ПАТЕНТНЫЙ ПОИСК В РФ
НОВЫЕ ПАТЕНТЫ, ЗАЯВКИ НА ПАТЕНТ
БИБЛИОТЕКА ПАТЕНТОВ НА ИЗОБРЕТЕНИЯ

комбинированный регенеративный теплообменник

Классы МПК:F28D17/00 Регенеративные теплообменники, в которых неподвижный промежуточный теплоноситель соприкасается последовательно с каждым из теплоносителей, например теплообменники с использованием гранулированных частичек
B82B1/00 Наноструктуры
F25B9/00 Компрессионные машины, установки и системы, в которых хладагентом является воздух или иной газ с низкой точкой кипения
Автор(ы):, , ,
Патентообладатель(и):Открытое Акционерное Общество "НПО "Орион" (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2013-07-30
публикация патента:

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.

Рисунки к патенту РФ 2529285

комбинированный регенеративный теплообменник, патент № 2529285

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,

комбинированный регенеративный теплообменник, патент № 2529285

где Nuш - число Нуссельта (безразмерная теплоотдача) для свинцовых шариков;

комбинированный регенеративный теплообменник, патент № 2529285 ш - теплопроводность свинцовых шариков, Вт/(м·K); dш - диметр шариков, м.

При повышении коэффициента теплопередачи уменьшается разность температур между насадкой и рабочим газом,

комбинированный регенеративный теплообменник, патент № 2529285

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·комбинированный регенеративный теплообменник, патент № 2529285 T

Однако при этом повышается гидравлическое сопротивление, из-за использования свинцовых шариков,

комбинированный регенеративный теплообменник, патент № 2529285

где комбинированный регенеративный теплообменник, патент № 2529285 - коэффициент гидравлического сопротивления насадки; комбинированный регенеративный теплообменник, патент № 2529285 - средняя скорость рабочего газа в поперечном сечении регенератора, м/с; H - высота регенератора, м; Sкомбинированный регенеративный теплообменник, патент № 2529285 - удельная поверхность теплообмена, комбинированный регенеративный теплообменник, патент № 2529285 ср - плотность рабочего газа, кг/м3 ; комбинированный регенеративный теплообменник, патент № 2529285 н - 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
ВеличинаКоэффициент теплопередач и, Вт/(м 2·K)Разность температур между насадкой и рабочим газом, KПотери за счет недорекуперации, ВтПотери давления в цикле, Па
Вариант выполнения насадки регенеративного теплообменника Металлическая сетка1,344·10 37,22315,933 14360
Свинцовые наношарики12,27·103 0,7941,75 397 900
Комбинированный 4,942·1031,968 8,676103600

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.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

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.


Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2529285

patent-2529285.pdf
Патентный поиск по классам МПК-8:

Класс F28D17/00 Регенеративные теплообменники, в которых неподвижный промежуточный теплоноситель соприкасается последовательно с каждым из теплоносителей, например теплообменники с использованием гранулированных частичек

Патенты РФ в классе F28D17/00:
устройство для термодистилляционной очистки воды -  патент 2499769 (27.11.2013)
теплообменник отжигательной печи для теплообмена между двумя текучими средами -  патент 2493526 (20.09.2013)
способ работы регенеративного теплообменника и регенеративный теплообменник с повышенным кпд -  патент 2432540 (27.10.2011)
регенеративный теплообменник, радиальное уплотнение для такого теплообменника и способ разделения газообразных сред в регенеративном теплообменнике -  патент 2395051 (20.07.2010)
насадка ротора -  патент 2327931 (27.06.2008)
насадка ротора -  патент 2327930 (27.06.2008)
способ тепловой обработки металла в пламенной печи прямого или косвенного нагрева (варианты), способ сжигания смеси жидкого или газообразного топлива и нагретого воздуха в пламенной печи прямого или косвенного нагрева, устройство отопления (варианты) и регенеративная насадка (варианты) для осуществления способов -  патент 2324745 (20.05.2008)
регенеративный теплообменник -  патент 2299390 (20.05.2007)
теплообменная поверхность -  патент 2215963 (10.11.2003)
устройство аккумулирования тепловой энергии для салона автомобиля -  патент 2146034 (27.02.2000)

Класс B82B1/00 Наноструктуры

Патенты РФ в классе B82B1/00:
многослойный нетканый материал с полиамидными нановолокнами -  патент 2529829 (27.09.2014)
материал заменителя костной ткани -  патент 2529802 (27.09.2014)
нанокомпозитный материал с сегнетоэлектрическими характеристиками -  патент 2529682 (27.09.2014)
катализатор циклизации нормальных углеводородов и способ его получения (варианты) -  патент 2529680 (27.09.2014)
способ определения направления перемещения движущихся объектов от взаимодействия поверхностно-активного вещества со слоем жидкости над дисперсным материалом -  патент 2529657 (27.09.2014)
способ формирования наноразмерных структур -  патент 2529458 (27.09.2014)
способ бесконтактного определения усиления локального электростатического поля и работы выхода в нано или микроструктурных эмиттерах -  патент 2529452 (27.09.2014)
способ изготовления стекловидной композиции -  патент 2529443 (27.09.2014)
способ изготовления тонкопленочного органического покрытия -  патент 2529216 (27.09.2014)
полимерный медьсодержащий композит и способ его получения -  патент 2528981 (20.09.2014)

Класс F25B9/00 Компрессионные машины, установки и системы, в которых хладагентом является воздух или иной газ с низкой точкой кипения





Наверх