Устройство для охлаждения воздуха Советский патент 1982 года по МПК F25B9/02 

(5) УСТРОЙСТВО для ОХЛАЖДЕНИЯ ВОЗДУХА

1

Изобретение относится к холодильной технике, конкретно к устройствам для охлаждения воздуха с использованием совокупности эффекта.

Известно устройство для охлаждения воздуха, выполненное в виде вихревой трубы с сопловым вводом, подключенным к магистрали сжатого воздуха, камерой энергетическЬго разделения и диафраг-,„ мой 1.°

Недостатком такого устройства является его невысокая эффективность.

Известно также устройство для j охлаждения воздуха, содержащее вихревую трубу с сопловым вводом, подключенным к магистрали сжатого воздуха камерой энергетического разделения, диафрагмой и каналом горячего пото- 20 ка, и полупроводниковую термобатарек горячие спаи которо размещены в теп- ловом контакте с каналом горячего .потока 2.

Недостатком этого устройства является недостаточная температурная эффективность.

Цель изобретения - повышение температурной эффективности устройства.

Поставленная цель достигаетхя тем, что холодные спаи термобатареи расположены в тепловом контакте с магистралью сжатого газа, а канал горячего потока отделен от камеры энергетического разделения при помощи поперечной проницаемой перегородки из пористого материала и в месте ее размещения снабжен наружным оребре нием, причем в канале в месте его теплового контакта с горячими спаями термобатареи установлена вторая перегородка, аналогичная первой.

Кроме того, устройство может содержать дополнительную вихревую трубу с сопловым вводом, охлаждаемой камерой энергетического разделения и патрубком холодного потока, причем ее .сопловой ввод подключен 59 к каналу, в после второй перегородки по ходу потока дополнительно установлена третья перегородка, аналогичная первым двум, и канал в месте е установки питания снабжен наружным оребрением, а магистраль сжатого воздуха имеет ответвление, на котором установлен теплообменник, подключенный к патрубку холодного потока дополнительной вихревой трубыВ месте ответвления на магистрали может быть установлен газораспределитель. На чертеже изображена схема предлагаемого устройства. Устройство содержит вихревую трубу 1 с сопловым вводом 2, подключенным к магистрали 3 сжатого воздуха, каме рой k энергетического разделения, ди афрагмой 5 и каналом 6 горячего потока, и полупроводниковую термобатарею 7, горячие спаи 8 которой размещ ны в тепловом контакте с каналом 6 горячего потока. Холодные спаи 9 термобатареи 7 расположены в теплово контакте с магистралью 3 сжатого газа, а канал 6 горячего потока отделен от камеры k энергетического разделения при помощи поперечной проницаемой перегородки 10 из пористого материала и в месте ее размещения снабжен наружным оребрением 11, В канале 6 в месте его теплового конта та с горячими спаями 7 установлена вторая перегородка 12, аналогичная первой. Устройство также содержит дополнительную вихревую трубу 13 с сопловым вводом Н, охлаждаемой каме рой 15 энергетического разделения и патрубком 16 холодного потока. Ее сопловой ввод 14 подключен к каналу 6, в котором после второй перегородки 12 по ходу потока допрлнительно установлена третья перегородка 17, аналогичная первым двум, и канал 6 в месте ее установки также снабжен наружным оребрением 18, Магистраль 3 сжатого воздуха имеет ответвление 19, на котором установлен теплообмен ник 20, подключенный к патрубку 16 холодного потока дополнительной вихревой трубы 13. 8 месте ответвления из магистрали 3 установлен газораспределитель 21, Канал 6 выполнен в виде продолжени камеры Ц энергетического разделения Перегородки 10, 12 и 17 выполнены из пористой меди либо 6 виде набора 4 ребер. Канал 6 в месте установки второй перегородки 12 снабжен оребрени- ем 22, На перегородки 10 установлено центральное тело 23. Устройство работает следующим образом, Подводимый от источника по магистрали 3 сжатый воздух расширяется и разгоняется в сопловом вводе 2 и, попадая в камеру 4 вихревой трубы 1, приобретает в ней вихревой характер движения, при котором поток претерпевает энергораздел ение на охлажденный поток через диафрагму 5 отводимый к потребителю, и нагр.етый поток, из камеры k выводимый в канал 6. я вляющийся ее продолжением. Доля холодного потока, отводимого через диафрагму 5, составляет от расхода сжатого воздуха через сопловой ввод 2 и определяется потребным уровнем температуры получаемого холодного потока при заданном условиями эксплуатации располагаемом (начальном) уровне давления сжатого воздуха, В среднем в большинстве случаев расход холодного потока может составлять, приблизительно, одну треть от потребления сжатого воздуха. Горячий поток, выводимый из камеры и имеющий в большинстве случаев температуру, близкую к температуре окружающей среды, омывает развитую поверхность пере1 ородки 12 и отводит при этом тепло от горячих спаев 8 термобатареи 7, питаемой от источника постоянного тока и охлаждающей сжатый воздух перед сопловым вводом 2 В случае, когда температура горячего потока, выходящего из камеры , превышает температуру окружающей среды более чем на , этот поток перед подачей его на обдув перегородки 12 (т, е. на охлаждение спаев 8) охлаждают, отводя тепло в окружающую среду от оребрения 11 при проходе горячего потока через каналы в перегородке 10. В этом случае температура потока перед входом в каналы перегородки 12 близка к температуре окружающей среды. При движении потока в каналах перегородки 12 температура его нарастает; чтобы воспрепятствовать существенному превышению ею уровня, наряду с подводом тепла от спаев 8 к перегорбдке 12 одновременно осуществляется и отвод части тепла в окружающую среду от оребрения 22, Другая часть этого тепла, затраченЬная на нагрев потока на участке канала 6 в зоне перегородки 12, отводится, в окружающую среду от оребрения 18 при проходе потока через пере городку 17. Из канала 6 через ввод 1+ поток, имеющий расход 85-55 расхода сжато го газа от источника, подается в камеру 15 энергоразделения дополнительной вихревой трубы 13 и претерпевает повторное вихревое энергораз деление. При этом периферийные и горячие слои вихревого потока в камере 15 отдают тепло в окружающую среду через оребрение, а охлажденны возлеосевые слои вихревого потока через п.атрубок 16 подаются в теплообменник 20 и охлаждают сжатый воздух в ответвлении 19Другая часть расхода сжатого воз духа охлаждается при этом на холодных спаях 9 термобатареи 7. При помо щи газораспределителя 21 доли поток в ветвях регулируют таким образом, чтобы температуры обеих долей потока сжатого воздуха на выходе из ветвей были одинаковыми. Перед сопловым вводом 2 вихревой трубы 1 осуществляют предварительное охлаждение .сжатого воздуха для понижения достижимого уровня температуры холодного потока. При этом предварительное охлаждение потока сжатого воздуха перед вводом 2 осуществляют в общем случае по частям: одну часть потока охлаждают в теплообменнике 20 дополнительной вихревой трубой 13 а другую часть потока - на спаях 9 при помощи термобатареи 7, причем горячие спаи последней охлаждают в горячем потоке вихревой трубы 1, имеющем температуру, близкую к темпе ратуре окружающей среды. При необходимости изменения темпе ратуры потока, направляемого к охлаж даемому объекту, изменяют долю потока, выпускаемого во ввод }k (для этого ввод 1 делают регулируемого сечения в соответствии с известными техническими решениями) и одновремен но газораспределителем изменяют распределение долей потока по ветвям. В простейшем случае весь поток сжатого воздуха охлаждают на спаях 9, причем регулирование температуры холодного потока осуществляют, либо меняя количество выпускаемого из камеры газа, либо меняя напряжение питания на термобатарее 7- Это поз86воляет, например, в вихревой трубе 1 диаметром 10 мм при степени расширения воздуха в ней 7(Г 5,8, доле холодного потока JU 0,20, начальной температуре сжатого воздуха Т 305 К Получить охлажденный поток с температурой Т 227 К, т. е, реализовать эффект охлаждения, более чем на 30% превышающий величину эффекта у известных лучших вихревых труб. При использовании дополнительной вихревой трубы 13, и разветвленного трубопровода та же величина эффекта охлаждения достигается (при К 5i8) при доле холодного потока, отводимого через диафрагму 4, около / 0,31 (при неизменном энергопотреблении полупроводниковой термобатареи, приблизительно равном мощности мотока эксер гии сжатого воздуха на входе в магистраль 3). Уменьшение доли холодного потока в вихревой трубе 1 менее 0,15 нецелесообразно из-за резкого уменьшения термодинамической эффективности и (при ,10-0,12) ухудшения эффекта охлаждения. Увеличение доли холодного потока более дд 0,+5 нецелесообразно изза ухудшения при этом условий теплосъема со спаев 8 в горячий поток и соответствующего уменьшения холодопроизводительности термобатареи 7. Максимум термодинамической эффективности достигается при ,00,А5, максимум эффекта охлаждения при - 0,15-0,30. Формула изобретения 1. Устройство для охлаждения воздуха , содержащее вихревую трубу с сопловым вводом, подключенным к магистрали сжатого воздуха, камерой энергетического разделения, диафрагмой и каналом горячего потока, и полупроводниковую термобатарею, горячие спаи которой размещены в тепловом контакте с каналом горячего потока, отл-ичающееся тем, что, с целью повышения температурной эффективности, холодные спаи термобатареи расположены в тепловом контакте с магистралью сжатого газа, а канал горячего потока отделен от камеры энергетического разделения при помощи поперечной проницаемо 1 перегородки из пористого материала и в месте