RU2230225C1 - Тепловой компрессор - Google Patents
Тепловой компрессор Download PDFInfo
- Publication number
- RU2230225C1 RU2230225C1 RU2003102283/06A RU2003102283A RU2230225C1 RU 2230225 C1 RU2230225 C1 RU 2230225C1 RU 2003102283/06 A RU2003102283/06 A RU 2003102283/06A RU 2003102283 A RU2003102283 A RU 2003102283A RU 2230225 C1 RU2230225 C1 RU 2230225C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cylinder
- displacer
- heat exchanger
- heat
- ejector pump
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Compressor (AREA)
Abstract
Компрессор предназначен для использования в различных областях техники для сжатия и перекачки газа. Содержит цилиндр и подвижный вытеснитель с каналами и регенератором, который расположен между горячей полостью и теплообменником на внешней стороне вытеснителя в зазоре. Теплообменник хладагента и теплоизолированный теплообменник теплоносителя расположены на торцах цилиндра. Впускной и выпускной клапаны расположены на внешней магистрали, подсоединенной через теплообменник хладагента к холодной полости цилиндра в его торце. Электропривод смещен в сторону холодной полости. Статор электропривода расположен на внешней стороне цилиндра, а ротор - на корпусе вытеснителя. Ребристый теплообменник расположен на внешней стороне цилиндра между статором и теплообменником теплоносителя. Вытеснитель закрыт торцевыми профильными заглушками. В кольцеобразных торцевых осевых выточках заглушек установлены пружины сжатия прямоугольного сечения. Пружинами вытеснитель подпружинен от торцевых внутренних стенок цилиндра. Внутренние приторцевые участки и приторцевые внешние участки вытеснителя содержат резьбу (оребрения) с образованием зазоров. Каналы находятся между регенератором и холодной полостью и проходят по внешней стороне вытеснителя. В районе ротора проходят каналы под ним и вытеснителем. Повышается эффективность работы тепловых компрессоров. 4 ил.
Description
Изобретение относится к компрессоростроению, а именно к теплоиспользующим компрессорам, и может быть использовано в самых различных областях техники для компримирования (сжатия) и нагнетания газов.
Известен компрессор [1] - /Авторское свидетельство СССР №1605110, кл. F 25 В 9/00, 1990 г./, содержащий установленный в полости цилиндра с возможностью осевого перемещения вытеснитель с расположенным в нем регенератором и наклонными каналами и разделяющий полость цилиндра на теплую и холодную полости теплообменники теплоносителя и хладагента, расположенные на торцах цилиндра, электропривод, статор которого расположен на внешней стороне цилиндрического корпуса, а ротор - на корпусе вытеснителя, а также впускные и выпускные клапаны.
Недостатками известного аналога являются:
- недостаточная поверхность теплообмена торцевых и боковых стенок цилиндрического корпуса для передачи необходимого количества тепла, что приводит к увеличению температурного перепада между соответственно теплоносителем и рабочим телом в горячей полости, и хладагентом (средой для отвода тепла) и рабочим телом в холодной полости, а это, в свою очередь, ведет к большей необратимости процессов теплообмена и снижению КПД;
- наличие большого мертвого объема из-за необходимости недопущения ударов вытеснителя об торцевые стенки цилиндрического корпуса, которые могут привести к поломке компрессора;
- большая масса вытеснителя со встроенными регенератором и ротором электрического двигателя приведет к большим инерционным силам (на средних и больших частотах), для компенсации которых придется значительно увеличить мощность и, следовательно, массу линейного двигателя, что приведет к сравнительно большим затратам электрической энергии для привода вытеснителя, а это совсем нежелательно для любых устройств;
- низкая надежность и ресурс теплового компрессора из-за размещения клапанов в его рабочей полости, особенно в теплой зоне;
- холодный газ, поступающий в теплую зону, необходимо предварительно охлаждать, а это дополнительные затраты энергии;
- для нормальной работы регенератора требуется обеспечение поддержания заданных значений температур на его торцах, а это условие в результате разных путей движения газа (по зазору и по центральному каналу, и организации входа и выхода компримируемого газа с разных торцов цилиндра) обеспечивается плохо, что снижает эффективность регенератора и теплового компрессора в целом.
Прототипом предлагаемого устройства является тепловой компрессор [2] - /Патент России №2183767, кл. F 04 В 19/24, F 25 В 9/00, опубл. 20.06.2002 г., Бюл. №17/, содержащий установленный в полости цилиндра с возможностью осевого перемещения вытеснитель с каналами и регенератором, разделяющим полость цилиндра на холодную и горячую полости, теплоизолированный теплообменник теплоносителя и теплообменник хладагента, расположенные на торцах цилиндра, впускной и выпускной клапаны, расположенные на внешней магистрали, подсоединенной через теплообменник хладагента к холодной полости цилиндра в его торце, электропривод, смещенный в сторону холодной полости, статор которого расположенный на внешней стороне цилиндра, а ротор на корпусе вытеснителя, ребристый теплообменник, расположенный на внешней стороне цилиндра между статором и теплообменником теплоносителя, вытеснитель закрыт торцевыми профильными заглушками, в кольцеобразных торцевых осевых виточках которых установлены пружины сжатия прямоугольного сечения, которыми вытеснитель подпружинен от торцевых внутренних стенок цилиндра, внутренние приторцевые участки которого и приторцевые внешние участки вытеснителя содержат резьбу (оребрения) с образованием зазоров (резьба в зазорах выполнена для повышения коэффициента теплопередачи).
Недостатками прототипа являются:
- невозможность эффективного охлаждения линейного ротора вытеснителя (электромагнитного привода), что может привести к его перегреву и выходу из строя;
- ввиду изменения направления движения газа по наклонным каналам (в разные стороны) в регенератор и из него, периодическое перемещение вытеснителя вызывает повышенное гидравлическое сопротивление, что повышает энергозатраты на перемещение;
- зазор между внутренней стенкой цилиндра и внешней стенкой вытеснителя, по которому движется газ, является своеобразным регенератором, но эффективность такого регенератора невелика, то есть имеет низкий КПД.
Указанные недостатки ставят задачу повышения эффективности теплоиспользующего компрессора, а именно:
- снижения гидравлического сопротивления вытеснителя с каналами и регенератором;
- повышения эффективности регенерации тепла в зазоре движения газа;
- обеспечения эффективного охлаждения линейного ротора электромагнитного привода.
Указанная задача достигается тем, что в тепловом компрессоре, содержащем установленный в полости цилиндра с возможностью осевого перемещения вытеснитель с каналами и регенератором, разделяющим полость цилиндра на холодную и горячую полости, теплоизолированный теплообменник теплоносителя и теплообменник хладагента, расположенные на торцах цилиндра, впускной и выпускной клапаны, расположенные на внешней магистрали, подсоединенной через теплообменник хладагента к холодной полости цилиндра в его торце, электропривод, смещенный в сторону холодной полости, статор которого расположен на внешней стороне цилиндра, а ротор - на корпусе вытеснителя, ребристый теплообменник, расположенный на внешней стороне цилиндра между статором и теплообменником: теплоносителя, вытеснитель закрыт торцевыми профильными заглушками, в кольцеобразных торцевых осевых виточках которых установлены пружины сжатия прямоугольного сечения, которыми вытеснитель подпружинен от торцевых внутренних стенок цилиндра, внутренние приторцевые участки которого и приторцевые внешние участки вытеснителя содержат резьбу (оребрения), с образованием зазоров, регенератор теплового компрессора расположен на внешней стороне и в углублении трубчатого вытеснителя в зазоре между внутренней стенкой цилиндра и внешней вытеснителя, и находится между теплой полостью и внешним наружным ребристым теплообменником, между регенератором и холодной полостью по внешней стороне вытеснителя выполнены продольные газовые открытые каналы, которые проходят в районе ротора электропривода между ним и вытеснителем.
Расположение регенератора теплового компрессора на внешней стороне (и в углублении вытеснителя) в зазоре между внутренней стенкой цилиндра и внешней вытеснителя, в месте между теплой полостью и внешним наружным ребристым теплообменником, необходимо для снижения гидравлического сопротивления при движении вытеснителя в потоке газа и тем самым для снижения мощности линейного электродвигателя на перемещение вытеснителя. Кроме того, такое расположение регенератора позволяет упростить изготовление как вытеснителя, так и самого регенератора.
Выполнение между регенератором и холодной полостью по внешней стороне вытеснителя продольных газовых открытых каналов необходимо для снижения гидравлического сопротивления и облегчения технического обслуживания каналов при профилактике и техническом обслуживании теплового компрессора.
Выполнение продольных газовых открытых каналов вытеснителя в районе ротора электропривода, проходящие между внутренней поверхностью ротора электропривода и внешней поверхностью вытеснителя, необходимо для обеспечения эффективного охлаждения ротора линейного электродвигателя, что повышает надежность литейного электропривода и теплового компрессора в целом.
Выполнение теплового компрессора в совокупности с вышеизложенными признаками (отличительными признаками формулы изобретения) является новым для тепловых компрессоров и, следовательно, соответствует критерию “новизна”.
Вышеприведенная совокупность отличительных признаков не известна на данном уровне развития техники и не следует из общеизвестных правил конструирования тепловых компрессоров и их вспомогательного оборудования, что доказывает соответствие критерию “изобретательский уровень”.
Конструктивная реализация теплового компрессора с указанной совокупностью существенных признаков не представляет никаких конструктивно-технических и технологических трудностей, откуда следует соответствие критерию “промышленная применимость”.
На фиг.1 схематично представлен разрез конструкции предложенного теплового компрессора.
На фиг.2, 3 и 4 представлены соответственно разрезы конструкций предложенного теплового компрессора по А-А, Б-Б и В-В.
Тепловой компрессор содержит цилиндр 1, вытеснитель 2 с регенератором 3 и открытыми каналами (для рабочего тела, которым служит перекачиваемый газ) на поверхности вытеснителя 4 и каналами охлаждения 5. Каналы 4 и 5 проходят со стороны холодной полости 6 в сторону горячей полости 7 к регенератору 3. Вытеснитель 2 с внешней своей стороны имеет установленный в него ротор 8 электропривода, статор 9 которого расположен на внешней поверхности цилиндра 1. Цилиндр 1 снабжен соответственно со стороны холодной полости 6 теплообменником хладагента 10, а со стороны горячей полости 7 теплообменником теплоносителя 11, который, как и часть цилиндра 1, теплоизолирован от окружающей среды слоем теплоизоляции 12. Через теплообменник хладагента 10 в холодную полость подходит газовая магистраль 13 с установленными на ней впускным 14 и выпускным 15 клапанами для перекачиваемого газа. Вытеснитель 2 со стороны холодной 6 и горячей 7 полостей цилиндра 1 имеет соответственно торцевые профильные заглушки 16 и 17. В заглушках 16 и 17 выполнены кольцеобразные торцевые осевые виточки 18 и 19 с установленными в них соответственно пружинами сжатия 20 и 21 прямоугольного сечения, которыми вытеснитель 2 подпружинен от торцевых внутренних стенок цилиндра 1. Причем пружина 21, находящаяся в горячей полости, должна быть выполнена из жаропрочной стали, а жесткости пружин 20 и 21 должны быть одинаковыми. На внешних приторцевых участках вытеснителя 2, выполненных меньшим радиусом, чем его средняя часть, находятся резьбовые участки 22 и 23, а на внутренней поверхности приторцевых участков цилиндра 1 - резьбовые участки 24 и 25 с образованием кольцевых зазоров 26 и 27, расположенных соответственно в холодной 6 и горячей 7 полостях цилиндра 1. На внешней стороне цилиндра 1 между теплоизоляцией 12 теплообменника-теплоносителя 11 и статором 9 электропривода расположен ребристый радиатор 28.
Работает предложенный тепловой компрессор следующим образом.
В установившемся режиме вытеснитель 2 движется возвратно-поступательно по цилиндру 1 и под действием усилий пружин 20 и 21, установленных в выточках 18 и 19, совершает автоколебательное движение, поддерживаемое электроприводом, состоящим из ротора 8 и статора 9. При этом мощность линейного электродвигателя расходуется только на поддержание автоколебательного возвратно-поступательного движения вытеснителя, то есть на преодоление сил трения и гидравлического сопротивления. При движении вытеснителя 2 в сторону горячей полости 7 горячий газ проходит по зазору 27, регенератор 3, сообщая ему недостающее тепло недорекуперации, охлаждается и, проходя через каналы 4, поступает в каналы 5, охлаждая ротор 8, далее по каналам 4 и зазор 26, дополнительно подохлаждаясь, попадает в холодную полость 6. По мере охлаждения газа давление во всем объеме корпуса 1 падает и становится меньше, чем на входе в компрессор, в результате чего открывается впускной клапан 14, и в компрессор поступает очередная порция газа на сжатие. При движении вытеснителя 2 в сторону холодной полости 6 холодный газ проходит по зазору 26, каналы 4, каналы 5 (при этом охлаждая ротор линейного электродвигателя 8) и далее через каналы 4 в регенератор 3, нагревается в нем и, проходя через зазор 27 и дополнительно подогреваясь, попадает в горячую полость 7. По мере нагрева газа давление во всем объеме корпуса 1 растет и становится больше, чем на входе в компрессор, в результате чего открывается выпускной клапан 15 и из теплового компрессора поступает очередная (холодная) порция сжатого газа потребителю. После начала движения вытеснителя 2 в сторону холодной полости 6 весь цикл повторяется. Ребристый теплообменник 28 предотвращает чрезмерный нагрев статора 9 теплом рабочего тела (перекачиваемого газа) и теплом, поступающим теплопроводностью от теплообменника по стенке корпуса 1.
Расположение регенератора теплового компрессора на внешней стороне (в углублении трубчатого вытеснителя), в зазоре между внутренней стенкой цилиндра и внешней стенкой вытеснителя, в месте между теплой полостью и внешним наружным ребристым теплообменником позволит снизить гидравлическое сопротивление при движении вытеснителя в потоке газа и тем самым снизить мощность линейного электродвигателя на перемещение вытеснителя. Кроме того, такое расположение регенерагора позволяет упростить изготовление как вытеснителя, так и самого регенератора. Расположение на внешней стороне вытеснителя каналов снижает гидравлическое сопротивление и облегчает их техническое обслуживание. Интенсивный теплообмен в кольцевых зазорах с резьбовой частью, а также в открытых каналах позволит понизить температурный напор между теплообменниками и соответствующими paбочими полостями, а также позволит регенератору работать в более легком режиме, что приведет к более обратимым процессам теплообмена и, следовательно, к более высокому КПД теплового компрессора. Расположение газовых каналов под ротором вытеснителя позволяет обеспечить эффективное охлаждение последнего, что повышает надежность литейного электропривода и теплового компрессора в целом.
Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР №1605110, кл. F 25 В 9/00, 1990 г.
2. Патент России №2183767, кл. F 04 В 19/24, F 25 В 9/00, опубл. 20.06.2002 г., Бюл. №17.
Claims (1)
- Тепловой компрессор, содержащий установленный в полости цилиндра с возможностью осевого перемещения вытеснитель с каналами и регенератором, разделяющий полость цилиндра на холодную и горячую полости, теплоизолированный теплообменник теплоносителя и теплообменник хладагента, расположенные на торцах цилиндра, впускной и выпускной клапаны, расположенные на внешней магистрали, подсоединенной через теплообменник хладагента к холодной полости цилиндра в его торце, электропривод, смещенный в сторону холодной полости, статор которого расположен на внешней стороне цилиндра, а ротор - на корпусе вытеснителя, ребристый теплообменник, расположенный на внешней стороне цилиндра между статором и теплообменником теплоносителя, вытеснитель закрыт торцевыми профильными заглушками, в кольцеобразных торцевых осевых выточках которых установлены пружины сжатия прямоугольного сечения, которыми вытеснитель подпружинен от торцевых внутренних стенок цилиндра, внутренние приторцевые участки которого и приторцевые внешние участки вытеснителя содержат резьбу (оребрения) с образованием зазоров, отличающийся тем, что регенератор теплового компрессора расположен на внешней стороне в углублении вытеснителя и в зазоре между внутренней стенкой цилиндра и внешней стенкой вытеснителя и находится между горячей полостью и внешним наружным ребристым теплообменником, между регенератором и холодной полостью по внешней стороне вытеснителя выполнены продольные газовые открытые каналы, которые проходят в районе ротора электропривода между ним и вытеснителем.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003102283/06A RU2230225C1 (ru) | 2003-01-27 | 2003-01-27 | Тепловой компрессор |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003102283/06A RU2230225C1 (ru) | 2003-01-27 | 2003-01-27 | Тепловой компрессор |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2230225C1 true RU2230225C1 (ru) | 2004-06-10 |
RU2003102283A RU2003102283A (ru) | 2004-09-20 |
Family
ID=32846717
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2003102283/06A RU2230225C1 (ru) | 2003-01-27 | 2003-01-27 | Тепловой компрессор |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2230225C1 (ru) |
-
2003
- 2003-01-27 RU RU2003102283/06A patent/RU2230225C1/ru not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR19990072470A (ko) | 핀구조를지닌열교환기를이용한스털링장치 | |
EP2503133B1 (en) | Heat exchanger and associated method employing a stirling engine | |
CN104595056B (zh) | 一种自由活塞式斯特林机冷端热交换器 | |
JP5106395B2 (ja) | 熱放散システムを備えた密閉型コンプレッサ | |
JP2007270789A (ja) | スターリングエンジン | |
US20130067906A1 (en) | Heat exchanging cylinder head | |
KR100348619B1 (ko) | 맥동관 냉동기의 에프터 쿨러 및 그 제조방법 | |
CN110374844B (zh) | 一种隔膜压缩机缸盖冷却结构 | |
US20100326391A1 (en) | Cylinder Rings | |
RU2230225C1 (ru) | Тепловой компрессор | |
RU2183767C1 (ru) | Тепловой компрессор | |
RU2230223C1 (ru) | Тепловой компрессор | |
RU2230224C1 (ru) | Тепловой компрессор | |
KR20060098356A (ko) | 스털링 사이클 머신용 충돌식 열교환기 | |
RU2298690C1 (ru) | Тепловой компрессор | |
CN107966062B (zh) | 一种用于声能自由活塞式机器的内置水冷换热器 | |
KR100849506B1 (ko) | 스크롤 방식 스털링 사이클 엔진 | |
RU2271469C1 (ru) | Тепловой компрессор | |
JP3685702B2 (ja) | 熱機関用シリンダブロック | |
RU2480623C1 (ru) | Теплоиспользующий компрессор | |
RU2788798C1 (ru) | Тепловой блок двигателя стирлинга | |
GB2426553A (en) | Stirling machine cooling circuit | |
GB2503516A (en) | A refrigeration compressor for a vehicles HVAC device with a water cooling jacket connected to the vehicles engine coolant circuit. | |
KR20050013262A (ko) | 재생기를 갖는 냉동기 | |
JPH0334611Y2 (ru) |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20050128 |