Тепловой двигатель

(19 Я БРЕ ЛСТУ ЕЛ 25(57) Изо удельную ение по ность и строиств, нергию по еформаций термомех механиче о СССР 1983.СССР 1986. счет тепл из матери чают за болочек нической оже виг памятью,и создани быть испол ова с СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕАВТОРСКОМУ СВИ1539391 телей, насосов, компрессоров и движителей. Повышение удельной мощности и экономичности достигается путем обеспечения транспортировки тепла5 между оболочками, нагревателем и холодильником непосредственно испаряющимся и конденсирующимся рабочим телом (РТ) без промежуточного теплоносителя, а также путем дополнительного преобразования в механическую энергию тепла отводимого от оболоРчек. Двигатель содержит оболочки 1 с н лолненными н них каналами 1111 2.Оболочки 1 выполнены из материалов с различными температурами проявлейия памяти, а их К 2 последовательно соединены друг с другом через двухцозиционные клапаны (К) 5 в порядке онижения температуры проявления от оболочки к оболочке по ходу РТ. Обоочки 1 выполнены в вице подвижных стенок насосных камер 12, К 2 каждой ободочки сообщены с поршневыми конденсатоИзобретение относится к тепло-.энергетике, а именно к устройствамфя преобразования тепловой энергии 30механическую за счет тепловых деормаций оболочек из материала с теромеханической памятью йормы, и можетврыть использовано при создании дви 1 ателейР наСосов, компрессоров и двияителец,Целью изобретения является иовыдение удельной мощности путем обеспечения транспортировки тепла междуоболочками, нагревателем и холодиль-4 Оником непосредственно испаряющимсяи конденсирующимся рабочим телом безпромежуточного теплоносителя, обеспе-чение возможности использования двигателя в качестве источника давления, 45а также повышение экономичности путемдополнительного преобразования в механическую энергию тепла, отводимогоот оболочек,На фиг.1 представлена насоснаякамера описываемого двигателя в разрезе с конденсатоотводчиком и двухпозиционным клапаном; на Фиг.2 - принципиальная схема описываемого двигателя с параллельным соединением двухнасосных камер; на йиг,3 - насоснаякамера, разрез, аксонометрия," нафиг.4 - подвижная стенка насосной камеры в виде оболочки из материала с отводчиками 7.Поршни 9 конденсатоотводчиков 7 и золотники Ь К 5 механически связаны с оболочками 1. Поступаюцее из испарителя РТ конденсируется на ближайшей оболочке 1 инагревает ее. В результате проявления памяти оболочка перемещается,вытесняя текучую среду из своей ка-меры 12 и переключая К 5, Золотник6 К 5 разобщает К 2 своей оболочкис испарителем и сообщает их с К 2последуюцей оболочки. В результатепонижения давления РТ испаряется вК 2 горячей оболочки 1 и конденсируется в К 2 последующей холоднойоболочки 1, нагревая ее до меньшейтемпературы, при которой проявляетсяее память. Из К 2 последней оболочкиС1 РТ отводится в конденсатор и далеев испарительР а из конденсатоотводчиков - непосредственно в испаритель,3 з.п. й-лы, 7 ил,памятью, поперечный разрез; на фиг.5 - схема описываемого двигателя с последовательным соединением насосных камер с подвижными стенками в виде оболочек из материалов с различными температурами проявления памяти; на фиг,б - аккумулятор давления с насосными камерами, поперечный разрез; на фиг,7 - вид на аккумулятор давления с насосными камерами вдоль егооси.Тепловой двигатель (фиг.1) содержит оболочки 1 из материала с термомеханической памятью йормы, охватываюцие заполненные парами и 7 или конденсатом рабочего тела полости в виде каналов 2, выполненных в оболочках 1. Каналы 2 соединены с нагревателем (фиг,2) в виде испарителя 3 и с холодильником в виде рекуперативного теплообменника-конденсатора 4 через двухпозиционный клапан 5, золотник 6 которого механически связан с оболочкой 1, в которой выполнены каналы 2. Двигатель снабжен конденсатоотводчиками 7 (йиг.1,5) по числу оболочек 1, Каждый конденсатоотводчик 7 выполнен в виде цилиндра 8 с поршнем 9, байпасом 10 и обратным клапаном 11. Цилиндр 8 каждого конденсатоотводичика 7 сообщен с каналами 2 одной из оболочек 1, а пор35 5 15393 шень 9 - механически связан с этой оболочкой. Двигатель снабжен также насосными камерами 12 переменного объема по числу оболочек 1, а последние выполнены в виде подвижных стенок камер 12. Насосные камеры 12 заполнены текучей средой - жидкостью или газом. Оболочки 1 посредством заполняющей камеры 12 теку О чей среды связаны с подвижным звеном нагрузки, например с турбиной (не показано).Оболочки 1 двигателя (фиг.5) выполнены из материалов с различными 5 температурами проявления памяти, а их каналы 2 последовательно соединены друг с другом через двухпоэиционные клапаны 5 в порядке понижения температуры проявления памяти 20 от оболочки 1 к оболочке 1 по ходу рабочего тела. Насосные камеры 12 сообщены с аккумулятором 13 давления (фиг.6) посредством обратных клапанов 14. На выходе аккумулятора 13 25 установлен регулирующий орган 15. Каналы 2 оболочек 1 футерованы капиллярно-пористым материалом 16 (фиг.4). Неподвижная стенка 17 камеры 12 выполнена из стали, и на ней 30 установлены соответственно впускной и выпускной клапаны 18 и 14 насосной камеры 12 (фиг.1). Конденсатоотводчики 7 сообщены посредством трубопроводов 19 с испарителем 3 (фиг.2). Последний в случае параллельного соединения насосных камер 12 соединен с двухпозиционными клапанами 5 последних через распределитель 20. Охлаждающий тракт рекупера тивного теплообменника-конденсатора 4 заполнен жидким теплоносителем и соединен с потребителем тепла (не показан). Поршень 9 конденсатоотводчика 7 установлен между входной и выходной щелями 21 и 22 соответственно байпаса 10 (фиг.1,5). Каналы 2 оболочки 1, расположенной последней в цепочке последовательно соединенных камер 12, соединены с теплообменником-конденсатором 4 через клапан 23. Испаритель 3 соединен с теплообменником-конденсатором 4 трубопроводом 24, в котором установлен насос 25 (фиг,2).Двигатель работает следующим образом.В испарителе 3 (фиг.1) жидкое рабочее тело, например жидкий натрий,91испаряется, например, за счет тепла, полученного при сгорании топлива. Пар через распределитель 20 и клапан 5 поступает в каналы 2 оболочки 1. Там он конденсируется и оседает в капиллярах материала 16 стенок каналов 2, отдавая тепло оболочке 1 и нагревая ее до температуры конца обратного мартенситного превращения. Оболочка 1 "вспоминает" свою форму в горячем состоянии и движется в положение, обозначенное пунктиром. При этом текучая среда, например жидкость, заполняющая насосную камеру 12, вытесняется через выпускной клапан 14 под высоким давлением в сопло. турбины или другой привод (не показаны), производя работу. При завершении движения оболочки 1 в положение, обозначенное пунктиром, золотник 6 клапана 5, перемещаемьпЪ оболочкой 1, разобщает полость испарителя 3 и каналы 2 оболочки 1 и соединяет каналы 2 с теплообменником-конденсатором 4, давление и температура в котором меньше давления и температуры рабочего тела в каналах 2 оболочки 1, Вследствие падения давления в каналах 2 жидкое рабочее тело, находящееся в капиллярах оболочки 1, начинает испаряться и в виде пара направляется в теплообменник-конденсатор 4, где оно конденсируется, передавая тепло жидкому теплоносителю, заполняющему охлаждающий тракт теплообменникаконденсатора 4, и циркуляционным насосом 25 направляется в испаритель 3. Нагретый жидкий теплоноситель из охлаждающего тракта теплообменникаконденсатора 4 поступает к потребителю тепла (не показан). При испарении рабочего тела в каналах оболочки 1 последняя охлаждается до температуры конца прямого мартенситного превращения и перемещается в первоначальное положение. При этом впускной клапан 18 открывается, и в камеру 12 всасывается текучая среда (жидкость, воздух, пар). При движении оболочки 1 связанньп с ней золотник 6 клапана 5 отсекает каналы 2 от теплообменника-конденсатора 4 и сообщает их с испарителем 3. Далее цикл повторяется. Движению оболочки 1 при ее охлаждении способствует оставшееся давление в пространстве между оболочкой 1 и стенкой насосной камеры 12 и внутренние микронапряжения оболочки 1.,Пля ускорения движения оболочки 1 при охлаждении текучая среда, например жидкость, может подаваться в камеру 12 под давлением.Тепло, отдаваемое оболочкой 1 теп 5 лообменнику-конденсатору 4, меньше тепла, получаемого от испарителя 3, на величину, пропорциональную работе произведенной оболочкой 1 за цикл.Пбэтому часть рабочего тела, конденсируемого за цикл в каналах 2 оболочки 1, не испаряется. Конденсат, крторый не вмещают капилляры материал 16 стенок каналов 2, стекает в цилиндр 8 конденсатоотводчика 7 и через щели 21 и 22 байпаса 10 перетекает под поршень 9. При перемещенИи оболочки 1 в положение, обозначенное пунктиром, конденсат рабочего 20 тела вытесняется поршнем 9 через обратный клапан 11 в испаритель 3.Распределитель 20 обеспечивает поочередное или совместное снабжение паром рабочего тела двух оболочек 25 1. Этим достигается непрерывный расход пара из испарителя 3 и непрерывное его поступление в теплообменникконденсатор 4.Работа двигателя, изображенного нв фиг,5-7, отличается от описаннЬго процесса тем, что каналы 2 оболочек 1 после нагрева последних кондМнсируюцихся рабочим телом сообщаются посредством клапанов 5 с каналами 2, следующей последовательно расположенной по ходу рабочего тела оболочки 1, Вследствие понижения давления рабочее тело испаряется за счет тепла нагретой ранее оболочки 1 и переносит тепло следуюцей оболочкекоторая нагревается в процессе конденсации в ее каналах 2 рабочего тела. Кажцая последуюцая оболочка 1 нагревается до меньшей температуры, чем 45 предыдущая, так как часть тепла рабочего тела. преобразуется в работу при перемещении оболочек 1, а также вследствие тепловых потерь. Так как память материала каждой последующей оболочки 1 проявляется нри меньшей50 температуре, чем память материала предыдущейоболочки 1, то вследствие нагрева последующей оболочки 1 до температуры ее обратного мартен- ситного преврацения она перемещает 55 ся, совершая работу нагнетания текучей среды в аккумулятор 13 давления, Одновременно оболочка 1 перемещает связанный с ней золотник 6 клапана 5, который отделяет каналы 2 этой оболочки 1 от каналов 2 предыдущей оболочки 1 и сообщает с каналами 2 последующей оболочки. При охлаждении оболочек 1 за счет испарения рабочегс тела в их канаЛах 2 оболочки 1 перемещаются в исходное положение вследствие проявления эйфекта обратимой памяти формы их материала, при этом текучая среда через каналы всасывается в камеры 12. При нагреве последней оболочки 1 и при ее перемещении в положение, показанное пунктиром, ее каналы 2 клапаном 23 сообщаются с теплообменником-конденсатором 4, и испарившееся в каналах 2 этой оболочки 1 рабочее тело конденсируется в теплообменнике-конденсаторе 4Бидкая текучая среда постоянно вытесняется из аккумулятора 13 давления через регулирующий орган 15 ивоздействует на подвижное звено нагрузки (не показано). При этом заполняющий верхнюю часть аккумулятора 13 воздух способствует компенсации колебаний давления в аккумуляторе 13 и расхода вытесняемой из него текучей среды.Таким образом, тепло рабочего тела, отводимое от оболочек 1, дополнительно преобразуется в полезную работу при нагреве последующих оболочек 1 и проявлении памяти их материала, что обеспечивает повышение экономичности двигателя,Формула изобретенияТепловой двигатель, содержащий связанные с подвижным звеном нагрузки оболочки из материала с термомеханической памятью йормы, охватывающие заполненные парами и/или конденсатом рабочего тела полости, причем каждая полость соединена с нагревателем и с холодильником через свой двухпозиционный клапан, золотник которого механически связан с охватывающей эту полость оболочкой а холодильник выполнен в виде рекуперативного теплообменника, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения удельной мощности путем обеспечения транспортировки тепла между оболочками, нагревателем и холодильником непосредственно испаряющимся и конденсирующимся рабочим телом без промежуточноготеплоносителя, он дополнительно снабжен конденсатоотводчиками по числу оболочек, каждый конденсатоотводчик выполнен в виде цилиндра с поршнем, байпасом и обратным клапаном, цилиндр каждого конденсатоотводчика сообщен с одной из полостей, а поршень механически связан с охватывающей эту полость оболочкой, причем нагреватель 1 О и холодильник выполнены соответственно в виде испарителя и конденсатора, сообщенных через двухпозиционные клапаны с полостями, охваченными оболочками, 152, Двигатель по п.1, о т л и ч а - ю щ и й с я тем, что, с целью обеспечения возможности его использованияв качестве источника давления, он дополнительно снабжен насосными камера О ми переменного объема по числу оболочек, а последние выполнены в виде подвижных стенок камер. 3, Двигатель по пп.1 и 2, о т -л и ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения экономичности путем дополнительного преобразования в механическую энергию тепла рабочего тела,отводимого от оболочек, последниевыполнены из материалов с различнымитемпературами проявления памяти, аохваченные ими полости последовательно соединены одна с другой через двухпозиционные клапаны в порядке понижения температуры проявления памятиот оболочки к оболочке по ходу рабочего тела.4. Двигатель по пп.1-3, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что он дополнительно снабжен аккумулятором давления,сообщенным с насосными камерами посредством дополнительно установленныхобратных клапанов, и дополнительноустановленным на выходе аккумуляторарегулирующим органом,1539391 г,7 ставитель Л.Тугаре Редакто аиду агарина, 10 оизводственно-.издательский комбинат нПатент г. од, у ЗакВНИИПИ ед М.Ходанич Корректор Э.Лончако 1 Тираж 352 Подписноеосударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С113035, Москва, Б, Раушская наб д. 4/5