Вихревой энергоразделитель Советский патент 1985 года по МПК F25B9/02 

СО

;о о оо со

Изобретение относится к области холодильного оборудования, а именно к усройствам для кондиционирования воздуха, обеспечивающим подачу охлажденного или подогретого воздуха с заданной температурой, а также с регулируемым расходом, влажностью и давлением.

Известно усройство для осушки воздуха, содержащее вихревую трубу с сопловым аппаратом, соединенным с диффузором, который установлен на горячем конце вихревой трубы и выполнен кольцевым с лопастями, раскручивающими поток при его движении в щели диффузора 1.

Холодопроизводительность и эффективность охлаждения воздуха в вихревой трубе возрастает с повыщением давления на входе, т. е. регулирование вихревых установок всегда связано с изменением весовой доли холодного потока , представляющего отношение расхода холодного газа, выходящего через центральное отверстие диафрагмы, к общей массе газа, проходящей через вихревую трубу. При заданном общем расходе сжатого воздуха G величину 1 выбирают из условия, чтобы при этом обеспечивались заданные минимальная температура холодного потока и максимальная температура горячего потока. Это условие для известных вихревых труб выполнить невозможно, так как минимальная заданная температура холодного потока достигается при ij,0,3, а максимальная температура горячего потока при ,6.

Соответственно этому для получения минимальной температуры холодного потока ,3 необходимо у вихревой трубы иметь диафрагму с относительным диаметром отверстия (отношение диаметра d отверстия диафрагмы к диаметру D вихревой трубы) ,45, для получения максимальной температуры горячего потока при ,6 необходимо иметь диафрагму с ,54. При переходе с режима охлаждения на режим подогрева производится замена диафрагмы вихревой трубы, что крайне неудобно при практическом применении устройства.

Наиболее близким к изобретению является вихревой энергоразделитель, содержащий вихревую трубу с сопловым вводом, диафрагмой и оребренным горячим концом. По оси трубы установлено лопастное колесо, приводимое во вращение под действием закрученного потока, и на одном валу с колесом размещена крыльчатка вентилятора для прокачки воздуха через оребренную поверхность горячего конца 2.

Недостатком этого энергоразделителя является невозможность регулирования температуры холодного потока при постоянном заданном давлении сжатого воздуха на входе в вихревую трубу. Адиабатный КПД охлаждаемых вихревых труб невысок и равен 25-27%. Возможности повышения эффективности неадиабатной вихревой трубы ограничиваются малой поверхностью теплообмена горячего конца. Увеличение длины горячего конца до тридцати диаметров и более не приводит к улучшению энергоразделения в вихревых трубах.

Цель изобретения - обеспечение регулирования температуры и влажности воздуха при заданном его расходе.

Цель достигается тем, что вихревой энергоразделитель, содержащий вихревую

0 трубу с сопловым вводом и диафрагмой и расположенные на одном валу по оси трубы лопастное колесо и крыльчатку вентилятора, дополнительно содержит вращающийся регенератор с насадкой, имеющей радиальные и поперечные каналы, установленный между лопастным колесом и крыльчаткой вентилятора, и вторую вихревую трубу, имеющую сопловой ввод с противоположным направлением закрутки, расположенную зеркально первой относительно их сопловых вводов, при этом обе трубы снабжены подвижными в осевом направлении щнековыми завихрителями горячего потока и соединены переточной магистралью, а диафрагма первой трубы соединена посредством обводного трубопровода с крыльчаткой вентилятора.

При этом насадка регенератора выполнена из пористого металла, пропитанного адсорбентом твердой соли хлористого лития.

На фиг. 1 схематически показан вихреQ вой энергоразделитель, предназначенный для осушки воздуха; на фиг. 2 - насадка регенератора.

Вихревой энергоразделитель содержит вихревые трубы 1 и 2 с сопловыми вводами (ули1гками 3 и 4) с противоположной закруткой. Трубы 1 и 2 расположены зеркально относительно их сопловых вводов. Горячие концы вихревых, труб 1 и 2 соединены между собой переточной магистралью 5.. Во внутренней части горячих концов вихревых труб 1 и 2 размещены шнековые завихрители 6 и 7, имеющие возможность свободного перемещения вдоль оси с помощью стержней 8 и 9. Перемещение шнековых завихрителей 6 и 7 может производиться как вручную, так и автоматически. Холодный конец вихревой трубы 5 2 соединен обводным трубопроводом 10 со всасывающей стороной крыльчатки 11 вентилятора, на одном валу с которой размещены регенератор 12 и лопастное колесо 13 Регенератор 12 содержит насадку 14, которая имеет радиальные 15 и поперечные 16 каналы 0 для прохода воздуха и выполнена из пористого металла, пропитанного адсорбентом твердой соли хлористого лития. Регенератор имеет патрубки 17 и 18 для входа и выхода воздуха.

Энергоразделитель работает следующим 5 образом.

Сжатый влажный воздух под давлением подается в вихревые трубы 1 к 2, в которых закручивается в противоположные стороны

улитками 3 и 4. В вихревых трубах 1 и 2 осуществляется процесс энергетического разделения воздуха на холодный и горячий потоки, причем из-за противоположного направления вращения в улитках 3 и 4 закрученные потоки отжимаются один от другого и по периферии распространяются вдоль труб, часть горячего потока проходит щнековые завихрители 6 и 7, объединяется магистралью 5 и вводится по ней перед колесом 13. Энергия вращения закрученного горячего потока, передается через лопаточное колесо 13 на вращение вала, на котором размещен регенератор 12 и крыльчатку 11 вентилятора. Холодный поток, проходя через осевое сечение вихревых труб 1 и 2,попадает в трубопровод 10, по которому передается на крыльчатку вентилятора.. При этом холодный воздух в вихревых трубах имеет низкую абсолютную влажность, так как за счет центробежных сил влага внутри труб 1 и 2 отводится к периферии и насыщает горячий поток. На напорной стороне крыльчатки 11 /холодный поток воздуха подается в радиальные каналы насадки 14 регенератора 12. Насадка регенератора выполнена из пористого металла (металлокерамики) и пропитана солью твердого сорбента хлористого лития.

При перемещении по каналам насадки 14 предварительно осущенный в вихревых трубах 1 и 2 холодный поток воздуха охлаж дает ее внутреннюю поверхность. Поскольку парциальное давление паров в окружающем холодном воздухе ниже, чем вогнутой поверх ности мениска, пропитанного влагой, отобранной солью у влажного горячего потока с противоположной стороны насадки, то образующийся потенциал вызывает перенос пара. С одной стороны насадка 14, пропитанная твердой солью хлористого лития, отбирает влагу от горячего влажного потока и производит процесс осущки воздуха, подаваемого через поперечные каналы 16 насадки 14, одновременно насадка передает влагу холодному сухому потоку, подаваемому в радиальные каналы 15 насадки. Отработанный холодный поток х)тбрасывается на периферийную часть насадки 14 и выбрасывается в атмосферу. Горячий поток воздуха поступает на лопастное колесо 13, отдает энергию, охлаждается и поступает в поперечные каналы 16 насадки 14 (фиг. 2). Кроме того, через патрубок 17 в регенератор поступает дополнительный воздух под давлением, который проходит, по поперечным 16 каналам насадки 14 охлаждается ее холодной пористой поверх ностью, пропитанной твердой солью адсорбента, и отдает влагу. При этом воздух осущается и выбрасывается через патрубки 18 для использования в технологических процессах. При вращении насадки под действием центробежных сил влага отбрасывается на периферию, подхватывается отработанным холодным потоком и выбрасывается наружу. Изменением месторасположения щнековых завихрителей 6 и 7 с помощью стержней 8 и 9 создается возможность регулирования температуры холодного потока при неизменном расходе воздуха, поступающего в вихревые трубы 1 и 2. При крайнем

расположении щнекового завихрителя 7 его каналы перекрывают выход горячего потока в магистраль 5 и далее к лопастному колесу 13. Число оборотов колеса 13 снижается, расход холодного потока возрастает, т. е. степень осущки дополнительного потока воздуха, перемещаемого по поперечным каналам 16 насадки 14, увеличивается. Регулировочные характеристики (по темперратуре и влажности) меняются в.щироких пределах в связи с отсутствием в вихревых

0 трубах 1 и 2 традиционной диафрагмы. Радиус вихря в улитках 3 и 4 меняется с изменением входного расхода воздуха. С увеличением расхода G воздуха радиус вихря возрастает. Энергия горячего потока используется более полно потому, что расходуется

5 приведение во вращение насадки 14, расположенной в регенераторе 12. Причем с увеличением числа оборотов эффективность осущки воздуха увеличивается. Площадь насадки в несколько раз превышает площадь боковоЙ1 поверхности горячего конца вихревых труб 1 и 2, при этом нет необходимости увеличивать длину горячего конца вихревой трубы.

Эксперименты показали, что экономичность вихревой трубы резко возрастает с рйстом Л и при всех значениях достигает максимума в области Jt 0,5-0.7.

Реальные турбины малой производительности имеют адиабатный КПД в пределах 0,5-0,6.

Таким образом, при изменении расчетного режима предлагаемое устройство обеспечивает экономичность в щироком диапазоне температур воздуха (ДЬ 10-2Р°С) при ,0 const по сравнению с известными энергоразделителями, в которых регулирование вихревых труб всегда связано с изменением ц,.

Многократная циркуляция позволяет заметно приблизить процесс энергетического об мена к предельно возможному. 0 При абсолютном давлении Per 2,5 ата и давлении окружающей среды Ра 1,0 ата замкнутная схема обеспечивает эффект oxлaждeнияДt 60°C, что соответствует величине температурной эффективностит1 0,9.

1. ВИХРЕВОЙ ЭНЕРГОРАЗДЕЛИТЕЛЬ, преимущественно для осушки воздуха, содержащий вихревую трубу с сопловым вводом и диафрагмой и расположенные на одном валу по оси трубы лопастное колесо и крыльчатку вентилятора, отличающийся тем, что, с целью обеспечения регулирования температуры и влажности воздуха при заданном его расходе, энергоразделитель дополнительно содержит вращающийся регенератор с насадкой, имеющей радиальные и поперечные каналы, установленный между лопастным колесом и крыльчаткой вентилятора, и вторую вихревую трубу, имеющую сопловой ввод с противоположным направлением закрутки, расположенную зеркально первой относительно их сопловых вводов, при этом обе трубы снабжены подвижными в осевом направлении шнековыми завихрителями горячего потока и соединены переточной магистралью, а диафрагма первой трубы соединена посредством обводного трубопровода с крыльчаткой вентилятора. 2. Энергоразделитель по п. 1, отличающийся тем, что насадка регенератора выполнена из пористого металла, пропитанного адсорбентом твердой соли хлористого лития.