Устройство для охлаждения или нагрева газообразных сред

Изобретение относится к области теплообменной техники и может найти применение при создании теплообменных аппаратов для охлаждения или нагрева газообразных сред при их периодическом однонаправленном течении, а также в качестве аккумуляторов холода или тепла. Устройство содержит теплоизолированные корпус, нижнюю и верхнюю крышки с входным и выходным патрубками, образующие резервуар, в котором соосно с корпусом установлен внутренний полый цилиндр, в боковых стенках которого выполнено множество радиально расположенных тангенциальных каналов для протока рабочей среды, образующий между собой и корпусом кольцевое пространство, заполненное аккумулирующим веществом, а центральная часть внутреннего цилиндра представляет собой камеру, в которой собирается и перемешивается рабочая среда перед выходом из аккумулятора. Для протока рабочей среды на внутренней поверхности корпуса выполнены, по типу многозаходной резьбы, винтовые каналы, соединяющиеся с кольцевым пространством. Для уменьшения величины диапазона изменения гидравлических потерь при работе аккумулятора в кольцевом пространстве, в массиве аккумулирующего вещества, перпендикулярно боковой поверхности внутреннего цилиндра установлены кольцевые перфорированные отверстиями перегородки, образующие между собой радиальные каналы для протока рабочей среды. Использование изобретения позволит создать аккумулятор с более стабильным во время его работы сопротивлением гидравлического тракта рабочей среды. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области теплообменной техники и может найти применение при создании теплообменных аппаратов (ТА) для охлаждения или нагрева газообразных сред при их периодическом однонаправленном течении, а также в качестве аккумуляторов холода или тепла.

Известен регенеративный теплообменник, содержащий футерованный слоем теплоизолирующего материала вертикально расположенный резервуар, входной и выходной патрубки, между которыми размещено теплоаккумулирующее вещество в виде гранул различного диаметра. Теплообмен в аппарате происходит при осевом (вертикальном) прохождении теплоносителя от входного патрубка к выходному через пространство между гранулами (заявка Японии №57-15317, 1982 г.).

Основным недостатком данного устройства является относительно большое изменение гидравлического сопротивления тракта течения рабочей среды во время работы теплообменного аппарата.

Задача изобретения - создание теплообменника с гидравлическим трактом, имеющим сопротивление, величина которого меньше изменяется при работе теплообменного аппарата.

Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для охлаждения или нагрева газообразных сред, содержащем теплоизолированный резервуар с входным и выходным патрубками, между которыми размещено аккумулирующее вещество в виде гранул различного диаметра, соосно цилиндрическому корпусу установлен внутренний полый цилиндр, в стенках которого выполнено множество радиально расположенных тангенциальных каналов для прохождения рабочей среды, образующий между своей внешней боковой поверхностью и внутренней поверхностью корпуса кольцевое пространство, заполненное аккумулирующим веществом в виде гранул различного диаметра, а центральная, полая, часть цилиндра представляет собой камеру, в которой собирается и перемешивается рабочая среда перед выходом из теплообменника. При этом на внутренней поверхности корпуса выполнены, по типу многозаходной резьбы, винтовые каналы для прохода рабочей среды, а в кольцевом пространстве, в массиве аккумулирующего вещества, перпендикулярно боковой поверхности внутреннего цилиндра установлены кольцевые перфорированные отверстиями перегородки, образующие между собой радиальные каналы для протока рабочей среды.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показан продольный разрез теплообменного аппарата, на фиг.2 - разрез А-А (на фиг.1), на фиг.3 - сравнительный график зависимости изменения расчетной величины сопротивления гидравлического тракта ΔР от времени работы τ теплообменного аппарата при различных схемах течения рабочей среды для двух теплообменных аппаратов, имеющих одинаковые тепловые характеристики.

Основными составляющими элементами предложенного устройства являются:

1 - корпус;

2 - нижняя крышка;

3 - верхняя крышка;

4 - внутренний цилиндр;

5 - обтекатель;

6 - винтовой канал;

7 - кольцевое пространство;

8 - аккумулирующее вещество;

9 - кольцевая перегородка;

10 - тангенциальное отверстие;

11 - камера;

12 - входной патрубок;

13 - выходной патрубок.

Теплообменник состоит из теплоизолированных корпуса 1, нижней и верхней крышек 2, 3, образующих между собой замкнутый резервуар, в котором размещены внутренний полый цилиндр 4 с обтекателем 5. На внутренней поверхности корпуса выполнены, по типу многозаходной резьбы, винтовые каналы 6, соединенные с кольцевым пространством 7. Кольцевое пространство 7 между цилиндром и корпусом заполнено аккумулирующим веществом 8 с кольцевыми перегородками 9, жестко соединенными с внутренним цилиндром и образующими радиальные каналы для протока среды. Верхняя часть цилиндра жестко соединена с верхней крышкой 3, а его нижняя часть имеет возможность перемещаться (скользить) вдоль корпуса при нагреве или охлаждении устройства. В стенках цилиндра выполнены тангенциальные отверстия 10, по которым рабочая среда перетекает в камеру 11, перемешивается и через выходной патрубок 13 выводится из ТА.

На фмг.3 представлен сравнительный график зависимости изменения расчетной величины сопротивления гидравлического тракта ΔР от времени работы τ ТА. Рассмотрены два теплообменника с одинаковыми техническими характеристиками, массой аккумулирующего вещества и временем работы, но с различными типами гидравлических каналов: осевыми - «а» и радиальными - «б». У теплообменника, имеющего осевые каналы течения рабочей среды, перепад давления изменяется от величины 0,275 кгс/см² до 0,46 кгс/см² за время 130 с. У теплообменника с радиальными каналами - от 0,395 кгс/см² до 0,46 кгс/см² за то же самое время работы, что говорит о более стабильной работе устройства.

Теплообменник работает циклами при последовательном и однонаправленном движении рабочих сред.

В первой половине цикла теплоноситель или охладитель через входной патрубок 12 подается внутрь ТА, направляется обтекателем 5 к винтовым каналам 6 корпуса 1 и по ним поступает в кольцевое пространство 7, заполненное аккумулирующим веществом 8, проходит по радиальным каналам, образованным кольцевыми перегородками 9, по пути нагревая или охлаждая аккумулирующее вещество до заданной температуры. Затем через тангенциальные отверстия 10 во внутреннем цилиндре 4 поступает в камеру 11, где перемешивается и через выпускной патрубок 13 выводится из ТА.

Во второй половине цикла, в той же последовательности, что и в первой половине цикла на вход в устройство подается рабочая среда, которая после контакта с аккумулирующим веществом нагревается или охлаждается до рабочей температуры и подается потребителю.

1. Устройство для охлаждения или нагрева газообразных сред, содержащее теплоизолированный резервуар с входным и выходным патрубками, между которыми размещено аккумулирующее вещество в виде гранул различного диаметра, отличающееся тем, что соосно цилиндрическому корпусу установлен внутренний полый цилиндр, в стенках которого выполнено множество радиально расположенных тангенциальных каналов для прохождения рабочей среды, образующий между своей внешней боковой поверхностью и внутренней поверхностью корпуса кольцевое пространство, заполненное аккумулирующим веществом в виде гранул различного диаметра, а центральная полая часть цилиндра представляет собой камеру, в которой собирается и перемешивается рабочая среда перед выходом из теплообменника.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на внутренней поверхности корпуса выполнены по типу многозаходной резьбы винтовые каналы для прохода рабочей среды.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в кольцевом пространстве в массиве аккумулирующего вещества перпендикулярно боковой поверхности внутреннего цилиндра установлены кольцевые перфорированные отверстиями перегородки, образующие между собой радиальные каналы для протока рабочей среды.