Устройство для преобразования тепловой энергии в механическую

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 801094985 А ОЗС 7 РЕТЕНИ НИЕ ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(46) 30.05.84. Б 06 И. Ивано ельство ССС/06, 1982. ВО ДЛЯ Г 1 РЕОБОЙ ЭНЕРГИИ В вт. св.1044815,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ(54) (57) 1. УСТРОЙ СРАЗОВАНИЯ ТЕПЛОМЕХАНИЧЕСКУЮ по отличающееся тем, что, с целью повышения КПД и уменьшения гдбаритов, цилиндры расположены коаксиальцо, причем их полос. ти сообцены между собой, а копен каждого цилицдра жестко сосдицсц с началом друч- го пилицдра с возможностью сложения гспловых деформаций кручения пил ццдров, и тсцлообмснцые ребра также выполп ны из материала с термомехацичсской дмятио.2. Устройство по и. 1, от,ачающеес тем, что цилиндры с тсплообхсцц,мп ребрами выполнены из материалов, цмсюгцх гсрх- мехдцисск к пдъ 5 ть при рдз,ичць гспс. рдт рдх.Изобретение относится к преобразованию тепловой энергии в механическую за счет тепловых деформаций твердого тела и обеспечивает использование, например, солнеч. ной энергии или энергии геотермальных5 источников для привода различных стационарных или, передвижных объектов.По основному авт. св. Мо 1044815 известно устройство для преобразования тепловой энергии в механическую, содержащее активные элементы, выполненные из материала0 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 повышение35 КПД и уменьшение габаритов.Указанная цель достигается тем, что устройство для преобразования тепловой энергии в механическую содержит активные элементы, выполненные из материала с тер 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 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 тепло- носитель 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, 1.Устройство содержит активные элементы в виде полых цилиндров- 3, расположенных коаксиально один в другом, Внутренние и внешние поверхности цилиндров- 3 снабжены теплообменными ребрами 4. Цилиндры 1 - 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 90 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 цилиндрас помошью 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, Р 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 5, 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.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 подшипникам 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 омывает его внутреннюю поверхность и расположенные на нем теплообменные ребра 4. При нагревании материала цилиндраи расположенных на нем теплообменных ребер 4 до температуры 100 С происходит перестройка его кристаллической решетки, в результате чего проявляется эффект термомеханической памяти, цилиндр 1 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 0 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. Затем, еще больше остывая, например, до 85 С, вода по пазовым отверстиям 27 подшипци О 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, который поворачивает вал потребителя 7 механической энергии на еще больший, чем ранее, угол.Отработанная остывшая вода по пазовымотверстиям 26 подшипника 23 попадает в отверстие 21 в стойке О статорд 11 и далее в патрубок 22 и сбрасывается и канализацию или вновь направляется в источник 19 тепла для подогрева.Срабатывание цилиндров 1 - 3 можетпроисходить и при одинаковой величине цх 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 остыванци 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 1 - 3 в первоначальное состояние, т. е. они раскручиваются. 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, О и Е, остужает цилиндры 1 - 3 и их ребра 4 и сбрасывается по патрубку 22 за пределы устройства. Блок цилиндров может быть установлен цд вращающийся статор и снабжен шестернями свободного хода.Предлагаемое техническое решение позволяет конструировать ц изготавливать простые малогабаритные устройства, преобразующиее тепловую энергию в механическую с высоким КГ 1 Д. Гри этом может бьггь использована искусственная тепловая энергия, например тепловые сбросы от промышленных предприятий, д также децевдя естественная тепловая энергия, цдцрцмер, тепловых лучей солнца, горячих источников, гейзеров и т. и.Устройство может быть применено для привода стационарных объектов, ндцример, насосов, буровых установок ц т. ц., д также для транспортных средств.