RU2529285C1 - Комбинированный регенеративный теплообменник - Google Patents
Комбинированный регенеративный теплообменник Download PDFInfo
- Publication number
- RU2529285C1 RU2529285C1 RU2013135924/06A RU2013135924A RU2529285C1 RU 2529285 C1 RU2529285 C1 RU 2529285C1 RU 2013135924/06 A RU2013135924/06 A RU 2013135924/06A RU 2013135924 A RU2013135924 A RU 2013135924A RU 2529285 C1 RU2529285 C1 RU 2529285C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat exchanger
- regenerative heat
- nozzle
- lead
- nanoballs
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Abstract
Изобретение относится к газовым микрокриогенным машинам, а именно к регенеративным теплообменникам. В комбинированном регенеративном теплообменнике, включающем теплоизоляционный корпус, насадку, находящуюся внутри корпуса, насадка состоит из двух частей: со стороны "теплого" конца регенеративного теплообменника насадка выполнена из плетеной металлической сетки, со стороны "холодного" конца регенеративного теплообменника заполнена свинцовыми наношариками, между частями насадки установлена защитная сетка, предотвращающая проникновение свинцовых наношариков в область плетеной металлической сетки. Технический результат - повышение эффективности газовой микрокриогенной машины в целом. 1 ил.
Description
Изобретение относится к газовым микрокриогенным машинам, а именно к регенеративному теплообменнику газовой криогенной машины, работающей по циклу Стирлинга.
Известно применение регенератора для холодильной машины, работающей по циклу Стирлинга, содержащей наружную и внутреннюю втулки, насадку из частиц редкоземельного металла, помещенных в вакуум или защитную среду, и решетки, в отверстия которых крепятся трубки для прохода рабочего газа [патент RU №2079066, МПК F25B 9/00, опубл. 10.05.1997].
Недостатком существующего регенератора является сложность конструкции и необходимость поддержания вакуума или защитной среды в условиях постоянного использования.
Наиболее близким является устройство концентрического регенератора для двигателей Стирлинга, состоящего из теплоизоляционного корпуса и насадки, выполненной в виде плетеных металлических сеток [В.Н. Даниличев, С.И. Ефимов, В.А. Звонов, М.Г. Круглов, А.Г. Шувалов. Двигатели Стирлинга. М., Машиностроение, 1977, с.111].
Недостатком этого устройства является несовершенство термодинамического цикла и высокие потери из-за недорекуперации.
Цель изобретения заключается в создании регенеративного теплообменника с повышенной эффективностью термодинамического цикла в газовых микрокриогенных машинах.
Цель достигается тем, что регенеративный теплообменник, включающий в себя теплоизоляционный корпус, насадку из плетеной металической сетки со стороны "теплого" конца регенеративного теплообменника, имеет в области холодного конца регенеративного теплообменника насадку, заполненную свинцовыми наношариками.
Между частями насадки установлена защитная сетка, предотвращающая проникновение свинцовых наношариков в область плетеной металлической сетки.
В заявленном изобретении используют комбинированный способ заполнения полости регенератора: часть регенеративного теплообменника со стороны "теплого" конца заполняют плетеной металлической сеткой, а со стороны "холодного" конца заполняют свинцовыми наношариками. При таком заполнении регенеративного теплообменника коэффициент теплопередачи насадки больше, чем у прототипа, потери за счет недорекуперации меньше, чем у прототипа, а гидравлические потери меньше, чем у аналога.
Технический результат достигается тем, что часть плетеной металлической сетки заменена свинцовыми наношариками, с более высоким коэффициентом теплопередачи,
где Nuш - число Нуссельта (безразмерная теплоотдача) для свинцовых шариков;
λш - теплопроводность свинцовых шариков, Вт/(м·K); dш - диметр шариков, м.
При повышении коэффициента теплопередачи уменьшается разность температур между насадкой и рабочим газом,
где GНе - расход рабочего газа за один цикл, кг/с; cp - теплоемкость рабочего газа Вт·с/(кг·K); Tmax - максимальная температура в цикле, K; Tmin - минимальная температура в цикле, K; F - площадь поперечного сечения регенератора, м2; k - коэффициент теплопередачи комбинированного регенеративного теплообменника, Вт/(м2·K).
При увеличении разности температур между насадкой и рабочим тазом увеличиваются потери за счет недорекуперации,
Qnom=GHe·cр·ΔT
Однако при этом повышается гидравлическое сопротивление, из-за использования свинцовых шариков,
где ξ - коэффициент гидравлического сопротивления насадки; ϖ - средняя скорость рабочего газа в поперечном сечении регенератора, м/с; H - высота регенератора, м; Sτ - удельная поверхность теплообмена, ρср - плотность рабочего газа, кг/м3; εн - средняя пористость насадки.
Соотношение потерь от недорекуперации с потерями от повышения гидравлического сопротивления показывает таблица, полученная расчетно-экспериментальным способом. Таблица представляет различные способы выполнения регенеративного теплообменника: насадка выполнена полностью из плетеной металлической сетки (прототип), насадка выполнена полностью из свинцовых наношариков (аналог), насадка выполнена комбинированным методом (заявленное изобретение).
Таблица | |||||
Характеристики регенеративного теплообменника | |||||
Величина | Коэффициент теплопередач и, Вт/(м2·K) | Разность температур между насадкой и рабочим газом, K | Потери за счет недорекуперации, Вт | Потери давления в цикле, Па | |
Вариант выполнения насадки регенеративного теплообменника | Металлическая сетка | 1,344·103 | 7,223 | 15,933 | 14360 |
Свинцовые наношарики | 12,27·103 | 0,794 | 1,75 | 397 900 | |
Комбинированный | 4,942·103 | 1,968 | 8,676 | 103600 |
В заявляемом изобретении используется комбинированный метод заполнения насадки регенератора: 33 мм занимает плетеная металлическая сетка (ссылка 1 на фигуре), а 10 мм - шарики диаметром 200 мкм из свинца (ссылка 2 на фигуре). Насадка регенератора находится в теплоизоляционном корпусе (ссылка 3 на фигуре). Проникновение свинцовых наношариков между частями насадки (в область плетеной металлической сетки) предотвращает защитная сетка (ссылка 4 на фигуре). Полученная конструкция крепится к крейцкопфу газовой микрокриогенной машины при помощи расширителя (ссылка 5 на фигуре).
Одним из основных параметров в микрокриогенных машинах, используемых для охлаждения фоточувствительных элементов, является время достижения рабочей температуры криостатирования. При комбинированном заполнении регенеративного теплообменника время сокращается в 1,5 раза, в сравнении с вариантом металлической сетки - такой эффект связан с увеличением теплоемкости насадки, что уменьшает недорекуперацию и снижает время достижения заданного температурного уровня.
Наиболее важной характеристикой в микрокриогенных системах является потребляемая мощность в стационарном режиме. По сравнению с традиционным вариантом исполнения регенеративного теплообменника (прототипом), комбинированный метод позволяет снизить потребляемую мощность на 7%, что влияет на общий КПД системы, который увеличивается примерно на 10%.
Полученные данные доказывают целесообразность применения комбинированного регенеративного теплообменника.
Claims (1)
- Комбинированный регенеративный теплообменник, включающий теплоизоляционный корпус, насадку, находящуюся внутри корпуса, отличающийся тем, что насадка состоит из двух частей: со стороны "теплого" конца регенеративного теплообменника насадка выполнена из плетеной металлической сетки, со стороны "холодного" конца регенеративного теплообменника заполнена свинцовыми наношариками, между частями насадки установлена защитная сетка, предотвращающая проникновение свинцовых наношариков в область плетеной металлической сетки.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013135924/06A RU2529285C1 (ru) | 2013-07-30 | 2013-07-30 | Комбинированный регенеративный теплообменник |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013135924/06A RU2529285C1 (ru) | 2013-07-30 | 2013-07-30 | Комбинированный регенеративный теплообменник |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2529285C1 true RU2529285C1 (ru) | 2014-09-27 |
Family
ID=51656618
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013135924/06A RU2529285C1 (ru) | 2013-07-30 | 2013-07-30 | Комбинированный регенеративный теплообменник |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2529285C1 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU479945A1 (ru) * | 1973-05-11 | 1975-08-05 | Физико-технический институт низких температур АН УССР | Криогенный регенеративный теплообменник |
SU1276879A1 (ru) * | 1985-04-08 | 1986-12-15 | Оренбургский политехнический институт | Регенеративный воздухоподогреватель |
RU2079066C1 (ru) * | 1994-05-17 | 1997-05-10 | Григорий Васильевич Шпырин | Регенератор для холодильной машины, работающей по циклу стирлинга |
RU2162584C2 (ru) * | 1999-03-05 | 2001-01-27 | Федоренко Валентин Валентинович | Воздухоподогреватель для утилизации тепла дымовых газов |
CN2622654Y (zh) * | 2003-05-29 | 2004-06-30 | 宝山钢铁股份有限公司 | 用于蓄热辐射管烧嘴的蓄热体 |
-
2013
- 2013-07-30 RU RU2013135924/06A patent/RU2529285C1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU479945A1 (ru) * | 1973-05-11 | 1975-08-05 | Физико-технический институт низких температур АН УССР | Криогенный регенеративный теплообменник |
SU1276879A1 (ru) * | 1985-04-08 | 1986-12-15 | Оренбургский политехнический институт | Регенеративный воздухоподогреватель |
RU2079066C1 (ru) * | 1994-05-17 | 1997-05-10 | Григорий Васильевич Шпырин | Регенератор для холодильной машины, работающей по циклу стирлинга |
RU2162584C2 (ru) * | 1999-03-05 | 2001-01-27 | Федоренко Валентин Валентинович | Воздухоподогреватель для утилизации тепла дымовых газов |
CN2622654Y (zh) * | 2003-05-29 | 2004-06-30 | 宝山钢铁股份有限公司 | 用于蓄热辐射管烧嘴的蓄热体 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
) * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CA2923293A1 (en) | Tube in cross-flow conduit heat exchanger | |
JP2016205379A (ja) | 一体型ヒートパイプを備えたガスタービンエンジン構成要素 | |
RU142459U1 (ru) | Комбинированный регенеративный теплообменник микрокриогенной системы для охлаждения в температурном диапазоне 35-55 к | |
CN103192978A (zh) | 一种层板式发汗和逆喷组合冷却鼻锥 | |
CN106152629B (zh) | 用于回热式低温制冷机的多流程回热器 | |
US9976780B2 (en) | Stirling-type pulse tube refrigerator | |
CN106885485A (zh) | 一种热端变截面多脉动冷端热管散热器 | |
CN105659039B (zh) | 换热器和使用该换热器的制冷循环装置 | |
RU2529285C1 (ru) | Комбинированный регенеративный теплообменник | |
EP3044449B1 (en) | Active insulation burner, particularly for an external combustion engine | |
CN105222389A (zh) | 一种脉管制冷机 | |
RU150944U1 (ru) | Комбинированный регенератор микрокриогенной системы для охлаждения в температурном диапазоне 49-66 к | |
Zhang et al. | Optimization of the axial porosity distribution of porous inserts in a liquid-piston gas compressor using a one-dimensional formulation | |
CN106014508A (zh) | 一种压缩空气储能系统 | |
RU176892U1 (ru) | Комбинированный регенеративный теплообменник газовой криогенной машины | |
CN105318356A (zh) | 一种大深宽比变截面换热通道 | |
Emaikwu et al. | Development of a cascade elastocaloric regenerator | |
CN104729338A (zh) | 梯度金属泡沫散热装置 | |
CN205389314U (zh) | 一种蒸发器均温冷板 | |
CN106968726B (zh) | 一种具有点阵冷却结构的扇形封严块 | |
JP6615900B2 (ja) | パルス管冷凍機 | |
CN206413350U (zh) | 微通道铝均热板 | |
CN205349548U (zh) | 多层间隔式回热器及具有该回热器的热气机 | |
Sirena | The use of a thermo-fluid dynamic efficiency in cooling towers | |
CN101328860A (zh) | 永动式大气温差发电机 |