RU2755014C1 - Комбинированный регенеративный теплообменник двигателя Стирлинга - Google Patents
Комбинированный регенеративный теплообменник двигателя Стирлинга Download PDFInfo
- Publication number
- RU2755014C1 RU2755014C1 RU2020123956A RU2020123956A RU2755014C1 RU 2755014 C1 RU2755014 C1 RU 2755014C1 RU 2020123956 A RU2020123956 A RU 2020123956A RU 2020123956 A RU2020123956 A RU 2020123956A RU 2755014 C1 RU2755014 C1 RU 2755014C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- tube
- heat exchanger
- nozzles
- nozzle
- regenerative heat
- Prior art date
Links
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)
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Abstract
Изобретение относится к энергомашиностроению и может применяться в двигателях Стирлинга, содержащих регенеративный теплообменник. Теплоизоляционный корпус регенеративного теплообменника двигателя Стирлинга выполнен с двумя патрубками, подключенными соответственно к нагревателю и холодильнику. Внутри корпуса размещены по меньшей мере два насадка, последовательно расположенные между патрубками. Каждый насадок выполнен в виде трубки с герметично закрытыми концами, при этом внутри каждой трубки содержится наполнитель. Температура плавления наполнителя каждого насадка соответственно возрастает в направлении от патрубка холодильника к патрубку нагревателя. Поперечный профиль стенки каждой трубки выполнен в форме овала, каждая трубка изогнута в виде спирали, при этом большая ось овала ориентирована в направлении оси спирали. Техническим результатом изобретения является увеличение теплоемкости насадок. 2 ил.
Description
Изобретение относится к энергомашиностроению и может применяться в двигателях Стирлинга, содержащих регенеративный теплообменник.
Известен комбинированный регенеративный теплообменник микрокриогенной системы для охлаждения в температурном диапазоне до 70К, включающий теплоизоляционный корпус, находящуюся внутри корпуса насадку из плетеной металлической сетки, при этом насадок состоит из трех частей, каждая из которых выполнена из металла с максимальной объемной теплоемкостью в своем диапазоне температур: - «холодная» часть насадки регенеративного теплообменника изготовлена из материала с объемной теплоемкостью СVH>2,02⋅106 Дж/м3К в диапазоне температур 70-90К, при этом длина «холодной» части составляет lх=0,087⋅L, где L - общая длина регенератора; - «средняя» часть - из материала с объемной теплоемкостью СVH>3,0⋅106 Дж/м3К в диапазоне температур от 90К до 210К, при этом длина «средней» части составляет lc=0,522⋅L; - «теплая» часть - из материала с объемной теплоемкостью СVH>3,72⋅106 Дж/м3К в диапазоне температур от 210К до 300К, при этом длина «теплая» части составляет lт=0,391⋅L [Патент на полезную модель RU 176892]. Общими признаками заявленного изобретения с наиболее близким аналогом являются комбинированный регенеративный теплообменник двигателя Стирлинга, содержащий теплоизоляционный корпус с двумя патрубками, подключенными соответственно к нагревателю и холодильнику и находящиеся внутри корпуса по меньшей мере два насадка, последовательно расположенные между патрубками нагревателя и холодильник. Недостатком данного комбинированного регенеративного теплообменника двигателя Стирлинга является несовершенство термодинамического цикла и высокие потери теплоты из-за недорекуперации регенеративного теплообменника вследствие недостаточной объемной теплоемкости насадков.
Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является устранение указанных выше недостатков прототипа.
Технический результат заключается в повышении эффективности работы двигателя Стирлинга путем повышения теплоемкости насадков и, как следствие, к повышению рекуперативной способности регенеративного теплообменника.
Технический результат достигается за счет того, что в комбинированном регенеративном теплообменнике двигателя Стирлинга, содержащем теплоизоляционный корпус с двумя патрубками, подключенными соответственно к нагревателю и холодильнику, и находящиеся внутри корпуса по меньшей мере два насадка, последовательно расположенные между патрубками, каждый насадок выполнен в виде трубки с герметично закрытыми концами, при этом внутри каждой трубки содержится наполнитель, причем температура плавления наполнителя каждого насадка соответственно возрастает в направлении от патрубка холодильника к патрубку нагревателя, а поперечный профиль стенки каждой трубки выполнен в форме овала, каждая трубка изогнута в виде спирали, при этом большая ось овала ориентирована в направлении оси спирали.
Изобретение поясняется чертежом, где на фигуре 1 показан продольный разрез комбинированного регенеративного теплообменника двигателя Стирлинга, на фигуре 2 - фрагмент поперечного разреза трубки спирали с наполнителем.
Заявленный комбинированный регенеративный теплообменник двигателя Стирлинг содержит теплоизоляционный корпус 1 с двумя патрубками 2 и 3. Патрубок 2 подключен к нагревателю, а патрубок 3 подключен к холодильнику (на фиг. 1 не показано). Внутри корпуса 1 размещены два насадка 4 и 5, последовательно расположенные между патрубками 3 и 2. Каждый насадок 4 и 5 может быть выполнены в виде трубки 6 из материала никель диаметром 1 мм и толщиной стенки 0.1 мм с герметично закрытыми концами. Внутренняя полость трубки 6 насадка 4 содержит наполнитель 7, выполненный из олова (Sn) с температурой плавления 231,9°С. Насадок 5 содержит наполнитель 7, выполненный из цинка (Zn) с температурой плавления 419,5°С, что выше температуры плавления наполнителя, выполненного из олова. Поперечный профиль стенки каждой трубки 6 выполнен в форме овала, каждая трубка (6) изогнута в виде спирали, при этом большая ось f-f овала ориентирована в направлении оси g-g спирали.
Устройство работает следующим образом.
Во время работы двигателя Стирлинга температура нагревателя равна 500°С, а холодильника - 200°С. Рабочее тело с температурой 500°С через патрубок 2 проходит в насадке 5 между трубок 6, заполненными цинком (Zn). При этом цинк вначале нагревается от температуры 326°С, равной средней температуры между температурами плавления цинка (419,5°С) и олова (Sn) (231,7С), до температуры плавления цинка, затем происходит плавление цинка, далее расплавленный цинк нагревается до температуры 500°С. На выходе из насадка 5 температура рабочего тела снижается до 326°С. Далее рабочее тело с температурой 326°С проходит в насадке 4 между трубок 6, заполненными оловом (Sn). При этом олово вначале нагревается от температуры 200°С, до температуры плавления олова, затем происходит плавление олова, далее расплавленное олово нагревается до температуры 326°С.
Оценить эффективность предложенного технического решения по сравнению с прототипом можно следующим образом, рассмотрев характеристики материалов насадок 4 и 5 регенератора. Приведенная теплоемкость насадка 5 в диапазоне температур 500°С - 326°С находится по формуле:
где d=0,1 см - диаметр трубки, δ=0,005 см, - длина трубки, p=9,8 г/см3 - удельная плотность никеля, - удельная теплота плавления цинка,
mΣ1=mNi+mZn, где mNi, mZn и mSn - масса соответственно никеля, цинка и олова на участке трубки длинной
Приведенная теплоемкость насадка (4) в диапазоне температур 326°С - 200°С находится по формуле:
mΣ2=mNi+mSn.
В связи с тем, что в момент фазового перехода из твердой фазы в жидкую фазу происходит объемное расширение цинка а олова - 0,034, то в целях уменьшения напряжения на стенке трубки (6) она выполнен в форме овала, изогнута в виде спирали, при этом большая ось f-f овала ориентирована в направлении оси g-g спирали.
Таким образом, применение в качестве насадка 5 трубок 6, заполненными цинком (Zn) вместо проволоки диаметром 1 мм, позволяет снизить потери регенератора из-за недорекуперации в раз, а насадка 4, заполненного оловом (Sn), соответственно в раз, где θ1 и θ2 - коэффициенты эффективности соответственно насадок 5 и 4, что привело к повышению эффективности работы двигателя Стирлинга.
Claims (1)
- Комбинированный регенеративный теплообменник двигателя Стирлинга, содержащий теплоизоляционный корпус с двумя патрубками, подключенными соответственно к нагревателю и холодильнику, и находящиеся внутри корпуса по меньшей мере два насадка, последовательно расположенные между патрубками, отличающийся тем, что каждый насадок выполнен в виде трубки с герметично закрытыми концами, при этом внутри каждой трубки содержится наполнитель, при этом температура плавления наполнителя каждого насадка соответственно возрастает в направлении от патрубка холодильника к патрубку нагревателя, поперечный профиль стенки каждой трубки выполнен в форме овала, каждая трубка изогнута в виде спирали, при этом большая ось овала ориентирована в направлении оси спирали.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020123956A RU2755014C1 (ru) | 2020-07-20 | 2020-07-20 | Комбинированный регенеративный теплообменник двигателя Стирлинга |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020123956A RU2755014C1 (ru) | 2020-07-20 | 2020-07-20 | Комбинированный регенеративный теплообменник двигателя Стирлинга |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2755014C1 true RU2755014C1 (ru) | 2021-09-09 |
Family
ID=77670307
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020123956A RU2755014C1 (ru) | 2020-07-20 | 2020-07-20 | Комбинированный регенеративный теплообменник двигателя Стирлинга |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2755014C1 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2079066C1 (ru) * | 1994-05-17 | 1997-05-10 | Григорий Васильевич Шпырин | Регенератор для холодильной машины, работающей по циклу стирлинга |
US6745822B1 (en) * | 1998-05-22 | 2004-06-08 | Matthew P. Mitchell | Concentric foil structure for regenerators |
UA20797U (en) * | 2006-08-03 | 2007-02-15 | Nat Metallurgical Academy Ukraine | Checker of regenerative heat exchanger |
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 |
-
2020
- 2020-07-20 RU RU2020123956A patent/RU2755014C1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2079066C1 (ru) * | 1994-05-17 | 1997-05-10 | Григорий Васильевич Шпырин | Регенератор для холодильной машины, работающей по циклу стирлинга |
US6745822B1 (en) * | 1998-05-22 | 2004-06-08 | Matthew P. Mitchell | Concentric foil structure for regenerators |
UA20797U (en) * | 2006-08-03 | 2007-02-15 | Nat Metallurgical Academy Ukraine | Checker of regenerative heat exchanger |
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 |
---|---|---|
CN101844184B (zh) | 一种用于内翅片管的相变无损胀管方法 | |
CN107144024B (zh) | 一种接近逆流换热效果的太阳能真空集热管及*** | |
CN109737784B (zh) | 一种树肋-孔网络相变储能装置 | |
WO2010040137A1 (en) | Solar energy collection | |
RU2755014C1 (ru) | Комбинированный регенеративный теплообменник двигателя Стирлинга | |
US3949554A (en) | Heat engine | |
US3956895A (en) | Heat engine | |
CN108981438B (zh) | 一种换热器及换热方法 | |
WO2010008329A1 (en) | An energy cell | |
US3855795A (en) | Heat engine | |
CN201096462Y (zh) | 管筒式贮液换热器 | |
CN107762660B (zh) | 回热结构及包含该回热结构的斯特林发动机 | |
JPH071028B2 (ja) | スタ−リング・サイクルのエンジンおよびヒ−トポンプ | |
JPS62284193A (ja) | 伝熱管 | |
JP5597790B2 (ja) | スターリング機関 | |
CN109168206A (zh) | 一种免封口的耐高温电热管加工工艺 | |
US11549644B2 (en) | Apparatus and method for making internally finned pressure vessel | |
CN209802169U (zh) | 交变流动换热器及交变流动*** | |
RU150944U1 (ru) | Комбинированный регенератор микрокриогенной системы для охлаждения в температурном диапазоне 49-66 к | |
CN203928831U (zh) | 热管加热式散热器 | |
CN203880985U (zh) | 带膨胀结的双通太阳能真空管 | |
RU2801167C2 (ru) | Способы увеличения эффективности теплообменных процессов в двигателе стирлинга | |
JPS58104349A (ja) | 外燃機関 | |
CN105658940B (zh) | 用于外燃热力发动机的回热器 | |
RU186579U1 (ru) | Солнечный коллектор |