Вихревая труба Советский патент 1982 года по МПК F25B9/02 

(54) ВИХРЕВАЯ ТРУБА

1

Изобретение относится к холодильной технике, а именно к вихревым генераторам холода, основанным на использовании эффекта Ранка.

По основному авт. св. № 470684, известна вихревая труба, горячий конец которой выполнен в виде набора соосно установленных диафрагм, между которыми установлены шайбы 1.

Эта вихревая труба имеет высокую экономичность. Однако максимальный энергетический КПД ее реализуется при низких степенях расширения, а при высоких располагаемых давлениях сжатого воздуха ее эффективность в одноступенчатой трубе невелика, что приводит к необходимости использования ступенчатого соединения таких вихревых труб.

Цель изобретения - повышение холодопроизводительности.

Поставленная цель достигается тем, что вихревая труба дополнительно содержит трубку, установленную параллельно оси с зазором относительно диафрагм, причем свободные концы трубки изогнуты в противоположные стороны в тангенциальном направлении.

На фиг. 1 представлена вихревая труба, продольный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.

Устройство содержит вихревую камеру 1 с сопловым вводом 2 и выпуском 3

5 холодного потока. К вихревой камере 1 присоединен горячий конец в виде набора соосно установленных охлаждаемых диафрагм 4, соосные центральные отверстия в которых образуют полость горяче... го конца, замыкаемую дниш,ем 5 с дросселем 6 горячего потока. Между диафрагмами 4 размешены шайбы 7. На участках диафрагм 4, примыкающим к шайбам 7, с их внутренней стороны выполнена перфорация 8. Горячий конец трубы заключен в охлаждаемую рубашку 9. Вихревая труба содержит также трубку 10. установленную параллельно оси с зазором относительно диафрагмы 4. Свободные концы трубки 10 изогнута в противоположные стороны в тангенциальном направлении.

20 Трубка имеет входное 11 и выходное 12 отверстия. Входное отверстие 11 расположено в щели 13 возле сопловой зоны 14 горячего конца, а выходное отверстие 12 - в щели 15 хвостовой зоны 16.

Вихревая труба работает следующим образом.

Высокоскоростной поток расширяющегося газа, например сжатого воздуха, через сопловой ввод 2 устремляется в камеру 1, где преобретает вихревый характер движения. Охладивщиеся при этом околоосевые слои вихря выводятся через выпуск 3 к охлаждаемому объекту, а нагревшиеся периферийные слои устремляются в противотоке с холодными в полость горячего конца, образованную центральными отверстиями диафрагм 4, и, омывая охватываемые щайбами 7 участки диафрагм 4, отдают тепло среде, прокачиваемой через рубашку 9. Содержащаяся в газе капельная жидкость из вихревого потока попадает в щели между диафрагмами 4 и под действием центробежной силы растекается по периметру отверстий в шайбах 7, образуя при этом кольцевой жидкостный слой. При чем толщина этого слоя определяется радиальным расстоянием от шайбы 7 до отверстия в днище 5, сообщенного с дросселем б, т. е. превышает диаметр трубки 10, установленной в перфорации 8. При работе вихревой трубы жидкость попадает в ориентированное против потока входное отверстие 11 и вытекает из ориентированного по потоку выходного отверстия 12.

Таким образом, жидкость (фиг. 1, пунктирная линия) движется по трубке 10 из возлесопловой щели 13 в хвостовую щель 15, а оттуда рециркулирует назад по перфорации 8. При такой циркуляции жидкость не только интенсифицирует процесс отвода тепла от периферии вихревого потока к диафрагмам 4, но и способствует выравниванию плотностей теплового потока на отдельных диафрагмах.

Часть тепла жидкостью переносится из наиболее теплонапряженной возлесогГловой зоны 14 в хвостовую зону 16 горячего конца и здесь отводится по диафрагмам 4 в среду, омывающую их периферийные участки в условиях свободной или вынужденной конвенции. При этом происходит выравнивание плотностей тепловых потоков на возлесопловых и хвостовых диафрагмах за счет снижения ее на первых и повышения на вторых. При выравнивании температур диафрагм уменьшается необратимость процесса теплопередачи от периферии вихревого потока к охлаждающей среде, интенсифицируется теплоотдача в возлесопловой зоне 15 и, соответственно, повыщается холодопроизводительность вихревой трубы при одновременном повыщении степени равномерности нагрева среды, омывающей периферию диафрагм 4.

При необходимости, в случае работы на газе, содержащем мало капельной жидкости, для получения упомянутого жидкостного кольца жидкость заливают в полость горячего конца, например, через отверстие дросселя 6.

Формула изобретения

Вихревая труба по авт. св. № 470684, отличающаяся тем, что, с целью повышения холодопроизводительности, она дополнительно содержит трубку, установленную параллельно оси с зазором относительно дийфрагм, причем свободные концы трубки изогнуты в противоположные стороны в тангенциальном направлении.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 470684, кл. F 25 В 9/02, 1974.