Способ получения холода или тепла и устройство для его осуществления

Способ получения холода или тепла и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

I. Способ получения холода или тепла в потоке газа в замкнутом сосуде, отличающийся тем, что в целях упрощения устройств для получения холода и тепла и устранения в них движущихся частей, в потоке газа создают объемные колебания, при которых поток пониженного давления газа используется для получения пониженных температур (холода), а поток с повьшенным давлением газа для получения повышенных температур (тепла).?.. Устройство для получения холода или тепла в потоке газа в замкну-том сосуде ПОП.1, отличающее "с я тем, что сосуд-резонатор выполнен в виде замкнутого цилиндра, снабженного в то1)цовых частях клапанами, один из которых посредством кулачкового или другого механизма открывается принудительно и синхронно с частотой объемных колебаний газа в сосуде, а другой подпружинен и открывается автоматически под действием избыточного давления газа в сосуде.3. Видоизменение сосуда-резонатора по п.2, отличающееся тем, что, с целью повьшения эффективности работы, он имеет форму цилиндра с переменным профилем сечения, плавно сужающимся к его середине.А. Видоизменение устройства по п.2, о тл ичающе е с я тем, что, с целью повьппения перепада рабочего давления, его сосуд-резонатор выполнен многоступенчатым.«О

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

1511 4 " 25 В 9/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР

1 (21 ) 583656/25-06 (22) 31.08.57 (4t) 30 ° 09 ° 89, Бюл. У 36 (72) П.Л,Капица (53) 621.57 (088.8) (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ХОЛОДА ИЛИ

ТЕПЛА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) 1. Способ получения холода ипи тепла в потоке газа в замкнутом сосуде, отличающийся тем, что в целях упрощения устройств для получения холода и тепла и устранения в них движущихся частей, в потоке газа создают объемные колебания, при которых поток пониженного давления газа используется для получения пониженных температур (холода), а поток с повьппенным давлением газа для получения повышенных температур (тепла).

2. Устройство для получения холода или тепла в потоке газа в замкнуПредлагается способ получения холода или тепла в потоке газа в замкнутем ежудеу пеееюлйющий упреетйть уетрейетва для получения мелбде и тепла и устранить в них движущиеся части.

Отличительная особенность способа заключается в том, что в потоке газа создают объемные колебания,при которых поток пониженного давления газа используется для получения пониженных температур (холода), а поток с повышенным давлением газа—

„„SU„„31 268 А

2 том сосуде по п.1, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что сосуд-резонатор выполнен в виде замкнутого цилиндра, снабженного в торцовых частях клапанами, один из которых посредством кулачкового или другого механизма открывается принудительно и синхронно с частотой объемных колебаний газа в сосуде, а другой подпружинен и открывается автоматически под действием избыточного давления газа в сосуде.

3. Видоизменение сосуда-реэонаторапо п.2, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьппения эффективности работы, он имеет форму цилиндра с переменным профилем сечения, плавно сужающимся к его середине.

4. Видоизменение устройства по п.2, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьппения перепада рабочего давления, его сосуд-резонатор ,.выполнен многоступенчатым, для получения повьппенных температур (тепла), Для ееущеетвления епаееба предла; гаетея уетройетво, еоеуд-рееоиатор которого представляет замкнутый цилиндр, снабженный в торцовым частях клапанами, один из которых посредством кулачкового или другого механизма открывается принудительно и синхронно с частотой объемных колебаний газа в сосуде, а другой подпружинен и открывается автоматически под действием избыточного давления.

1!3?68

Для повышения эффективности работы сосуд-резонатор выполняется также в форме цилиндра с переменным профилем сечения, плавно сужающимся к его середине.

Кроме того, предлагаемое устройство может быть видоизменено тем, что сосуд-резонатор выполняется мноroñòóïåí÷àòûì, На фиг,1 изображена схема сосударезонатора, один из клапанов которого выполнен с принудительным управле" нием; на Фиг.2 — диаграмма S-T состояния газа; на Фиг. 3 — схема сосуда-резонатора с автоматически действующими клапанами; на фиг, 4 — то же, с переменным профилем сечения, на фиг. 5 — схема видоизмененного устройства с многоступенчатым сосудом — щ резонатором; на фиг. 6 — схема использования устройства для простейшего холодильного цикла; на фиг, 7 — схема применения видоизмененного устройства для сжижения газа. 25

Госуд-резонатор устройства выполнен в виде замкнутого цилиндра 1 .дли- ной Е, В средней части цилиндра по трубе 2 подается сжатый газ при давлении Ро и температуре Т . В левом .о ° 30 торце цилиндра 1 помещен клапан 3 принудительного действия и открывается, например, эксцентриком 4, причем частоту и величину открытий клапана можно регулировать по желанию, Если подобрать продолжительность и частоту открытия клапана так,чтобы она равнялась периоду t объемных колебаний газа в сосуде-резонаторе, и если время открытия клапана 3 будет совпадать с моментом. минимума давле40 ния в этом конце цилиндра I, то можно показать, что таким путем можно создавать и поддерживать акустические колебания в цилиндре. При этом

45 интенсивность колебаний определяется величиной и продолжительностью открытия клапана 3, При объемных колебаниях в резонаторе, имеющем Форму цилиндра длиной Ь, она будет равна половине длины свободных акустических волн и период. колебаний газа в цилиндре определится из выражения

2?.

С где С вЂ” скорость звука в газе, 55 !

Если при колебаниях газа в трубе не было бы потерь от трения и от теп- лопроводности, мгновенное распределение давления и температуры вдоль цилиндра в момент времени, когда в газе отсутствует кинетическая энергия акустических колебаний, можно получить из ST диаграммы состояния (фиг.2) и из условия, что общая энергия газа остается за период колебания постоянной, При этом точки Р Т о- о>

Р,Т, и Р Т лежали бы на вертикальной прямой S = const °

Конечно, на практике при определенной разнице давления P -P и раз1 ности температуры Т --Т на концах

"2 1 цилиндра будет несколько меньше полученной из диаграммы при S = const благодаря потерям, поскольку суммарная энтропия газа должна возрастать, Эти потери также приведут к тому,что для поддержания колебаний постоянной интенсивности в резонаторе нужно "буI дет непрерывно пропускать некоторое количество газа через клапан 3, На другом торце цилиндра 1 помещен автоматический клапан 5, устроенный так, что он начинает открываться, когда давление на этом конце цилиндра будет больше Р, Таким образом, если путем дальнейшего увеличения открытия клапана 3 интенсифицировать акустические колебания в цилиндре, то из клапана 5 цилиндра будет вытекать газ более высокой температуры

Т и давления Р, чем в основном по У токе Т Р, и при этом эта температура и давление будут близко соответствовать тем, которые получаются при адиабатическом сжатии, В другом конце цилиндра 1 через клапан 3 газ будет течь при пониженном давлении Р и температуре Т то"1 же близко соответствующих полученным при расширении газа адиабатическим путем, Таким образом, основной поток газа будет разделен на два, один из которых может быть использован для получения холода, а другой для получения тепла, Клапан 3 принудительного действия на конце сосуда-резонатора может быть заменен автоматически действующим клапаном, идея конструкции которого показана фиг,3 ° Пружина 6 отодвигает тарелку 7, и если давление в резонаторе немногим более давленин Р!, то пружина удерживает клапан в открытом состоянии, Когда же давление в резонаторе будет значительно больше Р1, то клапан закроет5 ll3268 о

55 ся и будет закрыт до тех пор,пока давление в резонаторе опять не упадет до величины близкой к Р,. Нетрудно видеть, что клапан такой конструкции будет работать подобно языку в обычной органной трубе, Он будет открывать клапан в нужный для поддержания колебаний момент, а продолжительность открытия определится силой пружины 6, натяжение которой можно устанавливать по желанию. Продолжительность откры . я позволяет определить интенсивность объемных колебаний в сосуде-резонаторе, Величина наиболее возможного перепада давления вдоль цилиндра, создаваемая объемными колебаниями, будет иметь принципиальное ограничение.

Так, например, при сосуде-резонаторе, о имеющем форму- цилиндра постоянного влечения, максимальная скорость газа, которая достигается в средней части : трубы, не может превосходить скорость звука, это и ограничивает интенсивность колебаний. Практическое ограничение также вызвано появлением акустических колебаний с волнами ударноro типа.

Дпя того, чтобы увеличить рабочий перепад давления вдоль сосуда-резонатора, его выполняют в виде цилиндра с переменным профилем сечения с сужениями в его средней части .(фиг.4), или более сложного сечения, используя для этого известные в аэродинамических трубах профили комбинаций сверх звукового сопла и диффузора. Даже, если при таких условиях и осуществимы колебания со значительными перепадами давления вдоль цилиндра, то при этом неизбежно возрастут потери, что может уменьшить КПД термодинамическоro процесса, Для получения больших перепадов давления без увеличения потерь предлагается сосуд-резонатор выполнять многоступенчатым, На фиг.5 изображена схема устройства, состоящего из соединения трех сосудов-резонаторов, Если принять для простого одноступенчатого сосуда-резонатора предельное значение отношения Р и Р1 порядкan то для двухступенчатого устройства отношение Р и Р, будет уже порядка п, Очевидно, что число ступеней здесь можно сделать еще большим и тогда перепад давления будет увеличен п" раз, где К вЂ” число ступеней, которые и определяются требованиями теплового цикла.

Принципиальная схема использова5 ния устройства для простейшего холодильного цикла показана на фиг.6.

На фиг ° 6 изображен одноступенчатый сосуд-резонатор 8, От компрессора 9 к нему подводится газ при давлении Р и нормальной температуре

Т ; Холод — g произведенный за о счет адиабатического расширения части потока газа, отбирается теплообменником 10, Часть потока газа при

15 повышенном давлении Р и температу2. ре Т возвращают в сосуд 8, для этого его охлаждают в холодильнике 11 до нормальной температуры Т,, при этом предварительно понижают его

20 давление путем дросселирования че: рез вентиль 12, либо осуществляя тот же процесс обратимым путем,пропустив газ через пневматический двигатель 13. Получаемая мощность

25 от двигателя 13 будет соответствовать отдаваемому в теплообменнике

10 потоку холода — Я. Клапан 14 предохраняет нагнетательный трубопровод компрессора от возникновения

3Q в нем дополнительных колебательных процессов.

Пример возможного применения устройства для цикла, предназначенного для ожижения газа, схематически изображен на фиг.7 ° .Компрессор 9 подает газ под давлением Рд в сосудрезонатор 8 с необходимым количеством ступеней. Газ при повышенном давлении V частично идет в пневматичеса

4Q кий двигатель 13 и затем, смешиваясь с газом после компрессора 9,вновь возвращается в сосуд-резонатор Я.

Другая часть газа при давлении Р охлаждается до комнатной температуры

45 холодильником 11, идет в противоточные теплообменники 10 и дросселируется через вентиль 12 в бачок l5 Из бачка .15 газ при давлении Р, идет в теплообменники 10, туда же идет

5Q холодный газ из сосуда-резонатора 8, Общий поток после теплообменников 10 направляется на всасывание в компрессор 9 °

Использование на практике устройства для получения обратимым образом тепла может представить интерес в тех случаях, где требуется получать большое количество тепла при невысо113268 кой температуре, например при отопле- нии помещения или фракционировании низко кипящих смесей и пр . Тогда,используя от сосуда-резонатора теплый

5 поток газа при давлении Р и Т мож2 2 но получить тепло с термодинамическим КПД больше единицы (цикл Томсона).

В 1 1 ° 1

1!3268

Фиаб

Корректор Т.Малец

Техред М.Дидык

Редактор Л.Письман

Заказ. 8032 Тираж 462 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r Ужгород, ул. Гагарина, 101