Теплообменник тепловой машинызАМКНуТОгО гАзОВОгО циКлА Советский патент 1981 года по МПК F28D15/02 F04B31/00 F25B9/00 F25B9/14 F02C1/04 

1

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 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 - интенсификация теплообмена.

Поставленная цель достигается тем, что в кольцах цилиндрах выполнены тангенциальные прорези. Прорези спрофилированы в продольном направле10нии и имеют образующие в виде синусоидальных кривых. Тепловые трубы выполнены в виде цилиндрических отверстий в теле колец головки цилиндра, в которые вставлены фитили.

15

На фиг. 1 изображен теплообменник тепловой машины замкнутого газового цикла, поперечный разрез; на фиг. 2 концентрические кольца, размещенные на головке цилиндра тейловой машины, поперечный разрез; на фиг. 3 - аксо20нометрическая проекция одного из вариантов продольного профиля тангенциальной прорези концентрического кольца.

25

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

и входящие в зазоры 5 меясду кольцами 1 головки цилиндра, в которых выполнены тангенциальные прорези 6, коуорые 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 прбстранст в соответствии с законом движения поршня, рабочее тело, проходя через тангенциальные прорези 6,.движется вдоль поверхностей концентрических колец 1 от центрального отверстия 7 к корпусу 8, приобретая при этом вращательное движение, которое интенсифицирует теплообмен на поверхностя 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 пространст 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 6 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 113ометрическими процессами внешнего подвода и отвода теплоты.

За счет уменьшения падения температуры на концентрических кольцах с тепловыми трубами и увеличения коэффициента теплопередачи обеспечивается большая изометричность процессов в тепловой машине, что повышает ее эффективный КПД.

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

Формула изобретения

5 1 Теплообменник тепловой машины замкнутого газового цикла, содержащий кольца, установленные на головке цилиндра тепловой машины по конт центрическим окружностям и снабженные тепловыми трубами, и концентрические кольца, установленные на поршне и входящие в зазоры между кольцами головки цилиндра, отличающийся тем, что, с целью интенсификации теплообмена, в кольцах цилиндра выполнены тангенциальные прорези.

2.Теплообменник по п. 1, о тличающ 1йся. тем, что прорези спрофилированы в продольном

0 направлении и имеют, образующие в виде синусоидальных кривых.

3.Теплообменник -по п. 1, отлич а ю щ и и с я тем, что тепловые трубы выполнены в виде цилиндрических отверстий в теле колец головки цилиндра, в которые вставлены фитили.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе I.M.Benson, Thermul oscillators, I2th Intersociety Enyrgy Conversion Engineering Conference, Washington, 1977, p. 1481.