Устройство для преобразования тепловой энергии в механическую

,1 О 44815 СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИ 9) пуБлик заев Г 03 ( 70 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ А ВТОРСКОМ,К СВИДЕТЕЛЬСТВУ тельство СССР/06, 1972.88363, кл. 88 д 7/0 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО делАм изОБРетений и ОткРытий(54) (57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ В МЕХАНИЧЕСКУЮ, содержащее активные элементы, выполненные из материала с термомеханической памятью кручения относительно их продольной оси, соединенные одним концом с ротором, и зоны нагрева и охлаждения активных элементов, отличающееся тем, что, с целью повышения КПД активные элементы выполнены в виде полых цилиндров, снабженных теплообменными ребрам и востановленных с возможностью попеременного соединениях полости с зонами нагрева и охлаждсня.2. Устройство по и. 1, отличающееся тем, что другой конец активных элементов соединен с дополнтельно установленным ме. ханизмом однонаправленного вращения в виде двух шестерен, расположенных на каждом активном элементе, снабженных муфРтами свободного хода противоположного направления,двух шестерен, установленных на статоре, находящхся одна во внутрен. нем, другая во внешнем зацеплении с шестерням элементов.3. Устройство по пп. 1 2, отличающееся тем, что зона охлаждения выполнена в видс емкост, заполненной хладагентом, а стенки цилиндров выполнены перфорированными.,) К.йп)/5 Не),.Ь ДИСТИ аЕТС 5 ТСМ, )ГГО У")- ОЙстИ длц пр(оиоЗОБания те:1 лоОЙ з/)е)р Г/ П В Х 1 РХ Ын 1 Е(ЧС)К) Со)ЕЕПЖ) с 1 К ИВНЫС а.)Е е//ты, выполненные из материала с термоз(х 13/ическои пым 5/ть/О кручени 5 От 10 с 1 тсг 1и Х 11)/)И;ИЛЕ)/0 ИСИ, СОСДИНСПНЫР 0;/Ни М КОН/Н)М С 0010)ОМ, И ЗОНЬ; ; ПСБс, Н 0;Лс;К -ДЕ 1 И 51 а КГ и Б Н Ы. ал Е ) ЕГ 0 В. Н р Н ч аа КТ И п.НЫ ЛР 1(Н)ТЫ БЫПОГ/ГПЬ Б Г:;Р ПИ,Ы П)- ,и и;е р О , " .а О ж е н и ь/ х т с / л и): (6 ." с /3 и ы,": и р Р ОРЯМИ и)(.) Ы/ИБ.1 ЕНПЫХ С БОЗ/ИЖНОСТЬ)С) ПО. СПЕРЕМСННИГИ СОСДИНС НИЯ;/Х ИЛИСТИ: ЗИи с У 1 и Н Я Р ( ЕЗ а И О; Л а Ж, 1 (.и Я .КРИГ ТОГО, ДРпГОИ КИНРН ЯКТЦППЬ Х ЯЛГ с.П ИБ (ИДИП(. . ЕИ//Ог/Н) "ГСЛЬ):ИС 1 Ы НОБ, )С 1 НН ) М.ХРПИЗЗОМ ИДН) /) Я 1)Ы Б, Ени( И НР а" 3 П/ЕНИЯ Б 133,",ЕС ТЕЗУХ ПС 1 СР(.), Рс/СПИГ)Г)КС)НЬХна как)10 актиБом зл(меГГс, с/абжсньхч; (ртами со(0,ни и кода /ротй;опилокноги направления, 5) Е)зух 3/ест(ч)( н( танозлсн/ых ны статире )сыО)я 15)хся Одна БиБ Н У Т Р ( Н Н Е 11, Д Р1 а Я ЕЗ И Б/ Е.г 1 Е М: С Я Н С ) ), : Г / 3 3 3 )П "Ста1)" 1(11 Е М Р/3 ОГС1 р)1 зтим зоя с)хла сд)Р/и)5/ /сь///игНР)с).1 ИЙ В Б//ДС Усг) Ы/СЗ/(/.)10/ Н)ЗЗ ( КИ(")3 1( ЗЫ ПОЛ НСННОИ ХЛЫ/с/ГР /(Х/ССрот)":)СОРО;Е)КЬ)с ./)КП(П,. )//Ы 1:)с) ИГОО( КИ).1 Ы ЫК и Б).Ы ; З. /(:/) 3 (Б СИ( ЛИ 1. Н ЫУстройство для преобразования тепловой энергии в механическую (фиг. 1 - 3) работает следующим образом.Сконцентрированные тепловые (солнечные) лучи попадают на верхний активный элемент устройства - полый цилиндр 1.При нагревании материала цилиндра 1 до температуры структурного превращения, которая зависит от процентного содержания никеля в сплаве, происходит перестройка кристаллической решетки сплава, в результате проявляется эффект термомеханической памяти, цилиндр 1 закручивается относительно своей продольной оси, и его свободный торец поворачивается на определенный угол (например на 120 в). При этом 45 с механизмом однонаправленного вращения в виде двух шестерен 11 и 12, расположенных на каждом активном элементе, снабженных муфтами 13 и 14 свободного хода (фиг. 2 и 3), которые позволяют указанным шестерням свободно проворачиваться в про 5 тивоположных направлениях, и двух шестерен 15 и 16, закрепленных на статоре 4, причем шестерня 15 находится во внутреннем, а шестерня 16 - во внешнем зацеплении с шестернями 11 и 12 соответственно 1 О активных элементов 1. В средней части цилиндрические элементы 1 охвачены подшипниками 17 скольжения, установленными в объединяющей их шайбе 18, которая прикреплена к кронштейну 19 ротора 2.В вариантах устройства (фиг. 4 - 6) цилиндр 1 закреплен одним концом на статоре 4, а противоположным концом через муфту 5 соединен с редуктором 6. Выходной вал 20 редуктора 6 с помощью кривошипно- шатунного механизма 21 соединен с поршнем насоса 22. Всасывающий патрубок 23 опущен в скважину 24 с водой и оборудован обратным клапаном. 25. Напорный патрубок 26 насоса 22 также оборудован обратным клапаном 27, вентилем 28 и отводом 29. На статоре 4 расположены стойки 30, 25 на осях 31 которых установлен подвижный затеняющий экран 32, причем внутренняя и наружная криволинейные поверхности последнего выполнены отражающими тепловые лучи. К экрану 32 прикреплены гибкие тяги 33 и 34 с пружинными компенсаторами30 35 и 36. Противоположные концы гибких тяг 33 и 34 прикреплены зажимом 37 к наружной поверхности цилиндра 1.В вариантах устройства (фиг. 7 и 8) полость 8 цилиндрас помощью муфты 38 через отверстия 39 трубопроводами 40-42, оборудованными вентилями 43 и 44, соединена с источником 45 тепла или источником 46 холода для подачи в полость 8 соответственно жидких или газообразных теплоносителя и хладагента, В полости 8 40 расположены теплообменные ребра 47, и она с помощью канала 48 и трубопровода 49 соо б шеи а с атмосфер о й. шестерня 12 муфтой 13 свободного хода заклинивается на корпусе цилиндра 1 и передает свой крутяший момент на шестерню 16, неподвижно укрепленную на стойке статора 4, а шестерня 11 благодаря расцепленной муфте 14 свободного хода не участвует в передаче крутя шего момента на шестерню 15.В результате взаимодействия с шестерней 16 шестерня 12 обкатывается по ней и увлекает во вращение ротор 2, расположенный в стойке 3. С помощью муфты 5 крутяший момент передается редуктору 6 (или иному какому-либо потребителю механической энергии). При этом шестерня 11 свободно проворачивается на цилиндре 1 и обкатывается по зубчатому венцу шестерни 15. В результате поворота ротора 2 в зону теплового облучения попадает цилиндр 1 следуюгцего ряда, который, нагреваясь, также деформируется, что приводит к повторению описанных процессов.При попадании нагретых цилиндров 1 в жидкий хладагент, залитый в емкость 10 системы охлаждения, они охлаждаются, и в них происходит обратная перестройка кристаллической решетки. Охлаждению также способствуют ребра 7, отдающие тепло от цилиндра 1 хладагенту, и отверстия 9, по которым хладагент поступает в полость 8 и охлаждает его внутренние стенки. В результате цилиндр 1 возвращается в исходное положение путем раскручивания, и в этот момент муфта 13 свободного хода разъединяет шестерню 12 от цилиндра 1, а шестерня 11 заклинивается на нем. Теперь в передаче крутящего момента участвует шестерня 15, а шестерня 12 свободно обкатывается по шетстерне 6.В итоге крутящие моменты верхнего и нижнего цилиндров 1 складываются и воздействуют на ротор 2, обеспечивая его непрерывное однонаправленное вращение.При выходе цилиндров 1 из емкости 1 О через отверстия 9 из полостей 8 вытекает хладггент, цилиндры вновь подвергаются нагреву, при этом описанный цикл повторяется. Тепло от хладагента сбрасывается в окружающую среду одним из известных способов.В результате реакций шестерен 15 и 16 цилиндры 1 при работе испытывают изгиб, при этом возникающие в подшипниках 17 и шайбе 18 реакции передаются кронштейну 19, обусловливая вследствие противоположного направления реакций в подшипниках 17 соответственно для верхнего и нижнего цилиндров 1 вращение кронштейна 19 и соответственно ротора 2.Устройство (фиг. 4 - 6) работает следующим образом.Сконцентрированные лучи солнца, направленные на цилиндр 1, нагревают его материал. Нагреву цилиндра 1 способству 10448151 О От и лучи, отраженные от внутренней поверхцости подвижного затеняющего экрана 32, и тепло, запасенное в статоре 4 и стойке 3. Р 1 ри нагреве цилиндра 1 Б его материале РИТНРОле) происходит структурное превращение, известное под названием термомехяническая память, Вызывающее поворот сго конца, прикрепленного с гс)мощью муфты 5 к входному валу редуктора 6, ца определенный угол, величина которого тем больцс, чем болыце длина цилиндра 1. При этом через муфту 5 вращение конца цилиндра 1 передается ьходцому валу редуктора 6.Возможцые изменения линейных размеров цилиндра 1 компснсирук)гся муфтс)й 5.Врац(ецис трянсфс)рмирустся рсдуктором 6 таким образом, по Выходной вал 20 соБсрцяст несколько оборотов цри одном пик- Гс деформЯ 1 ии пиипдэа 1. (,35 заццыР с ВЯ,1 Ом 20 кривопипцо-Н 1 ятмнцыи ."ехспизх 2 н)ремсцает поршень пасси:а 22, и через кля- ПЯН 25 1(К 3 СЯСЬ 3;1 ОПС О ПЯТР сбк: 23 сицаиси:ы 24 ВОДЯ ЯГИ(тс 1 стс 51 Б Рс.10 с)ц, 1 сТРбОК 6. ООРЯТ 10(У ХОД )ОД Б 1;И лидр пасоса 22 прсцятствусг кляпяц 27.В момент 3,)Н(11 И 5 цилРцдря, ц (1 по 3( рхцОСНаМатЫВаЕтея ГИ 6 Кая тяГ; лс Р ДоврСГС 1)10 Смс 11)Я(1(я Г 1 бКЯ 1 Г 51 с 3). В КонсчНОЙ фяС ЗсКрс"ивсни 51 ци.ицд - раИОГ 1 НОСТЬО 31)брас ГСя Сс 1 аб)ц с 1 1 Ибкс)й тяп 34, и Опс через кочпспсируОц;уО .РХКИЦМ 36 ПСРЕДЯСГ ГРЦХ ЦГСС "СИ,:1(:с эер;1) 32 кгорь;Й и(зко поворячив;1 с ГС 51 пя (н ях 31 с ГО( к 30 и закрывает ц 1 лиц.) 1 (т т(цО(ях мчсй фиГ 6 1 ицсць 1 )и- ОКЯ Т(.Ц.ЯИ)И ЦДР 1 ОС Ывс 1 С, РЗГХ с(М С им( тсп,овы( м" и и" сс(Рссотс 51 экрс 1 пох 32 3 пкрмкяк)ц;уО с)сдм. 1;)Омс тОГи, стз- П С ЦЧ1; ,К(Р 5(СсТС 51 С( И ЭТ(2 с: МСЦ Г ЦЯ ПСГО ПОДс 1 ТЬ СРСЗ СГ РЛ.: 28 ЦО сгВод с,) с) ГЬ 30,1 Рз ц Я ц Ор 1 ОГОРТ р бкя 26.В момсп ос 113(ция Илидря 1 происход)ццРс псх с рукт урнс Рзх( ц( ц ия кр и",с,ГСССОИ РсцС ГКИ ОЗ 13)ЯцЯ ЮГ СГО БПОБ Ь е Рсходцос с)(тояцис. 101 с ряскт пс. Ниц ц ИЛ И Н др аС 0 М Е Х с 1 ц И 1(.С 1 С а 5( Э ц С р Г И 51 Г Я КК (. передается на редуктор 6, и процесс цсрскачки воды продолжается. 11 о в этом случае гибкая тяга 34 сматывается с образуюцей цилиндра 1, а гибкая тяга 33 наматывается. При завершении процесса раскрутки слабина гибкой тяги 33 убирается полкостью, пружинный компснсатор 35 растягивается и при определенном усилии резко разворачивает экран 32 в исходное положение, т.е. открывает доступ тепловым лучам Ня ГОВс.рХНОСТЪ РИЛРНдря 1.После этого описанный цикл повторяетВ случае подсоединения полости 8 цилиндра 1 к источнику тепла 45 Злии холода 46 фиг. 7 и 8) устройство работает следующим образом.При открывании вентиля 43 горячая вода по трубопроводам 41 и 40, муфте 38, отверстиям 39 ш)ступает в полость 8 цилиндра 1, омывает его внутренние стенки и рсбра 47, отдает им свое тепло и по каналу 18 и трубопроводу 49 сбрасывается в канал Р 3 с Ц с 1 О Р 1 Л И 3 Н 0 В Ь Н Я Г Р Я ВЛ Я ЕТСЯ В И СТОЧ- цик 45 тсц,а для:одогрева. Нагретый ци,ицдр3 спомицаст рянес. приданное ему 1 ри этой температуре состояние и закручивается. Врацсцие конца цилиндрамуф ой 5 передается на 3 ход:ОР вал редуктора 6, который направляет полученную механи(ск е) эцсрГи 0 Г 10 нязцяециО. При зяВерц:СНИИ цИКЛя:3 ВКрусивяция БСНТИЛЬ 43 Закрыьастся, и цилиндр 1 отдает свое тепло Окружаюцее прс)страцство. При осгывапии до опрсдслснной температуры в латер Ялс цилищрапроисходят обратць:е струк,рцыс прсращения, коорые возвращают илицдрБ цсрвоцачялыос состояцие, т.с. Оц раскручцвястся.,.(Р.сс иКГ цовтор 5 ется.,1.я ускорения О(" ц .1 ц ия ил и цдраоткрывя н)т Бегиль -.1, и холодная вола от исОпикя 46 холо.и посгупасг цо трубам 42, 40 и заполняет :,п)ст ь 8.В СГслс 1( раСПОГ 0 КЕНИ 5 цисИцдря 1 Б ъ) цс:103 И) сц ц х Гсм пс) яту р,:ац ример з гск)тс.) валыых водах, ИООст 8 цсриоди:КГскц пускают хогОд(уо воду или газ от источника 46 холода. В этом случае проис- ХОДЯ 1 ТЯКж(. 303 ВРЯТЫО-Б) сПЦЯТ(ГЬНЫС ПСРС - хсц(сц)я копия цилиндра, которые описаны зКпс. 1 рсдля ясмос устройство цоз 3 ос 5 ет коц.руировать и изгогавливать простые уста- ,ОБКР для получения механической энергии, :С пол ьзуя для этого дешевую с стествсц пук) Г(Лоцук) энергию и Оосспечивает высокий К 11 Д 1 рсОбпя:30 ВяцРя энерГии, эожет Оыть 1 римсцсцо для Гривода стационарных объскОБ например буроцых установок, насосов и т ц.), а также для транспортных срсдст.С ос г а ви гс.ь Л.Техред И. ВсресТираж 50Государственного ком едал изобретений и сква, Ж - 35, Раушска Гатент, г, Ужгород,Р.диктор Л. Мо,ьпь Ванно 74053 ВЯИИПИ по и 3035, М Филиад ППП