Устройство для преобразования тепловой энергии в механическую

(я) Р 03 5 7/О ЗОБ РЕТЕ СВИДЕТЕЛЪСТВ ГОСУДАРСТВЕ ННЫЙ КОМИТ ЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ОПОЯСАН ИК АВТОРСКОМЧ(21) 4864004 06 (22) 04.09,90 (46) 30.10,92. Бюл, Мг 40 (75) А,В,Корнев (56) Авторское свидетельство СССР Ит 1296744, кл, Г 03 б 7/06, 1987,Авторское свидетельство СССР Ф 1536074, кл, Г 04 Е 1/04, 1990,Патент СШР, гч. 4472113, кл, 60/527, опулбик. 1984, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ТЕПЛОВОИ ЭНЕРГИЛ В МЕХАНИЧЕСКУЮ (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 поплавке 13 установлены полый цилиндр 2, сообщенный посредством клапаноВ,5 и 6 соответственно с всасывающим и нагнетател ьным каналами. В цилиндре 2 между прукиной 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 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 валу 3 ил.Изобретение относится к устройствампредназначенным для преобразования тепловой энергии В механическую и может на 1 лти применение в области энергетики.Известно устройство Для преобразова.ния тепловой энергии в механическую (1),содержащее термочувствительные силовь 8элементы из сплава, обладающего память(оформы. Устройство под воздеиствием температуры совершает перемещение нагрузки. Данное устройство не можетосуществлять перекачку жидкостел и не мо.жет преобразовывать перепад температурна границе между жидкой и газообразнолсредами и другие виды энергии,Известен также насос, работаюцил насолнечной энергии (2), содержащий всасцвающий и нагнетательный клапань(, балан -сировочный элемент, выполненный изматериала, обладающего эффектом памятиформы, Однако данное устройство не производит отбора механическо(л энергии л неможет перекачивать жидкости более Горячие, чем окружающая среда,Наиболее близким по техничес 1 ой сущ -ности к прелагаемому устройству являетсяперекачивающее устройство 13), содеркащее цилиндр, в котором размещены перекачивающий поршень, спиральные пружины.одна из которых выполнена из материала сэффектом памяти формы, нагнггтатель:(ьй ивсасывающий каналы с клапанами, Насоссовершает прямо-поступательные движеНИЯ В ОДНУ СТОРОНУ ПОД ДЕЙСТВИЕГл СИЛ ТЯЖЕсти поршня, в противоположную сторон,пад действием усилий, вызванных квоте 1 ситным превращением материала пружины, вызванным периодическим подогревомпружины от постороннего источника тепла,К числу недостатков данного устройстваотносится необходимость регулируемогоисточника энергии, подогреваюшего пружину с эффектом памяти формы, невозмокность работы от солнечной энергии, а такжеот перепада температур мекду перекачиваемой жидкостью и окрукающей средой, невозможность производить отбор мощностина механические перемещения или преоб.разование механической энергии в другиевиды энергии,Целью изобретения является расшлрение функциональных возможностей устройства и повышение его производительчости,Указанная цель достигается тем, что вустройство, содержащее установленный напоплавке цилиндр, выполненный полью исообщенный с всасывающим каналом,снабженным нагнетательнцм клапаном,две пружины соответственно прямого и обратного хода, причем по крайней мере одна из гружлн обладает свойствами памяти фОР(лы и ВЕРХНЯЯ ПОЛОВИНа ЦИЛИЧДРа ВЫГ(олнена лз Высокотеплопроводного матеглала. Оо ласно изобпетени(о снабжено 5 Грикрзпленнцм к цилиндру валом, полымВ 1 УКРИ ПГ.СРВДСгВОМ КОТОРОГО ПОДПОРШНЕВая;Олость цичи 1 Дра сообщена с нагнета(ел ным ка.агом, закрепленной на валу шесгеоней Г;теор мощности, штуцером, по С средством которого подпоршневая полость(илиндра сообщена с окружа 1 ощеи средой и Верхшлм л ник(1 лм огоали 1 ителями полоЖЕг 1(Я ЦИ 1 ИНЛРа, а НИЖНЯЯ ПОЛОВИНа ЦИЛИН- дра (цполнена из :1 изкотеплопроводного 15 материалаНа фиГ,1,2 пока(;(зны ДВР прОРкЦии Общего Вида устройства, на фгГ,З - схематически показан цикл рабогь Устройства,УСТГО лства ДЛЯ ПОЕОбраЗОВВНИЯ ТЕПЛО ВОЙ з 18 гргии в механи(ескую Вклю (ает в сеОЯ ":Орпус 1, ЦилинДр 2, Выполн 8 нныЙ полым, прукину прямого хода 3, выполнен- нУК; 1(З ь.-(.ГЕРЛала С ЗффЕКтОМ ПВМЯти фОР- мц. прукину обратного хода 4, 25 Выпь;(ненную из стали, Гэсасыва(огг 1,иЙ каналС ВсаСЬгваЮ ШМ КЧВПаНОМ 5, НаГНЕтатЕЛЬ- нцй к,нал с 11 аг(-Вотельны. клапаном б, г(опшо;ь 7, Вал Б, Вцполне ный полыгл Вер: ь(:, Г рани-т;Рь полол.ел(я цилиндра 9, ,О нижлй о .8( Р 1 л:";ль Г 10 л(жен,я 1 глиндоа10 11.;цео(л-собгцения ласти и.и;1 дра с Ору:,а;с;1,:-Й( сродои, ше,(Оренку 12, г(опгавок 13 подвц:;(ники 14, светопроиц,-,е;лцй материал 5.ЦилигДр Для э; ек ивнол работы изгозвлиВВРтся из двух час ей г(ерхчя пОлОВ и ( а:(л Я б ы с т р -", Й ш е Г Гз и з м и 8 н и я Т 8 лПГЛаТУР 11 ПРУЖИНЫ ПРЯМОГО ХОДЛ ВЫПОЛ" н -ется из Вьсокотеплопроводного г ате".(г(, Ла. 1 ИЖНЯЯ - ИЗ НИЗКОТЕПЛОГроводг(ОГОматер. Вла. 11 рукина прямого хода,3 и прукк(а( Обратного;Ода 4 Выполняготся с разли:НЬ(М 1 Л ХаратЕрИСтИКаМИ дчя рабОтц В горячих и холоднь,х жидкос Гях, Так. При тем пературе жидкости более низкой, 1 ем температура Воздуха, прукина прямого хода Выполняется сжатой для тегл(ератры, равной темпеоатуре воздуха например 30, 40, 50 С(и Деформиру 1 ошейся под воздей стзием внешней силц по(л температуре, равНОй тЕМПЕ Рак УР 8 ЖИДКОСти (На Г(РЛМРР НИКЕ 15 С). При этом поужина обратного хода 4 спосооству 8 т В хОлОднОм сос 1 Оя или (В жидкссти) растяжению пружины с э 1 фектом па мяти формы, Если же матерлал пружлныпрямого хода 3 имеет днойнуго пам ггь формы, то пружина обратного хода Вь полняет ВСПОГЛОГаТЕЛЬНУЮ фУНКЦИ 1 О. РЕРХЬ(лЙ ОГРаничитРль,1 оложенгя цилиндра О и цилиндр 2 покрл 1 Ваются черной краской Для ЬВ 1 стрей 1772415щего нагрева от солнечной радиации, При этом корпус 1 в 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 стали, которая должна сжимать пружину прямого хода, При пружине из материала с двойным эффектом памяти формы, как и в первом случае, пружина :,бра 1 ного хода выполняет вспомогательную функцию, Вал 8, являющийся одновременно осью вращения цилиндра, с одной стороны выполнен полым для сообщения внутреннего обаема цилиндра с окружающей средой. Внутри полой части вала гнагнетательный канал) устанавливается нагнетательный клапан, Верхняя часть корпуса устройства при работе в горячей жидкости для более быстрого охлаждения цилиндра выполняется раскрытой. При этом верхний ограничитель положения цилиндра может бьп 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 поужинами, смещается под воздействием пружины обратного хода, тем самым выталкивая из цилиндра жидкость через нагнетательный клапан 6 во внешнюю систему. Вытеснение жидкости из цилиндра и пере 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 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 срвда, во 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, изменяется1772415 Рог Г Составитель А. КорнеТехред М,Моргентал Корректор В. Петра Реда аказ 3827 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 ойзводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 10 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,Формула изобретения 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 вы 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 по лость цилиндра сообщена с нагнетательнымканалом, 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 ниэкотеплопроводного материала.