Вихревой холодильник

Вихревой холодильник

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ВИХРЕВОЙ ХОЛОДИЛЬНИК,содержащий вихревую трубу с сопловым вводом, диафрагмой вывода холодного потока и дросселем.на горячем конце, и охдаждающую рубашку, связанную с горячим концом через эжектор, о тличающийся тем, что, с целью повышения термодинамической эффективности, холодильник дополнительно содержит вихревую камеру, рубашка размещена вокруг нее и разделена поперечной перегородкой на входную и выходную секции, сообщенные с полостью вихревой камеры посредством тангенциальных отверстий, выполненных в ее стенке, причем эжектор выполнен в виде расположенных одно в другом сопел Лаваля, установ«5 ленных в камере в зоне отверстий входной секции, а в зоне отверстий выходной секции внутри камеры дополнительно установлен с возможностью продольного перемещения стакан, выполненный с соплом в днище и щелевыми окнами в боковой стенке.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИЯЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

3(5И F 25 B 9/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21 ) 34 45010/23-06 (22) 25.05.82 (46) 30.09.83. Бюл. Р 36 (72) Ю.И.Осипенко, Р..Ш.Аюпов, М.Н.Перминов, А.П.Кротов и A.A.Õàëàòîâ (71) Казанский научно-исследовательский технологический и проектный институт химико-фотографической промышленности (53) 621. 565. 3 (088. 8) (56) .1. Меркулов А.П. Вихревой эффект и его применение в технике, М., "Машиностроение", 1969, с. 183.

2. Патент США Р 3173273, кл. 62-5, опублик. 1965.

3. Авторское свидетельство СССР

Р 117187, кл. F 25 В 9/02, 1958.

4. Авторское свидетельство СССР

Р 204342, кл. F 25 В 9/02, 1968. (54)(57) ВИХРЕВОЙ ХОЛОДИЛЬНИК,содер жащий вихревую трубу с сопловым

ÄÄSUÄÄ1044904 А вводом, диафрагмой вывода холодного потока и дросселем.на горячем конце, и охлаждающую рубашку, связанную с горячим концом через эжектор, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения термодинамической эффективности, холодильник дополнительно содержит вихревую камеру, рубашка размещена вокруг нее и разделена поперечной перегородкой на входную и выходную секции, сообщенные с полостью вихревой камеры пос редством тангенциальных отверстий, выполненных в ее стенке, причем эжектор выполнен в виде расположенных одно в другом сопел Лаваля, установленных в камере в зоне отверстий (ф входной секции, а в зоне отверстий выходной секции внутри камеры дополнительно установлен с возможностью продольного перемещения стакан, выполненный с соплом в днище и щелевыми окнами в боковой стенке.

1044904

Изобретение QTHQcH Test к кондиционированию воздуха, а именно х устройствам для получения горячего и холодного потоков воздуха с помощью вихревых труб, в которых утилизация энергии горячего потока с целью 5 возрастания энергетической эффективности, происходит в целевых,циффузорах, вихревых вакуум- насосах и эжекторах.

Широкому распространению вихревых !П труб для холодильных установок препятствует низкая экономичность происходящего в них процесса энергетического разделения, причем эффективность процесса возрастает с увеличением диаметра. вихревой трубы (1!.

Однако, при этом пропорционально квадрату диаметра трубы увеличива ется расход сжатого газа, что ограничивает применение вихревых труб большого диаметра в таких случаях, как утилизация энергии давления природных газов и подобных им. Обычно для промышленных выхревых труб диапазон диаметров ограничивается 15-20мм.

Одним из наиболее перспективных направлений в области повышения энергетической эффективности вихревых труб является повышение работоспособности доли холодного потока путем его многократной циркуляции. При этом М процесс энергетического разделения может заметно приблизиться к предельно возможному.

Известен вихревой холодильник, содержащий корпус с отверстием для 35 гропуска газа, на котором укреплен вихревой генератор.

Генератор имеет несколько сопел и кольцевую вихревую камеру, в которую из сопел по касательной подается 4(» газ. Один конец камеры имеет уплотнение, другой соединен с выпускной линией. Через выпускную линию, вихрс вую камеру и уплотнение соосно с ними проходит труба меньшего сечения 45 ддя охлаждаемого газа (2 ).

Недостаток этого холодильника высокая энергоемкость.

Известна также холодильная вихревая установка, которая содержит камеру, теплообменник для охлаждения поступающего осушенного сжатого воздуха, вихревой холодильник, диффузор, струйный эжектор и дополнительно охватывающую камеру полость, сообщающуюся через отверстия с камерой и в нижней своей части с теплообменником.

Установка содержит также второй вихревой холодильник, последовательно действующий после первого для осуществления второй ступени расшире-БО ния воздуха, а также второй эжектор для увеличения адиабатического перепада давления воздуха 3 ).

Недостатком этой установки является необходимость использования высоких давлений газа для срабатывания его в ступенчатых схемах, что не всегда возможно по,техническим причинам. Увеличение диаметра вихревой трубы при наличии высоких давлений приводит к повышенному расходу сжатого воздуха. Так как КПД струйных эжекторов, включенных в установку, не превышает 5-10%, то и общая энергетическая эффективность вихревой холодильной установки также низкая.

Наиболее близким к предлагаемому является вихревой холодильник, содержащий вихревую трубу с сопловым вво.дом, диафрагмой вывода холодного потока и дросселем на горячем конце и охлаждающую рубашку, связанную с горячим концом через эжектор (4 ).

Недостатком этого холодильника является то обстоятельство, что,хотя сопловой ввод имеет срез, который в какой-то степени позволяет получить скорость, превышающую скорость звука (как в сопле Лаваля), поток после выхода из сопла начинает поворачивать по касательной к внутренней поверхности трубы, что приводит к резкому уменьшению скорости. Поэтому значительное повышение перепада давления фактически не ведет к дальнейшему увеличению скорости истечения газа из сопла и температурный эффект не увеличивается, несмотря на дальнейшее повышение начального давления.

Кроме того, недостатком этого вихревого холодильника является то, что при переходе с режима охлаждения на режим подогрева необходимо производить замену диафрагмы вихревой трубы с меньшего диаметра на больший, что неудобно для лабораторной и научно-исследовательской практики.

Цель изобретения — повышение термодинамической эффективности.

Укаэанная цель достигается тем, что в вихревом холодильнике, содержащем вихревую трубу с сопловым вводом, диафрагмой вывода холодного потока, дросселем на горячем конце и охлаждающую рубашку, связанную с горячим концом через эжектор, холодильник дополнительно содержит вихревую камеру, а рубашка размещена вокруг нее и разделена поперечной перегородкой на входную и выходную секции, сообщенные с полостью вихревой камеры посредством тангенциальных о-.верстий, выполненных в ее стенке, причем эжектор выполнен в виде расположенных одно в другом сопел

Лаваля, установленных в камере в зоне отверстий входной секции, а в зоне отверстий выходной секции внутри камеры дополнительно установлен с возможностью продольного перемещения стакан, выполненный с соплом в днище и щелевыми окнами в боковой стенке.

1044904

На фиг. 1 схематически изображен предлагаемый вихревой холодильник; на фиг. 2 — разрез A-A на фиг. 1; на фиг. 3 — разрез Б-Б на фиг. 1.

Вихревой холодильник содержит вихревую трубу 1 с сопловым вводом 2, 5 диафрагмой 3 вывода холодного потока и дросселем 4 на горячем конце, вихревую камеру 5 с охлаждающей рубашкой б, разделенной поперечной перегородкой 7 на входную 8 и выходную 9 10 секции, сообщенные с полостью вихре-.. вой камеры 5 посредством тангенциальных отверстий 10 и 11, выполненных в ее стенке, эжектор, выполненный в виде расположенных oztH0 в дру- 15 гом сопел Лаваля 12 и 13, установленных в камере 5 в зоне отверстий 10 входной секции 8, а в зоне отверстий

11 выходной секции 9 внутри камеры 5 установлен с воэможностью продольного перемещения стакан 14, выполненный с соплом 15 в днище и щелевыми окнами 16 в боковой стенке.

Камера 5 имеет впускной патрубок

17, а выходная секция 9 выпускной патрубок 18 с запорным краном 19.

На внешней боковой поверхности рубашки б установлены ребра 20.

Вихревой холодильник работает следующим образом.

Сжатый воздух с давлением 3-4 атм и температурой 20ОС подается в сопловой ввод 2 вихревой трубы 1.

В вихревой трубе 1 осуществляется процесс энергетического разделения воздуха на холодный и горячий потоки за счет эффекта Ранка. Выходящий иэ вихревой трубы холодный поток, имеющий давление 1-5-2 атм и температуру

-10 С проходит через отверстие диафо рагмы 3 и вытекает в полость вихре- 40 вой камеры 5. За счет кинетической энергии струи холодного потока в .. камеру 5 подсасывается воздух из окружающей среды через патрубок 17.

При этом струя падает на днище ста- 45 кана 14, и одна часть потока проходит через щелевые окна,16, а другая— проходит через сопло 15 и вытекает во внутренвю полость вихревой камеры 5 закрученной струей. Регулирование температурного режима осуществляется дросселем 4. Горячий поток с температурой +25 С и давлением

1,5-2 атм проходит дроссель 4 и поступает в секцию 8 охлаждающей рубашки б, при этом часть тепла отдается в окружающую среду с помощью ребер 20.

При этом температура падает и становится равной 20-22ОC. Далее горячий поток проходит через тангенциальные отверстия 10 и закручивается в коль-60 цевом пространстве, образованном соплами Лаваля 12 и 13. В расширяющейся части этого кольцевого пространства горячий поток разгоняется до скорости, превышающей скорость 65 звука. Тангенциальная закрутка пото- ка позволяет получить на выходе полую вращающуюся струю, движущуюся по периферии в направлении стакана 14.

Холодный поток, вытекающий из сопла

15, взаимодействует с периферийным горячим потоком и в результате перераспределения энергии, являющегося результатом сложных газодинамических процессов, охлаждается и вытекает через сопло Лаваля 12 в атмосфеоч.

При этом, двигаясь по периферии, горячий поток нагревается, одна часть его встречает сопротивление струй холодного потока, вытекающих под давлением через щелевые окна 16 стакана 14, поворачивает к оси и начинает двигаться в обратном направлении. Другая часть, вращаясь, перемещается в осевом направлении, вытекает через профилированные отверстия 11 в секцию 9 рубашки 6 и через запорный кран 14 вытекает в атмосферу.

Регулирование температурного режима установки осуществляется изменением положения стакана 14. При перемещении стакана 14 сечение профилированных отверстий 11 будет перекрываться боковой поверхностью этого стакана 14.

При полном закрытии отверстий 11 весь горячий поток, двигаясь по периферии, закручивается поперечными струями, вытекающими из шелевых окон 16 стакана 14, и зжектирует холодный поток, вытекающий из его сопла 15.

Таким образом, одновременно с эжектированием холодного потока, вытекающего через сопло 15, производится более интенсивное энергетическое разделение воздуха на горячий и холодный потоки. Одновременно вихревое движение горячего потока обеспечивает высокую интенсивность теплообмена при передаче тепла к охлаждающей рубашке и далее через ребра 20 в окружающую среду. При дальнейшем перемещении стакана 14 по оси, отверстия 11 соединяют через патрубок 18 с краном 19 внутреннюю Полость стакана 14 с атмосферой.

Это позволяет с помощью предлагаемого вихревого холодильника получать воздух с различной температурой и влажностью. Стакан 14 испытывает давление как изнутри напором струй холодного потока воздуха, так и снаружи давлением периферийного потока горячего воздуха. При работе стакан 14 автоматически устанавливается по оси эжектора. С увеличением давления сжатого воздуха, подаваемого в сопловой ввод 2, и в результате регулирования с помощью дросселя 4, стакан 14 будет автоматически перемещаться по оси камеры 5 и самоустанавливаться в положение равновесия. Если профилированные отверстия 11 находятся снаружи ста1044904 кана 14, то через патрубок 17 втекает атмосферный воздух, а через сопло 12 вытекает холодный поток. Во втором случае, когда отверстия 11 находятся внутри стакана 14, через патрубок 18 втекает атмосферный воз" дух.

При этом температурный режим потока, вытекающего из сопла 12 в атмосферу, плавно меняется в широких пределах без замены диафрагмы 3 вихревой трубы.

Кроме того заметный рост температуры горячего потока (доля расхода горячего потбка при этом уменьшается) позволяет за счет эжектирова-ния воздуха из окружающей среды получить и при малых диаметрах диафрагмы максимальную температуру потока без уменьшения его расхода.

Это равносильно повышению термодинамической эффективности вихревой трубы.

Кроме того, вытекающая из кольцевого пространства между соплами

Лаваля полая вращающаяся струя газа, движущаяся со скоростью, превышащей скорость звука, движется поступательно по длине трубы. При этом повышение давления приводит к увеличению скорости истечения газа из сопла и всэрастанию температурного эффекта. Диаметр эжектора, одновременно выполняющего роль второй ступени вихревой трубы, значительно больше ее диаметра. Вихревое движение газа обеспечивает также более интенсивную теплоотдачу охлаждающей рубашке и от нее в окружающую среду.

Это увеличивает температурное разделение воздуха и повьлмает энергетическую эффективность вихревого холодильника.

1044904

А А

Фиг. 3

Заказ 7507/34

Тираж 530

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, 4осква, X-35, Раушская нао., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель Ю. Мартинчик

Редактор Н. Гришанова Техред Ж.Кастелевич Корректор О. Тигор