RU2259517C2 - Тепловой насос - Google Patents

Abstract

Тепловой насос, в котором рабочим телом является газ, использует для перекачки тепла циклы последовательного сжатия и расширения, как в тепловых насосах, работающих по обратному циклу Стирлинга. Боковые поверхности цилиндра состоят из чередующихся поверхностей, выполненных из разных материалов с низкой и высокой теплопроводностью. Цилиндр с торцов закрыт крышками с отверстиями для выхода фланцев, смещенными относительно центра, и снабжен внутренней конструкцией, состоящей из уголков, скрепленных по торцам фланцами, и попарно подпружиненных выдвижных радиальных лопаток, скользящих по внутренней образующей цилиндра и по направляющим, образованным скрепленными уголками. Лопатки разделяют общий внутренний объем цилиндра на несколько изолированных объемов, которые при вращении внутренней конструкции относительно цилиндра за счет смещения оси конструкции относительно центральной оси цилиндра сжимаются возле теплопроводной стенки-охладителя и расширяются у противоположной теплопроводной стенки-нагревателя. Рабочим телом может быть атмосферный воздух. Использование изобретения позволит повысить эффективность термодинамического цикла. 2 ил.

Description

Область техники, к которой относится изобретение

Область применения изобретения: приборы для получения тепла или холода - холодильные установки, установки для обогрева и охлаждения помещений и т.п.

Уровень техники.

Ближайшим аналогом изобретения является тепловой насос, рабочим телом в котором является газ, использующий для перекачки тепла циклы последовательного сжатия и расширения рабочего тела, как в тепловых насосах, работающих по обратному циклу Стирлинга, и включающий цилиндр, рабочий поршень, вытеснитель с направляющими, встроенные внутрь цилиндра холодильник с отверстиями в нижней части боковой поверхности, ренегератор и теплообменник нагрузки (Патент России RU 2148220 F 25 В 30/02, 2000).

Сущность изобретения

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в повышении эффективности термодинамического цикла за счет замены поршня, осуществляющего циклы последовательного сжатия и расширения рабочего тела, на внутреннюю конструкцию, при вращении относительно цилиндра обеспечивающую циклическое сжатие и расширение изолированных объемов за счет изменения длин сторон, ограничивающих внутренние объемы, выдвижными лопатками и смещения оси вращения конструкции относительно центральной оси цилиндра. При этом наиболее полно компенсируется затрачиваемая энергия на сжатие газа и освобождаемая энергия при расширении сжатого газа, действующая на разность площадей лопаток. В описываемом изобретении газ заключен в цилиндр, закрытый с торцов крышками. Внутри цилиндра объем разбит на несколько изолированных объемов конструкцией, состоящей из уголков, жестко скрепленными по торцам фланцами и выходящими из них радиальными попарно подпружиненными выдвижными лопатками, скользящими по внутренней образующей цилиндра. Ось внутренней конструкции смещена относительно центральной оси цилиндра и при вращении относительно цилиндра изолированные объемы, ограниченные лопатками и стенками цилиндра, будут минимальными у стенки цилиндра (охладитель), наиболее близко расположенной к оси конструкции и максимальными у противоположной стенке цилиндра (нагреватель), наиболее удаленной от оси конструкции. У стенки охладителя газ сжимается, вследствие сжатия температура газа повышается и теплота передается через стенку цилиндра внешней среде. У стенки нагревателя газ расширяется, температура его уменьшается и теплота забирается через стенку цилиндра у внешней среды. Таким образом происходит перекачка теплоты от одной стороны цилиндра (нагреватель) к другой (охладитель).

На фиг.1 изображен общий вид устройства в разрезе. На фиг.2 представлен поперечный разрез в плоскости, перпендикулярной осевой линии устройства.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Конструкция теплового насоса включает цилиндр, состоящей из стенки-охладителя 1, стенки-нагревателя 2, выполненных из материала с высоким коэффициентом теплопроводности и стенок 3 из материала с низким коэффициентом теплопроводности. Внутри цилиндра располагается конструкция из уголков 4, по торцам скрепленных шпильками с фланцем 8. Между закрепленными уголками располагаются выдвижные лопатки 5, попарно подпружиненные несколькими пружинами 7 в разных горизонтальных плоскостях.

С торцов цилиндр закрывается круглыми крышками 9 с отвестием для фланца 8, смещенным относительно центра крышки. К верхнему фланцу 8 крепится шкив 6, через который передается вращательное движение от внешнего двигателя. Жесткость пружин 7 рассчитывается на максимальное давление воздуха у стенки-охладителя 1, действующей на площадь торца выдвижной лопатки при условии, что масса воздуха распределена поровну между объемами внутри цилиндра. В исходном состоянии до начала вращения давление во всех объемах одинаково, и поскольку объемы разные, то и массы газа в объемах разные. При начале вращения конструкции внутри цилиндра в объемах, где масса газа больше, при максимальном сжатии у стенки 1 давление в них будет превышать расчетное, на которое рассчитаны пружины. Поэтому пружины сожмутся и излишки газа перетекут в соседние объемы. Через несколько оборотов массы газа во всех объемах должны выравняться. В рабочем режиме при вращении внутренней конструкции относительно неподвижного цилиндра каждый объем газа претерпевает циклы расширения и сжатия, близкие к адиабатическим, когда объемы ограничены выдвижными лопатками и нетеплопроводной стенкой цилиндра 3. У стенки-охладителе 1 разогретый за счет сжатия газ отдает тепло внешней среде, а у стенки-нагревателе 2 охлажденный за счет расширения газ забирает тепло у внешней среды.

Claims (1)

1. Тепловой насос, в котором рабочим телом является газ, использующий для перекачки тепла циклы последовательного сжатия и расширения, как в тепловых насосах, работающих по обратному циклу Стирлинга, включающий цилиндр, отличающийся тем, что боковые поверхности цилиндра состоят из чередующихся поверхностей, выполненных из разных материалов с низкой и высокой теплопроводностью, с торцов закрытый крышками с отверстиями для выхода фланцев, смещенными относительно центра, с внутренней конструкцией, состоящей из уголков, скрепленных по торцам фланцами, и попарно подпружиненных выдвижных радиальных лопаток, скользящих по внутренней образующей цилиндра и по направляющим, образованным скрепленными уголками, и таким образом разделяющих общий внутренний объем цилиндра на несколько изолированных объемов, которые при вращении внутренней конструкции относительно цилиндра за счет смещения оси конструкции относительно центральной оси цилиндра сжимаются возле теплопроводной стенки-охладителя и расширяются у противоположной теплопроводной стенки-нагревателя, причем рабочим телом может быть атмосферный воздух.

Images