !

ë Вер;<ним л ниж:1им of 03 и in«Bnf!Inè полоЖЕКI И Я I !И? 1 ИII Ë Р3, 3 НИЖН ЯЯ ПОЛО ВИН 3 ЦИЛИНдра Выполнена из . -!изкотеплопроводного

15 материала.

На фиГ. 1,2 пока 13!tы ДБР прГ?РкЦии 00 ц1его Вида уc TpOIncTR3; на фиг.3 — схематичеcKf показан цикл работы устройства, .,,",«ГO с? Ва для поеобразования тепло20 Вой энергии в;;B;<ани;ескую Включаег в се0 - к 0 р Ã! w c 1 . Ц и л in í Ä р 2 . В ы Г? 011 н 8 и I I bl É по, ы . I. пр у>к!11!y прямого хода,1, выполненнУK? 113 ь::1-:ЕРИала С ЗффЕКтем ПаМЯтИ фОР<лы. п ру>кину обратного хгда 4, 25 Rb! ï< HBHHую из <-.тали, Всасыва!О!Г1ий канал с всась;8=! о !шлм клапаном 5, нагнетательный к, нал ! агi-8 Гательным клапаном б. г?оршo::ü 7, Вал Б, n», f?o!II-IB!.ный поль и Вер;.!i:.;; О;;;. ни-!Гг;Р,:ь полс;., Лия цилиндра 9,, ?О них<» . Й ol f и ":-i! ь rion

1 1 . 1, „ Ll . 0, 1, -,,I сообгц

l2. f1oll!:авок 13 под!и;:!11- ики 14, светоOpO.:иц -О.ль1й матер;iaг 1&.

35 Цили1!Др Дл эf1inÂ38тСЯ ИЗ ДВОИХ 1ЛС ей ВВРХЧЯ?Я ПОЛОВ И Н 3 1; 31 Я б Ы Г т р -8 и Ш Е Г <;1 3 !л 3 Н 8 Н Иi я

Те" ПОf>ÇTó pl I Пpy>fI Ы llрЯ МОГО ХОЛЛ ВЫ ПОЛ н -.-.:«ся из ВblcoK-.теплопроводногог OTB !1г4f. ;13. H11>i< H f1H — Y3 н из коте пTIOf! роводноГО мате!?1?3.33, I Iр у>кина Г? рЯмОГО хОД3 1 и прlу>KVll I3 О p3THOf 0;<0/3 4 Вы пол ня ютс Я C p33 и ?ными хара <теристиками для работы в горячих и холоднь,х жидкос<":,х, «ак. При TBf445 пературе жидкости более низкой, .!ем темпеоатура воздуха.;ру>ки1- а прямого хода

ВыпoliíÿBTcÿ сжатой для теилперат ры, раВ ной Tef!0803TypB воздуха,например

30, 40, 50 С) Yi Деформиру1ошейся под воздей50 стзием внешHBn силы -01И температуре, равНОИ ТРМГ18Р3 ° yf?8 ЖИДКОСТИ (I!3;IPnlni Р. НИ>КВ

15 С). При это л пружина обратног> хода 4 способствует в холодном состоянии (в жидкости) растяжению пружины с э<1?фектом па55 мяти формы. Если же материал пружины прямого хода 3 имеет двойну!о пам i;b формы, то пружина обратного хода Вь полняет

ВспоглогательHy!0 функци!о. Р>ерхь!иЙ ограничитель ь !10ло кения 0 илиндоэ 9 и цилиндр

2 f?0Kphlf<3IOTcn чер ой краской Для Ь.1стрей1772415 шего нагрева от солнечной радиации, При этом корпус 1 s 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 от 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 "TBI!i, которая должна с,кимать пружину прямого хода, При пружине из материала с двойным эффектом памяти формы, как и в первом случае, пру>кина:,бра1ного хода выполняет вспомогательную функцию. Вал 8, являющийся одновременнс осью вращения цилиндра, с одной стороны выполнен полым для сообщения внутреннего объема цилиндра с окружающей средой. Внутри полой части вала (нагнетательнь.й канал) устанавливается нагнетател ьный клапан.

Верхняя часть корпуса устройства при работе в горячей жидкости для более быстрого охлаждения цилиндра выполняется раскрытой. При этом верхний ограничитель поло>кения цилиндра может бь. i ь оребрен.

Устройство работает следующим образом, Корпус 1 погружен в жидкость на глубину, позволяющую покрывать минимальной 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 пружинами, смещается под воздействием пружины обратного хода, тем самым выталкивая из цилиндра жидкость через нагнетательный клапан 6 во внешнюю систему.

Вытеснение жидкости из цилиндра и пере5

55 мещение 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, 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 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, при этом появляется опрокидывающий момент и происходит возврат цилиндра в горизонтальное положение до нижнего ограничителя положения цилиндра 10. Штуцер 11 обеспечивает постоянное сообщение 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 окружающей среды пружина обратного хода 4, сокращаясь, растягивает пружину 3, перемещает поршень 4 и выталкивает из цилиндра во внешнююсредучерез нагнетательный клапан очередную порцию жидкости. Расположенная на цилиндре соосно с валом шестеренка 12 приводит в движение какое-либо устройство, например, через промежуточный храповый механизм. Меха- ническая энергия, в свою очередь, может преобразовываться в электрическую, Шестеренка может также устанавливаться на валу за подшипником 14. Поплавок 13 удерживает устройство на одном уровне по отношению к поверхности жидкости, При работе устройства в жидкости более горячей, чем окружающая среда, ва время горизонтального положения цилиндра пружина прямого хода 3 распрямляется, преодолевая сопротивление пружины обратного хода 4, в результате чего выталкивается поршнем порция жидкости и цилиндр приобретает положение, близкое к вертикальному. Охлаждение пружины прямого хода в вертикальном положении цилиндра 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

1772415

Составитель A. Корнев

Техред М,Моргентал Корректор В. Петраш

Редактор

Заказ ЭВ27 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж 35, Раушская наб., 4/5

Йфомзводственно-издательский комбинат Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 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, Формул а и зоб ретен ия

Устройство для преобразования тепловой энергии в механическую, содержащее установленный на поплавке цилиндр, сообщенный с всасывающим каналом, снабженным всасывающим клапаном, и с нагнетательным каналом, снабженным нагнетательным клапаном, две пружины соответственна 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 вы5 сокотеплопроводного материала, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью производительности, оно дополнительно снабжено прикрепленным к цилиндру полым валом, посредством которого подпоршневая по10 лость цилиндра сообщена с нагнетательным каналом, закрепленной на валу шестерней отбора мощности, штуцером, посредством которого надпоршневая полость цилиндра сообщена с окружающей средой и верхним

15 и нижним ограничителями положения цилиндра, а нижняя половина последнего выполнена из ниэкотеплопроводног0 материала.