Способ охлаждения объекта Советский патент 1980 года по МПК F25B9/02 

(54) СПОСОБ ОХЛАЖДЕНИЯ ОБЪЕКТА

i

Изобретение относится к холодильной технике, а более конкретно - к способам охлаждения объектов в результате использования энергии сжатого газа, разделяемого в вихревой трубе на холодный и горячий потоки.

Преимуш.ественная область применения - эпизодическое охлаждение крупногабаритных объектов до весьма низких температур (170-190) К.

Известны способы охлаждения объектов путем энергетического разделения сжатого газа в вихревых трубах. Охлаждение осуш,ествляют в результате контакта охлаждаемого объекта с холодным воздухом, выходяшим из отверстия диафрагмы вихревой трубы 1.

Аппараты, в которых реализуются указанные способы, обладают сравнительно низким температурным эффектом охлаждения, .а необходимость в теплообменной аппаратуре делает их громоздкими и менее надежными.

Известны также и способы охлаждения объекта, размеш,енного в холодильной камере, с помош;ью последовательно соединенных вихревых труб путем разделения всего

расхода сжатого газа в вихревой трубе первой ступени на холодный и горячий потоки 2.

Данный способ по своей технической сущности наиболее близок описываемому. , Однако расход холодного потока, подаваемого к объекту охлаждения., в этом случае незначителен, так как на каждой ступени расширения часть газа выбрасывают в атмосферу (горячий поток). Вследствие этого на охлаждение крупногабаритного объекта, имеющего значительную массу, требуется достаточно много времени, что в конечном счете приводит к больщим энергетическим затратам.

Цель изобретения - сокращение энергетических затрат.

Данная цель достигается тем, что охлаждение объекта ведут в два этапа, причем на первом этапе в холодильную камеру подают холодный,поток вихревой трубы первой ступени в количестве, составляющим 35-

23 50% расхода сжатого газа и с температурой 210-230 К, а на втором этапе холодный поток этой трубы разделяют в вихревой трубе второй ступени на охлажденный и подогретый, и в камеру подают охлажденный

поток с температурой 170-190 К и в количестве, равном 10-30% расхода холодного потока первой ступени, причем на первом этапе весь перепад давления сжатого газа от 0,6-0,8 МПа до 0,1 МПа срабатывают в вихревой трубе первой ступени.

На фиг. 1 приведены графические зависимости, показывающие изменение температуры охлаждаемого объекта во времени в зависимости от способа охлаждения, на которых кря.вая А иллюстрирует процесс комбинированного охлаждения объекта, когда в камеру вначале подается холодный поток первой ступени расширения (участок аи), а затем дополнительно охлажденный поток второй ступени (участок 1с), а кривая Б иллюстрирует процесс охлаждения объекта -газом, прошедшим двухступенчатое расширение в вихревых трубах.

Ни фиг. 2 схематически изображен аппарат, реализующий описываемый способ охлаждения.

. .Повышение экономичности охлаждения объёктадбстигается за счет того, что на первом этапе в холодильную камеру подается весь холодный поток вихревой трубы первой ступени энергетического разделения. Температура этого потока Txi выше, чем требуемая Тхг, которую можно обеспечить при дальнейшем расширении в вихревой трубе второй ступени, однако расход достаточно велик,и захолаживание объекта до температуры TXV происходит гораздо быстрее, чем при двухступенчатом расширении.

По достижении объектом температуры TXI , холодный поток первой ступени отключается от холодильной камеры.и подается во вторую ступень расширения, где разделяется на охлажденный и подогретый потоки. Охлажденный поток, имеющий температуру Тхг, прокачивается через камеру холода и способствует понижению температуры объекта от Т)1 до Тхг..

В результате при комбинированном охлаждении, когда предварительное захолаживание объекта осуществляется холодным потоком первой ступени, а окончательное - за счет дополнительно охлажденного потока второй ступени, значительно сокрашается время г, необходимое длядостижения объектом минимальной температуры (фиг. 1). По сравнению с двухступенчатым охлаждением, описанный способ дает определенный выигрыш во времени (сг- ci), что в конечном счете приводит к уменьшению требующегося количества сжатого воздуха и, следовательно, снижает энергетические затраты на охлаждение.

Аппарат для реализации способа содержит вихревые трубы 1 и 2 первой и второй ступеней энергетического разделения сжатого газа, холодильную камеру 3, вихревой эжектор 4 и трехходовой кран 5.

При работе аппарата на рТжйм(еШак симальной холодопроизводительности (минимальный температурный эффект охлаждения) 7 олодный поток первой ступени расширения с помощью трехходового крана 5 направляется в камеру 3, откуда часть газа откачивается эжектором 4, а другая часть

через внутреннюю полость вихревой трубы 2 вьгтекает в атмосферу. Расход потока, проходящего через камеру 3, составляет 35- 50% расхода сжатого газа, а температура 210-230 К. В этом случае весь перепад давления сжатого газа с 0,8-0,6 МПа до

0,1 МПа срабатывается в одной ступени энергетического разделения.

При переключении трехходового крана 5 во второе рабочее положение холодный поток первой вихревой трубы подается в сопловой аппарат вихревой трубы 2, где разделяется на охлажденный и подогреть Й потоки. Подогретый газ выбрасывается в атмосферу, холодный же поступает в камеру 3, а затем в качестве пассивного потока - в эжекционную камеру вихревого эжектора

4, где смешивается с активным потоком (горячим потоком вихревой трубы первой ступени) и выбрасывается в атмосферу. В этом случае температура холодного газа в камере 3 составляет 170-190 К, а расход 10- 30% расхода холодного потока первой ступени расширения.

ВслеДетада т 9т87чтб расход холЪдного потока на первом этапе охлаждения довольно значителен, захолаживание объект... до температуры 210-230 К происходит быстрее, чем -при двухступенчатом расширении, а это создает условия для ускоренного достижения минимальной температуры при включении в работу второй ступени расширения.

Такигу образом, способ комбинированного охлаждения, реализуемый в вихревом холодильном аппарате, обеспечивает ускорение (по сравнению с двухступенчатым) охлаждения объекта с меньшими затратами сжатого воздуха.

Формула изобретения

холодильной камере, с помощью последовательно соединенных вихревы.х труб, путем разделения всего расхода сжатого газа в вихревой трубе первой ступени на холодный и горячий потоки, отличающийся тем, что, с целью сокращения энергетических затрат, охлаждение объекта ведут в два этапа, причем на первом этапе в холодильную камеру подают холодный поток вихревой трубы первой ступени в количестве, составляющем 35-50% расхода сжатого газа, и с

температурой 210-230 К, а на втором этапе холодны|мгготдк этой трубы разделяют в вихревой трубе второй ступени на охлажденный .и подогретый, и в камеру подают охлажденный поток с температурой 170-190 К и в количестве, равном 10-30% расхода холодного потока первой ступени.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

fu2.

.;.:- :. А

739313