Способ охлаждения влажного газа в вихревой трубе Советский патент 1979 года по МПК F25B9/02 

1

Изобретение относится к холодильной технике, а конкретнее к способам охлаждения закрученного потока воздуха или другого газа основанным на использовании эффекта Ранка. Изобретение найдет применение в миниатюрных вихревых охлаждающих приборах, питаемых сжатым воздухом от бортовой или заводской пневмосети, например в транспортных вихревых холодильниках.

Известен способ охлаждения влажного газа в вихревой трубе путем закрутки высокоскоростного потока в камере энергетического разделения и вывода охлажденного потока через отверстие диафрагмы 1.

Известный способ прост в осуществлении и позволяет в компактном вихревом аппарате охлаждать поток воздуха на десятки градусов ниже 0°С. Однако при работе на неосушенном воздухе стабильность описанного процесса периодически нарушается из-за отложения льда на поверхности диафрагмы. Загромождение отверстия диафрагмы льдом приводит к повышению давления в полости камеры энергетического разделения и соответствующему уменьшению эффекта охлаждения потока. Это в свою очередь обусловливает периодическое подтаивание и отделение части льда с последующим уносом его холодным потоком.

Таким образом, известный способ при использовании влажного воздуха характеризуется нестабильностью температуры получаемого холодного потока, что сужает область возможных применений способа.

Цель изобретения - обеспечение стабилизации температуры охлажденного потока.

Это достигается тем, что к диафрагме подводят тепло и поддерживают ее температуру выше температуры кристаллизации влаги, содержащейся в потоке. Подвод тепла к диафрагме может быть осуществлен от стенок камеры энергетического разделения или путем электроподогрева со скважностью не менее 10.

На чертеже схематически изображена вихревая труба, осуществляющая предлагаемый способ.

Высокоскоростной поток влажного воздуха, отбираемого, например, от заводской пневмосети, подают через тангенциальный ввод 1 в камеру 2 энергетического разделения. Получаемый при этом закрученный вихревой поток в камере 2 претерпевает энергетическое разделение, при котором тепло от BO3Jieocei bix слоев вихря передается 11ери(() слоям. Горючие периферийные с,1ои вихревого потока омывают степки 3 2 snepieTnnecKoro разделения и нагревают их и находяпгуюся с ними в тенлово : контакте (например, припаянную) диафрагму 4. 1-1апример, при температуре сжатого воздуха перед сопловым вводом I около 10°С и относительном расходе холодного потока около 50% от общего потребления сжатого воздуха вихревой трубой температура стенок 3 камеры энергетического разделения в транспортном вихревом холодильнике Г1ревын ает 4о°С, что позволяет отводить от них к диа(трагме 4 тепло в количестве, достаточном для поддержания ее температуры выше температуры льдообразования. В миниатюрной вихревой трубе с диаметром камеры энергетического разделения 4 мм нлонаадь части диафрагмы и стенок ее отверстия, омываемых холодным потоком с отрицательной температурой, не превьипает 0,2-10 м 2, а коэффициент теплоотдачи от этих поверхностей к охлажденному потоку не превышает 400 . При температуре холодного потока около .минус 18°С количество тепла, отдаваемого потоку от поверхности диафрагмы, обогреваемой в соответствии с предложением, не превьипает 0,16 0,20 Вт, что соответствует «вредному нодогреву холодного гтотока на этих поверхностях не более, чем па 0,2°С. Таким образом, стабилизация температурного режима вихревой трубы в предлагаемом способе охлаждения влажного воздуха достигается при нолном отсутствии обледенения диафрагмы, т. е. нри максимальной энергетической эффективности вихревой трубы для данного уровня влажноети сжатого воздуха, а подогрев ХОЛОДН01-0 нотока от стенок диафрагмы при этом пренебрежимо мал и практически не сказывается на конечной темнературе потока. Количество тепла, потребное для поддержания температуры диафрагмы выше температуры льдообразования, иодводят к диафрагме теплопроводностью при плотном прижатии диафрагмы к стенкам камеры энергетического разделения, либо через слой промежуточного вещества, например припоя. Возможпость питания транспортных вихревых холодильников от пневмосети транспортного объекта в основном зависит от потреблепия сжатого воздуха хол(;дильником. Поэтому в названной области предлагае.мый снособ расширяет возможности применения вихревых холодильников: увеличение действительной величины эффекта охлаждения, обеспечиваемое предлагаемым способом, позволяет уменьшить на 30% потребление сжатого воздуха холодильником, соответственно снизить эксплуатационные расходы и, что более важно, использовать вихревые охлаждающие приборы на транснортных объектах с О1раниченным ресурсом пневмосистемы. При низкой температуре сжатого воздуха перед вводом 1, например в нижней ступени двухступенчатого вихревого устройства, температура стенок 3 может оказаться лишь незначительно выше температуры льдообразования, что соответственно сужает возможности передачи тепла к диафрагме 4 от стенок 3 теплопроводностью. В этом c.iyчае преимущественно при получении охлажденного потока с температурой ниже минус 20°С в дополнение к теплу, передаваемому диафрагме 4 стенками 3, осуществляют обогрев диафрагмы теплом внен1него источника, например электронагревателя 5, питаемого импульсами электрического тока, общая длительность которых может не превышать от д.лительности работы вихревого прибора, т. е. со скважностью не менее 10. Такой импульсный обогрев диафрагмы при минимальпых энергозатратах и минимальном «вредном нагреве холодного потока устраняет опасность льдообразования на диафрагме при температуре холодного потока на десятки градусов более низкой, чем температура льдообразования. Формула изобретения 1.Снособ охлаждения влажного газа в вихревой трубе путем закрутки высокоскоростного потока в камере энергетического разделения и вывода о.хлажденного потока через отверстие диафрагмы, отличающийся тем, что, с целью обеспечения стабилизации температуры охлажденного потока, к диафрагме подводят тепло и поддерживают ее температуру выше температуры кристаллизации влаги, содержащейся в потоке. 2.Способ по п. 1, отличающийся тем, что подвод тепла к диафрагме осуществляют от стенок камеры энергетического разделения. 3.Способ по п. I, отличающийся тем, что подвод тепла к диафрагме осуществляют путем электроподогрева. 4.Способ по п. 3, отличающийся тем, что электроподогрев ведут импульсами со скважностью не менее 10. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 437892, кл. F 25 В 9/02, 1972.