SU1268793A1 - Тепловой двигатель - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к энергетике, а именно к двигател м, в которы.х дл  получени  механической работы используютс  тепловые деформации элементов (Э) из сплава с термомеханической пам тью, и м.б. использовано дл  привода автономных агрегатов. Изобретение позвол ет повысить КПД при одностороннем радиационном нагреве Э путем поддержани  их ориентации в пространстве. В корпусе 5 эксцентрично установлены св занные 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 позвол ет таким образом ориентировать Э 13 в пространстве, чтобы их поверхность, обращенна  к источнику 1 при Р 7 и 8, была посто нно подвержена радиационному нагреву. 1 з.н. ф-лы, 4 ил. (С (Л tc О) оо со СлЭ

Description

Изобретение относитс  к преобразованию тепловой энергии в механическую, а именно к тепловым двигател м, в которых.дл  получени  механической работы используютс  тепловые деформации элементов из сплава с термомеханической пам тью, и может найти применение дл  привода автономно работающих агрегатов, в частности в солнечных водоподъемниках.

Цель изобретени  - повышение КПД при одностороннем радиационном нагреве тепловых элементов путем поддержани  их ориентации в пространстве.

На фиг. 1 изображена кинематическа  схема предлагаемого двигател ; на фиг. 2 - то же, вид со стороны источника тепла; на фиг. 3 - то же, вид вдоль осей его роторов; на фиг. 4 - различные положени  одной из групп тепловых элементов в разнь х фазах поворота кривошипов роторов {вид вдоль осей роторов).

Двигатель содержит источник 1 нагрева излучением и источник 2 охлаждени  в виде поддона 3, заполненного холодной средой 4. В корпусе 5 эксцентрично установлены св занные между собой посредством передачи

6роторы 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 помошью шарниров 11 группами 12 расположенных в одной плоскости тепловых элементов 13 из сплава с термомеханической пам тью их укороченной формы в нагретом состо нии, 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 б выполнена в виде одинаковых зубчатых колес 15 и 16, жестко закрепленных соответственно на роторах 7 и 8, и промежуточного колеса 17, вход щего в зацепление с зубчатыми колесами 15 и 16. Роторы 7 и 8 вставлены своими нижними част ми в поддон 3 и погружены в холодную среду 4 до уровн  их осей. Температура среды 4 в поддоне 3 ниже температуры структурного превращени  сплава с термомеханической пам тью, из которого изготовлены тепловые элементы 13. Последние могут бть выполнены в виде спиралей, гофрированных пластинок, лент, нитей и т.п. Дл  обеспечени  непрерывного вращени  роторов 7 и 8 и преодолени  «мертвых точек при прохождении тепловых элементов 13 через общую плоскость осей роторов

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

равномерно расположенных вокруг осей вращени  роторов 7 и 8.

Источник 1 нагрева может быть вь полнен не только в виде источника излучени , но и в виде источника гор чего газа - воздуха, а источник 2 охлаждени  может быть снабжен экраном (не показан) дл  затенени  тепловых элементов 13 от пр мого попадани  лучей источника 1.

Двигатель работает следующим образом.

При вращении роторов 7 и 8 по часовой стрелке (фиг. 1, 3 и 4) тепловые элементы .13 перемещаютс  по кольцевым траектори м в том же направлении. Тепловой элемент 13, перемещающийс  вдоль зоны действи  источника 1 нагрева, нагреваетс  выще температуры структурного превращени  его материала и в результате этого, про вл   эффект термомеханической пам ти , стремитс  сжатьс . Усилие, генерируемое тепловыми элементами 13 при восстановлении формы, передаетс  ротором 7 и 8 и создает на них два вращающих момента, стрем щихс  привести роторы 7 и 8 во вращение в противоположных направлени х . Так как длина кривошигюв 9 ротора 7

больще длины кривощипов 0 ротора 8, возникает разница моментов, действующих на роторы 7 и 8. Так как роторы 7 и 8 св заны между собой передачей б, то они могут вращатьс  лишь в одинаковом направлении и равнодействующий момент приводит роторы 7 и 8 во вращение в направлении действи  большего по величине момента , т.е. в направлении действи  вращающего момента на ротор 7.

В результате перемещени  теплового элемента 13 вдоль зоны действи  источника 1 нагрева (из положени  А А в положение С)Сг„ фиг. 4) он постепенно укорачиваетс , и при про.хождении через плоскость полностью восстанавливает свою форму (укорачиваетс  до исходной длины). В

дальнейшем тепловой элемент ,: входит в зону действи  источника 2 охлаждени , охлаждаетс  ниже температуры структурного превращени  его материала и постепенно раст гиваетс  при перемещении вдоль зоны действи  источника 2 охлаждени . При прохождении через плоскость он принимает наиболее деформированное положение. В дальнейшем этот тепловой элемент 13 вновь входит в зону действи  источника 1 нагрева и процесс повтор етс  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 наход тс  в высокотемпературном состо нии и таким образом поддерживают непрерывное вращение роторов

7 и 8. При помощи передачи 6 фазы вращени  кривощипов 9 и 10 роторов 7 и 8 могут быть подобраны так, что соединенные одним тепловым элементом 13 кривощипы 9 и 10 одновременно пересекают плоскость , при этом с указанной плоскостью совпадает переход элементов 13 от раст жени  к сжатию и наоборот.

Устройство может работать и при наличии начального фазового сдвига между роторами 7 и 8. В этом случае кривощипы 9 и 10 перемещаютс  не параллельно между собой и плоскость , 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, наибольщие значени  которых реализуютс  при вращении роторов 7 и 8 в и ютивоположной фазе (при начальном сдвиге 180°). Предельные деформации тепловых элементов 13 . измен ть, измен   разницу длин криаощипов 9 и 10 роторов 7 и 8, при этом абсолютна  длина кривошипов 9 и 10 на величину предельной деформации элементов 13 не вли ет. При увеличении длины кривощипов 9 и 10 роторов 7 и 8 увеличиваетс  перемещение тепловых элементов 13

в направлении, перпендикул рном плоскости .. Это позвол ет подобрать оптимальные размеры траектории перемещени  тепловых элементов 13 и установить стационарные целесообразные зоны действи  источников 1 и 2 нагрева и охлаждени  соответственно .

Claims (2)

1.Тепловой двигатель, содержащий источники иагрева и охлаждени  и корпус, в котором эксцентрично установлены два св занные между собой посредством передачи ротора с кривощипами, причем кривошипы

5 каждого ротора имеют одинаковую длину, а разных роторов - разную длину, наружные концы кривошипов разных роторов щарнирно соединены между собой группами расположенных в одной плоскости тепловых элементов из сплава с термомеханичес кой пам тью, отличающийс  тем, что, с целью повыщени  КПД при одностороннем радиационном нагреве тепловых элементов путем поддержани  их ориентации в пространстве , эксцентриситет роторов больще разницы длин их кривошипов.

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

фаг.