ТЕРМОПРИВОД ДЛЯ ВЕЛОСИПЕДА
THERMAL DRIVE FOR BICYCLE

Изобретение относится к машиностроению, а именно к устройствам преобразования тепловой энергии в механическую, и может быть использовано в качестве силового органа, преимущественно в автотранспортных средствах.
Известен термопривод, содержащий баллон в форме змеевика, заполненный жидкой рабочей средой и через капиллярную трубку соединенный со штоком гидроцилиндра, отличающийся тем, что, с целью снижения инерционности, в качестве рабочей среды использовано масло, содержащее алюминиевую пудру в количестве 2-3% (патент РФ №2014578, G01K 5/32, дата публикации 15.06.1994, патентообладатель. Байтингер Николай Михайлович).
Недостаток известного технического решения заключается в том, что оно не может выполнять работу по приводу в движение велосипеда.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является паровой двигатель, который может быть установлен на велосипед и т.п., состоящий из комбинации расположения частей, необходимых для транспортного средства, содержащий собственно паровой двигатель с одним цилиндром двойного действия, с поворотным золотниковым клапаном подачи пара, генератор пара с горелкой, топливный бак, насосы (помпы) подачи воды и топлива, а насос подачи топлива имеет регулирующее устройство, являющееся в то же время стартером, а передача мощности от парового двигателя к ведомому колесу и к насосу подачи воды в генератор пара производится с помощью дополнительного механизма цепной передачи, аналогичной механизму передачи движения от педалей к ведомому колесу, но расположенной с другой стороны велосипеда, как описано и иллюстрировано в нескольких представленных эскизах (патент № GB 189800464, дата публикации 1898.12.10, патентообладатель: KITCHEN JOHN GEORGE AULSEBROOK).
Недостаток известного технического решения заключается в том, что используется топливо, паровой механизм, в котором происходит расход рабочего тела, что создает сложности при использовании данного механизма.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является создание термопривода, способного осуществлять функцию силового привода для различных технических устройств, в частности велосипеда.
Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей.
Технический результат достигается тем, что термопривод для велосипеда, содержащий штоки, рабочее тело, гидроцилиндры, содержит силовые блоки, объединенные с газовыми цилиндрами со штоками, соединенными с педалями, силовые блоки содержат теплообменники, соединенные с радиаторами, обратные клапаны обеспечивают очередность подачи теплоносителя в теплообменники силовых блоков, а толкатели соединяют силовые блоки и штоки гидроцилиндров, кроме того, механическая передача соединяет штоки гидроцилиндров. Силовые блоки заполнены двухфазным рабочим телом и могут быть выполнены в виде Г-образных деталей, установленных с возможностью вращения на ось. Гидроцилиндры имеют двухстороннее исполнение.
Конструкция заявляемого технического решения показана на чертежах, где:
на фиг.1 изображена схема термопривода для велосипеда;
на фиг.2 показан вариант монтажа термопривода для велосипеда на велосипед.
Заявляемое техническое решение может быть реализовано в конструкции термопривода для велосипеда, включающего теплообменники 1 и 2, радиаторы 3 и 5, гидроцилиндры 4 и 6, обратные клапаны 7, механическую передачу 8, силовые блоки 9, ось 10, толкатели 11, газовые цилиндры со штоками 12, соединенные с педалями 13. На багажнике 14 установлен источник тепла 15.
Силовые блоки 9 заполнены двухфазным рабочим телом. Кроме того, силовые блоки 9 заполнены двухфазным рабочим телом и могут быть выполнены в виде Г-образных деталей, установленных с возможностью вращения на ось.
Термопривод для велосипеда устроен и функционирует следующим образом.
В силовых блоках 9 (на чертеже виден только правый силовой блок 9) установлены теплообменники 1 и 2. Силовые блоки 9 могут быть выполнены в виде Г-образных деталей из стали и пластика. Теплообменники 1 и 2 являются частью двухконтурной гидросистемы и ее замыкающим (объединяющим) звеном.
«Горячий» контур включает в себя радиатор 3 для нагрева теплоносителя и «горячий» гидроцилиндр 4 для подачи теплоносителя.
«Холодный» контур включает в себя радиатор 5 для охлаждения теплоносителя и «холодный» гидроцилиндр 6 для подачи охлажденного теплоносителя.
Гидроцилиндры 4 и 6 имеют двухстороннее исполнение.
Гидроцилиндры 4 и 6 и радиаторы 3 и 5 соответствующего контура конструктивно объединены для создания единого (общего) температурного режима.
Логическая система из восьми обратных клапанов 7 служит для управления очередностью подачи теплоносителя из двухконтурной гидросистемы в теплообменники 1 и 2. Механическая передача 8, которая может быть выполнена в виде коромысла или реечной передачи, передает усилие толкателей F1 и F2 и синхронизирует работу гидроцилиндров 4 и 6.
Работа термопривода для велосипеда происходит следующим образом. Включается источник тепла 15 и производит разогрев теплоносителя в радиаторе 3 и гидроцилиндре 4, так как они конструктивно объединены для создания общего температурного режима.
В то же время охлаждающий радиатор 5 и цилиндр 6 нагреты до температуры окружающей среды.
По достижении необходимого градиента температур в «холодном» и «горячем» контуре производится запуск термопривода для велосипеда путем прокачки гидроцилиндров 4 и 6.
В момент прокачки теплоноситель из «горячего» контура через систему обратных клапанов попадает в теплообменник 1, а из «холодного» контура - в теплообменник 2. Образовавшийся градиент температур создает перепад давления двухфазного рабочего тела в полостях газовых цилиндров со штоками 12 (левый газовый цилиндр со штоком 12 не виден). За счет разности давлений на штоке левого газового цилиндра возникает усилие педалирования Fmax.
Силовые блоки 9 - левый и правый (не виден на чертеже), объединенные с газовыми цилиндрами со штоками 12, монтируются подвижно на оси 10, закрепленной к раме велосипеда, а газовые цилиндры со штоками 12 через подшипники соединены с осями педалей 13 таким образом, что векторы сил силовых блоков 9 (Fmax и Fmin) и велосипедиста (Pmax и Pmin) близки к 90°.
2
Гидросистема, размещенная на багажнике 14, состоит из охлаждающего радиатора 5 и гидроцилиндра 6; нагревающего радиатора 3 и гидроцилиндра 4, которые объединены механической передачей 8 для передачи усилия и синхронизации работы гидроцилиндров 4 и 6. Силовые блоки 9 соединены с гидроцилиндрами 4 и 6 толкателями 11 (левый толкатель на чертеже не показан). Источник тепла 15 закреплен на багажнике 14 велосипеда. Источником тепла 15 может служить, например, компактная газовая горелка или солнечный коллектор площадью примерно в 1 м, выполненный в виде тента над велосипедистом.
При этом для положения педалей в позиции I характерно:
MPmin - минимальный крутящий момент, создаваемый усилием Pmin велосипедиста;
MFmax - максимальный крутящий момент, создаваемый силой Fmax штока 12.
Для положения педалей в позиции II характерно:
MPmax - максимальный крутящий момент, создаваемый усилием Pmax велосипедиста;
MFmin - минимальный крутящий момент, создаваемый силой Fmin штока 12.
Таким образом происходит взаимное дополнение сил в момент прохождения мертвых точек.
Когда в правом газовом цилиндре со штоком 12 давление рабочего тела меньше, чем в левом газовом цилиндре - происходит его сжатие с последующей конденсацией в жидкую фазу (из-за давления, оказываемого со стороны левого газового цилиндра со штоком 12 через шатуны велосипеда). Тепло, возникающее при сжатии рабочего тела, отводится посредством теплоносителя из теплообменника 2 в радиатор 5 для охлаждения теплоносителя.
В момент прохождения мертвых точек в теплообменниках 1 и 2 происходит смена теплоносителей (из «холодного» и «горячего» контуров), обеспеченная срабатыванием системы обратных клапанов 7, вследствие смены давления в двухконтурной гидросистеме. Смена давлений происходит в результате изменения направления движения штоков (на чертеже не обозначены) гидроцилиндров 4 и 6, за счет смены сил с F1 на противоположную F2 от толкателей 11: левый толкатель 11 (не виден на чертеже) отходит, а правый 11 - подходит и толкает шток гидроцилиндра 6 с силой F2.
Привод толкателей 11 в момент прохождения мертвых точек производится велосипедистом при помощи педалей 13. Когда педали 13 относительно велосипедиста занимают мертвые точки - позиция I на фиг.2, усилие правого газового цилиндра со штоком 12 будет максимальным, обеспечивая тем самым постоянный крутящий момент.
Таким образом происходит периодическая работа термопривода велосипеда, для прекращения работы которого велосипедисту достаточно остановить движение педалей 13 на линии мертвых точек газовых цилиндров со штоками 12 (позиция II на фиг.2), остановив тем самым работу гидросистемы.
Предлагаемое устройство позволяет использовать автономные источники тепла с небольшим градиентом температуры, относительно окружающей (охлаждающей) среды, для выполнения механической работы, в том числе энергию инфракрасного солнечного излучения, для привода, например, велосипеда.