Устройство для преобразования тепла в механическую энергию

 

Изобретение м.б. использовано при создании тепловых двигателей для привода машин и механизмов за счет энергии разности т-р окружающего воздуха и водоемов, а также разности т-р поверхностных и глубинных слоев в последних . Цель изобретения - повьппение удельной мощности устр-ва путем компактного размещения в ограниченном объеме большого числа термочувствительных секций (с). Корпус 5 установлен на основании 1 посредством опор 4 с возможностью перемещения через зоны нагрева и охлаждения. Корпус.выполнен в виде двух параллельных обойм 13, закрепленных на общем центральном

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) ц11 4 F 03 С 7/06

1, 1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21) 4213718/25-06 (22) 23.03.87 (46) 07.01 ° 89. Бюл. N- 1 (75) Ю.М.Троицкий (53) 621.486(088.8) (56) Заявка Великобритании 1(2022717, кл. Г 1 S, опублик. 1979.

Авторское свидетельство СССР

1(.- 225620, кл. F 03 G 7/06, 1966.

1= (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ

ТЕПЛА В МЕХАНИЧЕСКУ10 ЭНЕРГИ10 (57) Изобретение м.б. использовано при создании тепловых двигателей для

I привода машин и механизмов за счет энергии разности т-р окружающего воздуха и водоемов, а также разности т-р поверхностных и глубинных слоев в последних. Цель изобретения — повышение удельной мошности устр-ва путем компактного размещения в ограниченном объеме большого числа термочувствительных секций (С) . Корпус 5 установлен на основании 1 госредством опор

4 с возможностью перемещения через зоны нагрева и охлаждения. Корпус.выполнен в виде двух параллельных обойм

13, закрепленных на общем центральном

1449702 стержне 14 перпендикулярно последнему. Шарниры, посредством которых крепятся группы термочувствительных рабочих С 7, установлены на обоймах, г1ричем С каждой группы выполнены в виДе лент, расположены. параллельно стержню в плоскостях, проходящих че11ез ось стержня. Крайние С каждой группы с одной стороны закреплены на корпусе, а с другой связаны посредством передачи 11 со звеном 12 отбора

Мощности. Передача выполнена в виде

ычагов 15, кинематически связанных грузами 16, равно расположенными о окружности обоймы с возможностью адиального перемещения, а корпус усановлен с возможностью вращения вокуг горизонтальной оси стержня. Переача м.б. выполнена в виде рычажных храповых механизмов и планетарного едуктора, солнечное колесо которого закреплено да основании соосно стерж1 йо и содержит шарнирную опору .посИзобретение относится к области преобразования тепла низкопотенциальных природных источников в механическую энергию и может быть использо5 вано при создании тепловых двигателей для привода различных машин и механизмов э-а счет энергии разности температур окружающего воздуха и водоемов, а также разности температур поверхностных и глубинных слоев в последних.

Целью изобретения является повышение удельной мощности путем компактного размещения в ограниченном объеме большого числа термочувствительных секций.

На фиг.1 представлено предлагаемое устройство, вид сбоку, пример выполнения;:на фиг. 2" то же, вид свер- 20 ху; на фиг.3 — сечение А-А на фиг.1; на фиг.4 — сечение Б-Б на фиг.1; на фиг.5 — предлагаемое устройство, общий вид, пример выполнения; на фиг.6сечение В-В на фиг,5; на фиг.7 — сечение Г-Г на фиг.5; на фиг ° 8 — предлагаемое устройство, общий вид, приледнего. Сателлиты редуктора по числу групп установлены с возможностью вращения на одной из обойм. Каждый сателлит связан с крайней подвижной С своей группы посредством одного храпового и одного рычажного механизмов.

Одна из эон м.б. образована открытым резервуаром с жидким теплоносителем.

Передача м.б. выполнена гидравличес" кой и состоит из напорного блока и блока погружения корпуса. Рабочие С, находящиеся в воде, охлаждаясь, укорачиваются, а С, находящиеся на воздухе, удлиняются, одновременно происходят изменения длин С в пределах групп, которые суммируются и передаются рычагами, позволяющими увеличить ход. Для работы устр-ва можно использовать разность т-р более нагретых верхних слоев воды и нижних более холодных, но для этого необходимо погрузить устр-во полностью в воду.

4 з,п.ф-лы, 9 ил. мер выполнения; на фиг,9 — корпус устройства, изображенного на фиг.8, с группами рабочих секций, с нагнетательным насосом и насосом погружения.

Устройство содержит основание 1 с зонами 2 и 3 соответственно нагрева и охлаждения и установленный на основании 1 посредством опор 4 с возможностью попеременного перемещения через зоны 2 и 3 корпус 5. На последнем установлены группы 6 термочувствительных рабочих секций 7. Все секции 7 каждой группы 6 последовательно связаны между собой и с корпусом

5 посредством шарниров, которые могут быть выполнены в виде осей 8, пропущенных через коромысло 9 (фиг.l и 9) или в виде блоков 10 (фиг ° 5).

Крайние секции 7 каждой группы 6 с одной стороны закреплены в корпусе

5, а с другой — связаны посредством передачи 11 со звеном 12 отбора мощности, например, в виде насоса, электрогенератора (фиг.1 и 5) или турбогенератора (фиг.8). Корпус 5 вы1449702 полнея в виде двух параллельных обойм )3, закрепленных на общем центральном стержне 14 перпендикулярно последнему. Шарниры в виде осей 8 (фиг.) и 9) или блоков 10 (фиг.5) размеще5 ны на обоймах 13, а секции 7 каждой группы 6 расположены параллельно стержню 14 в плоскостях, проходящих через ось последнего, при этом группы Ь равно расположены по окружности ,вокруг стержня 14 °

Рабочие секции 7 выполнены жесткими в осевом направлении, с большой теплообменной поверхностью и иэ материала с большим коэффициентом линейного расширения. Например, каждая секция 7 может быть выполнена в виде ряда параллельно расположенных алюминиевых уголков 15, закрепленных на хвостовиках 16 (фиг.1 и 4). Стержень

14 также выполнен жестким в осевом направлении иэ материала с небольшим коэффициентом линейного расширения, например из стали. 25

Передача 11 устройства, изображенного на фиг.1 и 3, выполнена в виде рычагов 15, кинематически связанных с грузами 16, равно расположенными по окружности обоймы 13 с возможностью радиального перемещения, а кдрпус 5 установлен с возможностью вращения в опорах 4 вокруг горизонтальной оси его стержня 14. Последний связан с звеном )2 отбора мощности посредством редуктора 17. Опоры 4 и редуктор 17 закреплены на поплавке 18, помещен" ном на поверхности жидкого теплоносителя — воды в водоеме 19.

Устройство, представленное на 40 фиг.1-4, работает следующим образом, В естественный водоем 19, температура воды которого ниже температуо ры окружающего воздуха на 10 С, уст« ройство помещают так, что нижняя часть45 корпуса 5 с секциями 7 оказывается в воде, а верхняя — над водой. Рабочие секции 7, находящиеся в воде, охлаждаясь, начинают укорачиваться, а верхние секции 7, находящиеся на воздухе, удлиняются, Так как секции 7 кинематически связаны в группы 6, то соответствующие изменения длины секций 7 в пределах группы 6 суммируются и передаются рычагам 15, позволяющим увеличить ход и соответственно поднимать и опускать грузы 16. Верхние грузы 16 перемещаются радиально от оси стержня 14, а нижние приближаются к этой оси. Затем вручную поворачивают корпус 5 вокруг его оси о на угол 45, и корпус 5 начинает вращение в ту же сторону самостоятельно эа счет произведенного смещения грузов 16. Так как процесс нагревания-охлаждения достаточно инерционный, то секции 7 изменяют свою длину постепенно, и при установившемся процессе наиболее удаленный от центра груз 16 находится на участке входа в воду, а наиболее приближенный — на участке выхода из воды.

Для работы устройства можно использовать также разность температур более нагретых верхних слоев воды и нижних более холодных, но для этого необходимо погрузить устройство полностью в воду.

В устройстве, представленном на фиг.5-7, секции 7 могут быть выполнены в виде ленты, а ширниры, связывающие их между собой и с обоймами 13 корпуса 5, в виде блоков 10. При этом передача 11 выполнена в виде рычажных

20 и храповых 21 механизмов соответственно и планетарного редуктора 22.

Солнечное колесо 23 редуктора 22 закреплено на основании 1 соосно стержню

14 и содержит шарнирную опору 4 последнего, а сателлиты 24 редуктора 22 по числу групп 6 рабочих секций 7 установлены с воэможностью вращения на одной из обойм 13. Каждый сателлит 24 связан с крайней подвижной секцией 7 своей группы 6 посредством одного храпового 20 и одного рычажного 21 механизмов соответственно. Каждый рычажный механизм 20 содержит шток 25, рычаг 26, толкатель 27 и шарнирный четырехзвенный параллело-. грамм 28. Каждый шток 25 установлен в отдельной направляющей 29, выполненной в корпусе 5, и связан одним концом с крайней подвижной секцией 7 одной из групп 6, а другим концом посредством рычага 26 и толкателя 27с одним из углов параллелограмма 28.

Противоположный угол параллелограмма, 28 шарнирно соединен с осью одного иэ сателлитов 24. Каждый храповой механизм 21 содержит две подпружиненные собачки 30 и 31, шарнирно установленные на звеньях параллелограмма

28 и взаимодействующие с косоэубой торцовой кольцевой нарезкой 32, вы" полненной на сателлите 24. Для создания натяжения лент секций 7 каж5 14497 дый шток 25 подпружинен относительно корпуса 1 пружиной 33 сжатия, Каждый толкатель 27 установлен в радиальной направляющей одной из опор 34, зак5 репленной на корпусе 5. Лента секций

7 выполнена с развитой теллообменной

:,поверхностью из материала с большим коэффициентом линейного расширения, например из цинка. Обоймы 13 скреп- . 10 лены между собой стяжками 35 из ма|териала с небольшим коэффициентом линейного расширения - стали.

Устройство, представленное на. фиг.5-7, работает аналогично устройству, представленному на фиг.1-4. Отличие состоит в том, что лента охлаждаемой секции 7 при своем укорачивании сжимает пружину 33 и воздействует 20 посредством штока 25 на рычаг 26, который, в свою очередь, перемещает толкатель 27 к оси стержня 14, шарнирный параллелограмм 28 при этом, сжимаясь, упирается собачкой 30 в 25 прямой торец косозубой торцевой нарезки 32 сателлита 24, приводит его во вращение по часовой стрелке и, обкатываясь по неподвижному солнечному колесу 23, сателлит 24 приводит "o ,"вращение корпус 5. Собачка 31 п1ч. ! этом проскальзывает по косому зубу нарезки 32. При удлинении ленты сек ции 7 пружина 33 ее подтягивает и, взаимодействуя с рычагом 26, в конеч— ном итоге, расширяет параллелограмм

28, который своей собачкой 31 приводит во вращение сателлит 24, собачка 30 в это время проскальзывает по косому зубу нарезки 32.

Передача 11 устройства, изображенного на фиг.8 и 9, выполнена гидравлической и состоит из напорного блока 36 и блока 37 погружения корпуса

5. Напорныи блок 36 содержит нагнетательный поршневой насос 38 и бак

39 с трубопроводом 40, посредством которого верхняя часть бака 39 сообщена с нагнетательным насосом 38, и со сливным патрубком 14р под KOTopb ì в качестве звена 12 отбора мощности

50 установлен турбогенератор. Блок 37 погружения содержит поршневой насос

42 погружения и средство уравновешивания корпуса 5, состоящее из связанного со стержнем 14 плунжера 43 с прикрепленным к верхнему концу последнего тросом 44 и с грузом 45„подвешенным на свободном конце троса 44, 02 и емкости 46 с жидкостью, прикрепленной посредством стойки 47 к основанию 1 над корпусом 5. При этом плунжер 43 установлен в герметичной направляющей 48, выполненной в днище емкости 46 с возможностью вертикального перемещения в последнем, Стойка 47 снабжена блоками 48, через которые перекинут трос 44, а насосы 38 и 42— питательными трубопроводами 49 и 50 соответственно, погруженными в жидкий теплоноситель 12, заполняющий откры- тый резервуар 51, которым образована, например, зона 3 охлаждения. Поршни

52 и 53 насосов 38 и 42 соответственно связаны штоками 54 и 55 посредством рычагов 56 с крайними подвижными рабочими секциями 7. Насосы 38 и 42 закреплены на верхней обойме 13 корпуса 5. Полости нагнетательного насоса 38 соединены двумя трубопроводами

57, в которых установлены обратные клапаны 58 — 61.

Устройство, представленное на фиг.8 и 9, работает следующим образом.

Сначала заполняют корпус насосов

38 и 42 жидким теплоносителем (водой). для этого поднимают питательные трубопроводы 49 и 50 и наливают в них воду, обеспечив при этом. выход воз" духа (конструкция для выхода воздуха не показана)., затем верхнюю часть насоса 38 также заполняют водой.

После этого уравновешивают с помощью груза 45 корпус 5 со всеми закрепленHblMH на нем элементами, затем, учитывая, что на корпус 5, погруженный в жидкий теплоноситель (воду)... действует выталкивающая сила, емкость 46 заполняют водой. В этом случае выталкивающая сила, воздействующая на погруженный в воду корпус 5, компенсируется весом столба воды, воздействующим на плунжер 43. Затем на короткое время погружают корпус 5 в теплоноситель (воду) и увеличивают груз 45 так, что корпус 5 самостоятельно поднимается (с учетом сил трения).

Рабочие секции 7 в этом случае работают аналогично секциям 7 устройства, изображенного на фиг.1-4, с той лишь разницей, что в конечном итоге они взаимодействуют со штоками 54 и

55 поршней 52 и 53. Корпус 5 с секциями ? погружают в теплоноситель— воду с более холодной температурой относительно воздуха. Секции 7, сжи1449702 за счет равномерного размещения групп

6 вокруг стержня 14 при использовании предлагаемого устройства обеспечиваетгя повышение удельной мощности по сравнению с известным.

Формула изобретения

1. Устройство для преобразования 45 тепла в механическую энергию, содер" жащее основание с зонами нагрева и охлаждения и установленный на основании посредством опор с возможностью переменного перемещения через зоны нагрева и охлаждения корпус, на котором посредством шарниров установ" лены группы термочувствительных рабочих секций, причем все секции каждой группы последовательно связаны между собой, а крайние секции каждой группы с одной стороны закреплены на корпусе, а с другой связаны посредством передачи со звеном отбора маясь, воздействуют на поршни 52 и

53 и опускают их. При этом открывается клапан 58, и вода течет в бак

39, открывается также клапан 60, и вода из резервуара 51 дополняет верхний объем насоса 38. Шток 55 поршня

53 вытесняет воду в резервуаре 51.

Корпус 5 становится легче и поднимается. Секции 7, постепенно нагрева- 10 ясь, поднимают поршни 52 и 53, в результате чего отключается клапан 59 и пропускает воду в бак 39, открывается также клапан 61, и вода из резервуара 51 дополняет нижний объем насоса 38.

Вода из резервуара 51 заполняет также нижний объем насоса 42 ° Корпус

5 становится и под собственным весом опускается. Процесс подъема и опуска- 20 ния корпуса 5 протекает автоматически, с преодолением трения. Насос 38 при этом перекачивает воду из резер" вуара 51 в бак 39, откуда она, сливаясь по патрубку 41, попадает на ро- 25 тор звена. 12 отбора мощности - турбогенератора и приводит его во вращение.

3а счет компактного размещения в органиченном объеме большого числа термочувствительных работ секций 7 с развитой теплообменной поверхностью, растянутых вдоль стержня 14 и объединенных в группы 6 с возможностью суммирования тепловых деформаций секций 7 в,пределах группы 6, а также

35 мощности, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения удельной мощности путем компактного размеще" ния в ограниченном объеме большего числа термочувствительных секций, корпус выполнен в виде двух парал" лельных обойм, закрепленных на общем центральном стержне перпендикулярно последнему, шарниры размещены на обоймах, а секции каждой группы расположены параллельно стержню в плоскостях, проходящих через ось стержня °

2. Устройство по п.1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что секции выполнены в виде ленты.

3. Устройство по п.1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что передача выполнена в виде рычагов, кинематически связанных с грузами, равно расположенными по окружности обоймы с воэможностью радиального перемещения, а корпус установлен с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси его стержня.

4. Устройство по п.1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что передача выполнена в виде рычажных и храповых мехас ниэмов и планетарного редуктора, солнечное колесо которого закреплено на основании соосно стержню и содержит шарнирную опору последнего, а сателлиты по числу групп рабочих секций установлены с возможностью вращения на одной из обойм, причем каждый сателлит связан с крайней подвижной секцией своей группы посредством одного храпового и одного рычажного механизмов, каждый рычажный механизм содержит шток, рычаг, толкатель и шарнирный четырехзвенный параллело-. грамм, каждый шток установлен в отдельной направляющей, выполненной в корпусе, и связан одним концом с крайней подвижной секцией одной из групп, а другим концом посредством рычага и толкателя - с одним из углов параллелограмма, противоположный угол параллелограмма шарнирно соеди" нен с осью одного из сателлитов, а каждый храповой механизм содержит две подпружиненные собачки, шарнирно установленные на звеньях параллелограмма и взаимодействующие с косоэубой торцовой кольцевой нарезкой, дополнительно выполненной на сателлите.!

449702

5. Устройство по п. 1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что одна из зонйагрева или охлаждения - образована открытым резервуаром с жидким тепло5

Носителем, передача выполнена гидрав" лической и состоит из напорного блока и блока погружения корпуса, на орный блок содержат нагнетательный поршневой насос и бак с трубопрово- 10 ом, посредством которого верхняя асть бака сообщена с нагнетательным асосом, и со сливным патрубком, под оторым в качестве звена отбора мощости установлен турбогенератор, а лок погружения содержит поршневой асос погружения и средство уравновешивания корпуса, состоящее из связанного со стержнем плунжера с прикрепленным к верхнему концу последнего тросом и с грузом, подвешенным на свободном конце троса, и емкости с жидкостью, прикрепленной посредством стойки к основанию над корпусом, причем плунжер установлен в герметичной направляющей, выполненной в емкости, с возможностью вертикального перемещения в последней, стойка снабжена блоками, через которые перекинут трос, а насосы — погруженными в теплоноситель питательными трубопроводами и поршни насосов связаны с крайними подвижными рабочими секциями.

1449702

A-4!

449702

) 449702

Со с та вит ель Л. Туг ар ев

Т ехреД :j Дт ц-. д; Корректор :Решетник релактор О.Головая

Производственно-ДОПИГрафичес кое предприятие, Г ., Л(пород, ул . ПроектHHR, 4

Заказ 6947/Зч Тиран 431 11одписное

ИНИИПИ Государственного ко "итета. по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035р Москва Ж- 5 Раушская наб., д. 4 /5