Теплообменник тепловой машинызамкнутого газового цикла

Авторы патента:

F28D15/02 - в которых теплоноситель конденсируется и испаряется, например тепловые трубы

F25B9/14 - отличающиеся используемым циклом, например циклом Стирлинга

F25B9 - Компрессионные машины, установки и системы, в которых хладагентом является воздух или иной газ с низкой точкой кипения

F04B31 - Свободнопоршневые компрессоры; системы, включающие подобные компрессоры (насосы, приводимые в действие мускульной силой, в которых ход поршня не ограничен передаточным механизмом F04B 33/00; свободнопоршневые двигатели внутреннего сгорания, свободнопоршневые генераторы газа F02B 71/00; системы с преобладающими отличительными признаками первичных двигателей см. классы, к которым отнесены эти двигатели)

F02C1/04 - с косвенно подогреваемым рабочим телом

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТИЗЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик ()848954 (61) Дополнительное к авт. свид-вувЂ” (51)М. Кл.з (22) Заявлено 1001.79 (21) 2711177/24-06

F 28 D 15/00//

F 25 В 9/00

F 02 С 1/04 с присоединением заявки Hoâ€”

Государственный комитет

СССР по делам изобретений н открытий (23) Приоритет

Опубликовано23.07.81. Бюллетень No27

Дата опубликования описания 230781 (53) УДК 621. 565. .94(088.8) (72) Авторы изобретения

Э.Б. Филиппов и A.Â. Фомин (71) Заявитель

Изобретение относится к теплообменникам поршневых тепловых машин газовых циклов и предназначено для передачи тепла рабочему телу.

Известны теплообменники тепловых . машин замкнутого газового цикла с изотермическим процессом расширения, которые размещены на головке цилиндра и представляют собой концентрические кольца, выполненные в виде массивов трубок, по которым циркулирует теплоноситель, и концентрические кольца, размещенные на головке поршня и входящие в зазоры между кольцами, размещенными на головке цилиндра (1).

Недостатками такой конструкции теплообменника являются низкий коэффициент теплоотдачи к рабочему телу от концентрических кольцевых поверхностей, выполненных в виде массивов трубок, по сравнению с коэффициентом теплоотдачи от теплоносителя к внутренним поверхностям трубок, высокое гидравлическое сопротивление и непостоянство падения давления на теплообменнике в течение цикла, а также технологическая сложность изготовления теплообменников, связанная с большим количеством сварных и паяных соединений, которые должны работать при высоких давлениях и температуре.

Цель изобретения вЂ” интенсификация теплообмена °

Поставленная цель достигается тем, что в кольцах цилиндрах выполнены тангенциальные прорези. Прорези спрофилированы в продольном направлении и имеют образующие в виде синусоидальных кривых. Тепловые трубы выполнены в виде цилиндрических от:верстий в теле колец головки цилинд" ра, в которые вставлены фитили.

t5 На фиг. 1 изображен теплообменник тепловой машины замкнутого газового цикла, поперечный разрезу на фиг. 2концентрические кольца, размещенные на головке цилиндра теттловой машины, 20 поперечный разрез; на фиг. 3 вЂ” аксонометрическая проекция одного из вариантов продольного профиля тангенциальной прорези концентрического кольца.

Теплообменник содержит кольца 1, установленные на головке цилиндра тепловой машины по концентрическим окружностям и снабженные тепловыми трубами 2, а также концентрические

30 .кольца 3, установленные на поршне 4 (54) ТЕПЛООБМЕННИК ТЕПЛОВОЙ МАШИНЫ ЗАМКНУТОГО

ГАЗОВОГО ЦИКЛА

848954 и входящие в зазоры 5 между кольцами

1 головки цилиндра, в которых выполнены тангенциальные прорези б, которые спрофилированы в продольном направлении и имеют образующие в виде синусоидальных кривых. Тепловые трубы 2 выполнены в виде цилиндрических отверстий в теле колец головки цилиндра, в которые вставлены фитили.

Головка цилиндра снабжена центральным каналом 7. Поршень 4 и головка цилиндра размещены в корпусе 8.

Рабочее тело подается в теплообменник через центральное отверстие

7 и движется.под действием разности давлений, обусловленной движением поршня 4 и концентрических колец 3, размещенных на его головке в зазорах 5 концентрических кольцевых пространств.

При увеличении объема зазора 5 концентрических кольцевых прбстранств, в соответствии с законом движения поршня, рабочее тело, проходя через тангенциальные прорези б, движется вдоль поверхностей концентричЕских колец 1 от центрального отверстия 7 к корпусу 8, приобретая при этом вращательное движение, которое интенсифицирует теплообмен на поверхностях концентрических колец 3. При обратном движении поршня, когда рабочее тело выталкивается из теплообменника в центральное отверстие 7, тангенциальная составляющая вектора ускорения рабочего тела в зазорах 5 концентрических кольцевых пространств направлена в сторону противоположную направлению тангенциальной составляющей вектора скорости рабочего тела, продолжающего под действием инерционных сил вращательное движение в зазорах 5 концентрических кольцевых пространств, в результате чего, тангенциальная составляющая вектора скорости рабочего тела уменьшается. Это, в свою очередь, вызывает уменьшение коэффициента теплоотдачи от концентрических колец

1 к рабочему телу, что благоприятно сказывается на эффективный КПД поршневой машины.

Образующие тангенциальной прорези б представляют собой синусоидальные кривые, максимумы которых находятся в точке, соответствующей максимальному расходу рабочего тела по ходу поршня..Такой продольный профиль обеспечивает постоянство величины падения давления на теплообменнике, что имеет особо важное значение для обеспечения устойчивой работы и саморегулирования при изменении величины нагрузки в свободно-поршневых тепловых машинах регенеративного цикла и изометрическими процессами внешнего подвода и отвода теплоты.

3а счет уменьшения падения температуры на концентрических кольцах с тепловыми трубами и увеличения коэффициента теплопередачи обеспечи, вается большая изометричность процессов в тепловой машине, что повы15 шает ее эффективный КПД.

Экономический эффект от использования данного теплообменника заключается в повышении экономической эффективности, эксплуатационной наЩ дежности и упрощения конструкции.

Формула изобретения

1. Теплообменник тепловой машины замкнутого газового цикла, содержащий кольца, установленные на головке цилиндра тепловой машины по кон-. центрическим окружностям и снабженные тепловыми трубами, и концентрические кольца, установленные на поршне и входящие в зазоры между кольцами головки цилиндра, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью интенсификации теплообмена, в кольцах цилиндра выполнены тангенциальные прорези.

2. Теплообменник по и. 1, о тл и ч а ю шийся . тем, что прорези спрофилированы в продольном фЯ направлении и имеют образующие в виде синусоидальных кривых.

3. Теплообменник -по п. 1, о т л ич а ю шийся тем, что тепловые трубы выполнены в виде цилиндри-.

4 ческих отверстий в теле колец головки цилиндра, в которые вставлены фитили.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

50 1,М.Benson, ThermuI osciIIators, 12th Intersociety Enyrgy Conversion

Engineering Conference, WaShington, 1977, р. 1481.

848954

Фиг. 1

Составитель А. Фомин

Техред М. Коштура Корректор, С. Щомак

Редактор В. Еремеева

Тираж 706 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий