Щелево-перфорированный нагреватель двигателя стирлинга

 

Изобретение относится к энергетике, а именно к нагревателям двигателей Стирлинга. Цель изобретения - повышение эффективности нагревателя. Щелево-перфорированный нагреватель содержит корпус нагревателя типа "стакан в стакане", перфорированный со степенью 25 - 35% равномерной сеткой конических отверстий, меньшее сечение на входе которых в 20 - 60 раз больше критических, а большее на выходе в 1,5 - 2,5 раза больше входного, конические отверстия с осевыми в плане, расположенными под углом 45 - 60° к радиусу нагревателя, снабжены патрубками для продуктов сгорания, изолирующими их от рабочего тела. 1 ил.

Изобретение относится к энергетике, а именно к нагревателям двигателей Стирлинга (ДС).

Известны нагреватели ДС различных типов и видов - трубчатые, щелевые, башенные, корончатые, эвольвентные и др. Известен также щелевой нагреватель ДС, представляющий собой конструкцию "стакан в стакане" с зазором для рабочего тела между "стаканами" и соединенными по краям воедино, в котором во внутреннюю полость внутреннего "стакана" подводится энергия, например солнечная. В изобретении этот нагреватель принят за прототип и базовый объект.

Однако такой нагреватель при использовании с источником энергии, содержащем газообразные продукты сгорания, имеет невысокую эффективность, в результате чего невозможна работа источника энергии в оптимальном для ДС режиме, т.е. не обеспечивается необходимая подводимая мощность.

Целью изобретения является повышение эффективности нагревателя.

Это достигается тем, что тело нагревателя перфорируется со степенью 25-35% равномерной сеткой конических отверстий, меньшее сечение на входе которых в 20-60 раз больше критических, а большее на выходе в 1,5-2,5 раза больше входного конические отверстия, с осевыми (в плане), расположенными под углом 45-60^о к радиусу нагревателя, снабженных патрубками для продуктов сгорания, изолирующими их от рабочего тела.

На чертеже изображен нагреватель, где 1 - тело нагревателя, 2 - щель для рабочего тела, 3 - патрубки для продуктов сгорания, 4 - коллекторы.

Нагреватель работает следующим образом.

При сгорании топлива во внутреннем пространстве, ограниченном телом нагревателя 1, либо на его периферии продукты сгорания проходят через патрубки 2, отдавая тепло рабочему телу, и отводятся от нагревателя 1 с меньшими газодинамическими потерями, не препятствуя газообмену. Омывание рабочим телом горячих поверхностей патрубков, пронизывающих полость нагревателя, обеспечивает дополнительный подвод теплоты к рабочему телу. Расположение патрубков под углом 45-60^о к радиусу нагревателя способствует возникновению вихревого потока, интенсифицирующего процесс газо- и теплообмена, а коническая форма патрубков уменьшает скорость продуктов сгорания на выходе, т.е. дает возможность им продолжительнее контактировать с нагревателем.

Выбор величин углов и соотношений связан с тем, что если взять угол больше 60^о, утончаются стенки нагревателя и теряется прочность конструкции, если меньше 45^о, то уменьшается вихревой эффект.

Также при увеличении выходного отверстия больше чем в 2,5 раза, конструкция становится менее прочной и может послужить причиной аварии, а если увеличение меньше чем в 1,5 раза, то теряется значение эффекта. Размер (меньшее сечение) и количество (степень перфорации) патрубков для продуктов сгорания оптимизируются исходя из условия газо- и теплообмена расчетом либо подбираются экспериментально.

Проведенные опыты показали правильность сделанных предпосылок и повышенную эффективность нагревателя.

Формула изобретения

ЩЕЛЕВО-ПЕРФОРИРОВАННЫЙ НАГРЕВАТЕЛЬ ДВИГАТЕЛЯ СТИРЛИНГА, содержащий корпус типа стакан в стакане, причем между внутренней поверхностью наружного стакана и наружной поверхностью внутреннего имеется зазор для рабочего тела, а по краям стаканы соединены воедино, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности нагревателя, корпус нагревателя перфорирован со степенью 25-35% равномерной сеткой конических отверстий, меньшее сечение на входе которых в 20-60 раз больше критических, а большее на выходе в 1,5-2,5 раза больше входного, конические отверстия с осевыми в плане, расположенными под углом 45-60^o к радиусу нагревателя, снабжены патрубками для продуктов сгорания, изолирующими их от рабочего тела.

РИСУНКИ

Рисунок 1