УСТРОЙСТВО ПРИВЕДЕНИЯ В ДВИЖЕНИЕ ПОДВИЖНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ УКРАШЕНИЙ И УКРАШЕНИЕ, НОСИМОЕ НА ТЕЛЕ ЧЕЛОВЕКА

Область техники
Полезная модель относится к области ювелирной промышленности, а более конкретно к украшениям, носимым на теле человека, имеющим подвижный декоративный элемент.
Уровень техники
История украшений начинается с появлением первых людей, которые не зависимо от расы, религии или культуры использовали ювелирные украшения как форму самовыражения, указывая тем самым на свой социальный статус, богатство или принадлежность к определенному кругу. Основываясь на археологические заключения, специалисты сделали вывод, что первые ювелирные украшения носили кроманьонцы, предки Homo Sapiens, еще 40000 лет тому назад. [1]
Украшения кроме эстетических целей могли преследовать иные цели: передачи информации, привлечения внимания, маскировки дефектов, введения в заблуждение, провоцирования, самоутверждения, внутренних поисков, социального протеста, вплоть до полной потери гармонической, дополняющей и целевой составляющих.
Первые украшения были сделаны из легкодоступных природных материалов, включая зубы животных, кости, различные виды раковин, камень и дерево. С развитием человечества развивались и изменялись методы производства украшений и сам их вид. Так стали использоваться различные металлы, камнями, керамика, а в современном мире стали использоваться различные полимеры и композиционные материалы.
С развитием также стали и меняться требования, предъявляемые к украшениям в частности к индивидуальности и особенности внешнего вида. Уже стало не достаточно иметь просто обычный драгоценный камень, намертво зафиксированный на кольце, кулоне или в каком либо другом виде украшения.
Для придачи визуальной и технической особенности украшению многие мастера решили придать какое-либо движение драгоценному камню, жемчугу или иному декоративному элементу украшения.
Так известно кольцо с качающимся декоративным элементом [2]. Особенностью данного кольца является то, что декоративный элементом не жестко встроен в его корпусе и имеет возможность ограниченного перемещения. Декоративный элемент выполнен в виде скрепленных вместе собственно украшающей его единицы, ее вертикальной стойки и основания в форме шарового сегмента, которое опирается на съемную подложку, встроенную в корпус кольца, при этом декоративный элемент своей украшающей единицей через ограничитель его боковых движений, выполненный как сквозное отверстие в корпусе кольца, выступает за его обводы.
Недостатком данного украшения является то, что для приведения в движение декоративного элемента обладателю необходимо двигать рукой.
Также известно украшение, имеющее несколько подвижных декоративных элементов, где каждый декоративный элемент представляет из себя стойку, с одной стороны которого зафиксирован камень, а другая сторона вставлена в отверстие корпуса украшения так, что бы отверстие было немного больше стойки, а на конце стойки было надето фиксирующее кольцо, диаметр которого больше отверстия, тем самым достигается результат смещения декоративного элемента украшения относительно центра [3]
Недостатком данного украшения является то, что для его функционирования обладателю необходимо двигаться, а также данное украшение имеет существенное ограничение в движении.
Аналогичные колебательные движения декоративного элемента украшения известны и в патенте [4], недостатки которого аналогичны вышеуказанным.
Известна попытка придания колебательного движения декоративному элементу украшения носимого на теле, где декоративный элемент зафиксирован на пружине, которая в свою очередь закреплена на корпусе украшения. Принцип работы данного украшения основан на колебании декоративного элемента при эксплуатации украшения. [5]
Основным недостатком данного украшения является невысокая надежность при эксплуатации. Также недостатком является то, что для работы устройства при эксплуатации украшения пользователь должен совершать движения для придачи колебания декоративному элементу.
Также известны попытки использования естественных источников энергии для приведения в движение декоративного элемента. Так известно ювелирное изделие, содержащее прозрачный корпус с элементом крепления, внутри которого на оси установлен с возможностью перемещения декоративный элемент, отличающееся тем, что оно снабжено средством придачи движения декоративному элементу при помощи воздушной струи (воздух). [6]
Недостатком такого украшения является то, что для функционирования его необходимо носить либо на улице, либо в хорошо проветриваемом помещении, а в безветренном помещении оно перестает функционировать.
Известно ювелирное изделие, работающее от пружины, где принцип работы основан на придания движения декоративному элементу при помощи механизма работающего от спиральной пружины, которая предварительно заводится и имеет устройство принудительного торможения и регулирования скорость движения. [7]
Так же известно ювелирное изделие, представляющее собой корпус с неподвижным светопроницаемым декоративным элементом, элемента крепления для ношения, заводной головкой на оси, размещенных внутри корпуса приводного устройства пружинно-шестеренчатого типа, имеющего пружину-двигатель с заводным устройством, и системы шестеренчатых передач, образующих, по меньшей мере, одну выходную ось вращения с подвижным декоративным элементом, при этом пружинно-шестеренчатый привод снабжен центробежно-фрикционным тормозным устройством, сопряженным с приводом через средство повышения числа оборотов его вращающегося стабилизирующего узла. [8]
Основным недостатком изделия является то, что оно требует постоянного подзавода, что существенно снижает удобство эксплуатации.
Известно украшение, где вращение декоративному элементу придается при помощи маятника и магнитов.[9] Принцип его работы основан на том, что при движении приводится в действие маятник, на котором установлены магниты, которые заставляют производить полный оборот за счет действия магнитов, расположенных не на маятнике.
Недостатком данного решения является то, что для приведения в действие необходимо внешнее кинетическое воздействие, например движение руки.
Известно кольцо, где при помощи стоек и магнитов декоративный элемент находится в подвешенном состоянии, создавая тем самым визуальный эффект левитации камня. [10]
Недостатком является ограниченность движения декоративного элемента.
Также для придачи какого-либо движения декоративному элементу известны случаи использования электроэнергии. Так известно украшение, где вращение декоративному элементу придается при помощи микродвигателя.[11] Кроме этого известно украшение, где декоративный элемент приводится в движение при помощи кварцевого двигателя. [12]
Основным недостатком таких украшений является то, что для функционирования им необходимы химические источники питания, которые имеют ограниченный срок службы и их надо либо заменять, либо подзаряжать.
Наиболее близким к заявленному решению (прототипом) является украшение, где реализовано вращение декоративного элемента без периодического подзавода. [13] Принцип работы данного украшения состоит в том, что украшение включает тарельчатый корпус с подвижным светопроницаемым декоративным элементом, привод движения, а между корпусом и декоративным элементом установлена панель фотоэлемента, соединенная электрическим проводником с приводом движения и приводящая его в действие при попадании солнечного света.
Основным недостатком такого украшения является его ограниченность эксплуатации, то есть невозможность его функционирования в местах, где отсутствует солнечный свет либо интенсивное искусственное освещение. Также недостатком устройства является его сравнительно большие габариты, так как для работы устройства требуется фотоэлемент, который имеет большую относительно изделия площадь поверхности.
Задача и техниеский результат
Задача предлагаемой полезной модели состоит в создании конструкции украшения, носимого на теле человека, с подвижным декоративным элементом(ми), получающим(ми) механическое движение от теплового двигателя, работающего от разности температур относительно человеческого тела и окружающего пространства.
Техническим результатом, получаемым при использовании полезной модели, является
- расширение области применения, т.е. возможно его использовать в любом месте, включая места с малой степенью освещения;
- обеспечение возможности уменьшение размеров общих габаритов украшения при увеличении размеров декоративного элемента за счет уменьшение площади поверхности, занимаемой преобразователем энергии на украшении.
- обеспечение постоянного механического движения декоративного элемента украшения, контактирующего с человеческим телом, за счет преобразования тепловой энергии вырабатываемой человеческим телом, т.е. использования разности температур относительно тела человека и окружающего пространства.
- обеспечение постоянного механического движения декоративного элемента, при отсутствии внешнего воздействия со стороны пользователя
- обеспечение механического движения заданной продолжительности и скорости с одновременным уменьшением шумового фона и увеличения продолжительности работы приводного механизма.
- обеспечение автономности работы носимого на теле человека украшения с движущимся декоративным элементом
- обеспечение создания эффекта умножения количества световых отблесков от декоративного элемента, обеспечивающего имитацию многогранности обработки.
Сущность полезной модели
Поставленная задача решается, а требуемый технический результат при использовании полезной модели достигается тем, что устройство для приведения в движение подвижных элементов украшений, носимых на теле человека характеризуется тем, что содержит тепловой двигатель, выполненный с возможностью преобразования разницы температур в двух разных точках пространства в движение декоративного(ных) элемента(ов). При этом тепловой двигатель выполнен с возможностью преобразования разности температур у поверхности украшений и температуры окружающего воздуха в механическое движение передаточного механизма украшения. При этом тепловой двигатель выполнен в виде теплового двигателя Стирлинга.
При этом тепловой двигатель выполнен в виде теплового двигателя Стирлинга гамма типа, роторного типа или свободно-поршневого типа.
При этом тепловой двигатель Стирлинга содержит, по меньшей мере, один рабочий цилиндр (1) и, по меньшей мере, один теплообменный цилиндр (6).
При этом тепловой двигатель Стирлинга содержит рабочее тело.
Также тепловой двигатель выполнен с возможностью нагревания рабочего тела теплового двигателя Стирлинга за счет получения теплопроводной стороной (4) теплообменного цилиндра (6) двигателя тепла от тела человека.
Также тепловой двигатель выполнен с возможностью охлаждения рабочего тела теплового двигателя Стирлинга за счет отдачи тепла через теплопроводную поверхность (5) окружающей среде и охлаждения поверхности (5) теплообменного цилиндра (6) окружающей средой.
Для интенсификации нагревания теплового двигателя теплопроводная сторона (4) теплообменного цилиндра (6) выполнена из материала с высоким коэффициентом теплопроводности, например из серебра, сплава серебра или сплавов золота.
Для интенсификации охлаждения на охлаждающей теплопроводной поверхности (5) теплообменного цилиндра (6) выполняют ребра, канавки или дополнительные элементы охлаждения.
При этом тепловой двигатель выполнен с возможностью использования в нем в качестве рабочего тела газа - воздуха, водорода, гелия, паров ацетона или спирта.
Также в качестве рабочего тела могут быть использованы жидкости с большим коэффициентом линейного расширения - галинстан, этиловый спирт, метиловый спирт, ацетон, эфир диэтиловый либо этиловый, ртуть и пр.
Кроме этого тепловой двигатель выполнен с механизмом принудительного начального запуска.
Также тепловой двигатель выполнен с возможностью совместного функционирования с другими двигателями.
При этом механическая передача осуществляется, по меньшей мере, одним передаточным механизмом.
При этом подвижные элементы украшений выполнены с возможностью совершения вращательного или колебательного, или возвратно-поступательного в вертикальной/горизонтальной плоскости, или по заданной траектории движений.
Поставленная задача решается, а требуемый результат при использовании полезной модели достигается также тем, что украшение, носимое на теле человека, содержит устройство для приведения в движение подвижных элементов украшений.
При этом украшение может быть выполнено в виде кольца либо перстня, браслета или часов, колье или кулона, серег либо диадемы и т.п.
Перечисленное - это лишь приблизительный перечень украшений, которые возможно носить на теле и в которых используется заявленное устройство для приведения в движение подвижных элементов украшений. Это ни в коей мере не ограничивает возможное использование полезной модели, согласно данной заявке.
Краткое описание чертежей
Сущность полезной модели поясняется чертежами.
В предпочтительных, показанных на чертежах вариантах конструктивного исполнения устройства теплового двигателя Стирлинга для приведения в движения декоративных элементов украшений, носимых на теле человека и украшения с двигателем Стирлинга имеются следующие конструктивные элементы:
1 - рабочий цилиндр,
2 - внутренняя область рабочего цилиндра,
3 - поршень рабочего цилиндра,
4 - нагреватель-теплосъемник,
5 - охладитель,
6 - теплообменный цилиндр,
7 - дисплейсер-вытеснитель,
8 - стенки теплообменного цилиндра,
9 - шток дисплейсера,
10 - втулка охладителя,
11 - маховик,
12 - кривошипный шарнир поршня теплообменника,
13 - кривошипный шарнир рабочего поршня,
14 - кривошипный шарнир теплообменного цилиндра,
15 - кривошип,
16 - шатун дисплейсера,
17 - шатун рабочего цилиндра,
18 - шарнир оси рабочего поршня,
19 - шток рабочего поршня,
20 - корпус кольца,
21 - зубчатая передача,
22 - вал,
23 - декоративный элемент,
24 - вспомогательная охладительная система,
25 - кольцо,
26 - корпус кулона,
27 - кулачок,
28 - цепочка,
29 - фиксирующая лапка,
30 - ножка с колесом,
31 - пружина,
32 - браслет,
33 - механизм с подвижным декоративным элементом,
34 - защитное стекло,
На фиг. 1 показана конструкция теплового двигателя Стирлинга гамма типа в возможной компоновке для использования в украшениях, носимых на теле человека, для приведения в движения декоративного(ных) элемента(ов) этого украшения, на которой показаны: рабочий цилиндр 1, внутренняя область рабочего цилиндра 2, поршень рабочего цилиндра 3, нагреватель-теплосъемник 4, охладитель 5, теплообменный цилиндр 6, дисплейсер-вытеснитель 7, стенки теплообменного цилиндра 8, шток дисплейсера 9, втулка охладителя 10, маховик 11, кривошипный шарнир поршня теплообменника 12, кривошипный шарнир рабочего поршня 13, кривошипный шарнир теплообменного цилиндра 14, кривошип 15, шатун дисплейсера 16, шатун рабочего цилиндра 17, шарнир оси рабочего поршня 18, шток рабочего поршня 19.
На фиг. 2 показан 1-й такт работы двигателя Стирлинга гамма типа - такт сжатия рабочего тела при постоянной температуре: дисплейсер 7 находится вблизи нижней мертвой точки (НМТ) и остается условно неподвижным. Газ сжимается рабочим поршнем 3 малого цилиндра 1. Давление газа возрастает, а температура остается постоянной, так как теплота сжатия отводится через холодный торец теплообменного цилиндра 5 в окружающую среду. Под условной неподвижностью в данном случае подразумевают малую высоту перемещения поршня при прохождении кривошипом расстояния вблизи верхней или нижней мертвой точки.
На фиг. 3 показан 2-й такт работы двигателя Стирлинга гамма типа - такт нагревания рабочего тела при постоянном объеме: рабочий поршень 3 рабочего цилиндра 1 находится вблизи НМТ и полностью перемещает холодный сжатый газ в теплообменный цилиндр 6, вытеснитель 7 которого движется к верхней мертвой точки (ВМТ) и вытесняет газ в горячую полость. Так как при этом суммарный внутренний объем цилиндров двигателя остается постоянным, рабочее тело разогревается, давление повышается и достигает максимального значения. Прирост давления идет параллельно с выталкиванием рабочего поршня 3. В результате давление не достигает теоретически рассчитанного максимума. Данный факт также объясняет хороший к.п.д. на малых оборотах двигателя. Рабочее тело прогревается лучше и прирост давления приближается к максимуму.
На фиг. 4 показан третий такт работы двигателя Стирлинга гамма типа - такт расширения при постоянной температуре газа: дисплейсер 7 теплообменного цилиндра 6 находится вблизи верхней мертвой точки (ВМТ) и остается условно неподвижным. Поршень рабочего цилиндра 3 под действием давления газа движется к верхней мертвой точке. Происходит расширение горячего газа в полости рабочего цилиндра 1. Полезная работа, совершаемая поршнем рабочего цилиндра 3, через кривошипно-шатунный механизм передается на кривошип 14 и маховик 11. Давление в цилиндрах двигателя при этом падает, а температура газа в горячей полости остается постоянной, так как к нему подводится тепло от источника тепла через горячую стенку цилиндра.
На фиг. 5 показан четвертый такт работы двигателя Стирлинга гамма типа - такт охлаждения при неизменном объеме: поршень рабочего цилиндра 3 находится вблизи ВМТ и остается условно неподвижным. Дисплейсер 7 теплообменного цилиндра движется к НМТ и перемещает газ, оставшийся в горячей части в холодную часть цилиндра. Так как при этом суммарный внутренний объем цилиндров двигателя остается постоянным, давление газа в них продолжает падать и достигает минимального значения. В моделях двигателей, содержащих рабочее тело при атмосферном давлении четвертый такт также является рабочим, поскольку давление падает резко и возникает кратковременное разряжение. В результате рабочий поршень 3 с усилием втягивается в цилиндр 1, совершая дополнительную работу. Из четырех тактов два - рабочие.
На фиг. 6 показано украшение в виде кольца с двигателем Стирлинга, который вращает декоративный элемент, на котором показаны: нагреватель-теплосъемник 4, охладитель 5, дисплейсер-вытеснитель 7, стенки теплообменного цилиндра 8, корпус кольца 20, зубчатая передача 21 которая вращает вал 22 на котором зафиксирован декоративный элемент 23, вспомогательная охладительная система 24, кольцо 25.
На фиг. 7 показан внешний вид кольца с вращающимся декоративным элементом, на котором показаны: стенки теплообменного цилиндра 8, корпус кольца 20, вспомогательная охладительная система 24, кольцо 25.
На фиг. 8 показан внешний вид кольца с вращающимся декоративным элементом, на котором показаны: корпус кольца 20, декоративный элемент 23, кольцо 25.
На фиг. 9 показано украшение в виде кулона с двигателем Стирлинга, который придает колебательные движения декоративному элементу, на котором показаны: нагреватель-теплосъемник 4, охладитель 5, дисплейсер-вытеснитель 7, стенки теплообменного цилиндра 8, кулачок 27 вращение которого приводит в действие плотноприжимаемую пружиной 31 ножку с колесом 30, на котором закреплен декоративный элемент 23, которая закреплена в фиксирующей лапке 29 с возможностью возвратно-поступательного движения, в направлении, показанном стрелкой, вспомогательная охладительная система 24, корпус кулона 26, цепочка 28.
На фиг. 10 показан вид кулона с колеблющимся декоративным элементом, на котором отмечены: декоративный элемент 23, корпус кулона 26, цепочка 28.
На фиг. 11 показан браслет, где двигатель Стирлинга приводит в действие механизм с подвижным декоративным элементом, на котором показаны: нагреватель-теплосъемник 4, дисплейсер-вытеснитель 7, стенки теплообменного цилиндра 8, браслет 32, механизм с декоративным подвижным элементом 33, защитное стекло 34.
На фиг. 12 показан вид браслета оснащенного механизмом с подвижным декоративным элементом, на котором показаны: браслет 32, механизм с подвижным элементом 33.
Осуществление полезной модели
Полезная модель представляет собою украшения, носимые на теле человека и контактирующие с ним, с подвижным декоративным элементом, приводимым в действие тепловым двигателем Стирлинга.
Для приведения в действие, какого либо объекта или механизма требуется какая либо энергия. Согласно полезной модели для приведения в движение декоративного элемента украшения используется тепловой двигатель Стирлинга, который приводится в действие теплом тела человека.
Принцип работы полезной модели основан на преобразовании тепловой энергии, вырабатываемой человеческим телом, в механическую. Для применения тепловой энергии, вырабатываемой телом человека, и перевода ее в механическую используется тепловой двигатель Стирлинга.
В основе конструкции двигательной установки Стирлинга лежат принцип попеременного нагрева и охлаждения заключенного в изолированном пространстве рабочего тела, при котором работа, затрачиваемая на сжатие рабочего тела, меньше работы, возникающей при расширении рабочего тела, за счет чего вырабатывается полезная механическая энергия.
В двигателе Стирлинга энергия поступает в двигатель и отводится от него через теплопроводные части цилиндра (см. фиг. 2-5).
Скорость двигателя Стирлинга можно регулировать, изменяя количество газа в двигателе или величину среднего давления.
Тепловой двигатель Стирлинга может работать не только от сжигания топлива, но и практически от любого источника тепла [14]. В моделях двигателей Стирлинга, где теплообменный цилиндр не имеет качественного нагревателя, рабочее тело разогревается не полностью, но поскольку давление в газах распространяется равномерно во все стороны его изменение оказывает действие и на рабочий поршень, заставляя его двигаться и совершать работу.
В двигателях Стирлинга также могут применяться регенеративные теплообменники (регенераторы), размещенные в каналах, по которым газ перемещается между горячей и холодной зонами двигательной установки. Функцией регенератора является попеременное накопление и возвращение части тепловой энергии, полученной в рабочем цикле двигателя. Передача энергии пульсирующему газовому потоку должна происходить таким образом, чтобы свести к минимуму подвод тепла к установке и в то же время поддерживать на заданном уровне мощность, снимаемую с вала. Результатом действия регенератора является возрастание КПД цикла, и теплообменник такого типа может являться существенным элементом любого двигателя Стирлинга, рассчитанного на практическое применение. Таким образом, правильнее определить двигатель Стирлинга как тепловой двигатель, работающий по замкнутому регенеративному циклу.
Необходимо отметить, что заявляемая конструкция двигателя Стирлинга, функционирующего от тепла тела человека, предусматривает его работу и в случае, когда температура окружающей среды будет превышать температуру тела человека. В этом случае охладитель будет выполнять роль нагревателя, а нагреватель будет выполнять роль охладителя двигатель. Возникшая температурная разница будет по-прежнему заставлять сжиматься и разжиматься рабочее тело, которое в свою очередь будет приводить в движение вытеснитель-дисплейсер и рабочий поршень.
Кроме этого, особенностью заявляемого устройства является и то, что нагреватель-теплосъемник (4) теплообменного цилиндра (6) может неплотно контактировать с телом человека, т.е. не предусматривается плотный контакт нагревателя с телом человека. Нагрев теплосъемника (4) осуществляется даже в случае его контакта с телом человека через одежду, например, через рубашку, тонкий свитер и пр., либо через плотный волосяной покров (волосы). В этом случае также будет осуществляться теплопередача и разогрев рабочего тела внутри теплообменного цилиндра (6).
Важным условием работы теплового двигателя Стирлинга является то, что нагреватель-теплоприемник не должен контактировать с поверхностью тела контактирующего с охладителем, т.е. между этими поверхностями не должно быть никакого контакта. Для этого они должны быть разделены материалом с очень низкой теплопроводностью для предотвращения теплообмена и выравнивания температуры между нагревающей и охлаждающей поверхностями. Таким материалом может быть, например композит, пластмасса и т.д.
В качестве теплового двигателя, в частности, может быть использован тепловой двигатель Стирлинга типа гамма. Он прост в изготовлении, низкотемпературный, низкооборотистый и, как показывают результаты многочисленных опытов, может работать на малом градиенте температур от 0,5-1,5 градуса Цельсия.
Двигатель Стирлинга типа гамма состоит из двух цилиндров (см. фиг. 1).
Большой цилиндр - это теплообменный цилиндр 6. Его задача поочередно разогревать и охлаждать рабочее тело. Для этого один торец цилиндра разогревают - это нагреватель 4, другой торец -охлаждают - это охладитель 5. Боковые стенки теплообменного цилиндра 8 выполнены из материала с низкой теплопроводностью. Большой поршень - дисплейсер-вытеснитель 7 выполненный из теплоизоляционного материала, свободно перемещается в теплообменном цилиндре и выполняет роль теплового клапана, перегоняющего рабочее тело то к холодному, то к горячему торцу теплообменного цилиндра 6. Дисплейсер-вытеснитель может быть выполнен из композиционных материалов, пластмасс, эластомеров и.т.д.
Малый цилиндр 1 является рабочим. Поршень рабочего цилиндра 3 плотно подогнан к рабочему цилиндру 1. Поршень рабочего цилиндра может быть выполнен из графита, композитных материалов, металлов и т.д.
Поршень рабочего цилиндра 3 имеет шток 19, который через шарнир 18, соединен с шатуном 17, соединенным через шарнир 13 с кривошипом 15.
В свою очередь дисплейсер-вытеснитель 7 имеет шток 9, который через шарнир 12, соединен с шатуном дисплейсера 16, соединенным через шарнир 14 с кривошипом 15.
Шток 19, шарнир 18, шатун 17, шарнир 13, шток 9, шарнир 12, шатун 16, шарнир 14 кривошип 15 - представляют собой кривошипно-шатунный механизм, предназначенный для преобразования возвратно-поступательного движения поршней 3 и дисплейсера-вытеснителя 7 во вращательное движение кривошипа 15.
Кривошип 15 кинематически, (на схеме соосно), соединен с маховиком 11. Маховик 11 предназначен для выравнивания движения и преодоления мертвых положений поршня и дисплейсера.
Двигатель Стирлинга гамма типа работает следующим образом:
Цикл Стирлинга основан на последовательном нагревании и охлаждении газа (рабочего тела) в замкнутом объеме. Рабочее тело нагревается в горячей части двигателя, расширяется и производит полезную работу, после чего перегоняется в холодную часть двигателя где охлаждается, сжимается и снова подается в горячую часть двигателя. Цикл повторяется. Количество рабочего тела остается неизменным, меняется его температура, давление и объем.
Изменения объема в этих двух полостях не должны совпадать по фазе, а получившиеся в результате циклические изменения суммарного объема в свою очередь не должны совпадать по фазе с циклическим изменением давления.
Весь цикл условно разделен на четыре такта (фиг. 2-5). Условность заключается в том, что четкое разделение на такты в цикле отсутствует, процессы переходят один в другой. Это обусловлено отсутствием в конструкции двигателей Стирлинга клапанного механизма. Особенности функционирования двигателя Стирлинга в конкретных тактах движения показаны на фиг. 2-5.
Кроме двигателя Стирлинга типа гамма могут быть также использованы двигатели Стирлинга свободно поршневого типа и роторного типа, известные из уровня техники [14].
В двигателе Стирлинга свободно поршневого типа, известного как двигатель Била или двигатели Стирлинга альфа типа, есть три основных элемента: тяжелый рабочий поршень, легкий вытеснитель и цилиндр с уплотнениями на обоих концах, шток вытеснителя относительно большого диаметра проходит через рабочий поршень. Шток вытеснителя полый, с открытым торцом, так что внутренняя полость вытеснителя соединена (и фактически является ее частью) с полостью, расположенной ниже рабочего поршня, называемой буферной полостью. К рабочей полости относится часть цилиндра над рабочим поршнем, подразделяемая на полость сжатия - между рабочим поршнем и вытеснителем и полость расширения - над вытеснителем. Длинная узкая кольцевая щель между цилиндром и вытеснителем выполняет функцию регенератора между горячей полостью расширения и холодной полостью сжатия. Для полости расширения предусмотрен нагреватель, а для полости сжатия - холодильник.
В данном двигателе используется один цилиндр, но с двумя поршнями - дисплейсером и рабочим поршнем, расположенными первый над вторым по оси цилиндра. Шток дисплейсера проходит через крышку рабочего поршня и внутри его штока. Для обеспечения герметичности используются сальники. С одного края к цилиндру подводят тепло, с другой - охлаждают. Стенки рабочего поршня плотно прилегают к цилиндру. Дисплейсер - напротив - свободно движется в рабочем цилиндре. Дисплейсер выполнен из материала, имеющего низкую теплоемкость и выполняет роль ”теплового клапана”. Он перемещает рабочее тело из горячей полости цилиндра в холодную и обратно, препятствуя наступлению термодинамического равновесия переноса тепла в системе. Рабочее тело либо нагревается (дисплейсер при этом находится в нижней мертвой точке), либо охлаждается (дисплейсер - в верхней мертвой точке). За счет этого обеспечивается циклический перепад давления в системе, преобразуемый затем рабочим поршнем в полезную работу. Нерабочий объем минимизирован за счет размещения вытеснителя и рабочего поршня в одном цилиндре, что позволяет выиграть в мощности на единицу объема двигателя.
В двигателе Стирлинга роторного типа, в отличие от классической схемы теплообменного цилиндра, где дисплейсер совершает возвратно-поступательные движения, функцию ”теплового клапана” выполняет несимметричный ротор. Вращаясь по оси он поочередно перекрывает горячую и холодную зоны, вызывая нагрев и охлаждение рабочего тела. Роторные Стирлинги отличаются более компактными размерами и могут быть выполнены полностью герметичными. Для этого в корпусе двигателя размещают генератор, или выводят механический привод через магнитную муфту.
Тепловой двигатель Стирлинга преобразовывает разницу температур в энергию механического движения, в частном случае во вращение маховика или выходного вала.
Нагреватель-теплоприемник не должен контактировать с поверхностью тела контактирующего с охладителем, то есть они должны быть разделены материалом с очень низкой теплопроводностью, например композит, пластмасса и т.д., и между ними не должно быть никакого контакта.
Преобразования и передачи вращательного, возвратно-поступательного движения поступающего с двигателя Стирлинга на декоративный элемент украшения или механизм с движущимся декоративным элементом может осуществляться как на прямую так и через какой либо передаточный механизм.
Декоративному элементу украшения можно придать практически любое действие, такое как:
- Вращение. Как показано на фиг. 6 на котором отображена схема кольца с вращающимся декоративным элементом 23, где под действием разности температур относительно тела человека и окружающей среды приводится в действие тепловой двигатель Стирлинга, который через зубчатую передачу 21 вращает вал на котором зафиксирован декоративный элемент 23. На фиг. 6 показан вариант передачи движения через передаточный механизм, в частности зубчатую передачу.
Возможна передача вращения напрямую.
Возможно применение передаточного механизм для увеличения скорости, периодичности (колебании) или/и усилия действия на декоративный элемент.
Возможно применение одного и более передаточных механизмов.
- Колебание, как показано на фиг. 9 на котором отображена схема кулона с колеблющимся декоративным элементом 23, где под действием разности температур относительно тела человека и окружающей среды приводится в действие тепловой двигатель Стирлинга, который вращает кулачок 27. Вращаясь кулачок 27 двигает плотно прижатую к нему пружиной 31 ножку с колесиком 30 которая держится ручкой 29 с возможностью возвратно-поступательного движения, в направлении, показанном стрелкой, а на конце ножки 30 зафиксирован декоративный элемент 23.
Возможна передача колебания напрямую.
Возможно применение передаточного механизм для увеличения скорости, периодичности (колебании) или/и усилия действия на декоративный элемент.
Возможно применение одного и более передаточных механизмов.
- Придание, какого либо сложного действия декоративному элементу при помощи механизма. Как показано на фиг. 11, на котором отображена схема браслета с механизмом приводящим 33 в движения декоративный элемент, где под действием разности температур относительно тела человека и окружающей среды приводится в действие тепловой двигатель Стирлинга, который в свою очередь приводит в действие механизм с подвижным декоративным элементом 33, в частности декоративный элемент выполнен в виде двигающегося объекта.
Механизм может быть выполнен с возможностью придачи движения декоративному элементу по определенной траектории.
Механизм может быть выполнен с возможностью воспроизведения какой либо анимации.
Механизм может быть выполнен с возможностью выполнения последовательных механических операций, таких как открытие и закрытие декоративного элемента, раскручивание и закручивание или же открытие, раскручивание, закручивание и закрытие декоративного элемента и т.д.
Возможно применение передаточного механизм для увеличения скорости, периодичности (колебании) или/и усилия действия на механизм.
Возможно применение одного и более передаточных механизмов.
- Так же двигатель Стирлинга может быть применен для придачи любых иных видов движения декоративному элементу, например движения по траектории, качение, периодическое колебание и т.д.
Для того что бы движение декоративного элемента не прекращалось, в случай отсутствия работы двигателя Стирлинга возможно применение механического аккумулятора. Принцип работы механического аккумулятора основан на сохранении энергии механическими средствами, такими как спиральная пружина, пружина, груз, маятник и т.п.Механический аккумулятор представляет собой спиральную пружину, которая закручивается при вращении вала от передаточного механизма, который в свою очередь приводится в движение тепловым двигателем Стирлинга. Механический аккумулятор оснащен защитой пружиной, которая защищает ее от перекручивания, что может привести к разрыву пружины, то есть при достижении определенного напряжения при закручивании происходит прокрутка пружины.
Помимо механического аккумулятора, работающего от пружины, возможно применение аккумулятора гидравлического, пневматического, гиревого или маховичного.
Возможно применения редуктора.
Двигатель Стирлинга может быть оснащен устройством принудительного запуска.
Украшение с подвижным декоративным элементом может быть оснащено устройством принудительной остановки движения декоративного элемента.
Украшение может иметь более одного подвижного декоративного элемента.
Украшение может быть базовым, серийно выпускаемым, как в стандартном исполнении, так и с дополнительной доработкой и может быть выполнено в виде кольца, кулона, браслета, серьги и т.д.
Все перечисленные украшения приведены здесь в качестве примера использования двигателя Стирлинга для придачи движения (действия) декоративному элементу и ни в коей мере не ограничивают область его применения.
Принцип работы украшения, носимого на теле человека и контактирующего с ним, с подвижным декоративным элементом, заключается в следующем: под действием разности температур относительно тела человека и окружающей среды приводится в действие двигатель Стирлинга, который в свою очередь приводит в действие декоративный элемент напрямую или через передаточный механизм.
Таким образом, обеспечивается достижение требуемого технического результата, а именно достигается технический результат, который заключается в расширение области применения, т.е. возможности его использования в любом месте, включая места с малой степенью освещения и обеспечении возможности уменьшение размеров общих габаритов украшения при увеличении размеров декоративного элемента за счет уменьшение площади поверхности, занимаемой преобразователем энергии на украшении. Кроме этого обеспечивается постоянное механическое движение декоративного элемента украшения, контактирующего с человеческим телом, за счет преобразования тепловой энергии вырабатываемой человеческим телом, т.е. использования разности температур относительно тела человека и окружающего пространства. Кроме этого достигается обеспечение постоянного механического движения декоративного элемента, при отсутствии внешнего воздействия со стороны пользователя и обеспечение механического движения заданной продолжительности и скорости с одновременным уменьшением шумового фона и увеличения продолжительности работы приводного механизма. Также достигается технический результат, который заключается в обеспечении автономности работы носимого на теле человека украшения с движущимся декоративным элементом и обеспечении создания эффекта умножения количества световых отблесков от декоративного элемента, обеспечивающего имитацию многогранности обработки.
Учитывая новизну совокупности существенных признаков, техническую осуществимость и промышленную применимость полезной модели, решение поставленных задач и уверенное достижение требуемого технического результата при реализации и использовании полезной модели, по нашему мнению, заявленная группа полезных моделей удовлетворяет всем требованиям, предъявляемым к полезным моделям.
Проведенный анализ показывает также, что все общие и частные признаки полезной модели являются существенными, так как каждый из них необходим, а все вместе они не только достаточны для достижения цели полезной модели, но и позволяют реализовать ее промышленным способом.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ:
1. http://www.silver-mania.ru/articles/istoriya-yuvelirnyx-ukrashenij
2. RU 37909
3. CH 634475
4. US 2005022555
4. RU 41403
6. RU 2060708
7. DE 351414
8. RU 2114543
9. US 6408647
10. US 2009199593
11. US 6408647
12. US 2008016913
13. RU 74044
14. Уокер Г. Машины, работающие по циклу Стирлинга. пер. с англ. М. Энергия 1978 г.