SU1094985A2 - Устройство дл преобразовани тепловой энергии в механическую - Google Patents

Abstract

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ В МЕХАНИЧЕСКУЮ по авт. св. № 1044815, отличающеес  тем, что, с целью повышени  КПД и уменьшени  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.чожени  тепловых деформаций кр.учени  пп., и тенлообменные ребра также выполнены из материала с термомеханической пам тью.. 2. Устройство по п. 1, отличающеес  тем, что ци.1индры с теплообменными ребрами вынолнен1 1 из материалов, имеющих термомеханическую нам ть при раз.чпчных температурах .

Description

(риг.1

(Л

о

со 4

СО

00

ел

Изобретение относитс  к преобразованию тепловой энергии в механическую за счет тепловых деформаций твердого тела и обеспечивает использование, например, солнечной энергии или энергии геотермальных источников дл  привода различных стационарных или, передвижных объектов.

По основному авт. св. № 1044815 известно устройство дл  преобразовани  тепловой энергии в .механическую, содержащее активные элементы, выполненные из материала с термомеханической пам тью кручени  относительно их продольной оси, соединенные одним концом с ротором, и зоны нагрева и охлаждени  активных элементов. Активные элементы выполнены в виде полых цилиндров , снабженных теплообменными ребрами и установленных с возможностью попеременного соединени  их полости с зонами нагрева и охлаждени  1.

Недостатком известного устройства  вл етс  его низкий КПД, обусловленный взаимодействием теплоносител , проход щего 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 пам ти, необходимо затрачивать дополнительную энергию. Увеличение поверхности теплообмена в этом известном устройстве может быть получено лишь за счет увеличени  его габаритов. Кроме того, про вление термомеханической пам ти цилиндров при одной и той же температуре не позвол ет использовать тепловую энергию теплоносител , температура которого отличаетс  от этой температуры, что также снижает КПД устройства.

Целью изобретени   вл етс  повышение КПД и уменьшение габаритов.

Указанна  цель достигаетс  тем, что устройство дл  преобразовани  тепловой энергии в механическую содержит активные элементы, выполненные из материала с термомеханической пам тью кручени  относительно их продольной оси, соединенные одним концом с ротором, и зоны-нагрева и охлаждени  активных элементов, которые выполнены в виде полых цилиндров, снабженных теплообменными ребрами и установленных с возможностью попеременного соединени  их полости с зонами нагревй и охлаждени , цилиндры расположены коаксиально , причем их полости сообщены между собой, а конец каждого цилиндра жестко соединен с началом другого цилиндра с возможностью сложени  тепловых деформаций кручени  цилиндров, и теплообменные ребра также выполнены из материала с термомеханической пам тью.

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

При таком выполнении устройства теплоноситель отдает тепло расположе-иным коаксиально (друг в друге) нескольким цилиндрам последовательно, причем цилиндры принимают тепло внутренней и внешней поверхност ми. При этом слой теплоносител  имеет небольшую толщину, равную зазору между цилиндрами, что способствует активной и полной отдаче тепла не только внешним, но и внутренним сло м. Также

устран ютс  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 мощкостных характеристиках, что и у известных устройств. Про вление термомеханической пам ти цилиндров с ребрами не при одинаQ ковых температурах позвол ет полнее преобразовывать тепловую энергию, содержащуюс  в теплоносителе, в механическую.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство , общий вид; на фиг. 2 - разрез А-А 5 ,на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. I.

Устройство содержит активные элементы в виде полых цилиндров 1-3, расположенных коаксиально один в другом. Внутренние и внешние поверхности цилиндров 1-3 снабжены теплообменными ребрами 4. Цилиндры I-3 и ребра 4 изготовлены из материала с термомеханической пам тью кручени  относительно продольной оси. При этом цилиндры 1-3 со своими ребрами 4 имеют термомеханическую пам ть при различных температурах, например цилиндр I и его ребра 4 про вл ют свою термомеханическую пам ть при 100°С, цилиндр 2 - при 90°С, а цилиндр 3 - при 80°С.

Начальный участок цилиндра 1 с по0 мощью муфты 5 соединен с ротором 6 потребител  7 механической энергии, например насоса. Противоположный конец цилиндра 1 с по.мощью 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 последовательQ но сообщены между собой, а полость С цилиндра 1 дополнительно через отверстие 14 с помощью обоймы 15, трубы 16, вентилей 17 и 18 сообщена с зоной нагрева - источником 19 тепла, например, гор чей воды, и с зоной охлаждени  - источником 5 20 холода, например, холодной воды. Кроме того, полость Е цилиндра 3 через отверстие 21 сообщена с патрубком 22 дл  сброса отработанного тепло- и хладоносител .

Цилиндр 2 снабжен установленными на нем подшипниками 23и 24 скольжени , а также- сальником 25. При этом подшипник 23 имеет пазовые отверсти  26 и своей поверхностью скольжени  взаимодействует с внутренней поверхностью цилиндра 3, а подшипник 24 также имеет пазовые отверсти  27, но взаимодействует с наружной поверхностью цилиндра 1. Благодар  подшипникам 23 и 24 цилиндры 1-3 имеют фиксацию в радиальном направлении с допускаемым люфтом.

Устройство работает следующим образом.

При открывании вентил  17 гор ча  вода например, с температурой 100-110°С, от источника 19 по трубе 16, обойме 15 и отверстию 14 поступает в полость С цилиндра 1 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 про вл етс  эффект термомеханической пам ти, цилиндр I закручиваетс  относительно своей продольной оси, и его начальный участок, прикрепленный к муфте 5, поворачиваетс  в подшипнике 24 на определенный угол (например, на 120°), ребра 4, деформиру сь, также способствуют его закручиванию.

Остывша , например, до 95°С, вода по отверсти м 12 попадает в полость D и нагревает цилиндр 2 и его ребра до 90°С. При этом утечка воды наружу предотвращаетс  сальником 25. Нагретый цилиндр 2 и его ребра 4 «вспоминают ранее приданное им при этой температуре состо ние, закручиваютс , и цилиндр 2, враща сь в подшипнике 23, передает свою механическую энергию через фланец 8 цилиндру 1, который поворачивает муфту 5 потребител  7 механической энергии на еш.е больший угол. Затем , еше больше остыва , например,, до 85°С, вода по пазовым отверсти м 27 подшипника 24 и отверсти м 13 поступает в полость Е и нагревает до 80°С цилиндр 3 с ребрами 4, который также ггро вл ет свой термомеханический эффект и закручиваетс . Полученна  механическа  энерги  через свободный конец цилиндра 3 фланцем 9 передаетс  через корпус цилиндра 2 на цилиндр 1, который поворачивает вал потребител  7 механической энергии на еще больший, чем ранее, угол.

Отработанна  остывн1а  вода по пазовым отверсти м 26 11од1пипника 23 попадает в отверстне 21 в стойке 10 статора 11 и далее в патрубок 22 и сбрасываетс  к канализацию или вновь направл етс в источник 19 тепла дл  подогрева.

Срабатывание цилиндров 1-3 может происходить и при одинаковой величине их подогрева, например, до 90°С. Эта характеристика устройства определ етс  исход  из конкретных источников тепла и конструктивных требований.

При завершении цикла закручивани  цилиндров вентиль 17 закрываетс , а цитиндры 1-3 отдают свое тепло в окружаюшее пространство. При их остывании до определенной те.мпературы, нагфимер, до 70°С. в материале цилиндров I-3 и ребер 4 происход т обратные структурные превращени , которые возвращают цилиндры I-3 в первоначальное состо ние, т. е. они раскручиваютс . При этом выделивша с  механическа  энерги  также может приниматьс  потребителем 7.

Далее цикл повтор етс . Дл  ускорени  остывани  цилиндров I-3 и ребер 4 открывают вентиль 18, и холодна  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 сбрасываетс  по патрубку 22 за пределы устройства. Блок цилиндров может быть установлен на вращающийс  статор и снабжен н|естерн мм свободного хода.

Предлагае.мое техническое решение позвол ет конструировать и изготавливггП) простые малогабаритные устройства, преобразующие тепловую энергию в механическую с высоким КПД. При этом может быть использована искусственна  теплова  энерги , например тепловые сбросы от 11ром1 инлеиных предпри тий, а также депюва  естественна  теплова  энерги , например, тепловых лучей солнца, гор чих источников, гейзеров и т. п.

Устройство может быть применено д.т  привода стационарных объектов, например, насосов, буровых установок и т. п., а также дл  транспортных средств.

2S

сриг.2

(риг.З

Claims (2)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ В МЕХАНИЧЕСКУЮ по авт. св. № 1044815, отличающееся тем, что, с целью повышения КПД и уменьшения габаритов, цилиндры расположены коаксиально, причем их полости сообщены между собой, а конец каждого цилиндра жестко соединен с началом другого цилиндра с возможностью сложения тепловых деформаций кр.учения цилиндров, и теплообменные ребра также выполнены из материала с термомеханической памятью..

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем. что цилиндры с теплообменными ребрами выполнены из материалов, имеющих термомеханическмо память при различных температурах.

(риг.1