Вихревая труба Советский патент 1979 года по МПК F25B9/02 

(54) ВИХРЕВАЯ ТРУБА

1

Изобретение относится к вихревым энергоразделителям, в которых используется эффект Ранка-Хилша для разделения сжатого газа на холодный и горячий потоки.

Известны вихревые трубы содержащие улиточный сопловой ввод, диафрагму с отверстием для вывода холодного потока и камеру энергетического разделения с охлаждающей рубащкой, соединенной с источником охлаждающего воздуха; по оси камеры энергетического разделения установлено лопаточное колесо, приводимое во вращение закрученным потоком, и на одном валу с колесом размещена крыльчатка вентилятора для прокачки охлаждающего воздуха через рубашку (.

В указанной вихревой трубе энергия горячего потока преобразуется в механическую работу, которая используется для охлаждения стенок камеры энергетического разделения и в конечном итоге для повышения холодопроизводительности вихревой трубы.

Известны также вихревые трубы, содержащие заключенную в охлаждающую рубащку камеру энергетического разделения.

стенки которой выполнены в виде термоэлектрической батареи с холодными и горячими спаями, причем холодные спаи расположены на внутренней поверхности камеры, а горячие - на наружной, и отверстие диафранмы соединено с полостью рубащки 2.

Однако при таком расположении термоэлектрической батареи в этих трубах нельзя генерировать электроэнергию.

Цель изобретения - обеспечение генерирования электроэнергии.

Это достигается тем, что горячие спаи термоэлектрической батареи расположены на внутренней поверхности камеры, а холодные- на наружной.

На чертеже схематически показана описываемая вихревая труба.

Вихревая труба содержит улиточный сопловой ввод с тангенциальным соплом 1, диафрагму с отверстием 2 для вывода холодного потока и камеру 3 энергетического разделения с дросселем 4 для вывода и регулирования расхода горячего потока. Стенки камеры 3 выполнены в виде термоэлектрической батареи 5, горячие спаи которой образуют внутреннюю поверхность камеры, а холодные - ее наружную новерхность. Холодные спаи могут быть выполнены с развитой поверхностью, например оребрены (ребра на чертеже не показаны). Термоэлектрическая батарея 5 заключена в охлаждающую рубашку 6, которая соединена с отверстием 2 диафрагмы через патрубок 7.

Вихревая труба работает следующим образом.

Через тангенциальное сопло 1 вводится сжатый газ, при этом в камере 3 энергетического разделения образуется интенсивный вихревой поток, приосевые слои которого, образуя холодный поток, через отверстие 2 диафрагмы отводятся в рубашку 6, а периферийные слои нагреваются и вытекают через дроссель 4, образуя горячий поток. При этом горячие периферийные слои газа отдают свое тепло горячим спаям термоэлектрической батареи 5, а холодный поток в рубашке 6 охлаждает холодные спаи батареи 5. Вследствие разности температур между холодными и горячими спаями, батарея 5 генерирует эдектрический ток. Напряжение снимается г полюсов батареи 5.

Регулирование расходов горячего и холодного потоков производится дросселем 4.

Работа данной вихревой трубы возможна также при весовой доле холодного потока jU, 1. В этом случае, согласно теории взаимодействия вихрей, наблюдается наибольший эффект энергетического разделения газов, возникают при этом наибольшие тепловые потоки от вынужденного к свободному вихрю и наблюдается наиболее сильный нагрев периферийного вихря, что позволяет путем отвода от него тепла (тепло идет на генерирование батарей электрической энергии, при этом имеет место охлаждение холодных спаев холодным потоком) получить заметный эффект охлаждения.

Перевод вихревой трубы на режим работы npnjU 1 осуществляется перекрытием дросселя 4. При этом сокращается расход сжатого газа и увеличивается эффективность генерирования энергии.

Описанная вихревая труба кроме генерирования электрической энергии может быть одновременно использована по прямому назначению как генератор холода. Наибольшая эффективность также будет при весовой доле холодного потокаJW 1.

Анализ процесса взаимодействия вихрей в вихревой трубе показывает, что двигающийся в дросселе 4 периферийный вихрь получает все новые порции энергии от вынужденного вихря. Это приводит к повышению его темпер1туры. Текущий навстречу вынужденньТй вихрь формируется из подогретых элементов наружного вихря.

Таким образом, попадающие в холодный поток элементы газа сначала нагреваются

в наружном вихре, а затем охлаждаются во внутреннем. Переход элементов газа из наружного во внутренний вихрь не происходит в каком-то определенном сечении, а осуществляется по всей длине вихревой зоны. При этом, чем дальше от соплового ввода совершается этот переход, тем более нагретым оказывается элемент газа в зоне перехода и тем большую энергию он должен передать для того, чтобы приобрести энергетический уровень, соответствующий его радиальному положению в сопловом сечении.

Поэтому, чем холоднее будут формирующие внутренний вихрь элементы, тем совершеннее их охлаждение в сопловом сечении. Этот принцип заложен в основу метода

5 повышения эффективности работы вихревой трубы путем охлаждения периферии вихря. Высокая температура периферийных слоев внешнего вихря позволяет легко отбирать от них тепло, чему в значительной степени способствуют высокие скорости турбулентного вихря, обеспечивающие большие значения коэффициента теплообмена между горячими спаями и вихрем (порядка 1200 вт/м град и более).

В предлагаемой вихревой трубе тепло

5 горячих периферийных слоев внешнего вихря отдается горячим спаям термоэлектрической батареи 5. Учитывая, что наружная поверхность камеры 3 (холодные спаи) охлаждается холодным потоком газа, вихревая труба является фактически охлаждаемой

вихревой трубой, эффективность работы которой высока.

Высокая эффективность энергетического разделения потока газа ведет к повышению эффективности генерирования электрической

J энергии.

Формула изобретения

Вихревая труба, содержашая заключенную в охлаждаюшую рубашку камеру энергетического разделениия, стенки которой выполнены в виде термоэлектрической батареи с холодными и горячими спаями, отличающаяся тем, что, с целью обеспечения генерирования электроэнергии, горячие спаи термоэлектрической батареи расположены на внутренней поверхности камеры, а холодные - на наружной.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе