Охлаждающее устройство Советский патент 1993 года по МПК F25B9/00 

Изобретение относится к области холодильной и криогенной техники, а именно, к устройствам для получения холода, содержащим рабочий объем постоянной величины, процессы в котором осуществляют циклически, и может быть использовано в широкой области температур от азотных до охлаждения фреоном.

Целью изобретения является повышение коэффициента полезного действия,

Поставленная цель достигается тем, что в охлаждающем устройстве, состоящем из соединенных последовательно распределителя с газоподводящим каналом и рабочего объема постоянной величины, перед теплообменником установлен конфузорно-диф- фузорный канал, причем цилиндрический и конфузорно-диффузорный каналы выполнены со следующим соотношением их геометрических параметров

L/d 30 и а 7°,

где L - длина цилиндрического канала, d - диаметр цилиндрического канала, а - угол конусности конфузорного и диффузорного участков конфузорно-диффу- зорного канала.

Благодаря исполнению конструктивного узла, соединяющего пульсационную трубу и ресивер в виде конфузорно-диффу- зорного канала, включающего конфузор, разгонную (цилиндрическую) часть и диффузор, обеспечивается другой принцип действия, заключающийся в преобразовании давления в кинетическую энергию, что при повторном трансформировании в давление позволяет сократить необратимые потери процесса, вызванные дросселированием газа в клапане.

На фиг.1 представлено охлаждающее устройство; на фиг.2 - фазовая диаграмма протекания процессов в цикле.

Охлаждающее устройство для получения холода состоит из объема постоянной величины с холодной 1 и горячей 2 зонами, разделенными конфузорно-диффузор- ным каналом 3.

Холодная зона 1 подключена к источнику рабочего тела через впускной клапан 4 и к потребителю - через выпускной клапан 5. Горячая зона 2 содержит рекуперативный теплообменник б, служащий для отвода тепла сжатия, и ресивер 7. Конфузорно-диффузорный канал 3 имеет конфузор 8, разгонную (цилиндрическую) часть 9, выполненную в виде трубки, сечение которой значительно меньше пульсационной трубки холодной 1 зоны,и диффузор 10.

Конусность конфузорного и диффузорного участков должна быть выбрана с углом , чтобы исключить отрыв потока, а разгонный цилиндрический участок канала должен быть выбран с соотношением размеров UcaH./dKaH. 30, так как при значениях UaH./dKaH. 30 происходит вырождение процесса.

Охлаждающее устройство работает следующим образом.

Исходное состояние: клапаны 4 и 5 закрыты, полости 1,3,6 и 7 заполнены остаточным газом.

Процесс HI: клапан 4 открывают - происходит процесс заполнения полости 1 рабочим газом с одновременным сжатием и нагревом остаточного газа в холодной зоне 1. Затем рабочий газ вытесняет часть остаточного газа из холодной зоны 1, проталкивая его через теплообменник 6 в ресивер 7 горячей зоны 2 с рекуперативным отводом тепла сжатия внешнему источнику в теплообменнике 6.

Процесс IHII: клапан 4 закрывают. Происходит адиабатическое расширение рабочего газа в холодной зоне 1 до некоторого промежуточного давления (в пределе равного максимальному давлению остаточного га- за за цикл). Затем происходит

дополнительное расширение рабочего газа за счет инерционного движения остаточного газа в конфузорно-диффузорном канале 3, т.е. при выравнивании давлений в полости 1, заполненной рабочим газом, иосталь

ной части устройства, заполненной

остаточным, все еще происходит движение остаточного газа по инерции, который увлекает и рабочий газ, производящий дополнительное расширение.

0 Процесс III-IV: клапан 5 открывают - происходит процесс внезапного расширения (выхлопа) с охлаждением рабочего газа без внешнего теплообмена. Затем начинается выталкивание холодной порции рабо5 чего газа из холодной зоны 1 объема постоянной величины.

Процесс IV-V: клапан 5 закрывают - происходит процесс обратного сжатия остаточного газа в холодной зоне 1 до давле0 ния выше минимального за цикл. Далее цикл повторяется.

Таким образом, с использованием кон- фузорно-диффузорного канала за счет до- расширения в нем рабочего газа

5 происходить дополнительное его охлаждение и, как следствие, повышение КПД цикла. Пульсационное охлаждающее устройство, содержащее конфузорно-диффузорный канал, выполненный в соответствии с предлагаемыми соотношениями, позволило

впервые обеспечить уровень коэффициента полезного действия г/ад.v 60-65%. сопоставимый с КПД детандеров.

Формула изобретения Охлаждающее устройство, содержащее соединенные последовательно распределитель с гаэоподводящим каналом и рабочий объем постоянной величины с теплообменником на горячем конце, отличэющее- с я тем, что, с целью повышения коэффициента КПД полезного действия, передтепло

обменником установлен конфузорно-диф фузионный канал, причем газоподводящий и конфузорно-диффузионный каналы выполнены со следующим соотношением их геометрических параметров:

L/d 30, а 7°.

где L - длина газоподводящего канала; d - его диаметр; а- угол конусности конфузор- ного и диффузорного участков конфузорно- диффузионного канала.

Использование: для получения холода в диапазоне температур от азотных до температур охлаждения фреоном. Сущность изобретения: охлаждающее устройство состоит из объема постоянной величины с холодной и горячей зонами 1, 2, разделенными конфузорно-диффузорным каналом 3. Зона 1 подключен к источнику рабочего тела через впускной клапан 4 и к потребителю - через выпускной клапан 5. Зона 2 содержит рекуперативный теплообменник 6 и ресивер 7. 2 ил..