RU188639U1 - Комбинированный регенеративный теплообменник газовой криогенной машины - Google Patents
Комбинированный регенеративный теплообменник газовой криогенной машины Download PDFInfo
- Publication number
- RU188639U1 RU188639U1 RU2018137983U RU2018137983U RU188639U1 RU 188639 U1 RU188639 U1 RU 188639U1 RU 2018137983 U RU2018137983 U RU 2018137983U RU 2018137983 U RU2018137983 U RU 2018137983U RU 188639 U1 RU188639 U1 RU 188639U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nozzle
- heat exchanger
- regenerative heat
- temperature range
- cryogenic
- Prior art date
Links
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 title claims abstract description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000007769 metal material Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 4
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 3
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 3
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910000906 Bronze Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010974 bronze Substances 0.000 description 1
- KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N copper tin Chemical compound [Cu].[Sn] KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 229910052755 nonmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
- F25B9/14—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the cycle used, e.g. Stirling cycle
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
Abstract
Предлагаемая полезная модель относится к криогенной технике, в частности к газовым микрокриогенным машинам (ГКМ), предназначенным для воспроизведения криогенных температур в приборах, а именно к регенеративному теплообменнику (регенератору) ГКМ, работающей по циклу Стирлинга, в диапазоне температур до 70 К.Задачей, решаемой предлагаемой полезной моделью, является создание комбинированного регенеративного теплообменника с пониженными теплопритоками по насадке для газовых микрокриогенных машин в диапазоне температур до 70 К.Указанный технический результат достигается за счет того, что в регенеративный теплообменник, включающий в себя теплоизоляционный корпус и находящуюся внутри корпуса насадку из плетеной металлической сетки, состоящей из трех частей, каждая из которых выполнена из материала с максимальной объемной теплоемкостью в своем диапазоне температур: «холодной», «средней» и «теплой», между частями насадки установлены сетки из неметаллического материала с низким коэффициентом теплопроводности.
Description
Предлагаемая полезная модель относится к криогенной технике, в частности к газовым микрокриогенным машинам (ГКМ), предназначенным для создания криогенных температур в фотоприемных устройствах, а именно к регенеративному теплообменнику (регенератору) газовой криогенной машины, работающей по циклу Стерлинга в диапазоне температур до 70 К.
Известно применение в этом диапазоне регенератора для ГКМ, состоящего из теплоизоляционного корпуса и насадки, выполненной в виде плетеных металлических сеток, например, из бронзы или нержавеющей стали (В.Н. Даниличев, С.И. Ефимов, В.А. Звонов, М.Г. Круглов, А.Г. Шувалов. Двигатели Стерлинга. М, Машиностроение, 1977, с. 111).
Недостатком этого устройства является несовершенство термодинамического цикла и высокие потери от неэффективности теплообмена в регенераторе (потери теплоты из-за недорекуперации, а также потери за счет высокой теплопроводности металлических сеток).
Наиболее близким аналогом предлагаемой полезной модели является комбинированный регенеративный теплообменник выполненный по патенту на полезную модель №176892 от 01.02.2018 (МПК F25B 9/14), включающий теплоизоляционный корпус, находящуюся внутри корпуса насадку из плетеной металлической сетки, состоящую из трех частей, каждая из которых выполнена из материала с максимальной объемной теплоемкостью в своем диапазоне температур.
Недостатком этого устройства являются высокие теплопритоки по насадке в холодной части регенератора из теплой его части вследствие высоких коэффициентов теплопроводности металлических сеток, что снижает полезную холодопроизводительность ГКМ.
Задачей, решаемой предлагаемой полезной моделью, является создание комбинированного регенеративного теплообменника с пониженным теплопритоком по насадке для газовых микрокриогенных машин, работающих по циклу Стерлинга, в диапазоне температур до 70 К.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в комбинированный регенеративный теплообменник микрокриогенной системы для охлаждения в температурном диапазоне до 70 К, включающий в себя теплоизоляционный корпус, находящуюся внутри корпуса насадку из плетеной металлической сетки, состоящую из трех частей, каждая из которых выполнена из материала с максимальной объемной теплоемкостью в своем диапазоне температур: «холодной» от 70 до 90 К, «средней» от 90 до 210 К и «теплой» от 210 до 300 К, а между частями насадки установлены сетки из неметаллического материала с низким коэффициентом теплопроводности, например, из ткани из кварцевого волокна.
В общем виде, теплопритоки по длине насадки регенератора можно определить по известным формулам (Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача. Учебник для вузов, изд. 3-е, пререраб. и доп.М., «Энергия», 1975, с. 31, уравнения 2-27 и 2-28):
где
К - коэффициент теплопередачи по длине насадки;
F - площадь поперечного сечения насадки;
T1 - минимальная температура «холодного» участка насадки;
Т2 - максимальная температура «горячего» участка насадки.
где
Оценить эффективность предложенного технического решения по сравнению с прототипом можно, рассмотрев характеристики материалов насадки для каждой из частей регенератора.
Зададим следующие параметры насадок регенератора соответствующие прототипу:
- в «холодной» части регенератора насадка выполнена, например, из сетки БрАЖМц 10-3-1,5, при этом длина «холодной» части составляет где L - общая длина насадки, а коэффициент теплопроводности λх=23 Вт/м К;
- в «средний» части насадка выполнена, например, из сетки Л 68, при этом длина «средней» части составляет где L - общая длина насадки, а коэффициент теплопроводности λх=83,7 Вт/м К;
- в «теплой» части насадка выполнена, например, из сетки НК 29, при этом длина «теплой» части составляет где L - общая длина насадки, а коэффициент теплопроводности λm=12,6 Вт/м К;
Величины значений λm, λср, λх и λнм взяты из следующих источников:
1. Физические величины. Справочник. Под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. М., «Энергоатомиздат», 1991.
2. Солнцев Ю.П., Степанов Г.А. Материалы в криогенной технике. Справочник. Л., «Машиностроение», 1982.
Допустим, что общая длина насадки L=0,045 м, а площадь поперечного сечения насадки F=12,56⋅10-6 м2.
Воспользовавшись зависимостями (1) и (2), получим коэффициент теплопередачи по длине насадки и теплопритоки для прототипа (в этом случае ):
Q=541,3⋅(300-70)⋅12,56⋅10-6=1,564 Вт.
Коэффициент теплопередачи по длине насадки и теплопритоки для предлагаемого регенератора:
Предложенная конструкция комбинированного регенеративного теплообменника была реализована в ГКМ, работающей по циклу Стерлинга. В заявляемой полезной модели используется комбинированный метод заполнения насадки регенеративного теплообменника состоящей из трех частей (см. фиг. 1): «холодной» 1, «средней» 2 и «теплой» 3, заполненных металлическими сетками из материалов с разными объемными теплоемкостями. Насадка регенеративного теплообменника находится в корпусе 4, выполненном из теплоизоляционного. Части насадки разделяют сетками 5 из неметаллического материала с низким коэффициентом теплопроводности.
Таким образом, применение в комбинированном регенеративном теплообменнике между частями насадки, заполненными металлическими сетками из материалов с разными объемными теплоемкостями, сеток из неметаллического материала с низким коэффициентом теплопроводности, например, из ткани из кварцевого волокна, увеличивает холодопроизводительность на 1,408 Вт (1,564-0,156=Вт).
Claims (1)
- Комбинированный регенеративный теплообменник микрокриогенной системы для охлаждения в температурном диапазоне до 70 К, включающий в себя теплоизоляционный корпус, находящуюся внутри корпуса насадку из плетеной металлической сетки, состоящую из трех частей, каждая из которых выполнена из материала с максимальной объемной теплоемкостью в своем диапазоне температур: «холодной», «средней» и «теплой», отличающийся тем, что между частями насадки установлены сетки из неметаллического материала с низким коэффициентом теплопроводности.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018137983U RU188639U1 (ru) | 2018-10-29 | 2018-10-29 | Комбинированный регенеративный теплообменник газовой криогенной машины |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018137983U RU188639U1 (ru) | 2018-10-29 | 2018-10-29 | Комбинированный регенеративный теплообменник газовой криогенной машины |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU188639U1 true RU188639U1 (ru) | 2019-04-18 |
Family
ID=66168708
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018137983U RU188639U1 (ru) | 2018-10-29 | 2018-10-29 | Комбинированный регенеративный теплообменник газовой криогенной машины |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU188639U1 (ru) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU903687A1 (ru) * | 1980-05-14 | 1982-02-07 | Казанский Ордена Трудового Красного Знамени Авиационный Институт Им.А.Н.Туполева | Насадка регенератора |
US5293749A (en) * | 1988-11-09 | 1994-03-15 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Multi-stage cold accumulation type refrigerator and cooling device including the same |
RU142459U1 (ru) * | 2013-11-26 | 2014-06-27 | Открытое акционерное общество "НПО "Орион" | Комбинированный регенеративный теплообменник микрокриогенной системы для охлаждения в температурном диапазоне 35-55 к |
RU176892U1 (ru) * | 2017-08-28 | 2018-02-01 | Акционерное общество "Московский завод "САПФИР" | Комбинированный регенеративный теплообменник газовой криогенной машины |
-
2018
- 2018-10-29 RU RU2018137983U patent/RU188639U1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU903687A1 (ru) * | 1980-05-14 | 1982-02-07 | Казанский Ордена Трудового Красного Знамени Авиационный Институт Им.А.Н.Туполева | Насадка регенератора |
US5293749A (en) * | 1988-11-09 | 1994-03-15 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Multi-stage cold accumulation type refrigerator and cooling device including the same |
RU142459U1 (ru) * | 2013-11-26 | 2014-06-27 | Открытое акционерное общество "НПО "Орион" | Комбинированный регенеративный теплообменник микрокриогенной системы для охлаждения в температурном диапазоне 35-55 к |
RU176892U1 (ru) * | 2017-08-28 | 2018-02-01 | Акционерное общество "Московский завод "САПФИР" | Комбинированный регенеративный теплообменник газовой криогенной машины |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Gheith et al. | Determination of adequate regenerator for a Gamma-type Stirling engine | |
Yang et al. | Numerical simulation study on the heat transfer characteristics of the tube receiver of the solar thermal power tower | |
Babaelahi et al. | Modified PSVL: a second order model for thermal simulation of Stirling engines based on convective–polytropic heat transfer of working spaces | |
Wang et al. | A transient one-dimensional numerical model for kinetic Stirling engine | |
Tan et al. | Experimental study on liquid/solid phase change for cold energy storage of Liquefied Natural Gas (LNG) refrigerated vehicle | |
Dai et al. | Design and analysis of a free-piston stirling engine for space nuclear power reactor | |
Hachem et al. | Numerical characterization of a γ-Stirling engine considering losses and interaction between functioning parameters | |
Chahartaghi et al. | Thermal modeling of a trigeneration system based on beta-type Stirling engine for reductions of fuel consumption and pollutant emission | |
Baytaş et al. | Conjugate natural convection in a square porous cavity | |
Erbay et al. | Overall performance of the duplex Stirling refrigerator | |
Chi et al. | CFD simulation and investigation on the operating mechanism of a beta-type free piston Stirling engine | |
Alfarawi et al. | Potentiality of new miniature-channels Stirling regenerator | |
Mohammadi et al. | CFD simulation to investigate hydrodynamics of oscillating flow in a beta-type Stirling engine | |
CN109992846A (zh) | 太阳能跨季节地埋管蓄热的仿真方法 | |
Chen et al. | Effect of different working gases on the performance of a small thermoacoustic Stirling engine | |
De la Bat et al. | Derivation and numerical case study of a one-dimensional, compressible-flow model of a novel free-piston Stirling engine | |
Ahmadi et al. | A solar pressurizable liquid piston stirling engine: Part 2, optimization and development | |
Yusha et al. | Analysis of the thermal efficiency of solid and vacuum thermal insulation in an exchanger of the heat losses recovery system in mobile compressor units | |
Chen et al. | Numerical study on the heat transfer characteristics of oscillating flow in cryogenic regenerators | |
Boroujerdi et al. | Characterization of the frictional losses and heat transfer of oscillatory viscous flow through wire-mesh regenerators | |
RU188639U1 (ru) | Комбинированный регенеративный теплообменник газовой криогенной машины | |
RU176892U1 (ru) | Комбинированный регенеративный теплообменник газовой криогенной машины | |
Bagheri et al. | Experimental characterization of an innovative low-temperature small-scale Rotary Displacer Stirling Engine | |
Moldenhauer et al. | Thermodynamic analysis of a pulse tube engine | |
Saxena et al. | Automobile exhaust gas heat energy recovery using stirling engine: thermodynamic model |