Вихревая труба Советский патент 1984 года по МПК F25B9/02 

Изобретение относится к холодильной технике, а именно - к вихревым трубам и может быть использовано для охлаждения различных объектов.

Известны вихревые трубы, содержащие камеру энергетического разделения, состоящую из дисков, установленных вплотную и имеющих в каждом центральное отверстие и сопряженное с ним щелью отверстие меньшего диаметра, расположенное по периферии центрального отверстия. Периферийные отверстия смежных дисков смещены друг относительно друга на 60°. Все эти отверстия являются источниками пульсаций давления, которые интенсифицируют радиальный тепло- и массообмен в камере смещения, образованной, центральными отверстиями дисков 1.

Однако, такие трубы обладают недостаточно высоким адиабатным КПД, так как наиболее горячие слои газа, вращающиеся в периферийных отверстиях камеры энергетического разделения, не имеют свободного выхода через дроссельный вентиль, что приводит к нежелательной передаче тепла от периферийных слоев газа к холодным приосевым слоям камеры энергетического разделения, а также к выравниванию температуры по радиусу периферийных каналов.

По основному авт. св. № 992948 известна также вихревая труба, содержащая камеру энергетического разделения, сопловой ввод, диафрагму с дроссельным вентилем, в стенке которой выполнены цилиндрические отверстия, сообщенные с полостью камеры энергетического разделения и расположенные равномерно по ее периметру по всей длине с образованием продольных выводных каналов; камера на выходе снабжена кольцевым сборником газа, сообщенным со всеми выводными каналами и имеющим автономный регулируемый дроссель 2.

Известно, что в цилиндрических каналах, в которых создается вращательное движение газа, на оси температура газа меньще, чем на периферии. Однако, если хотя бы один торец такого канала заглущен, то температура газа по радиусу канала выравнивается, что снижает уровень температур, достигаемых на периферии канала. Данные процессы протекают в выводных каналах известной вихревой трубы, так как газ в них вращается за счет передачи момента количества движения от газа, вращающегося в камере энергетического разделения.

Цель изобретения - повыщение адиабатного КПД.

Поставленная цель достигается тем, что вихревая труба содержит второй кольцевой сборник газа, аналогичный первому и расположенный с противоположной от него стороны камеры энергетического разделения, причем сборники сообщены с выводными каналами на окружностях, описанных разными радиусами, конец меньшего из которых расположен на оси соответствующего канала.При этом камера энергетического разделения со стороны горячего конца имеет осевой ввод, подключенный к сборникам газа, причем к первому из них - через холодильник.

На фиг. 1 схематически показана вихревая труба, продольный разрез; на фиг. 2 -

разрез А-А фиг. 1.

Вихревая труба содержит корпус 1, сопловой тангенциальный ввод 2 для подачи сжатого воздуха, диафрагму 3 для вь1хода охлажденного газа, дроссель 4, сборник 5

5 подогретого газа с дроссельным вентилем 6, камеру 7 энергетического разделения, соединенную с периферийными цилиндрическими выводными каналами 8 посредством продольных щелей 9.

Оси каналов 8 параллельны образующей

0 камеры 7 энергетического разделения и совмещены с отверстиями 10, выполненными в стенке кольцевого сборника 11, имеющего дроссельный вентиль 12. К камере 7 энергетического разделения с, противоположной сто5 роны крепится кольцевой сборник 13 горячего потока после дросселей 14, имеющий дроссельный вентиль 15. Сборник 11 посредством трубопровода 16 с вентилем 17 может быть соединен с камерой 7 энергетического разделения со стороны ее горячего конца

0 через осевой ввод 18. Сборник 13 также может быть соединен с вводом 18 через холодильник 19 и трубопровод 20 с вентилем 21. Таким образом, сборник II сообщен с камерой 7 на меньщем радиусе, чем сборник 13.

5 Вихревая труба работает следующим образом.

Поток газа, вытекая из тангенциального ввода 2, нреобретает в камере 7 энергети0 ческого разделения вращательное движение. Охлажденные приосевые слои газа выводятся через диафрагму 3 к потребителю. Периферийные наиболее нагретые слои газа движутся через дроссель 4 в сборник 5 и выводятся в атмосферу через дроссельный

5 вентиль 6. Часть подогретого периферийного газа через щели 9 попадает в периферийные цилиндрические каналы 8, где также устанавливается вращательное движение. В каналах 8 происходит вторичный вихревой

„ эффект, в результате которого в сборник 11 вытекает газ, менее нагретый, чем поступающий в каналы 8. Газ из сборника 11 может через дроссельный вентиль 12 либо подаваться на объект охлаждения, либо выбрасываться в атмосферу. Этот газ также мо5 жет подаваться в камеру 7 энергетического разделения по ее осевому вводу 18 через трубопровод 16, причем расход его регулируется вентилем 17. Из сборника 13 газ

может сбрасываться в атмосферу через дроссельный вентиль 15.

Так как периферийные слои газа в каналах 8 из-за имеющего в них место вихревого эффекта имеют температуру более высокую, чем температура горячего газа в сборнике 5, то тем самым увеличивается эффективность охлаждения внешним жидкостным холодильником 19 наиболее нагретых элементов конструкции камеры 7 энергетического разделения, трубопровода и сборника 13. Охлажденный в холодильнике 19 газ, выходящий из сборника 13, подается в камеру 7 энергетического разделения по ее осевому вводу 18 через трубопровод 20, причем его расход регулируется вентилем 21.

По сравнению с основным изобретением данная вихревая труба позволит дополнительно повысить температуру нагретого В периферийных каналах газа на 10-20°С в результате протекающего в них вихревого эффекта, что в свою очередь повысит эффективность охлаждения конструкции внешним холодильником и увеличит адиабатный КПД на-3-4%.

1. ВИХРЕВАЯ ТРУБА по авт. св. № 992948, отличающаяся тем, что, с целью повышения адиабатного КПД, труба содержит второй кольцевой сборник газа, аналогичный первому и расположенный с противоположной от него стороны камеры энергетического разделения, причем сборники сообш,ены с выводными каналами на окружностях, описанных разными радиусами, конец меньшего из которых расположен на оси соответствующего канала. 2. Труба по п. 1, отличающаяся тем, что камера энергетического разделения со стороны горячего конца имеет осевой ввод, подключенный к сборникам газа, причем к первому из них - через холодильник. (Л Од оо со

фиг. 2