Тепловий двигун обертального руху

Винахід відноситься до пристроїв для одержання механічної енергії, що використовують розширення або скорочення робочої речовини при зміні температури, а саме до роторних двигунів, у яких при одно направленому русі здійснюються взаємодія елементів, частина яких нерухома; а також до пристроїв із постійними магнітами, взаємодія магнітних полів яких використовується для досягнення необхідних робочих характеристик; і може бути використане в автоматизації виробничих процесів, у наукових дослідженнях, медицині, в пристроях обчислювальної техніки. Відомий привод [А.с. СССР №1816058, МКИ-5 F03G7/06, "Привод" / Н.В.Пилипенко, В.А.Селиванов, С.В.Стамплевский, И.Г.Скобелева, Т.В.Башлакова. Зарегистр. в Гос. реестре изобр. СССР 11 октября 1992г.], що містить нагрівач у вигляді джерела інфрачервоного (IЧ) випромінювання, установлений на опорі за допомогою тримача пружний тепловий робочий елемент у вигляді першої еластичної полімерної смужки зі зверненим до випромінювання термочутливим прошарком і притиснуту до неї першу каретку у вигляді циліндра, другу каретку у вигляді циліндра і другу полімерну смужку, обидві смужки виконані кільцевими, що розміщені відповідно на бічних поверхнях першої і другої кареток термочутливими прошарками назовні і притиснуті останніми один до одного, причому кожна смужка з боку, протилежного термочутливому прошарку, додатково покрита матеріалом, що має контрастний стосовно матеріалу термочутливого прошарку коефіцієнт температурного розширення, виконаним суцільним або доменною або дискретною структурою, циліндри встановлені на опорі за допомогою встановлених підшипників. Хибою даного пристрою є неможливість безпосереднього одержання високої частоти обертання, а також нездатність витримувати великі навантаження на вихідному валі. Найбільш близьким по технічній сутності є двигун обертального руху [Устройство машины постоянного тока и получение постоянной э.д.с. В кн.: Электротехника. Учеб. пособие для вузов. Под ред. В.С. Пантюшина. Изд. 2-е, перераб. и доп. -М.: Высшая школа, 1976. -С.374-375.], що містить установлений на опорі статор, на внутрішній поверхні якого встановлені постійні магніти, орієнтовані полюсами радіальне, установлений із можливістю обертання на опорі за допомогою підшипників вісь у вісь статору - вал ротора, на поверхні якого радіальне розташовані ізольовані один від одного радіальними перегородками робочі елементи, установлені з можливістю здійснення магнітної взаємодії через зазор із зазначеними полюсами постійних магнітів під дією електромагнітного випромінювання. Причому постійні магніти виконані у вигляді електромагнітів з обмотками, а робочі елементи виконані у вигляді обмоток якоря, електричне приєднаних, як і обмотки електромагнітів, до джерела електричної енергії. Радіальні перегородки виконані з електроізоляційного матеріалу. Виходом пристрою є вал ротора. Недоліком пристрою є неможливість здійснення обертального руху з одержанням великої потужності на валі без використання електричної енергії. Задачею винаходу є одержати безінерційний двигун обертального руху з високою частотою обертання і великою потужністю на валі, використовуючи дію теплового випромінювання. Поставлена задача виконується тим, що тепловий двигун обертального руху, що містить установлений на опорі статор, на внутрішній поверхні якого встановлений, принаймні, один постійний магніт, орієнтований полюсом радіальне, установлений із можливістю обертання на опорі за допомогою підшипників вісь у вісь статор у - вал ротора, на поверхні якого радіальне розташовані ізольовані один від одного радіальними перегородками робочі елементи, установлені з можливістю здійснення магнітної взаємодії через зазор із зазначеним полюсом постійного магніту під дією електромагнітного випромінювання, виходом пристрою є вал ротора, робочі елементи виконані тепловими, додатково містить охолодник, принаймні, один обтюратор, принаймні, один оптичний фільтр першої групи, гр упу оптичних фільтрів другої гр упи, теплові робочі елементи виконані у вигляді теплоактивної речовини з вихідною керуючою ланкою, зазначені радіальні перегородки виконані у вигляді закріпленого на валі каркаса з теплоізоляційного матеріалу, створюючи сектори-пустоти, причому радіальні перегородки виконані таким чином, що в дугоподібній частині сектору з однієї сторони кожної радіальної перегородки установлений фільтр зазначеної групи оптичних фільтрів другої гр упи, а з іншого боку - виступ, у зазорі між якими розташована верхня частина вихідної керуючої ланки у вигляді встановленої з можливістю дугового прогину убік радіальної перегородки з виступом тонкої плоскої пружини, один кінець якої розташований у куті сектора і зафіксований у тілі вала ротора, а інший кінець - обладнаний магнітом-заслінкою, виконаним із можливістю затінення оптичного фільтра групи оптичних фільтрів другої гр упи в момент дугового прогину з одночасним припиненням та/або ослабленням магнітної взаємодії між зазначеним магнітом-заслінкою і постійним магнітом і утворенням та/або збільшенням магнітної взаємодії між ним і дальшим магнітом-заслінкою, магніти-заслінки виконані з протилежними полюсами щодо зазначеного постійного магніту статора, простір сектора під оптичним фільтром групи оптичних фільтрів другої гр упи і між радіальною перегородкою і тонкою плоскою пружиною заповнено зазначеною теплоактивною речовиною з можливістю теплового контакту через тіло вала ротора з зазначеним охолодником, оптичний фільтр першої групи встановлений у наскрізному отворі статора осторонь від постійного магніту з можливістю утворення оптичного зв'язку через оптичний фільтр групи оптичних фільтрів другої гр упи з теплоактивною речовиною в момент магнітної взаємодії протилежних полюсів постійного магніту і магнітузаслінки теплового робочого елемента, входом пристрою є встановлений із можливістю утворення оптичного зв'язку з джерелом теплового випромінювання обтюратор, оптично зв'язаний через оптичний фільтр першої групи, через оптичний фільтр групи оптичних фільтрів другої групи з теплоактивною речовиною, що механічно зв'язана з площиною тонкої плоскої пружини, теплоактивна речовина розміщена в еластичній оболонці, що пропускає теплове випромінювання, виходом пристрою є механічна керуюча ланка вала ротора. Зазначений охолодник виконаний із можливістю теплового контакту з валом ротора у вигляді резервуара, заповненого, наприклад, етандіолом НО—СН 2—СН2—ОН. Зазначені оптичні фільтри виконані, наприклад, із кварцового скла. Зазначені оптичні фільтри виконані, наприклад, у вигляді пластини з напівпровідникового матеріалу, що пропускає теплове випромінювання. Зазначена теплоактивна речовина виконана у вигляді, наприклад, діетилового ефіру H5С2—О—С2H5. Зазначений каркас з ізоляційними перегородками виконаний, наприклад, із політетрафторетилену [—CF2—CF2—]n . Зазначені магніти-заслінки виконані у формі, наприклад, аеродинамічного крила в перетині, причому поверхня лобової атаки направлена у напрямку обертання ротора. Оскільки зазначені відмітні ознаки відсутні в прототипу, запропоноване технічне рішення відповідає критерію "новизна". Тепловий двигун обертального руху (Фіг.1-4) містить джерело теплового випромінювання 1 оптично зв'язане через обтюратор 2, через оптичний фільтр першої групи 3, розташований у наскрізному отворі статора 4 осторонь від постійного магніту 5, установленого радіальне на внутрішній його поверхні, який, у свою чергу, установлений на опорі 6, через оптичний фільтр групи оптичних фільтрів другої гр упи 7 із теплоактивною речовиною 8, що має тепловий контакт через установлений на опорі 6 за допомогою підшипників 9 вал 10 ротора 11 з охолодником 12. Теплоактивна речовина 8, що заповнює сектор 13 із боку розміщення оптичного фільтра групи оптичних фільтрів другої гр упи 7 між радіальною перегородкою 14, механічно зв'язана з площиною 15 тонкої плоскої пружини 16, один кінець 17 якої розташований у куті сектора 13 і зафіксований у тілі вала 10 ротора 11, а інший кінець обладнаний магнітом-заслінкою 18, виконаною з можливістю затінення оптичного фільтра групи оптичних фільтрів другої гр упи 7 у момент дугового прогину тонкої плоскої пружини 16. Ротор 11 виконаний у вигляді каркаса, закріпленого на валі 10 із радіальних перегородок 14, створюючи сектори-пустоти 13. З однієї сторони радіальної перегородки 14 у дугоподібній частині сектору 13 встановлений оптичний фільтр групи оптичних фільтрів другої гр упи 7, а з іншого боку - виступ 19, у зазорі 20 між якими розташована верхня частина тонкої плоскої пружини 16 із можливістю магнітної взаємодії магніту-заслінки 18 із постійним магнітом 5. Виходом пристрою є механічна керуюча ланка 21 вала 10 ротора 11. Конструкція теплового двигуна обертального руху подана на Фіг.1-4. На Фіг.1 схематично відображена конструкція двигуна в поперечному його перетині, на Фіг.2 - у поздовжньому перетині, Фіг.3 ілюструє взаємодію конструктивних елементів у ста тиці, Фіг.4 - у динаміці. Джерело теплового випромінювання 1 призначене для впливу на робочі конструктивні елементи для виконання пристроєм його функціональних можливостей. Обтюратор 2 є органом керування і регулювання тепловим двигуном і виконує роль вимикача. Оптичний фільтр першої групи 3 є сполучною ланкою між джерелом теплового випромінювання 1 і внутрішніми тепловими робочими елементами двигуна. Статор 4 - нерухома частина теплового двигуна з магнітними елементами, що виконує роль несучої конструкції робочих елементів. Постійний магніт 5 є одним із компонентів робочих елементів, що взаємодіють за допомогою магнітного поля з іншими робочими елементами двигуна. Опора 6 є основою і несучою конструкцією всього пристрою. Група оптичних фільтрів другої гр упи 7 є сполучною ланкою з тепловими робочими елементами пристрою. Теплоактивна речовина 8 є складовою частиною теплового робочого елемента і за рахунок об'ємного температурного розширення від джерела теплового випромінювання 1 впливає на конструктивні елементи, викликаючи їхню пружну деформацію. Підшипники 9 служать опорою для обертаючої осі рушійного елемента теплового двигуна. Вал 10 є віссю рушійного елемента теплового двигуна. Ротор 11 є обертовою деталлю, розташованою усередині статора 4 теплового двигуна на осі вала 10. Ротор 11 виконаний у вигляді каркаса, закріпленого на валі 10. Охолодник 12 служить для поглинання теплоти, що виділяється тепловими робочими елементами; установлення температурної рівноваги між тепловими робочими елементами, забезпечуючи, таким чином, нормальну роботу двигуна. Сектор 13 є конструктивним елементом ротора 11, що являє собою порожнину для розміщення теплових робочих елементів. Радіальні перегородки 14, що утворюють сектори 13, являють собою каркас, установлений на осі вала 10 ротора 11. На однієї зі сторін радіальних перегородок 14 сформована група оптичних фільтрів другої гр упи 7. Площина 15 є площиною пружної деформаційної взаємодії між теплоактивною речовиною 8 і тонкою плоскою пружиною 16, яка при пружній деформації впливає на теплові і магнітні взаємодії робочих елементів. Кінець 17 тонкої плоскої пружини 16, що розташований у куті сектора 13, фіксує її в тілі вала 10 ротора 11, а інший її кінець обладнаний магнітом-заслінкою 18. Магніт-заслінка 18 при пружній деформації тонкої плоскої пружини 16 затінює оптичний фільтр групи оптичних фільтрів другої гр упи 7 у момент її дугового прогину, і, у той же час припиняє (або послабляє) магнітну взаємодію з постійним магнітом 5 статора 4. Виступ 19 на одній зі сторін радіальної перегородки 14 служить для формування лінії вигину тонкої плоскої пружини 16, у момент її пружної деформації. Зазор 20 у дугоподібній частині сектора 13, сформований оптичним фільтром групи оптичних фільтрів другої гр упи 7 з однієї сторони радіальної перегородки 14, а з іншої сторони виступом 19, - служить місцем розташування верхньої частини тонкої плоскої пружини 16, обмежуючи їй ступені свободи в момент пружної деформації. Механічна керуюча ланка 21 (продовження вала 10 ротора 11) є виходом пристрою. Пристрій (Фіг.1-4) працює таким чином. Робота теплового двигуна обертального руху заснована на тепловій пружній деформації теплових робочих елементів, а також на взаємодії магнітних полів, викликаних різнойменними полюсами постійних магнітів між рухомими і нерухомими конструктивними робочими елементами. При відсутності теплового випромінювання від джерела теплового випромінювання 1 (коли обтюратор 2 закритий) теплоактивна речовина 8 знаходиться в неактивному стані, тому жодна тонка плоска пружина 16 не відчуває деформаційних навантажень. При цьому, один магніт-заслінка 18, за рахунок магнітної взаємодії його магнітного полюса з протилежним магнітним полюсом постійного магніту 5 (розташований на внутрішній частині статора 4), знаходиться на одній магнітній осі з ним (принцип притягання). Ніякі зовнішні сили не намагаються порушити магнітну взаємодію, тому ротор 11 нерухомий відповідно до статора 4. Тому що один з оптичних фільтрів групи оптичних фільтрів другої гр упи 7 у цей момент знаходиться на одній оптичній осі з оптичним фільтром першої групи 3 (Фіг. 3), то у випадку відкривання обтюратора 2 (Фіг.1), - теплове випромінювання від джерела теплового випромінювання 1 може здійснити тепловий вплив на теплоактивну речовину 8. Якщо це відбудеться, те теплоактивна речовина 8 під дією теплового випромінювання збільшить свій об'єм (Фіг.4), що призведе до механічного впливу об'єму, що збільшився, на площину 15 тонкої плоскої пружини 16, в якій виникне деформація. Форма вигину тонкої плоскої пружини 16 обмежена радіальною перегородкою 14 із виступом 19 з однієї сторони і площиною фільтра групи оптичних фільтрів другої гр упи 7, що утворюють зазор 20. Тому що тонка плоска пружина 16 одним своїм кінцем 17 жорстко зафіксована в тілі вала 10, то на стінці радіальної перегородки 14 і в зазорі 20, - буде розподілене зусилля її вигину. При цьому, магніт-заслінка 18, розташований на іншому кінці тонкої плоскої пружини 16, під дією її деформації переміститься, віддаляючись від магнітної взаємодії з постійним магнітом 5. Одночасно з цим магніт-заслінка 18 затінить (обірве) оптичний зв'язок, що був утворений між теплоактивною речовиною 8 і джерелом теплового випромінювання 1, через оптичний фільтр групи оптичних фільтрів другої групи 7, через оптичний фільтр першої групи 3, через обтюратор 2. Коли магнітзаслінка 18 знаходився в магнітній взаємодії з постійним магнітом 5, їхній магнітний потік був замкнутий. Переміщуючись, магніт-заслінка 18а (Фіг.4), послабить магнітну взаємодію з постійним магнітом 5. Це дозволить утворитися новій магнітній взаємодії з дальшим магнітом-заслінкою 18 (на малюнку це показано), що за рахунок магнітного притягання переміститься ближче до постійного магніту 5. Це викликає поворот ротора 11 із валом 10 на визначений кут, дозволяючи, при цьому, утворюватися новому оптичному зв'язку між теплоактивною речовиною 8 і джерелом теплового випромінювання 1, тому що вони опиняться (за рахунок повороту ротора 11) на одній оптичній осі. Теплоактивна речовина 8 (яка раніше затінювалася від теплового випромінювання магнітом-заслінкою 18), що має тепловий контакт через вал 10 з охолодником 12 (Фіг.2), відновить свій об'єм за рахунок охолодження. Внаслідок цього тонка плоска пружина 16, маючи пружну деформацію, відновить свою форму. Таким чином, вмикання по черзі в роботу секторів 13 із робочими елементами, приводить до обертального руху ротора 11. Вал 10 зв'язаний із механічною керуючою ланкою 21, що є виходом пристрою. Припинення обертального руху теплового двигуна відбувається при закритті обтюратора 2. У порівнянні з прототипом, у якому перетворення в механічний обертальний рух відбувається під дією електричної енергії, у запропонованому винаході це відбувається шляхом впливу теплового випромінювання на теплові робочі елементи. Це розширює функціональні можливості пристроїв, які дозволяють одержати обертальний рух. В даний час ще не спрямовані зусилля для ефективного використання теплової енергії, як побічного продукту. Від її намагаються позбутися в комп'ютерних системах (наприклад, системи охолодження, процесорні вентилятори), в умовах промислового виробництва різноманітних видів продукції (кондиціонери і вентиляція). Застосування даного винаходу дозволить створювати в умовах виробничого циклу більш рентабельну продукцію за рахунок зниження витрат на енергоресурси, а в пристроях комп'ютерних систем - одержати більш досконалі унікальні пристрої, що знайдуть застосування в наукових дослідженнях і медичній діагностиці.