Теплоаккумулирующий элемент теплообменника Советский патент 1988 года по МПК F28D19/00 

(Л

L)

СО Х СЛ

эо

14)

Изобретение м.б. использовано в теплообменниках с жидким теплоносителем. Цель изобретения - продление ресурса работы теплообменника. Для этого стержни 3 выполнены из сверхупругого материала, установлены между стержнями 4 из сплава с термомеханической памятью и закреплены идентично последним с образованием вместе с ними однополостного гиперболоида вращения. Стержни 3 ускоряют 100%-ный возврат формы и размеров стержней 4, так как обладают эффектом сверхупругости, и интенсифицируют перемешивание теплоносителя теплообменника. 3 ил.

Ф.

1

Изобретение относится к энергетике, может быть использовано в тепло (тбменникэх с жидким теплоносителем и является усовери1енствованием изобретения по авт. св. № 1285305.

Целью изобретения является продление ресурса работы теплообменника

На фиг. 1 приведен теплоаккумули руюиий элемент теплообменника при отрицательной плавучести, продольны разрез; на фиг . 2 - то же, при положительной плавучести; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2.

Теплоаккумулирующий элемент теплообменника содержит полый корпус в виде эластичной оболочки 1 из сплва с термомеханической памятью, частично заполненной теплообменным веществом 2 и охваченной внутри системой стрржней 3 и 4, образуюп№ х одно полостный гиперболоид вращения и закрепленных противоположными концами в кольцах 5 и 6, снабженнь х лопастями 7. Стержни 3 выполнены из сверхупругого материала и установлены меду стержнями 4, выполненными из сплва с термомеханической памятью.

В качестве сплава с термомехани- ческой памятью для изготовления стержней 4 может использоваться ни- келид титана (54% никеля, остальное титан), обладающий при температуре от и ниже до +60°С и вьппе обра

тимым эффектом запоминания формы при термоциклировании. При изготовлении стержни 4 должны быть подвергнуты из- пестной в металловедении термомехани- ческоГ обработке для заложения термомеханической памяти: формы однопо- лестного гиперболоида, для чего кольца 3 и 6 поворачиваются одно относительно другого, Теплоаккумулирующий элемент в течение 1 ч

отжигают при 500 С, затем охлаждают до 20 С, пластически деформируют при ней до получения цилиндрической формы элемента (степень объемной деформации для каждого стержня 4 составляет 10-20% за счет сжатия стержней 4; а кроме того стержни 4 поворачиваются относительно колец 3 и 6), тренируют термоциклиро- BantieM под внешней нагрузкой (сопро- тивлпнню изменению формы) при числе циклон не более 100 в интервале темпе рл гур мартенситного превращения в .материале стержней 4, например, от + 25 до -(. В результате такой обработки теплоакк мулирующий элемент

0

5

при 25 С имеет цилиндрическую форму (фиг. 2), при - форму однополо- стного гиперболоида вращения (фиг.1). В качестве сплава с эффектом сверх- упругости для изготовления стержней 3 может использоваться никелид титана (56% никеля, 0,1% германия, остальное - титан), интервал температур мартенситного превращения которого не превышает температуру мартенситного превращения сплава стержней 3, например 10 С. При изготовлении стержней 3 их подвергают специальной термомеханической обработке для заложения эффекта сверхупругости: стержни 3 в течение 1 ч отжигают при 500 С и затем охлаждают до 20 С без последующей пластической деформации. В результате этого стержни 3 способны обратимо изгибаться при механическом воздействии напряжений от стержней 4 (при изменении их формы) со 100%-ным упругим возвратом формы и напряжения- 5 ми при этом до 60 кгс/мм .

Теплоаккумулирующий элемент теплообменника работает следующим образом.

0

0

5

д

5

0

5

Элемент погружают в жидкий теплоноситель (не показан) теплообменника, в результате контакта с которым стержни 4 приобре тают температуру верхних слоев теплоносителя, например 80 С, и начинают деформироваться, при этом кольца 5 и 6 резко поворачиваются одно относительно другого, лопасти 7 перемещивают теплоноситель, а элемент приобретает отрицательную плавучесть и начинает погружаться в нижние слои теплоносителя. Нагрев стержней 4 до 80 С обуславливает развитие в их материале напряжений до 60 кгс/мм в момент изменения формы элемента. Нагрев стержней 3 до 80 С обеспечивает понижение предела текучести их материала до 20 кгс/мм, поэтому стержни 3 не препятствуют повороту стержней 4 и одновременному 10-20%-ному сжатию.

По мере погружения происходит теплообмен между теплоемким веществом 2 и жидким теплоносителем теплообменника, в результате чего снижается температура вещества 2. При охлаждении стержней 3 и 4 до 20 С упругие напряжения (до 60 кгс/мм ) сверхупругого сплава стержней 3 значительно превышают потшжающийся при прямом

313

мартенситном превращении до 20 кгс/мм предел текучести в сплаве стержней , что обусловлено различием в температурах мартенситного превращения, и стержни 3 ускоряют 100%-ный возврат формы и размеров стержней 4. Это значительно усиливает вращательный импульс в момент изменения формы элемента с гипёрболоидной на цилиндрическую и сохраняет его величину при более 107 циклах изменения формы, При изменении формы теплоаккумулиру- ющий элемент приобретает положительную плавучесть, а лопасти 7 перемешивают теплоноситель и одновременно от импульса элемент смещается от траектории погружения. Затем элемент всплывает по новой траектории и далее процесс изменения плавучести повторя- ется.

Предлагаемое устройство позволяет повысить ресурс работы теплоаккумули

рующего элемента теплообменника за счет обеспечения 100%-нсго возврата формы элемента при помощи стержней 3, обладающих эффектом сверхупругости. Кроме того, интенсифицируется перемешивание теплоносителя теплообменника.

10

2Q

Формула изобретения

Теплоаккумулирующий элемент теплообменника по авт. св. № 1285305, отличающийся тем, что, с целью увеличения ресурса, он содержит дополнительные стержни, выполненные из сверхупругого материала, установленные между стержнями из сплава с термомеханической памятью и закрепленные идентично последним с образованием вместе с ними однополостного гиперболоида вращения.

67

фиг..1

Фи.З