CN102162410A

CN102162410A - 一种逆流换热式回热器

Info

Publication number: CN102162410A
Application number: CN2011100062786A
Authority: CN
Inventors: 孔令斌
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-01-05
Filing date: 2011-01-05
Publication date: 2011-08-24

Abstract

本发明提供一种斯特林热机逆流换热式回热器，其结构包括一个换热芯、一个隔热层、一个承压壳、一个绝热层和两端各有的多个连接管。一个换热芯置于回热器中央，换热芯的所有换热壁的一边都交汇于对称中心，另一边和两端交于隔热层或承压壳，形成多个呈中心对称状、结构相同的换热通道，每个换热通道的两端各有一连接管，承压壳及连接管都外包绝热层。本发明的优点在于：合理利用了多个工作腔斯特林热机处于放热过程的工作腔内工质流动方向与处于吸热过程的工作腔内工质流动方向相反的特点，采用逆流换热方式，实现高效回收热量；一个逆流换热式回热器能取代多个蓄热式回热器。

Description

一种逆流换热式回热器

所属技术领域

本发明涉及一种回热器，具体为一种逆流换热式回热器。

背景技术

斯特林热机的主体结构确定后，回热器就成了影响整机性能的关键部件。斯特林热机由单个工作腔发展起来的，按传统思维，多个工作腔只是单个工作腔的简单组合。受这种传统设计理念的影响，现代的斯特林热机，无论是单个工作腔还是多个工作腔，蓄热式回热器仍然是唯一选择。

单个工作腔斯特林热机只能选用蓄热式回热器。但是，只要是两个以上的多个工作腔斯特林热机既可以选用蓄热式回热器，还可以选用逆流换热式回热器。然而，从菲利浦公司设计的4-235型四工作腔菱形传动斯特林发动机、4-65DA斜盘传动四工作腔斯特林发动机，到联合斯特林发动机公司研制的双曲轴传动四工作腔斯特林发动机，都是采用蓄热式回热器。2007年申请中国专利的多工作腔斯特林可逆热机，也沿用蓄热式回热器。

以上多个工作腔斯特林热机都是四个工作腔，就以四个工作腔斯特林热机的逆流换热式回热器为例作介绍。

多个工作腔斯特林热机各工作腔，在同一时间处于不同热力学过程，有正在放热的工作腔；也有正在吸热的工作腔，而且工质流向正好相反。逆流换热式回热器就是利用多工作腔斯特林热机的这一特点，使正在放热的工作腔所放出的热量，直接传到正在吸热的工作腔。达到热量的合理利用。而蓄热式回热器只是将本工作腔工质放出的热量储存在本工作腔回热器金属丝网，工质回流时又从金属丝网吸收。不和其他工作腔进行热交换。2009年出版的《斯特林发动机技术》(金东寒著)对蓄热式回热器的结构和制作工艺作了详细介绍；2007年10月，论文《Redlich-k wong气体斯特林热机的输出功和效率》(苏孙庆作)对蓄热式回热器的工作机理进行了探讨。

蓄热式回热器的工作模式，决定了其体积大、金属丝网制作难、工质流动阻力大。这些都要影响整机性能和制造成本。多个工作腔斯特林热机用一个逆流换热式回热器取代现有的多个蓄热式回热器，在整机性能提高的同时，成本降低数倍。蓄热式回热器的金属丝网烧结的工艺难度极大，从材料成本、加工工艺等方面综合对比，一个蓄热式回热器的成本要高于一个逆流换热式回热器的成本。

发明内容

本发明的目的是解决多个工作腔斯特林热机现有蓄热式回热器在本工作腔内蓄热，导致回热器体积大、制作难、成本高、工质流动阻力大等问题。提供一种结构简单、造价低廉、工质流动阻力小、及时将放热工作腔放出的热量直接传入吸热工作腔的回热器。

为了实现上述目的，本发明的方案是：其结构包括一个换热芯、一个隔热层或多个隔热块、一个承压壳、一个绝热层和两端各有的多个连接管。一个换热芯置于回热器中央，换热芯的所有换热壁的一边都交汇于对称中心，另一边和两端交于隔热层或承压壳，形成多个呈中心对称状、结构相同的换热通道，每个换热通道的两端各有一连接管，承压壳及连接管都外包绝热层，换热通道的个数和斯特林热机工作腔个数相等。

所述换热芯的所有换热壁交于隔热层，隔热层封闭完整；交于承压壳，隔热层被分隔成多个隔热块。

所述换热芯的换热壁上都有多层垂直于换热通道的横向换热片。

所述隔热层或隔热块的外壁紧贴承压壳，内壁与相邻的两个换热壁形成工质流动通道，内壁上有多层垂直于换热通道的横向隔片。

所述换热通道内，横向换热片与横向隔片错层、交错布置，横向换热片与横向隔片之间、横向换热片与隔热层或隔热块内壁之间、横向隔片与换热壁之间都有间隙，所形成的工质横向流动通道和纵向流动通道相间连通，构成整条工质流动通道。

所述绝热层完全包裹承压壳及连通回热器与加热器、回热器与散热器的连接管道。

换热芯的材质要求耐高温、耐高压、导热性好；隔热层或隔热块的材质要求耐高温、耐高压、绝热性好；承压壳的材质要求耐高温、耐高压、导热性差；绝热层的材质要求耐高温、绝热性好。

本发明的优点在于：一是合理利用了多个工作腔斯特林热机处于放热过程的工作腔内工质流动方向与处于吸热过程的工作腔内工质流动方向相反的特点，采用逆流换热方式，实现高效回收热量。二是一个逆流换热式回热器取代多个蓄热式回热器，保证斯特林热机运行更可靠，也降低了成本。三是尤其适用于热量流入端和热量流出端相距较远的斯特林可逆热机。

附图说明

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明：

图1是本发明结构示意图；

图2是本发明部件换热芯结构示意图；

图3是本发明部件隔热块结构示意图；

图4是本发明承压壳局部结构示意图。

图1是除去绝热层的四工作腔斯特林热机逆流换热式回热器，换热壁交于承压壳，由里到外是换热芯、隔热块、承压壳；换热芯的四个换热壁与承压壳相交于四条棱和两端，形成四条换热通道；隔热块的外壁紧贴承压壳内壁，隔热块的内壁与相邻两个换热壁构成换热通道。

图2是换热芯，图3是隔热块，图4是承压壳总体四分之一的局部图。

具体实施方式

将图1所示回热器一端的四个换热通道连接口与四个工作腔斯特林热机的四个加热器分别连通，另一端的四个换热通道连接口与斯特林热机的四个散热器分别连通，且同一工作腔的加热器和散热器连在同一换热通道的两端；四个工作腔斯特林热机位置相对的两个工作腔，一个处于等容放热过程，另一个就处于等容吸热过程；一个处于等温膨胀过程，另一个就处于等温压缩过程；处于等容放热过程和等容吸热过程这两个工作腔内的工质在逆流换热式回热器内流动方向相反，将两者连接到相邻换热通道，而将此时处于等温压缩过程的工作腔连接在处于等容放热过程工作腔相对位置的换热通道。这样连接后，在回热器内，处于等容吸热过程工作腔的换热通道在处于等温膨胀过程工作腔的换热通道的相对位置，都与处于等容放热过程工作腔的换热通道和处于等温压缩过程工作腔的换热通道相邻，四个工作腔内的工质实现逆流换热。

该逆流换热式回热器用于中国发明专利200710050949.2所述的四个工作腔斯特林热机，用一个四个换热通道的逆流换热式回热器，取代原有的四个蓄热式回热器，并按上述连接方式连接，就成了具有逆流换热式回热器的斯特林热机。

本发明的工作过程是：处于等容吸热过程工作腔内的工质由热量流出端气缸流入热量流入端气缸，吸热；处于等温膨胀过程工作腔内的工质在工作腔内膨胀，吸热；处于等容放热过程工作腔内的工质由热量流入端气缸流入热量流出端气缸，放热；处于等温压缩过程工作腔内的工质在工作腔内压缩，放热。所以，处于等容吸热过程工作腔内的工质，在与处于等容放热过程工作腔内的工质逆流换热的同时，还吸收处于等温压缩过程工作腔内的工质放出的热量；处于等温膨胀过程工作腔内的工质，也吸收处于等容放热过程工作腔内的工质和处于等温压缩过程工作腔内的工质放出的热量，基本上没有逆流换热，吸收的热量远远少于处于等容吸热过程工作腔内的工质吸收的热量。

该逆流换热式回热器有两种逆流换热方式：一是换热壁两侧纵向逆流换热；二是换热壁两侧同层横向换热片一侧吸热，另一侧放热。

Claims

1.一种逆流换热式回热器，包括一个换热芯、一个隔热层或多个隔热块、一个承压壳、一个绝热层和两端各有的多个连接管，其特征在于：一个换热芯置于回热器中央，换热芯的所有换热壁的一边都交汇于对称中心，另一边和两端交于隔热层或承压壳，形成多个呈中心对称状、结构相同的换热通道，承压壳及连接管都外包绝热层。

2.根据权利要求1所述的一种逆流换热式回热器，其特征在于：所述换热通道有两个以上，并和斯特林热机的工作腔个数相等。

3.根据权利要求1所述的一种逆流换热式回热器，其特征在于：所述换热壁上有多层垂直于换热通道的横向换热片。

4.根据权利要求1所述的一种逆流换热式回热器，其特征在于：所述换热芯的所有换热壁交于隔热层，隔热层封闭完整，交于承压壳，隔热层被分隔成多个隔热块。

5.根据权利要求1或权利要求4所述的一种逆流换热式回热器，其特征在于：所述隔热层或隔热块的外壁紧贴承压壳，内壁与相邻的两个换热壁形成工质流动通道，内壁上有多层垂直于换热通道的横向隔片。

6.根据权利要求1或权利要求3、权利要求5所述的一种逆流换热式回热器，其特征在于：所述换热通道内，横向换热片与横向隔片错层、交错布置，横向换热片与横向隔片之间、横向换热片与隔热层或隔热块内壁之间、横向隔片与换热壁之间都有间隙，所形成的工质横向流动通道和纵向流动通道相间连通，构成整条工质流动通道。