Устройство для получения тепла и холода Советский патент 1987 года по МПК F25B9/02 

Изобретение относится к криогенному машиностроению, в частности к устройствам для производства холода с использованием эффекта расширения, и может быть использовано, например, в установках разделения воздуха.

Цель изобретения - повышение термодинамической эффективности устройства.

На фиг. 1 показано устройство для получения тепла и холода; на фиг. 2 - то же; с конической кольцевой камерой; на фиг. 3 - то же, с пакетом трубок в кольцевой камере; на фиг. 4 - сечение А-А на фиг. 3.

Устройство содержит сопло 1, соосно с которым расположена приемная трубка. Приемная трубка выполнена в виде двух j цилиндров 2 и 3 соответственно меньшего и большего диаметров. Цилиндры соединены между собой усеченным конусом 4. Внутри цилиндра 3 с образованием кольцевой камеры 5 установлена вставка 6, имеющая

to

объеме кольцевой камеры 5. Выделяюшееся тепло выводится из нее через стенки вставки 6 и цилиндра 3 в окружающую среду, например, для подогрева водяного пара. Для обеспечения максимального тепловыделения необходимо обеспечить максимальный коэффициент I прохождения акустической волны из цилиндра 2 в кольцевую камеру 5. Величина | определяется по формуле

4-Р|-Р9

(Fi-f F,)

2 )

где PI - площадь поперечного сечения цилиндра 2;

р2 - площадь входного поперечного сечения кольцевой камеры 5.

R

Соотношение (1) ограничивает величину

. В частности, для того, чтобы в кольконический рассекатель 7. Вставка 6 может 20 F быть выполнена в виде цилиндра или кону-цевую камеру 5 проходило не менее 90%

са, при этом в первом случае кольцеваяакустической энергии необходимо в соответкамера 5 может быть снабжена пакето.мствии с (.1), чтобы вьтолня„тось условие

трубок 8, открытых со стороны сопла.о,7 1,5. Рассекатель 7 на вставке 6

Устройство работает следующим образом.обеспеч ивает плавный переход газа между

Струя газа из сопла 1 натекает в цилиндрцилиндром 2 и кольцевой камерой 5, в результате чего происходит .минимальное отражение акустической волны.

2, что вызывает появление пульсаций давления газа на входе цилиндра 2. При этом возникают волны сжатия, которые распространяются в цилиндре 2 и, обтекая рассекатель 7, попадают в заглушенную кольцевую камеру 5. По мере прохождения всего пути волны сжатия теряют часть энергии за счет перехода ее в тепло. Волна сжатия, отразившись от закрытого конца (при этом выделяется большое количество тепла) кольцевой камеры 5, совершает обратный путь, нагревая при этом газ, находящийся в приемной трубке. Волна сжатия отражается от открытого конца цилиндра 2 волной разрежения, которая распространяется внутрь трубки. На этом заканчиваВ предлагаемом устройстве длина кольце- ,Q вой камеры 5 должна быть не меньше дли35

ны застойной зоны, длина которой по данным эксперимента составляет около 50-70% в зависимости от условий возбуждения колебаний. Это, в свою очередь, требует выполнения условия -W 1, где L/ - длина ци- Ьг.

линдра 2; L - длина цилиндра 3.

Внутренняя поверхность кольцевой камеры 5 выполнена пористо-шероховатой, а ее стенки - из теплопроводного материала для большей интенсификации процесса

ется затекание газа в цилиндр 2 приемной 40 трансформации энергии колебаний давления трубки и начинается процесс его истечения.газа в тепловую и более эффективного отЦикл завершается в тот момент, когда волна разрежения, отразившись от закрытого конца кольцевой камеры, достигает открытого конца цилиндра 2, от которого отражается в виде новой волны сжатия. В течение каждого цикла происходит затекание и обратный выброс газа из приемной трубки. В ней образуются две зоны: вблизи открытого конца, обращенного в сторону сопла - зона интенсивного массообмена; вблизи зак- CQ приемной трубке. Так, подача газа через соп- рытого конца - застойная зона. В зоне ни- ло 1 может осуществляться импульсно с .мо- тенсивного массообмена происходит перио- дуляцией потока механическим газораспре- дическая смена газа, благодаря чему выде- делителем. Сопло 1 может быть подвижным ляющееся здесь тепло «вымывается из при- и обеспечивать обегание струей целого ряда емной трубки и выбрасывается в расширен-приемных трубок. При неподвижном сопле

ный поток, поэтому начальный участок при- 55 обегание струей нескольких приемных трубок емной трубки не нагревается. Нагрев при-возможно с использованием, например, эфемной трубки происходит в застойной зо- фекта, неустойчивости обтекания струей не, которая локализуется во внутреннем клина.

45

вода тепла от газа из кольцевой камеры о за счет уменьшения толщины теплового пограничного слоя у стенок кольцевой камеры 5 и увеличения поверхности теплообмена.

Предлагаемое устройство .может быть использовано для реализации любого известного способа возбуждения колебаний газа в

объеме кольцевой камеры 5. Выделяюшееся тепло выводится из нее через стенки вставки 6 и цилиндра 3 в окружающую среду, например, для подогрева водяного пара. Для обеспечения максимального тепловыделения необходимо обеспечить максимальный коэффициент I прохождения акустической волны из цилиндра 2 в кольцевую камеру 5. Величина | определяется по формуле

4-Р|-Р9

(Fi-f F,)

2 )

где PI - площадь поперечного сечения цилиндра 2;

р2 - площадь входного поперечного сечения кольцевой камеры 5.

R

Соотношение (1) ограничивает величину

. В частности, для того, чтобы в кольFцевую камеру 5 проходило не менее 90%

В предлагаемом устройстве длина кольце- ,Q вой камеры 5 должна быть не меньше длины застойной зоны, длина которой по данным эксперимента составляет около 50-70% в зависимости от условий возбуждения колебаний. Это, в свою очередь, требует выполнения условия -W 1, где L/ - длина ци- Ьг.

Q приемной трубке. Так, подача газа через соп- ло 1 может осуществляться импульсно с .мо- дуляцией потока механическим газораспре- делителем. Сопло 1 может быть подвижным и обеспечивать обегание струей целого ряда приемных трубок. При неподвижном сопле

5

вода тепла от газа из кольцевой камеры о за счет уменьшения толщины теплового пограничного слоя у стенок кольцевой камеры 5 и увеличения поверхности теплообмена.

Предлагаемое устройство .может быть использовано для реализации любого известного способа возбуждения колебаний газа в

Формула изобретения

1. Устройство для получения тепла и холода, содержащее сопло, соосно с которым расположена приемная трубка, открытая со стороны сопла и заглушенная с противоположной стороны, отличающееся тем, что, с целью повышения термодинамической эффективности, приемная трубка выполнена в виде двух цилиндров разных диаметров, соединенных усеченным конусом, причем цилиндр меньшего диаметра расположен со

стороны сопла, а внутри цилиндра большего диаметра с образованием кольцевой камеры установлена вставка с коническим рассекателем, обраш,енным вершиной в сторон сопла.

2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что внутренняя поверхность кольцевой камеры выполнена пористо-шероховатой.

3.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что кольцевая камера снабжена пакетом трубок, параллельных ее оси и открытых со стороны сопла.

Изобретение относится к криогенному машиностроению и м.б. использовано в установках разделения воздуха. Цель изобретения - повышение термодинамической эффективности устройства. Приемная трубка выполнена в виде двух цилиндров 2 и 3 разных диаметров, соединенных усеченным конусом 4. Цилиндр 2 меньшего диаметра расположен со стороны сопла 1, а внутри цилиндра 3 большего диаметра с образованием кольцевой камеры (КК) 5 установлена вставка 6 с коническим рассекателем 7, об- рашенным вершиной в сторону сопла 1. Вставка 6 м.б. снабжена пакетом трубок, параллельных ее оси и открытых со стороны сопла. Внутренняя поверхность КК 5 выполнена пористо-шероховатой, а ее стенки - из теплопроводного материала, что интенсифицирует процесс трансформации энергии колебаний давления газа в тепловую и повышает эффективность отвода тепла от газа из КК за счет уменьшения тол- ш,ины теплового пограничного слоя у стенок КК и увеличения поверхности теплообмена. 2 з.п. ф-лы, 4 ил. « (Л J 5 СО N срие.1

5 5

фиг. 2

физА