Вихревая труба Советский патент 1984 года по МПК F25B9/02 

Изобретение относится к области генерации холода, в частности к вихревым трубам. По основному авт. св. № 744196 известна вихревая труба, содержащая снабженную сопловым вводом коническую камеру энергетического разделения с периферийным лопаточным диффузором для отвода горячего потока и диафрагм у с коническим раструбком и щелевым диффузором для отвода холодного потока, а между лопаточным диффузором и камерой энергетического разделения установлен осевой кольцевой диффузор, имеющий длину, равную 3-3,5 диаметра последней в сечении соплового ввода, и образованный конической труб кой с углом раствора 5° 30 - 6 и центральным телом цилиндрической или конической формы с углом раствора не более 2°, приче.м начальный диаметр центрального тела составляет 0,8-0,85 выходного диаметра камеры энергетического разделения. Известные вихревые трубы имеют относительно высокий энергетический КПД, обусловленный увеличением работоспособности горячего потока {. Недостатком вихревых труб является то. что в них не используется работоспособиость холодного потока. Цель изобретения - повышение холодопроизводительности и КПД вихревого холодильника за счет утилизации энергии холодного и горячего потоков. Поставленная цель достигается тем, что вихревая труба, содержащая снабженную сопловым вводом коническую камеру энергетического разделения с периферийным лопаточным диффузором для отвода горячего потока и диафрагму с коническим рас трубом и щелевым диффузором для отвода холодного потока, между лопаточным диффузором и камерой энергетического разделения установ-лен осевой кольцевой диффузор, имеющий длину, равную 3-3,5 диаметра последней в сечении соплового ввода, и образованный конической трубкой с углом раствора 5°30-6° и цер)тральным телом цилиндрической или конической формы с углом раствора не более 2°, причем начальный диаметр центрального тела составляет 0,8-0,85 выходного диаметра камеры энергетического разделения, дополнительно содержит вихревой энергоразделитель с сопловым вводом, соединещ1ым с атмосферой, и выводами холодного и горячего потока диафрагма камеры энергетического разделения снабжена соплом, образующим с коническим раструбом эжектор, к которому подключен вывод холодного потока энергоразделителя, а диффузор камеры также снабжен соплом, образующим с газосборником автономный эжектор, соединенный с выводом горячего потока энергоразделителя. На фиг. 1 схематически изображена вихревая труба; на фиг. 2 -- разрез А-А на фиг. I; на фиг. 3 разрез Б-Б на фиг. 1. Вихревая труба содержит снабженную сопло.вым вводом 1 коническую камеру 2 энергетического разделения с периферийным лопастным диффузором 3 для отвода горячего потока и диафрагму 4 с коническим раструбом 5 и щелевым диффузором 6 для отвода холодного потока. Между лопаточным диффузором 3 и камерой 2 энергетического разделения установлен осевой кольцевой диффузор 7, образованный конической трубкой 8 и центральным телом 9 цилиндрической или конической формы. К вихревой трубе подключен вихревой энергоразделитель 10 с сопловым вводом П, соединенным с атмосферой, причем вихревой энергоразделитель 10 выполнен аналогично вихревой трубе. Вихревой эиергоразделитель 10 имеет вывод 12 холодного потока и вывод 13 горячего потока. Центральная часть диафрагмы 4 имеет конфузорную или цилиндрическую форму и является активным соплом 14 эжектора 15 холодного потока, состоящего из периферийного соплового ввода 16, к которому подключен вывод 12 холодного потока энергоразделителя, щелевого диффузора 6, конического раструба 5, который является камерой смешения, и газосборника 17. Осевой кольцевой диффузор 7 камеры 2 энергетического разделения снабжен соплом 18, который образует с газосборником 19 автономный эжектор 20, соединенный с выводом 13 горячего потока вихревого энергоразделителя 10, а вывод 13 горячего потока подключен к периферийному сопловому вводу 21 автономного эжектора 20. Также автономный эжектор 20 содержит вихревую камеру 22 смещения и щелевой диффузор 23. Вихревая труба работает следующим образом. Сжатый газ, вытекая из соплового ввода 1 с большой скоростью, попадает в коническую камеру 2 энергетического разделения, где происходит процесс энергетического разделения с образованием двух потоков - холодного и горячего. Горячий поток поступает сначала в осевой кольцевой диффузор 7, образованный конической трубкой 8 и центральным телом 9, где часть его кинетической энергии, обусловленная осевой составляющей скорости, преобразуется в потенциадьную энергию давления, а затем - в лопаточный диффузор 3, где в потенциальную энергию давления преобразуется часть кинетической энергии горячего потока, зависящая от окружной составляю-. щей скорости. Затем горячий поток вихревой трубы поступает в газосборник 19, откуда он на-: правляется в активное сопло 18 автоно.много эжектора 20, где оп расширяется до больших скоростей и, поступая в вихревую камеру 22 смешения, через перефирийный

сопловой ввод 21 эжектирует (подсасывает) горячий газ вихревого энергоразделителя 10, в котором в качестве рабочего тела используется атмосферный воздух. Далее газовая смесь двух горячих потоков из цйлиндрическо-диффузорной вихревой камеры 22 смешения поступает в щелевой диффузор 23 и направляется в окружающую .среду или какую-либо емкость.

Холодный поток отбирается из вихревой трубы через активное сопло 14 эжектора 15 холодных потоков. В этом сопле холодный поток газа расширяется до больших скоростей и, поступая в конический раструб 5, который является вихревой камерой смешения, через периферийный сопловой ввод 16 эжектирует холодный газ вихревого энергоразделителя 10. Далее газовая смесь двух холодных потоков поступает в щелевой диффузор 6 и направляется далее к потребителю.

Из описания рабочего процесса вихревой трубы следует, что параллельно включенный вихревой энергорёзделитель 10 работает благодаря вихревой трубе и в общем случае может работать с другим рабочим телом, если это не ограничено назначением смеси газов.

При этом следует отметить, что вихревой энергоразделитель, через который просасывается атмосферный воздух, работает на оптимальном режиме, т.е. на режиме максимальной температурной эффективности при котором массовая доля холодного потока (yu), лежит в пределах/ 0,2-0,25.

Так как на получение рабочеготела для вихревого энергоразделителя не затрачива-. ется работа извне, то поэтому при определении оптимального режима его работы -желательно, чтобы он всегда работал на режиме максимальной температурной эффективности. Это обстоятельство позволит увеличить температурный эффект охлаждения и холодопроизводительность вихревой-трубы, так как на этом режиме в камеру смещения эжектора холодных потоков поступит наибольшее количество холода. Одйако при этом оптимальном режиме работы эжектора холодных потоков может оказаться, что эжектор горячих потоков по коэффициенту не сможет обеспечить этот режим работы вихревого энергоразделителя. В этом случае необходимо при Р, и Т, consT ( Pj и TI - давление и температура газа на входе энергоразделителя) .изменить рас- ход газа, проходящего через вихревой энергоразделитель, путем изменения его геометрических размеров. Если же это неприемлемо, то необходимо изменить начальные параметры состояния газа вихревой трубы, влияющие на режимы работы эжекторов. Таким образом, в предлагаемой вихревой

трубе рационально используется располагаемая работа (работа, которая затрачивается на изменение кинетической энергии потоков газа) как горячего, так и холодного потоков вихревой трубы, что повышает ее адиабатный КПД на 40-50% в зависимости

0 от режимов работы вихревой трубы и вихревого энергоразделителя.

ВИХРЕВАЯ ТРУБА по авт. св. № 744196, отличающаяся тем, что, с целью повышения холодопроизводительности и КПД, она содержит вихревой энергоразделитель с сопловым вводом , соединенным с атмосферой, и выводами холодного и горячего потоков, диафрагма камеры энергетического разделения снабжена соплом, образующим с коническим раструбом эжектор, к которому подключен вывод холодного потока энергоразделителя, а диффузор камеры также снабжен соплом, образующим с газосборником автономный эжектор, соединенный с выводом горячего потока энергоразделителя. (Л 00 IND 00

A-/I

5-5

Фиг. 2

Фиг.З