ВИХРЕВОЙ ОХЛАДИТЕЛЬ ВОЗДУХА, Российский патент 1994 года по МПК F25B9/02 

Изобретение относится к холодильной технике, в частности к устройствам охлаждения воздуха.

Известна вихревая холодильная камера, содержащая вихревую трубу с сопловым вводом, теплообменник, патрубки для подвода и отвода воздуха [1] . Сжатый воздух через силикагелевый осушитель подается в теплообменник и оттуда в вихревую трубу. После энергетического разделения в вихревой трубе холодный поток поступает в камеру холода, охлаждает находящиеся в ней изделия и направляется в теплообменник в качестве охладителя воздуха, поступающего в вихревую трубу. Холодный поток перемещается в теплообменнике с помощью эжектора.

Недостатком вихревой холодильной камеры является сложность конструкции и малая экономичность, поскольку получение холодного воздушного потока возможно только при выпуске какой-то части подаваемого сжатого газа в виде горячего потока, а использование в теплообменнике в качестве охладителя подаваемого потока только его части (практически не более 50% ) малоэффективно. Кроме того, использование силикагелевого осушителя требует специального дорогостоящего оборудования для его регенерации.

Наиболее близким по технической мощности и достигаемому результату к предложенному является вихревая охлаждаемая труба, включающая камеру энергетического разделения с сопловым вводом сжатого воздуха, рубашку охлаждения и патрубки отвода холодного и горячего потоков [2] .

Охлаждаемая вихревая труба позволяет получить на выходе весь подаваемый на вход воздух с пониженной температурой. Причем температура холодного воздуха на выходе из вихревой трубы достигает значения ниже температуры охладителя.

Недостатком вихревой охлаждаемой трубы является низкая эффективность использования хладоресурса охладителя.

Целью изобретения является повышение эффективности и экономичности работы вихревой охлаждаемой трубы.

Для достижения поставленной цели вихревой охладитель воздуха, содержащий вихревую трубу с сопловым вводом и рубашкой охлаждения, систему подачи сжатого воздуха, патрубки отвода холодного и горячего потоков, дополнительно снабжен концентрически расположенный вокруг вихревой трубы камерой предварительного охлаждения, выполненной в виде трубчатой конической спирали, вход которой, размещенный у большего основания конуса, соединен с системой подачи сжатого воздуха, а выход, расположенный у меньшего основания конуса, соединен с сопловым вводом вихревой трубы, и генераторами вихрей, расположенными вдоль внутренней неохлаждаемой поверхности камеры. Целесообразно генераторы вихрей выполнить в виде проволочной спирали, а камера предварительного охлаждения может быть выполнена многоходовой.

На чертеже представлен предлагаемый охладитель воздуха, общий вид.

Вихревой охладитель воздуха содержит вихревую трубу 1 с сопловыми вводами 2 и рубашкой охлаждения 3, соединенной с магистралью 4 низкотемпературного хладоносителя. Концентрически вокруг рубашки охлаждения 3 вихревой трубы 1 расположена камера 5 предварительного охлаждения, выполненная в виде многоходовой трубчатой конической спирали 6, входы 7 которой соединены с системой подачи сжатого воздуха 8, а выходы 9 - с сопловыми вводами 2 вихревой трубы 1. Вдоль внутренней неохлаждаемой поверхности 10 камеры 5 размещены генераторы вихрей 11, выполненные, например, в виде проволочной спирали. В торцевой части вихревой трубы 1 установлен диффузор 12, соединенный через вентиль 13 с патрубком 14 отвода горячего потока для сброса конденсата, выделяющегося в воздухе. Патрубок отвода холодного воздуха 15 соединен с потребителем.

Вихревой охладитель воздуха работает следующим образом.

Воздух с параметрами Р_о = 0,6-0,7 МПа и t = 20-50^оС системой подачи 8 подводится к входам 7 камеры 5 предварительного охлаждения. Одновременно через магистраль 4 к рубашке охлаждения 3 вихревой трубы 1 подается хладоноситель (например, рассол t = от -4 до -10^оС). Воздух, проходя по виткам конической спирали 6, охлаждается до среднемассовой температуры 2-3^оС. В вихревой трубе 1 при втекании воздуха через сопловые вводы 2 образуются интенсивные вихревые потоки: периферийный вихрь, имеющий большую температуру и движущийся от сопловых вводов 2 к диффузору 12 и патрубку 14, и внутренний приосевой вихрь, имеющий низкую температуру и движущийся к патрубку отвода холодного воздуха 15. При регулировании вентилем 13 изменяются соотношения между расходами воздуха, идущего к потребителю через патрубок 15, и более теплым воздухом, выходящим через патрубок 14. В охлаждаемой вихревой трубе 1 энергия от периферического вихря отводится в виде тепла в охладитель вследствие разности температур периферийного вихря и охладителя. Кроме того, происходит тепломассообмен между периферийным и приосевым вихрями. При этом, чем ниже температура периферийного вихря, тем ниже температура приосевого вихря, который и выходит из вихревой трубы 1 к потребителю. При давлении сжатого воздуха Р_о = 0,6 МПа температура воздуха, поступающего к потребителю, достигает t = от -20 до -22^оС. При высокой влажности сжатого воздуха в периферийном вихре вихревой трубы 1 собирается конденсат, который отводится через патрубок 14. Выполнение камеры 5 предварительного охлаждения в виде многоходовой спирали уменьшает ее габариты.

Камера 5 предварительного охлаждения позволяет понизить уровень начальной температуры воздуха, поступающего в вихревую трубу на 20-25^оС, тем самым повышается эффективность работы вихревой трубы и ее экономичность. Использование генераторов вихрей в камере 5 предварительного охлаждения и выполнение ее конической позволяют исключить возможное локальное льдообразование на ее поверхности за счет увеличения турбулентности потока воздуха.

Использование предложенной конструкции воздухоохладителя по сравнению с прототипом приводит к уменьшению температуры воздуха на выходе из вихревой трубы ≈ на 15^о. Это подтверждается данными, приведенными в таблице.

В охлаждаемой вихревой трубе 1 энергия от периферийного вихря отводится в виде тепла в охладитель вследствие разности температур периферийного вихря и охладителя. Кроме того, происходит тепломассобмен между периферийным и приосевым вихрями. При этом, чем ниже температура периферийного вихря, тем ниже температура приосевого вихря, который и выходит из вихревой трубы 1 к потребителю. При давлении сжатого воздуха Р_о = 0,6 МПа температура воздуха, поступающего к потребителю, достигает t_х = -20 - 22^оС. При высокой влажности сжатого воздуха в периферийном вихре вихревой трубы 1 собирается конденсат, который отводится через патрубок 14. Выполнение камеры 5 предварительного охлаждения в виде многоходовой спирали уменьшает ее габариты.

Камера 5 предварительного охлаждения позволяет понизить уровень начальной температуры воздуха, поступающего в вихревую трубу на 20-95^оС, тем самым повышается эффективность работы вихревой трубы и ее экономичность. Использование генераторов вихрей в камере 5 предварительного охлаждения и выполнение ее конической позволяют исключить возможные локальное льдообразование на ее поверхности за счет увеличения турбулентности потока воздуха.

Использование предложенной конструкции воздухоохладителя по сравнению с прототипом приводит к уменьшению температуры воздуха на выходе из вихревой трубы на 15^о. Это подтверждается данными, приведенными в таблице. (56) 1. Меркулов А. П. Вихревой эффект и его применение в технике. М. : Машиностроение, 1969, с. 120, рис. 7.2.

2. А. П. Меркулов. Вихревой эффект и его применение в технике. М. : Машиностроение, 1969, с. 120, рис. 4.3.

Использование: в холодильной технике, в частности в устройствах для охлаждения воздуха. Сущность изобретения: вихревой охладитель воздуха содержит концентрически расположенную вокруг вихревой трубы 1 с рубашкой 3 охлаждения камеру 5 предварительного охлаждения, выполненную в виде многоходовой винтовой конической спирали 6, входы 7 которой соединены с системой 8 подачи сжатого воздуха, а выходы 9 - с сопловым вводом 2 вихревой трубы 1. Вдоль неохлаждаемой поверхности 10 камеры 5 предварительного охлаждения размещены генераторы 11 вихрей, что позволяет получить на выходе холодной воздух t = от -20 до -220с. При параметрах сжатого воздуха на входе в вихревую трубу P₀=0.6-0.7 МПа t = 20 50С. 1 ил.

1. ВИХРЕВОЙ ОХЛАДИТЕЛЬ ВОЗДУХА, , содержащий выхревую трубу с сопловым вводом и рубашкой охлаждения, соединенной с магистралью хладоносителя, систему подачи сжатого воздуха, патрубки отвода холодного и горячего потоков, отличающийся тем, что он снабжен концентрически расположенной вокруг вихревой трубы камерой предварительного охлаждения, выполненной в виде трубчатой конической спирали, вход которой, размещенный у большего основания конуса, соединен с системой подачи сжатого воздуха, а выход, расположенный у меньшего основания конуса, - с сопловым вводом вихревой трубы и генераторами вихрей, расположенными вдоль внутренней неохлаждаемой поверхности камеры. 2. Охладитель по п. 1, отличающийся тем, что генераторы вихрей выполнены в виде проволочной спирали. 3. Охладитель по п. 1, отличающийся тем, что камера предварительного охлаждения выполнена в виде многозаходной конической спирали.