ГАЗОВАЯ РЕГЕНЕРАТИВНАЯ ХОЛОДИЛЬНАЯ МАШИНА С ПРЕРЫВИСТЫМ ДВИЖЕНИЕМ РАБОЧЕГО ГАЗА Российский патент 1997 года по МПК F25B9/14 

Изобретение относится к области газовых регенеративных машин, работающих по циклу Стирлинга.

Известно, что для обеспечения идеального цикла Стирлинга, необходимо прерывистое движение поршней, в принципе можно создать механизм, близкий к идеальному, однако при его создании необходимо учитывать требования простоты и компактности [1]
Известно устройство привода холодильника, работающего по циклу Стирлинга, с использованием холостого хода вытеснителя для получения прерывистого движения поршней [2]
Недостатком данного устройства являются большие динамические ударные нагрузки в соединительном элементе, расположенном на стержне, соединяющем поршни.

Известен механизм выдержки хода расширителя криогенного охладителя, работающего по циклу Стирлинга, с целью уменьшения нестационарности потока рабочего газа [3]
Недостатком данного механизма является увеличение массогабаритных размеров холодильной машины и потерь на динамическое сопротивление ввиду использования дополнительных полостей.

Известна криогенная холодильная машина, содержащая встроенный в цилиндр машины холодильник [4]
Недостатком данной машины является нестационарный тепломассообмен, увеличение габаритных размеров за счет выноса остальных теплообменных аппаратов за пределы цилиндра.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в обеспечении прерывистого движения рабочего газа при гармоническом движении поршней, уменьшении нестационарности теплообмена, улучшении термодинамического цикла реально действующих холодильных машин.

Для достижения этого технического результата, газовая холодильная машина, включающая рабочий поршень, встроенные в цилиндр теплообменные аппараты: холодильник, регенератор и теплообменник нагрузки, снабжена поршнем-вытеснителем, выполненным в виде корпуса поршня-вытеснителя, нижний торец которого имеет направляющие для совершения возвратно-поступательного движения вдоль теплообменных аппаратов, расположенных внутри цилиндра, в которых для этой цели выполнены проходные каналы, причем в нижней части канала, проходящего через холодильник, в боковой поверхности, имеются отверстия для прохода рабочего газа.

Введение в состав холодильной машины поршня-вытеснителя с направляющими и отверстий в нижней части проходного канала холодильника позволяет получить новое свойство, заключающееся в возможности получения прерывистого движения рабочего газа при гармоническом движении поршней за счет периодического перекрытия направляющими поршня-вытеснителя отверстий для прохода рабочего газа в проходном канале холодильника, в процессе работы холодильной машины.

На чертеже изображена газовая холодильная машина, с прерывистым движением рабочего газа.

Холодильная машина имеет цилиндр 1, внутри которого расположены рабочий поршень 2, холодильник 3 с отверстием для прохода рабочего газа 4, регенератор 5, теплообменник нагрузки 6, поршень-вытеснитель 7. К нижнему торцу поршня-вытеснителя 7 крепятся направляющие 8, совершающие возвратно-поступательное движение в проходном канале 9 блока теплообменных аппаратов. Теплообменные аппараты снизу крепятся к выступу 12 цилиндра 1, сверху пластиной с отверстиями 10 для прохода рабочего газа. Холодильник 3 и теплообменник нагрузки 6 выполнены в виде трубчатых теплообменников и имеют патрубки для входа 13 и выхода 14 рабочих сред. Поршень-вытеснитель приводится в движение через шток 15, проходящий через рабочий поршень 2 и теплообменные аппараты. Холодильная машина имеет полость сжатия 16, ограниченную верхней поверхностью рабочего поршня 2 и нижней частью холодильника 3, и полость расширения 17, ограниченную верхней частью теплообменника нагрузки 6 и нижней торцевой частью поршня-вытеснителя 7.

Холодильная машина работает следующим образом.

Поршень-вытеснитель 7 находится в нижней мертвой точке (НМТ), направляющие 8 перекрывают отверстия 4 и выходят за нижний край холодильника 3. Рабочий поршень, двигаясь вверх, сжимает рабочий газ, газ сжимается в полости 16, пока начавшие движение вверх направляющие 8 не откроют отверстия 4. При открытии отверстий 4 начинается перемещение сжатого рабочего газа из полости сжатия 16 в полсть расширения 17, газ проходит через отверстия 4, холодильник 3, регенератор 5, теплообменник нагрузки 6 и отверстия 10 пластины 11. При достижении рабочим поршнем 2 верхней мертвой точки (ВМТ) заканчивается перемещение рабочего газа, и при продолжении движения поршня-вытеснителя вверх начинается процесс расширения. При достижении поршнем-вытеснителем 7 ВМТ процесс расширения заканчивается. Оба поршня, двигаясь вниз, перемещают холодный расширенный рабочий газ из полости расширения 17 в полость сжатия 16 через отверстия 10, теплообменник нагрузки 6, регенератор 5, холодильник 3 и отверстия 4. При достижении направляющими 8 отверстий 4 происходит разделение полостей сжатия и расширения, обеспечивая прерывистое движение рабочего газа для следующего цикла.

Использование: в холодильной технике, в частности в газовых регенеративных машинах, работающих по циклу Стирлинга. Сущность: при работе направляющие 8 поршня-вытеснителя 7 периодически перекрывают отверстия 4, расположенные на боковых поверхностях проходных каналов 9 в области нижнего края холодильника 3, разобщая процессы сжатия и расширения. 1 ил.

Газовая регенеративная машина с прерывистым движением рабочего газа, включающая рабочий поршень, поршень-вытеснитель, регенератор, холодильник, теплообменник нагрузки, отличающаяся тем, что нижний торец поршня-вытеснителя выполнен с направляющими, совершающими возвратно-поступательное движение вдоль проходных каналов, проходящих через теплообменник нагрузки, пластины, установленной над ним, регенератор, холодильник, встроенных внутрь цилиндра, и имеющая отверстия для прохода рабочего газа в боковой поверхности каналов, в области нижнего края холодильника.