вихревая установка для выделения водорода из воздуха

Формула изобретения

1. Вихревая установка для выделения водорода из воздуха, содержащая по меньшей мере одну вихревую трубу с по меньшей мере одним завихрителем, размещенным на ее входном участке и обеспечивающим закрутку проходящего через него потока воздуха, установленную соосно вихревой трубе дроссельную заслонку с центральным отверстием, расположенную на выходном участке вихревой трубы, отличающаяся тем, что вихревая труба установлена с возможностью поворота вокруг оси, по меньшей мере пересекающейся с осью вихревой трубы под прямым углом к последней при помощи поворотного устройства, при этом по крайней мере с обеих сторон вихревой трубы в диаметральной вертикальной плоскости установлены продольные ребра, выполненные в виде крыльев с обтекаемыми обводами, а труба снабжена емкостью, выполненной в виде обтекаемого со стороны набегающего потока воздуха крыла, расположенного по меньшей мере в той же плоскости, что и продольные ребра, в торце емкости, обращенной в сторону набегающего потока, выполнено по меньшей мере одно отверстие, сообщающее внутреннее пространство емкости с наружной средой (атмосферой), а внутреннее пространство емкости сообщено с входным отверстием вихревой трубы.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что входное сечение завихрителя потока совпадает с входным сечением вихревой трубы.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что входное сечение завихрителя потока смещено относительно входного сечения вихревой трубы в направлении движения потока.

4. Установка по пп.1 и 3, отличающаяся тем, что участок вихревой трубы между входным ее сечением и входным сечением завихрителя потока выполнен в виде конфузора.

5. Установка по пп.1 и 4, отличающаяся тем, что внутренняя поверхность конфузорного участка трубы выполнена с лопатками, обеспечивающими закрутку потока в направлении, совпадающем с направлением закрутки потока в завихрителе потока, установленном на входном участке трубы.

6. Установка по пп.1 5, отличающаяся тем, что по меньшей мере две вихревые трубы соединены параллельно с емкостью, выполненной в виде обтекаемого со стороны набегающего потока крыла, при этом входное отверстие каждой вихревой трубы сообщено с внутренним пространством упомянутой емкости.

7. Установка по пп. 1 и 6, отличающаяся тем, что входной торец каждой вихревой трубы герметично соединен с кормовым торцом емкости.

8. Установка по пп. 1 и 6, отличающаяся тем, что по меньшей мере часть вихревой трубы со стороны входного сечения размещена внутри емкости и герметично соединена с последней по ее наружной поверхности.

9. Установка по пп. 1 и 6, отличающаяся тем, что каждая вихревая труба соединена с емкостью по меньшей мере с помощью трубопровода.

10. Установка по пп. 1 и 9, отличающаяся тем, что каждый трубопровод, соединяющий вихревую трубу с емкостью, снабжен регулируемым запорным устройством.

11. Установка по пп.1 и 10, отличающаяся тем, что между емкостью и каждой вихревой трубой установлено нагнетательное устройство, входной трубопровод которого сообщен с емкостью, а выходной с вихревой трубой, при этом входной и выходной трубопроводы нагнетательного устройства снабжены регулируемыми запорными устройствами.

12. Установка по пп.1,6 и 10, отличающаяся тем, что между емкостью и каждыми двумя параллельно установленными вихревыми трубами установлено одно нагнетательное устройство, входной трубопровод которого сообщен с емкостью, а выходной выполнен разветвляющимся по меньшей мере на два участка, каждый из которых сообщен со своей вихревой трубой, при этом входной трубопровод нагнетательного устройства и участок выходного трубопровода до его разветвления снабжены регулируемыми запорными устройствами.

13. Установка по пп. 1,6 и 10, отличающаяся тем, что между емкостью и каждыми двумя параллельно включенными вихревыми трубами установлено одно нагнетательное устройство, входной трубопровод которого сообщен с емкостью, а выходной выполнен разветвляющимся по меньшей мере на два участка, каждый из которых сообщен со своей вихревой трубой, при этом входной трубопровод нагнетательного устройства и каждый из разветвляющихся участков выходного трубопровода после его разветвления снабжены регулируемыми запорными устройствами.

14. Установка по пп. 1,6 и 10, отличающаяся тем, что между емкостью и каждыми двумя параллельно включенными вихревыми трубами установлено одно нагнетательное устройство, входной трубопровод которого сообщен с емкостью, а выходной выполнен разветвляющимся по меньшей мере на два участка, каждый из которых подключен к своей вихревой трубе, при этом входной трубопровод нагнетательного устройства и каждый участок выходного трубопровода до и после разветвления снабжены регулируемыми запорными устройствами.

15. Установка по пп.1 и 12, отличающаяся тем, что выходной трубопровод нагнетательного устройства снабжен герметичной емкостью, которая сообщена индивидуальным участком выходного трубопровода с входом по меньшей мере одной вихревой трубы, при этом входной трубопровод нагнетательного устройства и выходной трубопровод на участках между нагнетательным устройством и герметичной емкостью и между последней и каждой вихревой трубой снабжены регулируемыми запорными устройствами.

16. Установка по пп.1 и 12, отличающаяся тем, что выходной трубопровод нагнетательного устройства подключен к герметичной емкости, а последняя сообщена с по меньшей мере двумя параллельно включенными вихревыми трубами при помощи разветвляющегося трубопровода, при этом входной трубопровод нагнетательного устройства и его выходной трубопровод на участках до герметичной емкости и после нее до разветвления снабжены регулируемыми запорными устройствами.

17. Установка по пп. 1 и 12, отличающаяся тем, что выходной трубопровод нагнетательного устройства подключен к герметичной емкости, а последняя сообщена с по меньшей мере двумя параллельно включенными вихревыми трубами при помощи разветвляющегося участка выходного трубопровода, при этом входной трубопровод нагнетательного устройства и его выходной трубопровод на участках до герметичной емкости и разветвляющийся участок между местом разветвления и каждой вихревой трубой снабжены регулируемыми запорными устройствами.

18. Установка по пп.1 и 12, отличающаяся тем, что выходной трубопровод нагнетательного устройства подключен к герметичной емкости, а последняя сообщена с по меньшей мере двумя параллельно включенными вихревыми трубами при помощи разветвляющегося участка выходного трубопровода, при этом входной трубопровод нагнетательного устройства и его выходной трубопровод на участках до герметичной емкости, после нее до разветвления и между местом разветвления и каждой вихревой трубой снабжены регулируемыми запорными устройствами.

19. Установка по пп.1, 11 18, отличающаяся тем, что входной трубопровод нагнетательного устройства на участке между ним и регулируемым запорным устройством снабжен дополнительным участком трубопровода, сообщающим всасывающую полость нагнетательного устройства с окружающей средой (атмосферой) через регулируемое запорное устройство.

20. Установка по пп.1 19, отличающаяся тем, что каждое входное отверстие на входном торце емкости снабжено герметично закрепленным по его периметру конфузорным участком, расположенным с наружной стороны торца.

21. Установка по пп.1 19, отличающаяся тем, что конфузорный участок входного отверстия частью длины размещен во внутренней полости емкости.

22. Установка по пп.1 19, отличающаяся тем, что каждое входное отверстие на входном торце емкости снабжено герметично закрепленным по его периметру диффузорным участком, расположенным с наружной стороны торца.

23. Установка по пп. 1 19, отличающаяся тем, что диффузорный участок входного отверстия частью длины размещен во внутренней полости емкости.

24. Установка по пп.1, 20 и 21, отличающаяся тем, что к выходному торцу каждого конфузорного участка примыкает диффузорный участок.

25. Установка по пп.1, 22 и 23, отличающаяся тем, что к входному торцу каждого диффузорного участка примыкает конфузорный участок.

26. Установка по пп.1 6, 8, 20 25, отличающаяся тем, что входной торец каждой вихревой трубы выполнен с острой входной кромкой, обращенной навстречу потоку.

27. Установка по пп.1, 20, 21, 24 и 25, отличающаяся тем, что входной торец конфузорного участка выполнен с острой кромкой, обращенной навстречу набегающему потоку.

28. Установка по пп. 1, 22 и 23, отличающаяся тем, что входной торец диффузорного участка выполнен с острой входной кромкой, обращенной навстречу набегающему потоку.

29. Установка по пп.1 19, отличающаяся тем, что каждое входное отверстие, выполненное на входном торце емкости, снабжено управляемым запорным устройством.

30. Установка по пп.1, 20, 21, 24 и 25, отличающаяся тем, что на входе в каждый конфузорный участок установлено управляемое запорное устройство.

31. Установка по пп.1, 22, 23, отличающаяся тем, что на входе в каждый диффузорный участок установлено управляемое запорное устройство.

32. Установка по пп. 1 31, отличающаяся тем, что вихревая труба снабжена по меньшей мере одним дополнительным завихрителем потока, смещенным по отношению к основному в направлении потока и обеспечивающим дозакрутку последнего.

33. Установка по пп.1 33, отличающаяся тем, что завихритель потока, установленный на входном участке вихревой трубы, выполнен шнековым многозаходным.

34. Установка по пп.1 33, отличающаяся тем, что завихритель потока, установленный на входном участке вихревой трубы, выполнен лопаточным.

35. Установка по пп.1 34, отличающаяся тем, что каждый дополнительный завихритель выполнен лопаточным.

36. Установка по пп.1 35, отличающаяся тем, что каждый завихритель потока выполнен съемным.

37. Установка по пп.1 35, отличающаяся тем, что вихревая труба снабжена по крайней мере несколькими сменными комплектами завихрителей потока, каждый из которых выполнен сменным, при этом завихрители выполнены с различными характеристиками.

38. Установка по пп.1 32, 34 37, отличающаяся тем, что канал каждого лопаточного завихрителя потока, образованный двумя смежными лопатками, разделен по меньшей мере на два канала боковым участком пустотелого цилиндра, соосного вихревой трубе.

39. Установка по пп. 1 32, 34 37, отличающаяся тем, что канал каждого лопаточного завихрителя, образованный двумя смежными лопатками, разделен по меньшей мере на два канала боковым участком пустотелого конуса, соосного вихревой трубе.

40. Установка по пп. 1 32, 34 47, отличающаяся тем, что канал каждого лопаточного завихрителя, образованный двумя смежными лопатками, разделен по меньшей мере на два канала гранями пустотелого многогранника, соосного вихревой трубе, количество граней которого совпадает с количеством каналов между лопатками завихрителя.

41. Установка по пп.1, 38 40, отличающаяся тем, что в каждом лопаточном завихрителе потока периферийный канал, образованный двумя смежными лопатками, перегородкой и участком внутренней поверхности вихревой трубы, симметрично разделен по меньшей мере одной перегородкой, расположенной между боковыми сторонами двух смежных лопаток.

42. Установка по пп.1, 38 41, отличающаяся тем, что торец каждой перегородки лопаточного завихрителя потока, обращенной навстречу потоку, выполнен заостренным.

43. Установка по пп.1 32 и 34 37, отличающаяся тем, что каждый лопаточный завихритель потока выполнен с центральным, цилиндрическим и соосным вихревой трубе отверстием, образованным кольцеобразным элементом, торец которого, обращенный навстречу потоку, выполнен заостренным, при этом лопатки размещены с наружной стороны кольцеобразного элемента.

44. Установка по пп.1 43, отличающаяся тем, что каждый последующий завихритель потока смещен относительно предыдущего в направлении потока.

45. Установка по пп.1 44, отличающаяся тем, что вихревая труба выполнена составной из нескольких взаимозаменяемых частей, установленных с возможностью изменения длины последней и замены одних завихрителей потока другими при изменении параметров поступающего воздуха.

46. Установка по пп.1 45, отличающаяся тем, что внутренняя поверхность вихревой трубы выполнена цилиндрической формы.

47. Установка по пп.1 45, отличающаяся тем, что внутренняя поверхность вихревой трубы выполнена с площадью сечения, монотонно увеличивающейся в направлении выхода из последней.

48. Установка по пп.1, 44 и 45, отличающаяся тем, что внутренняя поверхность вихревой трубы по крайней мере на участках между двумя смежными завихрителями выполнена с площадью сечения, монотонно увеличивающейся в сторону последующего завихрителя, при этом на участках, на которых осуществляется осевое перемещение самих завихрителей при регулировании их положения в трубе, внутренняя поверхность последней выполнена цилиндрической.

49. Установка по пп.1 45, отличающаяся тем, что внутренняя поверхность вихревой трубы выполнена конически-цилиндрической с монотонно увеличивающейся площадью проходного сечения на участке, примыкающем к ее входному сечению, и цилиндрическим участком, примыкающим к выходному сечению, диаметр которого определяется большим диаметром конического участка.

50. Установка по пп. 1 45, отличающаяся тем, что внутренняя поверхность вихревой трубы выполнена с площадью проходного сечения, увеличивающейся в направлении выхода потока из последней.

51. Установка по пп. 1 50, отличающаяся тем, что по меньшей мере на части длины вихревой трубы со стороны входного сечения выполнены периферийные каналы, открытые со стороны внутреннего пространства трубы, для создания сопротивления вращательному движению потока.

52. Установка по пп.1 50, отличающаяся тем, что на всей длине вихревой трубы выполнены периферийные каналы, открытые со стороны внутреннего пространства трубы, для создания сопротивления вращательному движению потока.

53. Установка по пп.1, 51 и 52, отличающаяся тем, что периферийные каналы выполнены цилиндрическими.

54. Установка по пп.1, 51 и 52, отличающаяся тем, что периферийные каналы выполнены с прямоугольной формой поперечного сечения.

55. Установка по пп.1, 51 54, отличающаяся тем, что ось каждого периферийного канала совпадает с плоскостью продольного сечения вихревой трубы, при этом каналы выполнены симметрично относительно оси последней.

56. Установка по пп.1, 51 54, отличающаяся тем, что каждый периферийный канал выполнен винтовым.

57. Установка по пп.1 и 56, отличающаяся тем, что направление каждого винтового канала совпадает с направлением закрутки потока.

58. Установка по пп.1 и 56, отличающаяся тем, что направление каждого вихревого канала противоположно направлению закрутки потока.

59. Установка по пп.1 50, отличающаяся тем, что по меньшей мере на части вихревой трубы со стороны входного сечения нарезана резьба.

60. Установка по пп.1 50, отличающаяся тем, что на всей длине вихревой трубы на ее внутренней поверхности нарезана резьба.

61. Установка по пп.1 60, отличающаяся тем, что вихревая труба установлена в рабочем положении горизонтально.

62. Установка по пп.1 61, отличающаяся тем, что вихревая труба установлена в рабочем положении под острым углом к горизонтальной плоскости с вершиной, обращенной в сторону движения потока.

63. Установка по пп.1 5 и 32 60, отличающаяся тем, что вихревая труба установлена с возможностью изменения углового положения по отношению к горизонтальной плоскости.

64. Установка по пп.1 63, отличающаяся тем, что дроссельная заслонка, выполненная с центральным осевым отверстием, соосным вихревой трубе, снабжена набором сменных диафрагм с различными размерами проходного сечения.

65. Установка по пп.1 64, отличающаяся тем, что вихревая труба снабжена комплектом сменных дроссельных заслонок, отличающихся по меньшей мере размером проходного сечение центрального осевого отверстия.

66. Установка по пп.1 65, отличающаяся тем, что входной для приосевого потока торец дроссельной заслонки выполнен с острой входной кромкой.

67. Установка по пп.1 66, отличающаяся тем, что выход периферийного потока вихревой трубы сообщен с атмосферой.

68. Установка по пп.1 66, отличающаяся тем, что выход периферийного потока из вихревой трубы сообщен с камерой, расположенной за последней, при этом через внутреннее пространство камеры проходит трубопровод отвода приосевого потока воздуха, а в стенке камеры, через которую упомянутый трубопровод выходит наружу, установлено по меньшей мере одно сальниковое уплотнение.

69. Установка по пп.1 и 68, отличающаяся тем, что камера, в которую выходит периферийный поток, снабжена по меньшей мере одним трубопроводом, сообщенным с атмосферой, в котором установлено регулируемое запорное устройство.

70. Установка по пп.1 и 68, отличающаяся тем, что камера, в которую поступает периферийный поток разделенного воздуха, сообщена трубопроводом с отсасывающим устройством, при этом упомянутый трубопровод снабжен регулируемым запорным устройством.

71. Установка по пп.1 и 68, отличающаяся тем, что по меньшей мере камеры двух параллельно включенных вихревых труб, в каждую из которых поступает периферийный поток из соответствующей вихревой трубы, соединены трубопроводами с входом в одно и то же отсасывающее устройство, при этом в каждом трубопроводе, соединяющем камеру вихревой трубы с общим отсасывающим устройством, и на общем входном трубопроводе отсасывающего устройства установлены регулируемые запорные устройства.

72. Установка по пп.1, 70 и 71, отличающаяся тем, что отсасывающее устройство выполнено в виде эжектора, использующего для своей работы кинетическую энергию ветра.

73. Установка по пп.1 и 68, отличающаяся тем, что камера, в которую поступает периферийный поток из вихревой трубы, сообщена трубопроводом с дополнительной герметичной емкостью, а последняя сообщена трубопроводом с отсасывающим устройством, при этом между последними установлено регулируемое запорное устройство.

74. Установка по пп.1 и 73, отличающаяся тем, что трубопровод между дополнительной герметичной емкостью и вихревой трубой снабжен регулируемым запорным устройством.

75. Установка по пп. 1 и 68, отличающаяся тем, что камеры двух параллельно включенных вихревых труб, в каждую из которых поступает периферийный поток, соединены трубопроводами с одной и той же дополнительной герметичной емкостью, которая соединена трубопроводом с отсасывающим устройством, при этом трубопроводы, сообщающие герметичную емкость с отсасывающим устройством, и трубопроводы, сообщающие камеру каждой вихревой трубы с герметичной емкостью, снабжены регулируемыми запорными устройствами.

76. Установка по пп.1 и 68, отличающаяся тем, что камера, в которую поступает периферийный поток из вихревой трубы, сообщена трубопроводом с входом последовательно установленной вихревой трубы.

77. Установка по пп. 1 и 76, отличающаяся тем, что трубопровод, сообщающий камеру, в которую поступает периферийный поток из вихревой трубы, с входом последовательно установленной вихревой трубы, снабжен регулируемым запорным устройством.

78. Установка по пп.1, 70, 71, 73 75, отличающаяся тем, что отсасывающее устройство сообщено трубопроводом с входом по меньшей мере одной последовательно установленной вихревой трубы.

79. Установка по пп.1 и 78, отличающаяся тем, что на трубопроводе между отсасывающим устройством и входом в последовательно установленную трубу установлено регулируемое запорное устройство.

80. Установка по пп. 1, 70, 71, 73 75, отличающаяся тем, что выходной трубопровод отсасывающего устройства выполнен разветвляющимся и соединен с входами двух параллельно работающих вихревых труб.

81. Установка по пп. 1 и 80, отличающаяся тем, что между отсасывающим устройством и параллельно работающими последовательно установленными вихревыми трубами на выходном участке выходного трубопровода первого до разветвления и на каждом из участков после разветвления установлено регулируемое запорное устройство.

82. Установка по пп. 1, 70, 71, 73 75, отличающаяся тем, что выходной трубопровод отсасывающего устройства сообщен с дополнительной герметичной емкостью, которая сообщена трубопроводом с входом последовательно установленной вихревой трубы.

83. Установка по пп.1 и 82, отличающаяся тем, что выходной трубопровод отсасывающего устройства на участках между ним и дополнительной герметичной емкостью и между последней и входом последовательно установленной вихревой трубы снабжен регулируемыми запорными устройствами.

84. Установка по пп.1, 70, 71, 73 75, отличающаяся тем, что дополнительная герметичная емкость сообщена трубопроводами с входами двух параллельно работающих последовательно установленных вихревых труб.

85. Установка по пп.1 и 84, отличающаяся тем, что выходной трубопровод на участках между отсасывающим устройством и дополнительной герметичной емкостью, между последней и входами параллельно работающих последовательно установленных вихревых труб снабжен регулируемыми запорными устройствами.

86. Установка по пп.1 85, отличающаяся тем, что выход трубопровода отвода приосевого потока, разделенного воздухом, сообщен с атмосферой.

87. Установка по пп. 1 и 86, отличающаяся тем, что трубопровод отвода приосевого потока, сообщенный с атмосферой, снабжен регулируемым запорным устройством.

88. Установка по пп.1 87, отличающаяся тем, что трубопровод отвода приосевого потока разделенного воздуха сообщен с входным трубопроводом отсасывающего устройства, при этом в указанном трубопроводе установлено регулируемое запорное устройство.

89. Установка по пп. 1 87, отличающаяся тем, что трубопроводы отвода приосевого потока разделенного воздуха по меньшей мере двух параллельно включенных вихревых труб сообщены с входом одного и того же отсасывающего устройства, при этом на каждом трубопроводе отвода и на входном трубопроводе отсасывающего устройства установлены регулируемые запорные устройства.

90. Установка по пп.1, 88 и 89, отличающаяся тем, что отсасывающее устройство выполнено в виде эжектора, использующего для работы кинетическую энергию ветра.

91. Установка по пп.1 87, отличающаяся тем, что трубопровод отвода приосевого потока разделенного воздуха снабжен второй дополнительной герметичной емкостью, которая сообщена трубопроводом с отсасывающим устройством, причем на трубопроводе между последними размещено регулируемое запорное устройство.

92. Установка по пп. 1 и 91, отличающаяся тем, что трубопровод отвода приосевого потока разделенного воздуха на участке перед второй дополнительной герметичной емкостью снабжен регулируемым запорным устройством.

93. Установка по пп.1 87, отличающаяся тем, что трубопроводы отвода приосевого потока по меньшей мере двух параллельно включенных вихревых труб сообщены с одной и той же герметичной емкостью, которая соединена трубопроводом с отсасывающим устройством, при этом на трубопроводе между последними установлено регулируемое запорное устройство, а по крайней мере на каждом трубопроводе отвода приосевого потока перед второй дополнительной герметичной емкостью установлено регулируемое запорное устройство.

94. Установка по пп. 1 87, отличающаяся тем, что трубопровод отвода приосевого потока воздуха соединен с входом последовательно установленной вихревой трубы.

95. Установка по пп.1 и 94, отличающаяся тем, что на трубопроводе отвода приосевого потока перед входом в последовательно установленную вихревую трубу установлено регулируемое запорное устройство.

96. Установка по пп.1, 88, 89, 91 93, отличающаяся тем, что отсасывающее устройство сообщено трубопроводом с входом по меньшей мере одной последовательно установленной вихревой трубы.

97. Установка по пп. 1 и 96, отличающаяся тем, что между отсасывающим устройством и входом в последовательно установленную вихревую трубу установлено регулируемое запорное устройство.

98. Установка по пп. 1, 88, 89, 91 93, отличающаяся тем, что выходной трубопровод отсасывающего устройства сообщен с входами по меньшей мере двух параллельно включенных вихревых труб.

99. Установка по пп.1 и 98, отличающаяся тем, что между отсасывающим устройством и параллельно включенными последовательно установленными вихревыми трубами на выходном участке до его разветвления и на каждом участке после разветвления установлены регулируемые запорные устройства.

100. Установка по пп.1, 88, 89, 91 93, отличающаяся тем, что выходной трубопровод отсасывающего устройства соединен с второй дополнительной герметичной емкостью, а последняя соединена трубопроводом с входом последовательно установленной вихревой трубы.

101. Установка по пп.1 и 100, отличающаяся тем, что выходной трубопровод отсасывающего устройства на участках и до, и после герметичной емкости снабжен регулируемыми запорными устройствами.

102. Установка по пп.1, 88, 89, 91 93, отличающаяся тем, что выходной трубопровод отсасывающего устройства сообщен с второй дополнительной герметичной емкостью, а последняя сообщена с входами двух параллельно включенных вихревых труб.

103. Установка по пп.1 и 102, отличающаяся тем, что участки выходного трубопровода до герметичной емкости и на входах в параллельно включенные вихревые трубы снабжены регулируемыми запорными устройствами.

104. Установка по пп.1 85, отличающаяся тем, что трубопровод отвода приосевого потока разделенного воздуха, поступающего из центрального, соосного вихревой трубе отверстия в дроссельной заслонке, примыкающий к выходному сечению последней, выполнен в форме последовательно установленной вихревой трубы с размещенным в ней по меньшей мере одним завихрителем потока и дроссельной заслонкой с центральным, соосным вихревой трубе отверстием, установленной на выходе из вихревой трубы.

105. Установка по пп.1 5 и 32 104, отличающаяся тем, что поворотное устройство соединено непосредственно с вихревой трубой с возможностью поворота последней под силовым воздействием движения ветра.

106. Установка по пп.1 5 и 32 104, отличающаяся тем, что поворотное устройство снабжено механическим приводом.

107. Установка по пп.1, 5 8, 20 104, отличающаяся тем, что емкость, выполненная в форме обтекаемого крыла, установлена на поворотном устройстве с возможностью поворота под силовым воздействием движения ветра.

108. Установка по пп.1, 5 8, 20 104, отличающаяся тем, что емкость, выполненная в виде крыла с обтекаемой поверхностью, установлена на поворотной платформе с возможностью поворота последней при помощи механического привода.

109. Установка по пп.1 108, отличающаяся тем, что все ее элементы установлены на поворотной платформе, которая снабжена поворотным устройством, приводимым при помощи энергии ветра.

110. Установка по пп. 1 108, отличающаяся тем, что привод поворота платформы с размещенными на ней элементами вихревой установки выполнен механическим.

111. Установка по пп.1 110, отличающаяся тем, что она снабжена аэродинамической трубой для размещения в ней элементов установки.

112. Установка по пп. 1 и 111, отличающаяся тем, что аэродинамическая труба установлена на поворотном устройстве с возможностью поворота под действием энергии ветра.

113. Установка по пп. 1 и 111, отличающаяся тем, что аэродинамическая труба установлена на поворотном устройстве с возможностью поворота при помощи механического привода.

114. Установка по пп.1 113, отличающаяся тем, что каждое поворотное устройство снабжено ограничителями угла поворота.

115. Установка по пп.1 114, отличающаяся тем, что каждое поворотное устройство снабжено устройствами, обеспечивающими плавность поворота.

116. Установка по пп.1 115, отличающаяся тем, что в стенке каждой вихревой трубы по всей ее длине выполнен ряд сквозных осевых отверстий с установленными в них и проходящими внутрь вихревой трубы подвижными осями, каждая ось снабжена закрепленным на ней лепестком, поворачивающимся по направлению движения вращающегося потока воздуха, при этом на торце оси, расположенном снаружи трубы, выполнена диаметральная риска, совпадающая с плоскостью симметрии лепестка.

117. Установка по пп.1 116, отличающаяся тем, что она снабжена набором сменных вихревых труб, отличающихся характеристиками.

118. Установка по пп.1, 38 117, отличающаяся тем, что площадь проходного сечения каналов, образованных двумя смежными лопатками, уменьшается в каждом последующем завихрителе потока.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к установкам для разделения сред с неоднородным полем плотностей и с разной молекулярной массой компонентов, работа которых осуществляется в соответствии с законом свободного вращающегося вихревого потока с неоднородным полем плотностей и с разной молекулярной массой компонентов, открытого автором в 1994 году, и может быть использовано по своему прямому назначению для выделения водорода из воздуха, возможно использование установки в целом или различных вариантов ее конструктивного выполнения для разделения различных сред в вихревых потоках в различных отраслях производства, в частности, химической промышленности, тепловой энергетике, нефтегазодобывающей и перерабатывающей промышленности и многих других производствах.

Известно вихревое устройство для разделения газовых смесей с разной молекулярной массой компонентов, содержащее вихревую трубу с соосно установленной на одном из ее концов вихревой камеры с тангенциальным вводом в последнюю потока газовой смеси, при этом периферийный поток разделенной среды отводится с противоположной входному участку вихревой трубы стороны, на выходе из которой установлена дроссельная заслонка, выход центрального потока разделенной среды осуществляется через диафрагму, установленную соосно вихревой трубе в стенке вихревой камеры, а клапаны установлены соответственно на входе газовой смеси в вихревую камеру и на отводах разделенных сред за дроссельной заслонкой и за диафрагмой.

Недостатком такого устройства для разделения газовых смесей является невозможность его осуществления, так как газовая смесь подается в вихревую камеру при сверхкритическом истечении и сама конструкция вихревого устройства не приспособлена для его осуществления.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является установка с вихревой трубой, содержащей камеру энергетического разделения с двумя сопловыми вводами на одном конце и диффузором вывода горячего потока на другом, подключенным через теплообменник к одному из сопловых вводов, второй из которых соединен с источником сжатого газа, а также осевой патрубок вывода холодного потока, камера энергетического разделения со стороны сопловых вводов снабжена осесимметрично расположенным патрубком, а патрубок вывода холодного потока расположен со стороны диффузора и вокруг этого патрубка дополнительно установлена трубка, образующая с ним кольцевой зазор, подключенный к патрубку, осесимметрично расположенному со стороны сопловых вводов.

Недостатком такой вихревой установки является невозможность осуществления разделения сред, так как разделяемые среды подаются в камеру энергетического разделения через сопловые вводы при сверхкритическом истечении, что обеспечивает только разделение сред вследствие разницы в их температурах, а точнее плотностях. Конструкция такой вихревой установки не приспособлена для разделения сред с неоднородным полем плотностей и с разной молекулярной массой компонентов, имеющих одинаковую температуру.

Цель изобретения создание установки для экономически выгодного промышленного получения водорода из воздуха.

Указанная цель достигается тем, что в известной вихревой установке для выделения водорода из воздуха, содержащей по меньшей мере одну вихревую трубу с по меньшей мере одним завихрителем потока, размещенным в последнем случае на ее входном участке и обеспечивающим закрутку проходящего через него потока воздуха, а дроссельная заслонка с центральным соосным вихревой трубе отверстием расположена с противоположной входному участку вихревой трубы стороны, вихревая труба установлена с возможностью поворота ее вокруг оси по меньшей мере пересекающейся с осью вихревой трубы по меньшей мере под прямым углом на специально выполненном поворотном устройстве.

Сопоставительный анализ предлагаемого технического решения с аналогом и прототипом позволяет сделать вывод о наличии новых отличительных признаков, следовательно, заявляемое техническое решение соответствует критерию "новизна".

В известных науке и технике решениях нами не обнаружены совокупности отличительных признаков заявляемого решения, проявляющих аналогичные свойства и позволяющих достичь указанный в цели изобретения результат, следовательно, решение соответствует критерию изобретения "существенные отличия".

На фиг.1 представлена вихревая установка для выделения водорода из воздуха; на фиг.2 вихревая труба с завихрителем потока; на фиг.3 вихревая труба с завихрителем потока; на фиг. 4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21 вихревая установка; на фиг. 22,23,24 сечение А-А на фиг.21; на фиг.25,26,27,28 вихревая труба; на фиг. 29,30 сечение Б-Б на фиг.2; на фиг.31 дроссельная заслонка с трубопроводом; на фиг.32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48,49,50,51 вихревая установка; на фиг.52,53 характерное изменение окружной скорости потока по радиусу в выходном сечении лопаточного завихрителя; на фиг.54,55 - фрагмент процесса замещения частиц (среды) воздуха в сечении В-В на фиг.21; на фиг.56,57 сечение Г-Г на фиг.2; на фиг.58 сечение Д-Д на фиг.1.

В вихревой установке для выделения водорода из воздуха (фиг.1), содержащей по меньшей мере одну вихревую трубу 1 с по меньшей мере одним завихрителем потока 2, размещенным в последнем случае на ее входном участке 3 и обеспечивающим закрутку проходящего через него потока воздуха, а дроссельная заслонка 4 с центральным соосным вихревой трубе 1 отверстием 5 расположена с противоположной входному участку 3 вихревой трубы 1 стороны, вихревая труба 1 установлена с возможностью поворота ее вокруг оси 6 по меньшей мере пересекающейся с осью 7 вихревой трубы 1 по меньшей мере под прямым углом на специально выполненном поворотном устройстве 8.

При этом входное сечение 1-1 завихрителя потока 2, расположенного на входном участке 3 вихревой трубы 1, может совпадать с входным сечением 2-2 последней 1 (фиг.2); входное сечение 1-1 завихрителя потока 2, расположенного на входном участке 3 вихревой трубы 1, может быть смещено (b) в направлении движения потока относительно входного сечения 2-2 последней 1 (фиг. 1); часть 9 входного участка 3 вихревой трубы 1, расположенного по крайней мере между входным сечением 2-2 последней 1 и входным сечением 1-1 завихрителя потока 2, расположенного на входном участке 3 вихревой трубы 1, в направлении движения потока воздуха может быть выполнена в форме конфузора 10 (фиг. 3); на внутренней поверхности 11 конфузорного участка 10 вихревой трубы 1 могут быть размещены лопатки 12, обеспечивающие закрутку входящего в него потока воздуха, при этом направление вышеуказанной закрутки совпадает с направлением закрутки потока в завихрителе потока 2, установленном на входном участке 3 вихревой трубы 1 (фиг.3); по крайней мере с обеих сторон вихревой трубы 1 по меньшей мере симметрично ее диаметральной плоскости, располагающейся в рабочем состоянии установки по крайней мере вертикально, могут быть выполнены продольные ребра 13 в форме крыльев с обтекаемыми обводами и соответственно торцами 14, обращенными в сторону входа воздуха в вихревую трубу 1 (фиг.4); по меньшей мере одна вихревая труба 1 может быть соединена с емкостью 15, выполненной по меньшей мере в форме обтекаемого со стороны набегающего потока воздуха крыла, расположенного по меньшей мере симметрично относительно диаметральной плоскости вихревой трубы 1, при этом в указанном случае в рабочем состоянии установки входной торец 16 емкости 15, обращенный навстречу потока воздуха, занимает по крайней мере вертикальное положение и в нем выполнено по меньшей мере одно отверстие 17, сообщающее внутреннее пространство емкости 15 с наружной средой (атмосферой), а входное отверстие вихревой трубы 1 сообщено с внутренним пространством вышеуказанной емкости 15 (фиг.5); по меньшей мере две вихревые трубы 1 могут быть соединены параллельно с емкостью 15, выполненной по меньшей мере в форме обтекаемого со стороны набегающего потока воздуха крыла, при этом входное отверстие каждой вихревой трубы 1 сообщено с внутренним пространством вышеуказанной емкости 15 (фиг. 5); входной торец каждой вихревой трубы 1 может быть герметично соединен по меньшей мере с кормовым торцем емкости 15, выполненной по меньшей мере в форме обтекаемого со стороны набегающего потока воздуха крыла (фиг.5); по меньшей мере часть вихревой трубы 1 со стороны входа в нее может быть размещена внутри емкости 15, выполненной по меньшей мере в форме обтекаемого со стороны набегающего потока воздуха крыла, а герметичное соединение ее с емкостью 15 выполнено по ее I наружной поверхности (фиг.5); по крайней мере каждая вихревая труба 1 может быть соединена с емкостью 15 по меньшей мере с помощью трубопровода 19 (фиг.6); на каждом трубопроводе 19, соединяющем по крайней мере каждую вихревую трубу 1 с емкостью 15, может быть установлено регулирующее запорное устройство 20 (фиг.6); по крайней мере дополнительно между емкостью 15 и каждой вихревой трубой 1 может быть установлено нагнетательное устройство 21, соединенное с первыми 15 и 1 с помощью участков входного в нагнетательное устройство 21 и выходного из него обводного трубопровода 22 и обеспечивающее подачу воздуха из емкости 15 по обводному трубопроводу 22 в соответствующую вихревую трубу 1, при этом между емкостью 15 и каждым нагнетательным устройством 21, а также между последним 21 и каждой вихревой трубой 1 могут быть установлены регулирующие запорные устройства 23 и 24 (фиг.7); по крайней мере дополнительно между емкостью 15 и по меньшей мере каждыми двумя параллельно включенными вихревыми трубами 1 может быть установлено одно нагнетательное устройство 21, соединенное с последними с помощью участков входного в нагнетательное устройство 21 и выходного, параллельно разветвляющегося в соответствии с вышеуказанным за последним 21 по меньшей мере на два участка, обводного трубопровода 22, при этом между емкостью 15 и каждым нагнетательным устройством 21, а также между последним 21 на участке до разветвления трубопровода 22 в направлении движения потока и по меньшей мере каждыми двумя параллельно включенными вихревыми трубами 1 установлены регулирующие запорные устройства 23 и 24 (фиг.8); по крайней мере дополнительно между емкостью 15 и по меньшей мере каждыми двумя параллельно включенными вихревыми трубами 1 может быть установлено одно нагнетательное устройство 21, соединенное с последними с помощью участков входного в нагнетательное устройство 21 и выходного, параллельно разветвляющегося в соответствии с вышеуказанным за последним 21 по меньшей мере на два участка, обводного трубопровода 22, при этом между емкостью 15 и каждым нагнетательным устройством 21, а также между последним 21 и каждой вихревой трубой 1 установлены регулирующие запорные устройства 23 и 25 (фиг.9); по крайней мере дополнительно между емкостью 15 и по меньшей мере каждыми двумя параллельно включенными вихревыми трубами 1 может быть установлено одно нагнетательное устройство 21, соединенное с последними с помощью участков входного в нагнетательное устройство 21 и выходного, параллельно разветвляющегося в соответствии с вышеуказанным за последним 21 по меньшей мере на два участка, обводного трубопровода 22, при этом между емкостью 15 и каждым нагнетательным устройством 21, между последним 21 на участке обводного трубопровода 22 до его разветвления в направлении движения потока и по меньшей мере каждыми двумя параллельно включенными вихревыми трубами 1, а также на входе в каждую вихревую трубу 1 установлены регулирующие запорные устройства 23,24,25 (фиг.10); емкость 15 по крайней мере дополнительно может быть последовательно в направлении движения потока соединена с помощью участков обводного трубопровода 22 с нагнетательным устройством 21, которое соединено с герметичной емкостью 26, а последняя 26 соединена со входом по меньшей мере в одну вихревую трубу 1 индивидуальным для последней участком обводного трубопровода 22, при этом между емкостью 15 и нагнетательным устройством 21, между последним 21 и герметичной емкостью 26, а также между последней 26 и каждой вихревой трубой 1 установлены регулирующие запорные устройства 23,27,28 (фиг. 11); емкость 15 по крайней мере дополнительно может быть последовательно в направлении движения потока соединена с помощью участков обводного трубопровода 22 с нагнетательным устройством 21, которое соединено с герметичной емкостью 26, а последняя 26 соединена с по меньшей мере двумя параллельно установленными вихревыми трубами 1 с помощью участка обводного трубопровода 22, разветвляющегося в соответствии с вышеуказанным на две ветви, при этом между емкостью 15 и нагнетательным устройством 21, между последним 21 и герметичной емкостью 26, а также между последней 26 на участке до разветвления обводного трубопровода 22 в направлении движения потока и по меньшей мере каждыми двумя параллельно включенными вихревыми трубами 1 установлены регулирующие запорные устройства 23,27,28 (фиг.12); емкость 15 по крайней мере дополнительно может быть последовательно в направлении движения потока соединена с помощью участков обводного трубопровода 22 с нагнетательным устройством 21, которое соединено с герметичной емкостью 26, а последняя 26 соединена с по меньшей мере двумя параллельно установленными вихревыми трубами 1 с помощью участка обводного трубопровода 22, разветвляющегося в соответствии с вышеуказанным на две ветви, при этом между емкостью 15 и нагнетательным устройством 21, между последним 21 и герметичной емкостью 26, а также между последней 26 и каждой вихревой трубой 1 установлены регулирующие запорные устройства 23,27,29 (фиг.13); емкость 15 по крайней мере дополнительно может быть последовательно в направлении движения потока соединена с помощью участков обводного трубопровода 22 с нагнетательным устройством 21, которое соединено с герметичной емкостью 26, а последняя 26 соединена с по меньшей мере двумя параллельно установленными вихревыми трубами 1 с помощью участка обводного трубопровода 22, разветвляющегося в соответствии с вышеуказанным на две ветви, при этом между емкостью 15 и нагнетательным устройством 21 между последним 21 и герметичной емкостью 26, между последней 26 на участке обводного трубопровода 22 до его разветвления в направлении движения потока и по меньшей мере каждыми двумя параллельно включенными вихревыми трубами 1, а также на входе в каждую вихревую трубу 1 установлены регулирующие запорные устройства 23,27,28,29 (фиг.14); в участок 30 трубопровода 22, соединяющего регулирующее запорное устройство 23, расположенное на стороне входа в нагнетательное устройство 21, с последним 21 может быть врезан участок трубопровода 31, сообщающий всасывающую полость нагнетательного устройства 21 с окружающей средой (атмосферой) через регулирующее запорное устройство 32 (фиг.7-14); к кромке 33, расположенной по периметру по крайней мере каждого входного отверстия 17, выполненного во входном торце 16 емкости 15, может примыкать входной для воздуха, поступающего внутрь емкости 15, конфузорный участок 34, герметично соединенный с вышеуказанным торцем 16 емкости 15 и расположенный с ее наружной стороны (фиг.15); по крайней мере в каждое входное отверстие 17, выполненное во входном торце 16 емкости 15, по меньшей мере частью своей длины (частично) может входить внутрь последней 15 и герметично соединяться с вышеуказанным торцем 16 емкости 15 входной для воздуха, поступающего внутрь емкости, конфузорный участок 34 (фиг.16); к кромке 33, расположенной по периметру по крайней мере каждого входного отверстия 17, выполненного во входном торце 16 емкости 15, может примыкать входной для воздуха, поступающего внутрь емкости 15, диффузорный участок 35, герметично соединенный с вышеуказанным торцем 16 емкости 15 и расположенный с ее наружной стороны (фиг.17); по крайней мере в каждое входное отверстие 17, выполненное во входном торце 16 емкости 15, по меньшей мере частью своей длины (частично) может входить внутрь последней 15 и герметично соединяться с вышеуказанным торцем 16 емкости 15 входной для воздуха, поступающего внутрь емкости 15, диффузорный участок 35 (фиг.18); к выходному торцу 36 по крайней мере каждого конфузорного участка 34 может примыкать диффузорный участок 35 (фиг.19); к входному торцу 37 по крайней мере каждого диффузорного участка 35 может примыкать конфузорный участок 34 (фиг. 20); входной торец 38 вихревой трубы 1 может быть выполнен с острой входной кромкой 39, обращенной навстречу движения потока воздуха (фиг.1,2); входной торец 40 конфузорного участка 34 емкости 15 может быть выполнен с острой входной кромкой, обращенной навстречу движения потока воздуха (фиг. 15); входной торец 41 диффузорного участка 35 емкости 15 может быть выполнен с острой входной кромкой, обращенной навстречу движения потока воздуха (фиг. 17); по крайней мере каждое отверстие 17, выполненное во входном торце 16 емкости 15, может быть снабжено запорным по крайней мере автоматически срабатывающим устройством (фиг.5) по крайней мере на входе в каждый конфузорный участок 34 емкости 15 может быть установлено запорное по крайней мере автоматически срабатывающее устройство (фиг. 15); по крайней мере на входе в каждый диффузорный участок 35 емкости 15 может быть установлено запорное по крайней мере автоматически срабатывающее устройство (фиг.17); внутри вихревой трубы 1 на расстоянии l от завихрителя потока 2, размещенного на ее входном участке 3, может быть установлен по меньшей мере второй завихритель потока 42, обеспечивающий дозакрутку последнего (фиг.21); завихритель потока 2, установленный на входном участке 3 вихревой трубы 1, может быть выполнен шнековым многозаходным (фиг. 1,21); завихритель потока 2, установленный на входном участке 3 вихревой трубы 1, может быть выполнен лопаточным (фиг. 1,21); по крайней мере каждый последующий завихритель потока 42 в направлении движения воздуха, отсчитываемый от завихрителя потока 2, расположенного на входном участке 3 вихревой трубы 1, может быть выполнен лопаточным (фиг. 21); по крайней мере каждый завихритель потока 2,42 вихревой трубы 1 может быть выполнен съемным (фиг.1,21); вихревая труба 1 может быть снабжена по крайней мере несколькими сменными комплектами завихрителей потока 2,42, отличающимися между собой характеристиками завихрителей, а по крайней мере каждый завихритель потока 2,42 вихревой трубы 1 может быть выполнен съемным (фиг. 1,21); по крайней мере в каждом лопаточном завихрителе потока 2,42, установленном в вихревой трубе 1, каждый канал 43, образованный двумя смежными лопатками 44, может быть разделен по меньшей мере на два канала 45 и 46 боковым участком 47 по меньшей мере одного цилиндрического пустотелого тела, соосного вихревой трубе 1 (фиг.21,22); по крайней мере в каждом лопаточном завихрителе потока 2,42, установленном в вихревой трубе 1, каждый канал 43, образованный двумя смежными лопатками 44, может быть разделен участком 48 по меньшей мере одного пустотелого усеченного тела вращения, соосного вихревой трубе 1, но меньшей мере на два канала 45,46 (фиг.21,23); по крайней мере в каждом лопаточном завихрителе потока 2,42, установленном в вихревой трубе 1, каждый канал 43, образованный двумя смежными лопатками 44, может быть разделен по меньшей мере одной плоской перегородкой 49, одна из сторон которой совпадает с соответствующей боковой поверхностью одной из граней 50 правильного многогранника 51, соосного вихревой трубе 1 и имеющего количество граней 50, равное количеству каналов 43, образованных каждыми двумя смежными лопатками 44 завихрителя потока 2,42, при этом при совмещении каждой перегородки 49 с соответствующей гранью 50 многогранника 51 каждая из последних 50 располагается между двумя смежными лопатками 44, по меньшей на два канала 45,46 (фиг. 21,22); по крайней мере в каждом лопаточном завихрителе потока 2,42, установленном в вихревой трубе 1, по меньшей мере каждый периферийный канал 52, образованный двумя смежными лопатками 44, перегородкой 47 и по крайней мере участком внутренней поверхности вихревой трубы 1, в каждом сечении последней 1 на участке завихрителя 2,42 может быть симметрично разделен по меньшей мере одной перегородкой 53, расположенной между боковыми сторонами двух смежных лопаток 44 (фиг.21,22); каждый торец 54,55, обращенный навстречу потока, каждой перегородки 47,53, выполненной в каждом канале 43 лопаточного завихрителя потока 2,42, образованном двумя смежными лопатками 44, может быть выполнен заостренным (фиг.21,22); по крайней мере каждый лопаточный завихритель потока 2,42 может быть выполнен с центральным цилиндрическим и соосным вихревой трубе 1 отверстием 56 для прохода части потока, а лопатки 57 при этом размещены снаружи кольцеобразного элемента 58, внутренняя поверхность которого образует вышеуказанное отверстие 56, при этом торец 59 вышеуказанного элемента 58, обращенный навстречу потоку, выполнен заостренным (фиг. 21,24); по крайней мере каждый последующий по движению потока завихритель потока 42 может смещаться ( x) в осевом направлении вихревой трубы 1 в зависимости от изменения параметров воздуха (давление и температура), поступающего в вихревую трубу 1 (фиг.21); вихревая труба 1 может быть выполнена составной, состоящей по крайней мере из нескольких взаимозаменяемых частей 60,61,62, обеспечивающих изменение ее длины в зависимости от параметров поступающего в нее воздуха, а также замену одних завихрителей потока 2,42 другими (фиг.21,25); внутренняя поверхность 63 вихревой трубы 1 может быть выполнена цилиндрической формы (фиг.1,21); внутренняя поверхность 63 вихревой трубы 1 может быть выполнена в форме усеченного конуса, вершина которого обращена в сторону, противоположную направлению движения потока воздуха, по крайней мере на всей длине вихревой трубы 1 (фиг.26); внутренняя поверхность 63 вихревой трубы 1 по крайней мере на участках 64,65 между каждыми двумя смежными завихрителями 2,42,66 может быть выполнена в форме усеченного конуса, вершина каждого из которых обращена в сторону, противоположную направлению движения потока, а на участках 67,68, на которых осуществляется перемещение ( x) завихрителей потока 42,66 в осевом направлении вихревой трубы 1, внутренняя поверхность 63 последней выполнена цилиндрической формы (фиг.27); внутренняя поверхность 63 вихревой трубы 1 может быть выполнена в направлении движения потока воздуха коническо-цилиндрической, при этом внутренняя поверхность 63 участка 69 вихревой трубы 1, примыкающего к ее входному сечению 2-2 может быть выполнена в форме усеченного конуса с вершиной, обращенной навстречу потока, а на последующем участке 70, примыкающем к выходному сечению 3-3 вихревой трубы 1, внутренняя поверхность 63 последней 1 может быть выполнена цилиндрической диаметром d₁, равным диаметру большего основания усеченного конуса (фиг.28); площадь проходного сечения вихревой трубы 1 может увеличиваться в направлении к выходу потока из последней (фиг.1); по меньшей мере на части длины вихревой трубы 1, расположенной на стороне входа потока газа (воздуха) в последнюю, могут быть выполнены периферийные каналы 71 в стенке ее, сообщенные в каждом своем сечении (на всей их длине) с внутренним пространством вихревой трубы 1, создающие сопротивление вращательному движению потока (фиг.2,29); по крайней мере на всей длине вихревой трубы 1 могут быть выполнены периферийные каналы 71 в стенке ее, сообщенные в каждом своем сечении (на всей их длине) с внутренним пространством вихревой трубы 1, создающие сопротивление вращательному движению потока (фиг.2,29); каналы 71 могут быть выполнены цилиндрическими (фиг.29); каналы 71 в своем поперечном сечении могут быть выполнены прямоугольной формы (фиг.30); ось каждого канала 71 может совпадать с плоскостью продольного сечения вихревой трубы 1, при этом каналы 71 размещаются симметрично относительно оси последней (фиг.2,29,30); каждый канал 71 может быть выполнен винтовым (фиг.2,29,30); направление закрутки каждого винтового канала 71 может совпадать с направлением вращения потока воздуха (фиг. 29,30); направление закрутки каждого винтового канала 71 может быть противоположно направлению закрутки потока воздуха (фиг.29,30); по меньшей мере на части длины вихревой трубы 1, расположенной на стороне входа потока воздуха в последнюю, на ее внутренней поверхности может быть нарезана резьба (фиг. 1); по крайней мере на всей длине вихревой трубы 1 на ее внутренней поверхности может быть нарезана резьба (фиг.1); угол выхода потока воздуха по крайней мере из каждого завихрителя потока 2,42, установленного в вихревой трубе 1, к оси последней может изменяться в зависимости от изменения параметров воздуха (давления, температуры), поступающего в вихревую трубу 1 (фиг. 21); вихревая труба 1 может быть установлена в рабочем положении горизонтально (фиг. 1); вихревая труба 1 может быть установлена в рабочем положении под острым углом к горизонтальной плоскости с вершиной, обращенной в сторону движения потока воздуха (фиг.1); вихревая труба 1 может быть установлена с возможностью изменения угла расположения ее оси по отношению к горизонтальной плоскости (фиг.1); дроссельная заслонка 4, выполненная с центральным соосным вихревой трубе 1 отверстием 5, может быть снабжена набором сменных диафрагм 72, отличающихся друг от друга по меньшей мере размерами проходного сечения отверстия 73 (фиг.31); вихревая труба 1 может быть снабжена комплектом сменных дроссельных заслонок 4, отличающихся друг от друга по меньшей мере размером проходного сечения центрального соосного вихревой трубе отверстия 5 (фиг. 1); входной для приосевого потока торец 74 дроссельной заслонки 4 может быть выполнен с острой входной кромкой 75 (фиг.1); выход 76 периферийного потока из вихревой трубы 1 при работе устройства может сообщаться с атмосферой (фиг. 1); выход 76 периферийного потока из вихревой трубы 1 может быть сообщен с камерой 77, расположенной за последней 1, при этом через внутреннее пространство камеры 77 проходит трубопровод 78 отвода приосевого потока разделенного воздуха, поступающего в последний через по крайней мере центральное соосное вихревой трубе 1 отверстие 5 в дроссельной заслонке 4, а выход вышеуказанного трубопровода 78 наружу камеры 4 выполнен по меньшей мере через саниковое уплотнение 79 в стенке последней 77 (фиг. 32); камера 77, в которую выходит периферийный поток из вихревой трубы 1, по меньшей мере может быть соединена с трубопроводом 80, открытый конец которого сообщен с атмосферой, при этом на вышеуказанном трубопроводе 80 установлено регулирующее запорное устройство 81 (фиг.32); камера 77, в которую выходит периферийный поток из вихревой трубы 1, по меньшей мере может быть соединена трубопроводом 82 с отсасывающим устройством 83, при этом на трубопроводе 82 между камерой 77 и отсасывающим устройством 83 установлено регулирующее запорное устройство 84 (фиг.32); камеры 77 по меньшей мере двух параллельно включенных вихревых труб 1, в каждую из которых выходит периферийный поток из соответствующей вихревой трубы 1, могут быть соединены трубопроводами со входом в одно и то же отсасывающее устройство 83, при этом по крайней мере на каждом трубопроводе 82, соединяющем камеру 77 соответствующей вихревой трубы 1 с общим на все вышеуказанные камеры 77 входным трубопроводом 85 отсасывающего устройства 83, и на вышеуказанном общем входном трубопроводе 85 отсасывающего устройства 83 установлено регулирующее запорное устройство 84,86 (фиг.33); в качестве отсасывающего устройства 83 из камеры 77 (камер) может быть установлен по меньшей мере один специально спроектированный воздушный эжектор, использующий для своей работы кинетическую энергию ветра (фиг.32,33); камера 77, в которую входит периферийный поток из вихревой трубы 1, может быть соединена трубопроводом с герметичной емкостью 87, а последняя 87 может быть соединена трубопроводом с отсасывающим устройством 88, при этом на трубопроводе между последними установлено регулирующее запорное устройство 89 (фиг.34); на трубопроводе между герметичной емкостью 87 и вихревой трубой 1 (камерой 77) может быть установлено регулирующее запорное устройство 90 (фиг.34); камеры 77 по меньшей мере двух параллельно включенных вихревых труб 1, в каждую из которых выходит периферийный поток из соответствующей вихревой трубы 1, могут быть соединены трубопроводами 91 с одной и той же герметичной емкостью 87, а последняя 87 соединена трубопроводом 92 с отсасывающим устройством 88, при этом на трубопроводе 92 между последними 87 и 88 установлено регулирующее запорное устройство 89, а по крайней мере на каждом трубопроводе 91, соединяющем камеру 77 соответствующей вихревой трубы 1 с герметичной емкостью 87, установлено регулирующее запорное устройство 90 (фиг.35); камера 77, в которую выходит периферийный поток из вихревой трубы 1, по меньшей мере может быть соединена трубопроводом 93 со входом последовательно работающей (установленной) вихревой трубы 94 (фиг.36); на трубопроводе 93, соединяющем камеру 77, в которую выходит периферийный поток из вихревой трубы 1, со входом последовательно работающей вихревой трубы 94, может быть установлено регулирующее запорное устройство 95 (фиг.36); отсасывающее устройство 83,88 может быть соединено трубопроводом 96 со входом по меньшей мере одной последовательно работающей (установленной) вихревой трубы 94 (фиг. 32,33,34,35,37); на трубопроводе 96 между отсасывающим устройством 83,88 и входом в последовательно работающую вихревую трубу 94 может быть установлено регулирующее запорное устройство 97 (фиг.37); отсасывающее устройство 83,88 может быть соединено выходным из первого разветвляющимся трубопроводом 98 со входами по меньшей мере двух параллельно работающих (установленных) вихревых труб 94 (фиг. 38); между отсасывающим устройством 83(88) и параллельно работающими последующими вихревыми трубами 94 по крайней мере на выходном из отсасывающего устройства участке трубопровода 98 до его разветвления к соответствующим параллельно работающим вихревым трубам 94 и на каждом из параллельно разветвленных участков 99 выходного трубопровода 98 до входа в соответствующую параллельно работающую последующую вихревую трубу 94 может быть установлено регулирующее запорное устройство 100,101 (фиг.38); отсасывающее устройство 83(88) может быть соединено выходным из первого трубопроводом 102 с герметичной емкостью 103, а последняя 103 соединена трубопроводом 104 со входом по меньшей мере второй последовательно работающей (установленной) вихревой трубы 94 (фиг.39); по крайней мере на выходном трубопроводе 102 из отсасывающего устройства 83(88) между последним 83(88) и герметичной емкостью 103 и трубопроводе 104 между последней 103 и входом последовательно работающей второй вихревой трубы 94 может быть установлено регулирующее запорное устройство 105,106 (фиг.39); отсасывающее устройство 83(88) может быть соединено выходным из первого трубопроводом 102 с герметичной емкостью 103, а последняя 103 трубопроводами 107 соединена со входами по меньшей мере двух параллельно работающих (установленных) последующих вихревых труб 94 (фиг.40); по крайней мере на выходном трубопроводе 102 отсасывающего устройства 83(88) между последним 83(88) и герметичной емкостью 103 и трубопроводах 107, соединяющих последнюю 103 с каждым из входов параллельно работающих последующих вихревых труб 94, может быть установлено регулирующее запорное устройство 105,108 (фиг. 40); трубопровод 109 отвода приосевого потока разделенного воздуха, поступающего в последний через по крайней мере центральное соосное вихревой трубе 1 отверстие 5 в дроссельной заслонке 4, своим выходным отверстием по меньшей мере может быть сообщен с атмосферой (фиг. 41); на трубопроводе 109 отвода приосевого потока разделенного воздуха из вихревой трубы 1 в атмосферу может быть установлено регулирующее запорное устройство 110 (фиг.41); трубопровод 109 отвода приосевого потока разделенного воздуха из вихревой трубы 1 по меньшей мере может быть соединен с входным в последовательно установленное отсасывающее устройство 111 трубопроводом 112, при этом на вышеуказанном входном трубопроводе 112 в отсасывающее устройство 111 установлено регулирующее запорное устройство 113 (фиг.41); трубопроводы 109 отвода приосевого потока разделенного воздуха по меньшей мере двух параллельно включенных вихревых труб 1 могут быть соединены с входным трубопроводом 114 в одно и то же последовательно установленное отсасывающее устройство 111, при этом по крайней мере на каждом трубопроводе 109 отвода приосевого потока разделенного воздуха из соответствующей вихревой трубы 1 и на входном в последовательно установленное отсасывающее устройство 111 трубопроводе 114 может быть установлено регулирующее запорное устройство 113,115 (фиг.42); в качестве отсасывающего устройства 111 из трубопровода 109 (трубопроводов) отвода приосевого потока разделенного воздуха из вихревой трубы 1 (вихревых труб) может быть установлен по меньшей мере один специально спроектированный воздушный эжектор, использующий для своей работы кинетическую энергию ветра (фиг.41,42); трубопровод 109 отвода приосевого потока разделенного воздуха из вихревой трубы 1 может быть соединен с герметичной емкостью 116, а последняя 116 соединена трубопроводом 117 с отсасывающим устройством 118, при этом на трубопроводе 117 между последними 116 и 118 установлено регулирующее запорное устройство 119 (фиг.43); на трубопроводе 109 отвода приосевого потока разделенного воздуха перед герметичной емкостью 116 может быть установлено регулирующее запорное устройство 120 (фиг. 43); трубопроводы 109 отвода приосевого потока разделенного воздуха по меньшей мере двух параллельно включенных вихревых труб 1 могут быть соединены с одной и той же герметичной емкостью 116, а последняя 116 соединена трубопроводом 117 с отсасывающим устройством 118, при этом на трубопроводе 117 между последними 116 и 118 установлено регулирующее запорное устройство 119, а по крайней мере на каждом трубопроводе 109 отвода приосевого потока разделенного воздуха из соответствующей вихревой трубы 1 перед герметичной емкостью 116 установлено регулирующее запорное устройство 120 (фиг.44); трубопровод 109 отвода приосевого потока разделенного воздуха из вихревой трубы 1 по меньшей мере может быть соединен с входом последовательно работающей (установленной) вихревой трубы 121 (фиг.45); на трубопроводе 109 отвода приосевого потока разделенного воздуха из вихревой трубы 1 перед входом в последовательно работающую (установленную) вторую вихревую трубу 121 может быть установлено регулирующее запорное устройство 122 (фиг.45); отсасывающее устройство 111,118 может быть соединено трубопроводом 123 со входом по меньшей мере одной последовательно работающей (установленной) вихревой трубы 121 (фиг.46); на трубопроводе 123 между отсасывающим устройством 111,118 и входом в последовательно работающую (установленную) вихревую трубу 121 может быть установлено регулирующее запорное устройство 124 (фиг.46); отсасывающее устройство 111,118 может быть соединено выходным из первого разветвляющимся трубопроводом 123 со входами по меньшей мере двух параллельно работающих (установленных) вихревых труб 121 (фиг.47); между отсасывающим устройством 111,118 и параллельно работающими (установленными) последующими вихревыми трубами 121 по крайней мере на выходном из отсасывающего устройства участке трубопровода 123 до его разветвления к соответствующим параллельно работающим (установленным) вихревым трубам 121 и на каждом из параллельно разветвленных участков 125 выходного трубопровода 123 до входа в соответствующую параллельно работающую (установленную) последующую вихревую трубу 121 может быть установлено регулирующее запорное устройство 124,126 (фиг. 47); отсасывающее устройство 111,118 может быть соединено выходным из первого 111,118 трубопроводом 127 с герметичной емкостью 128, а последняя 128 соединена трубопроводом 129 со входом по меньшей мере второй последовательно работающей (установленной) вихревой трубы 121 (фиг.48); по крайней мере на выходном трубопроводе 127 из отсасывающего устройства 111,118 между последним 111,118 и герметичной емкостью 128 и трубопроводе 129 между последней 128 и входом последовательно работающей (установленной) второй вихревой трубы 121 может быть установлено регулирующее запорное устройство 130,131 (фиг.48); отсасывающее устройство 111,118 может быть соединено с выходным из первого 111,118 трубопроводом 127 с герметичной емкостью 128, а последняя 128 трубопроводами 132 соединена со входами по меньшей мере двух параллельно работающих (установленных) последующих вихревых труб 121 (фиг.49); по крайней мере на выходном трубопроводе 127 отсасывающего устройства 111,118 между последним 111,118 и герметичной емкостью 128 и трубопроводах 132, соединяющих последнюю 128 с каждым из входов параллельно работающих (установленных) последующих вихревых труб 121 может быть установлено регулирующее запорное устройство 130,133 (фиг.49); трубопровод отвода 78 приосевого потока разделенного воздуха, поступающего в последний 78 через по крайней мере центральное соосное вихревой трубе 1 отверстие 5 в дроссельной заслонке 4, примыкающей к выходному для приосевого потока сечению 4-4 вышеуказанной дроссельной заслонки 4 вихревой трубы 1, может быть выполнен в форме последовательно последней установленной вихревой трубы 134 с размещенным внутри нее по меньшей мере одним завихрителем потока 135 и дроссельной заслонкой 136 с центральным соосным вихревой трубе 134 отверстием 137, расположенной с противоположной входу вихревой трубы 134 стороны (фиг.21); специально выполненное поворотное устройство 8 может быть соединено непосредственно с вихревой трубой 1, в которую подается воздух из атмосферы, и обеспечивает поворот последней при изменении направления движения ветра под силовым воздействием последнего (фиг.4); специально выполненное поворотное устройство 8 может быть соединено непосредственно с вихревой трубой 1, в которую подается воздух из атмосферы, и приводиться в действие при изменении направления движения ветра с помощью механического привода (фиг.1); емкость 15, выполненная по меньшей мере в форме обтекаемого со стороны набегающего потока воздуха крыла, может быть установлена на поворотной платформе 138, снабженной поворотным устройством 139, обеспечивающим поворот платформы 138 с вышеуказанной емкостью 15 при изменении направления движения ветра под силовым воздействием последнего (фиг.5); емкость 15, выполненная по меньшей мере в форме обтекаемого со стороны набегающего потока воздуха крыла, может быть установлена на поворотной платформе 138, снабженной поворотным устройством 139, приводящимся в действие при изменении направления движения ветра с помощью механического привода (фиг.5); вихревая установка может содержать платформу 140 с размещенными на ней элементами последней, а платформа 140 может быть снабжена поворотным устройством 141, обеспечивающим ее поворот при изменении направления движения ветра под силовым воздействием последнего (фиг.50); вихревая установка может содержать платформу 140 с размещенными на ней элементами последней, а платформа 140 снабжена поворотным устройством 141, приводящимся в действие при изменении направления движения ветра с помощью механического привода (фиг.50); вихревая установка может содержать искусственно созданную аэродинамическую трубу 142, являющуюся "ловушкой" ветра, внутри которой размещены составные элементы вихревой установки (фиг.51); искусственно созданная аэродинамическая труба 142 может быть установлена на специально выполненном поворотном устройстве 143, обеспечивающем поворот ее при изменении направления движения ветра под силовым воздействием последнего (фиг.51); искусственно созданная аэродинамическая труба 142 может быть установлена на специально выполненном поворотном устройстве 143, приводящемся в действие при изменении направления движения ветра с помощью механического привода (фиг.51); по крайней мере каждое поворотное устройство может быть снабжено ограничителями поворота (угла поворота на ); в состав вихревой установки могут входить устройства, обеспечивающие плавность поворота по крайней мере каждого поворотного устройства; в стенке по крайней мере каждой вихревой трубы 1,134 по ее длине в сечениях, отстоящих на расстоянии друг от друга, могут быть выполнены сквозные радиальные сверления 144, через по крайней мере каждое из которых внутрь вихревой трубы 1,134 проходит подвижная ось 145 с жестко закрепленным на ней лепестком 146, поворачивающимся по направлению движения вращающегося потока воздуха при работе вихревой установки, при этом вышеуказанная ось 145 лепестка 146 выходит наружу через боковую стенку вихревой трубы 1,134 и может перемещаться в радиальном направлении последней 1,134, а на торце оси 145, расположенном снаружи трубы 1,134, выполнена диаметральная риска, совпадающая с плоскостью (симметрии) лепестка 146 (фиг.21); вихревая установка может быть снабжена набором сменных вихревых труб 1,134, при этом по меньшей мере отдельные части из них (по количеству труб) отливаются между собой своими характеристиками (фиг. 21); площадь проходного сечения каналов 43,45,46,52 между смежными лопатками 44 может уменьшаться по крайней мере в каждом последующем завихрителе потока 42 вихревой трубы 1(134) (фиг. 21,22,23).

Вихревая установка для выделения водорода из воздуха (фиг.1) работает следующим образом. В по меньшей мере одну, а их может быть несколько, вихревую трубу 1, входящую в состав установки, с по меньшей мере одним завихрителем потока 2, размещаемым в указанном случае, т.е. при наличии одного завихрителя потока, на входном участке 3 вихревой трубы 1, подается воздух, который в завихрителе 2 приобретает вращательное движение, перемещаясь при этом одновременно в осевом направлении в сторону дроссельной заслонки 4 с центральным соосным вихревой трубе 1 отверстием 5. Благодаря наличию вращательного движения потока воздуха в вихревой трубе 1 при его перемещении к выходному концу последней в нем происходит процесс вихревого разделения компонентов, входящих в воздух и различающихся между собой по молекулярной массе. Разделенная периферийная часть потока воздуха выходит из вихревой трубы 1 через дроссельную заслонку 4, а центральная часть разделенного потока выходит из вихревой трубы 1 через центральное отверстие 5 в дроссельной заслонке 4.

Процесс выделения водорода из воздуха в вышеуказанной вихревой установке осуществляется в соответствии с законом, открытым автором в 1994 году, который гласит: "В свободно вращающемся вихревом потоке среды (газа, жидкости, их смесей, диспергированной, двухфазной, пылегазовой и другой сред) с неоднородным полем плотностей (в том числе и с разной молекулярной массой компонентов) в процессе затухания вращательного движения потока за сечением по его длине, в котором максимальное значение окружной скорости достигает критического значения, обеспечивающего еще вращение наиболее тяжелых частиц среды в периферийной зоне потока, возникает процесс непрерывного замещения менее тяжелых частиц среды тяжелыми в направлении к оси вращения потока, продолжающийся до сечения, в котором среда во вращающемся потоке располагается кольцевыми слоями в порядке возрастания ее плотности в каждом последующем из них направлении к оси вращения вихревого потока.

При максимальном значении окружной скорости, большем критического значения, процесс непрерывного замещения менее тяжелых частиц среды тяжелыми протекает в обратном вышеуказанному направлении, т.е. в направлении к периферии потока".

Таким образом, в основу работы вихревой установки положено ранее неизвестное явление.

Воздух представляет собой смесь газов, основными компонентами которого являются азот и кислород. Объемное и массовое содержание последних (в) в воздухе составляет соответственно 78,1 (N₂); 21,0 (O₂) и 75,5 (N₂); 23,1 (O₂). Наряду с другими газами в воздух входят водород и гелий, объемное и массовое содержание которых (в) составляет соответственно 510^-5 (H₂); 510^-4 (He) и 310^-6 (H₂); 7,210^-5 (He) [3] Молекулярные массы водорода и гелия из всех входящих в состав воздуха газов являются самыми минимальными и составляют соответственно 2,02 (H₂) и 4 (He), т.е. молекулярная масса водорода меньше средней молекулярной массы входящих в состав воздуха газов в 14 раз, а гелия в 7 раз, что для достижения значительного эффекта в выделении водорода из воздуха является особенно важным вследствие очень малого процентного содержания водорода в воздухе и в необходимых случаях позволяет получать вихревым способом чистый водород. Плотности воздуха, водорода и гелия при температуре 273 K и давлении 101325 Па (в кг/м³) соответственно составляют 1,29; 0,0899 и 0,179.

При выбранных конструктивных характеристиках вихревой установки и известных параметрах воздуха на входе в вихревую трубу 1 максимальная эффективность в выделении водорода из воздуха достигается путем регулирования степени открытия дроссельной заслонки 4, обеспечивая оптимальное максимальное значение окружной скорости закрученного потока в выходном сечении завихрителя потока 2.

При этом площадь входного сечения центрального отверстия в дроссельной заслонке 4 должна быть оптимально подобрана. Кроме того, для повышения эффективности работы вихревой установки могут быть использованы другие конструктивные и регулировочные мероприятия, которые рассмотрим ниже.

Максимальное значение окружной скорости закрученного потока в выходном сечении 5-5 (фиг. 1) завихрителя потока 2 может не превышать критического значения w_кр при котором еще обеспечивается вращение наиболее тяжелых (наибольшей плотности или наибольшей молекулярной массы) частиц среды в периферийной зоне потока, а также может превышать вышеуказанное критическое значение окружной скорости _кр В зависимости от вышеуказанного максимального значения окружной скорости вихревого потока на выходе из завихрителя потока 2 процесс непрерывного замещения менее тяжелых частиц среды тяжелыми (большей плотности или молекулярной массы) при затухании вращательного движения потока происходит в направлении к оси вращения потока или в направлении от вышеуказанной оси, т.е. к периферии потока. В последнем случае процесс продолжается до тех пор, пока максимальное значение окружной скорости _макс в каком-то сечении потока не достигнет его критического значения _кр при котором еще обеспечивается вращение наиболее тяжелых (наибольшей плотности или наибольшей молекулярной массы) частиц среды в периферийной зоне 147 (фиг.52,53).

При дальнейшем снижении максимального значения окружной скорости _макс(_макс < _кр) в сечениях потока в направлении его движения направление замещения менее тяжелых частиц среды тяжелыми изменяется на противоположное, т.е. вышеуказанное замещение происходит в направлении к оси вращения потока.

Поэтому в последнем случае при установке только одного завихрителя потока 2 на входном участке 3 вихревой трубы 1 максимальная эффективность разделения компонентов воздуха достигается в случае, когда максимальное значение окружной скорости _макс вращающегося потока снижается до его критического значения _кр в выходном сечении 3-3 (фиг.28) вихревой трубы 1.

В случае выхода потока воздуха из выходного сечения 5-5 (фиг.1) завихрителя потока 2 с максимальным значением окружной скорости _макс не превышающем его критического значения _кр максимальная эффективность разделения воздуха (выделения водорода) достигается в случае, когда полное затухание вращательного движения потока воздуха происходит в выходном сечении 3-3 (фиг. 28) вихревой трубы 1 или за указанным сечением 3-3 в направлении движения потока. Выполнение последнего целесообразно для случая, когда разделение воздуха с выделением водорода заканчивается ранее полного затухания вращательного движения потока, в результате чего несколько сокращается длина вихревой трубы 1 и, следовательно, габаритов вихревой установки.

Перемещение тяжелых частиц 148 воздуха ближе к оси вращения потока в случае, когда максимальное значение окружной скорости _макс последнего в выходном сечении 5-5 завихрителя потока 2 (фиг.1) не превышает его критического значения _кр(_{макс кр}), происходит по спиралеобразной траектории с уменьшением радиуса их вращения (фиг.54).

При этом при переходе на меньший радиус вращения тяжелые частицы 148, обладающие большей окружной скоростью, увеличивают угловую скорость вращения менее тяжелых частиц воздуха на указанном радиусе, отдавая часть кинетической энергии другим частицам, менее тяжелым. Самые легкие частицы, молекулы водорода, 149, вращаясь в потоке и одновременно перемещаясь в осевом направлении вихревой трубы 1, удаляются от оси вращения, с увеличением радиуса их вращения, по спиралеобразной траектории (фиг.54).

Движение средней тяжести частиц 150 воздуха, т.е. значение плотности (молекулярной массы) которых находится в промежутке между значениями плотностей вышеуказанных частиц 148 и 149, происходит по более сложной траектории. Эти частицы 150, совершая вращательные движения в потоке воздуха и перемещаясь в осевом направлении вихревой трубы 1, одновременно совершают и свои собственные спиралеобразные круговые вращения с уменьшающимся радиусом собственного вращения в направлении движения потока и при этом смещаясь в направлении к оси вращения потока воздуха или к его периферии, что определяется значениями их плотностей (молекулярных масс) и процентным содержанием в потоке воздуха, при этом они в потоке находятся во взвешенном состоянии, т.е. вращаются внутри потока. Объясняется вышеизложенное следующим. За счет полученной дополнительной кинетической энергии от тяжелых частиц 148 средней тяжести частицы 150 воздуха переходят на увеличенный радиус их вращения в потоке, но движение их в указанном направлении ограничивается приобретенной энергией, которой оказывается недостаточно для дальнейшего перемещения их по спиралеобразной траектории к внутренней поверхности вихревой трубы 1, и вследствие быстрого затухания вращательного движения потока указанные частицы 150 начинают собственное круговое вращение в вихревом потоке в направлении к оси вращения потока, так как процесс приобретения дополнительной кинетической энергии и т.д. что описано выше, продолжается до тех пор, пока в процессе их собственного спиралеобразного вращения радиус спирали окажется равным нулю, что соответствует полному окончанию процесса разделения частиц воздуха (газа) в определенном сечении потока по длине вихревой трубы 1, когда частицы располагаются кольцевыми слоями в порядке возрастания их плотности в каждом последующем слое в направлении к оси вращения вихревого потока (фиг. 1,54). На фиг. 1,54 траектория средней тяжести частицы 150 показана условно, так как частица 150, перемещаясь в потоке по своей траектории (показано на фиг.1,54), одновременно совершает движение вместе с вращающимся потоком. Траекторию движения указанной частицы можно представить как бы в выделенном и только вращающемся вместе с потоком газа элементе последнего, в котором сама частица 150 совершает свои собственные вращательные движения и при этом перемещается в осевом направлении вихревой трубы 1.

В случае, когда максимальное значение окружной скорости _макс закрученного потока воздуха в выходном сечении 5-5 завихрителя потока 2 больше его критического значения _кр(_макс > _кр), физическая картина процесса замещения менее тяжелых частиц 149 воздуха тяжелыми частицами 148 аналогична вышеописанному процессу, только процесс замещения происходит в противоположном направлении, а именно, в направлении к периферии потока, т.е. от оси его вращения (фиг. 1,55). При этом процесс заканчивается в сечении потока, когда частицы газа во вращающемся потоке располагаются кольцевыми слоями в порядке возрастания их плотности (молекулярной массы) в каждом последующем слое в направлении к периферии потока. Процесс взаимного замещения частиц воздуха (газа) в вихревом потоке, имеющих разную плотность (молекулярную массу), сопровождается затратой работы замещения.

В случае, когда максимальное значение окружной скорости в выходном сечении завихрителя потока 2 не превышает его критического значения _кр(_{макс кр}) на работу вихревой установки при этом затрачивается меньшее количество энергии в сравнении со вторым случаем, расходуемой на подачу и закрутку потока разделяемого воздуха в вихревой установке. Однако использование второго случая, когда максимальное значение окружной скорости _макс в выходном сечении завихрителя потока 2 превышает его критическое значение _кр(_макс > _кр) для выделения водорода из воздуха наиболее эффективно, так как процентное содержание водорода в воздухе очень малое и в этом процессе выделения водорода из воздуха в вихревой установке вышеуказанная среда (водород) концентрируется у оси вращения потока, а следовательно, толщина (диаметр) в сечении потока водорода оказывается наибольшим, чем в случае, если бы он концентрировался на периферии потока разделяемого воздуха. В последнем случае вследствие малой толщины водорода на выходе из вихревой трубы 1 его значительно сложнее качественно отделить от остальных компонентов воздуха, имеющих намного большее процентное содержание в последнем.

Исходя из последнего при выделении водорода из воздуха, когда выход водорода из вихревой трубы 1 происходит в периферийном потоке, площадь входного сечения центрального отверстия 5 в дроссельной заслонке 4 для выхода центрального потока оказывается наибольшей, а при выходе водорода из вихревой трубы 1 через центральное отверстие 5 в дроссельной заслонке 4 площадь входного сечения центрального отверстия 5 в последней оказывается минимальной (фиг.1).

Установка вихревой трубы 1 с возможностью поворота ее вокруг оси 6 по меньшей мере пересекающейся с осью 7 вихревой трубы 1 по меньшей мере под прямым углом на специально выполненном поворотном устройстве 8 (фиг.1) при использовании кинетической энергии ветра на подачу воздуха в вихревую трубу 1 и его закрутку в завихрителе потока 2 (завихрителях потока) последней позволяет с изменением направления ветра синхронно с изменением направления последнего осуществлять поворот вихревой трубы 1, обеспечивая максимальную эффективность в использовании кинетической энергии ветра для указанной цели. Ось 6, вокруг которой осуществляется поворот вихревой трубы 1, может не только пересекаться с осью 7 последней 1, но и перекрещиваться с ней. При этом по отношению к горизонтальной плоскости ось 7 вихревой трубы 1 может не только совпадать с последней, но и может быть расположена под острым углом к горизонтальной плоскости, что определяется эффективностью работы вихревой установки.

Входное сечение 1-1 завихрителя потока 2, расположенного на входном участке 3 вихревой трубы 1, может совпадать с входным сечением 2-2 последней, а также вышеуказанное сечение 1-1 завихрителя потока 2 может быть смещено на величину b в направлении движения потока относительно входного сечения 2-2 вихревой трубы 1 (фиг.1,2), что определяется типом завихрителя потока 2, размещенного на входном участке 3 вихревой трубы 1, а также и другими факторами.

Для улучшения использования кинетической энергии ветра на подачу и закрутку воздуха в вихревой трубе 1 часть 9 входного участка 3 последней 1, расположенного по крайней мере между входным сечением 2-2 вихревой трубы 1 и входным сечением 1-1 завихрителя потока 2, расположенного на входном участке 3 вихревой трубы 1, в направлении движения потока воздуха выполняется в форме конфузора 10 (фиг.3). При этом на внутренней поверхности 11 конфузорного участка 10 вихревой трубы 1 могут размещаться лопатки 12, обеспечивающие закрутку входящего в него потока воздуха и повышающие тем самым эффективность в использовании энергии ветра. Направление вышеуказанной закрутки потока воздуха совпадает с направлением закрутки потока в завихрителе потока 2, установленном на входном участке 3 вихревой трубы 1 (фиг.3).

Для осуществления поворота вихревой трубы 1 в соответствии с изменением направления ветра под воздействием последнего по крайней мере с обеих сторон вихревой трубы 1 по меньшей мере симметрично ее диаметральной плоскости, располагающейся в рабочем состоянии установки по крайней мере вертикально, выполняются продольные ребра 13 в форме крыльев с обтекаемыми обводами и соответственно торцами 14, обращенными в сторону входа воздуха в вихревую трубу 1 (фиг.4). Обеспечение поворота вихревой трубы 1 может достигаться и другими путями.

Обеспечение стабильной работы вихревой установки при использовании энергии ветра для ее работы может достигаться тем, что по меньшей мере одна вихревая труба 1 соединяется с емкостью 15, выполненной по меньшей мере в форме обтекаемого со стороны набегающего потока воздуха крыла, расположенного по меньшей мере симметрично относительно диаметральной плоскости вихревой трубы 1, при этом во входном торце 16 выполняется по меньшей мере одно отверстие 17, а входное отверстие вихревой трубы 1 сообщается с внутренним пространством вышеуказанной емкости 15 (фиг.5). Для возможности осуществления поворота емкости 15 при расположении ее на вращающейся опоре входной торец 16 ее в рабочем состоянии установки, обращенный навстречу потока воздуха, занимает по крайней мере вертикальное положение. Через отверстие 17 в торце 16 внутреннее пространство емкости 15 сообщается с наружной средой (атмосферой). Для увеличения производительности вихревой установки по меньшей мере две вихревые трубы 1 могут соединяться параллельно с емкостью 15 (фиг.5).

Соединение вихревой трубы 1 с емкостью 15 может осуществляться различными путями. Так, входной торец каждой вихревой трубы 1 может быть герметично соединен по меньшей мере с кормовым торцем 18 емкости 15 (фиг.5); по меньшей мере часть вихревой трубы 1 со стороны входа в нее может размещаться внутри емкости 15, а герметичное соединение ее с емкостью 15 выполнено в указанном случае по ее наружной поверхности (фиг.5); по крайней мере каждая вихревая труба 1 может быть соединена с емкостью 15 по меньшей мере с помощью трубопровода 19 (фиг.6).

В общем случае емкость 15 может выполняться различной формы, что определяется, в первую очередь, способом обеспечения поворота вихревой трубы 1 в соответствии (синхронно) с изменением направления ветра, вместе с которой поворачивается и емкость 15, так как вышеуказанный поворот вихревой трубы 1 вместе с емкостью 15 может осуществляться под воздействием силы ветра на обтекаемое тело (в нашем случае емкость с вихревой трубой), а также может обеспечиваться механическим приводом. Размеры емкости зависят от производительности вихревой установки и выбираются из условия обеспечения ее устойчивой работы.

Установка на каждый трубопровод 19, соединяющий по крайней мере каждую вихревую трубу 1 с емкостью 15, регулирующего запорного устройства 20 (фиг. 5) позволяет достичь наиболее стабильной работы вихревой установки в сравнении с вышеуказанными способами соединения емкости 15 с вихревой трубой 1.

Расположение по меньшей мере части вихревой трубы 1 со стороны входа внутри емкости 15 позволяет уменьшить габариты вихревой установки и в некоторой степени повысить эффективность использования энергии ветра для ее работы.

При недостаточном напоре ветра, не обеспечивающем нормальную работу вихревой установки, подача воздуха из емкости 15 в каждую вихревую трубу 1, которые работают параллельно, может осуществляться нагнетательным устройством 21, соединенным с помощью входного в него участка обводного трубопровода 22 с емкостью 15 и выходного из него участка обводного трубопровода 22 со входом в вихревую трубу 1. При этом между нагнетательным устройством 21, а также между последним 21 и каждой вихревой трубой 1 устанавливается регулирующее запорное устройство 23 и 24 (фиг.7). Работа нагнетательного устройства 21 происходит при закрытом регулирующем запорном устройстве 20 (устройствах), установленном на трубопроводе 19, обеспечивающем прямую подачу воздуха из емкости 15 в вихревую трубу 1. С помощью регулирующих запорных устройств 23 и 24 при их регулировании обеспечивается оптимальная работа вихревой установки, а также достигается при достаточной силе ветра для нормальной работы вихревой установки отключение нагнетательного устройства 21.

При вышеописанном случае, т. е. недостаточном напоре ветра, между емкостью 15 и вихревыми трубами 1 может устанавливаться нагнетательное устройство 21, обеспечивающее подачу воздуха по меньшей мере к каждым двум параллельно включенным вихревым трубам 1, чем достигается компактность установки при увеличении ее производительности за счет увеличения количества вихревых труб 1. При этом между емкостью 15 и каждым нагнетательным устройством 21, а также между последним 21 на участке до разветвления трубопровода 22 в направлении движения потока и по меньшей мере каждыми двумя параллельно включенными вихревыми трубами 1 устанавливаются регулирующие запорные устройства 23 и 24 (фиг.8).

В последнем случае вместо установки одного регулирующего запорного устройства 24 между нагнетательным устройством 21 и по меньшей мере каждыми двумя параллельно включенными вихревыми трубами 1 на участке до разветвления трубопровода 22 в направлении движения потока может быть установлено регулирующее запорное устройство 25 между нагнетательным устройством 21 и каждой вихревой трубой 1 (фиг.9); а также вышеуказанные регулирующие запорные устройства 24,25 могут устанавливаться одновременно как на участке обводного трубопровода 22 до его разветвления в направлении движения потока и по меньшей мере каждыми двумя параллельно включенными вихревыми трубами 1, так и на входе в каждую вихревую трубу 1 (фиг.10), что повышает возможности обеспечения оптимальных условий работы каждой вихревой трубы 1 в отдельности.

Дальнейшее повышение возможностей для обеспечения оптимального режима работы каждой вихревой трубы 1 установки достигается тем, что емкость 15 по крайней мере дополнительно последовательно в направлении движения потока может соединяться с помощью участков обводного трубопровода 22 с нагнетательным устройством 21, которое соединяется с герметичной емкостью 26, а последняя 26 в свою очередь соединяется со входом по меньшей мере в одну вихревую трубу 1 индивидуальным для последней участком обводного трубопровода 22, при этом между емкостью 15 и нагнетательным устройством 21, между последним 21 и герметичной емкостью 26, а также между последней 26 и каждой вихревой трубой 1 устанавливаются регулирующие запорные устройства 23,27,28 (фиг.11).

С целью достижения компактности вихревой установки при увеличении ее производительности и сохранения преимуществ вышеописанной установки вместо установки отдельной герметичной емкости 26 на каждую вихревую трубу 1 может устанавливаться одна герметичная емкость 26, соединяющаяся с по меньшей мере двумя параллельно установленными (работающими) вихревыми трубами 1 с помощью участка обводного трубопровода 22, разветвляющегося в соответствии с вышеуказанным на две ветви, при этом между емкостью 15 и нагнетательным устройством 21, между последним 21 и герметичной емкостью 26, а также между последней 26 на участке до разветвления обводного трубопровода 22 в направлении движения потока и по меньшей мере каждыми двумя параллельно включенными вихревыми трубами 1 устанавливаются регулирующие запорные устройства 23,27,28 (фиг.12).

Вместо установки регулирующего запорного устройства 28 между герметичной емкостью 26 и по меньшей мере каждыми двумя параллельно включенными вихревыми трубами 1 на участке до разветвления обводного трубопровода 22 в направлении движения потока (фиг.12) регулирующее запорное устройство 29 может устанавливаться между герметичной емкостью 26 и каждой вихревой трубой 1 (фиг.13), а также вышеуказанные регулирующие запорные устройства 28,29 могут устанавливаться одновременно как на участке обводного трубопровода 22 до его разветвления в направлении движения потока между герметичной емкостью 26 и по меньшей мере каждыми двумя параллельно установленными (работающими) вихревыми трубами, так и на входе в каждую вихревую трубу 1 (фиг.14), что расширяет возможности для достижения оптимальных условий работы каждой вихревой трубы 1 в отдельности в установке.

Для обеспечения возможности работы вихревой установки независимо от наличия ветра в участок 30 трубопровода 22, соединяющего регулирующее запорное устройство 23, расположенное на стороне входа в нагнетательное устройство 21, с последним 21 врезается участок трубопровода 31, сообщающий всасывающую полость нагнетательного устройства 21 с окружающей средой (атмосферой) через регулирующее запорное устройство 32 (фиг.7,8,9,10,11,12,13,14), которое при использовании силы ветра для работы вихревой установки находится в закрытом состоянии. При поступлении воздуха в нагнетательное устройство по трубопроводу 31 регулирующие запорные устройства 20 и 23 находятся в закрытом состоянии.

Улучшение условий входа воздуха под напором ветра может достигаться путем установки на входе по крайней мере каждого входного отверстия 17 в торце 16 емкости 15 конфузорного участка 34, герметично соединяемого по периметру вышеуказанного отверстия 17 с торцем емкости 15, при этом конфузорный участок располагается с наружной стороны емкости 15 (фиг.15). Для компактности установки вышеуказанный конфузорный участок 34 может по меньшей мере частью своей длины (частично), а в отдельных случаях и целиком входить внутрь емкости 15 (фиг.16).

Для лучшего использования напора, создаваемого ветром, к кромке 33, расположенной по периметру по крайней мере каждого входного отверстия 17, выполненного во входном торце 16 емкости 15, может примыкать входной для воздуха, поступающего внутрь емкости 15, диффузорный участок 35, герметично соединенный с вышеуказанным торцем 16 емкости 15 и размещенный с ее наружной стороны (фиг.17). Наличие вышеуказанного диффузорного участка 35 на входе в каждое входное отверстие 17 емкости 15 позволяет поддерживать внутри последней более высокое давление по сравнению с отсутствием такого участка 35. С целью достижения компактности установки диффузорный участок 35 по меньшей мере частью своей длины (частично, а в отдельных случаях и целиком может входить внутрь емкости 15 (фиг.18).

Эффективное использование энергии ветра для работы вихревой установки достигается при совместном использовании конфузорного 34 и диффузорного 35 участков емкости 15, при этом к выходному торцу 36 по крайней мере каждого конфузорного участка 34 может примыкать диффузорный участок 35 (фиг.19) или наоборот к входному торцу 37 по крайней мере каждого диффузорного участка 35 может примыкать конфузорный участок 34 (фиг.20). Выбор соединения вышеуказанных участков 34 и 35 определяется требованиями к вихревой установке и ее технологичностью изготовления, а также другими возможными причинами.

Для уменьшения входных потерь энергии ветра входной торец 38 с входной кромкой 39 вихревой трубы 1 (фиг.1,2), входной торец 40 конфузорного участка 34 емкости 15 (фиг.15), а также входной торец 41 диффузорного участка 35 емкости 15 (фиг. 17) в соответствующих случаях выполняются с острой входной кромкой, обращенной навстречу движению потока воздуха.

В зависимости от силы ветра, требуемой производительности вихревой установки, а также в иных случаях целесообразным является устанавливать в соответствующих случаях запорные по крайней мере автоматически срабатывающее устройство по крайней мере на каждое отверстие 17, выполненное во входном торце 16 емкости 15; по крайней мере на входе в каждый конфузорный участок 34 емкости 15, а также по крайней мере на входе в каждый диффузорный участок 35 емкости 15 (фиг.5,15,17).

Вследствие быстрого затухания вращательного движения потока после выхода его из завихрителя потока 2 даже при значительно отличающейся плотности или молекулярной массы разделяемых сред процесс разделения последних (выделения одной из них) не успевает завершиться полностью, особенно это касается процесса разделения сред в случае его протекания при максимальном значении окружной скорости _макс закрученного потока сред в каждом сечении вихревой трубы 1 на участке разделения, превышающем его критическое значение _кр(_макс > _кр). Вышеуказанное в первую очередь зависит от значения внутреннего диаметра вихревой трубы 1, а также других факторов. При выделении из воздуха водорода, который содержится в первом в очень малом процентном количестве, вывод его из вихревой трубы 1 должен осуществляться через отверстие с ничтожно малым проходным сечением, что при малом диаметре вихревой трубы 1 обеспечить невозможно.

Установка в вихревой трубе 1 на расстоянии l от завихрителя потока 2, размещенного на ее входном участке 3, по меньшей мере второго завихрителя потока 42 (фиг. 21) обеспечивает дозакрутку потока, благодаря чему процесс выделения (разделения сред) водорода из воздуха происходит на увеличенной длине вихревой трубы 1, что в свою очередь позволяет увеличивать диаметр вихревой трубы 1. Следовательно, с увеличением диаметра вихревой трубы 1 количество завихрителей потока должно быть большим. В последнем случае следует особо подчеркнуть то, что чем чище обработана внутренняя поверхность вихревой трубы 1, тем эффективнее ее работа по выделению водорода из воздуха в большинстве случаев, зависящих и от других факторов. Может осуществляться внутренняя полировка вихревой трубы 1.

Закрутка потока воздуха на входном участке 3 вихревой трубы 1 может осуществляться различными способами. Так, завихритель потока 2 может выполняться шнековым многозаходным или лопаточным (фиг.1,21). Целесообразность выбора его типа зависит от многих факторов, в том числе от величины внутреннего диаметра вихревой трубы 1, величины гидравлического сопротивления, оказываемого завихрителем потоку воздуха, проходящему через него, симметричности входа закрученного потока воздуха в вихревую трубу 1 и других.

Лучшие результаты в работе вихревой установки достигаются в случае совпадения на выходе из завихрителя потока 2 центра O ("нулевой точки"), вокруг которого вращаются молекулы воздуха, расположенные в приосевой зоне вихревой трубы 1, и в котором давление газа минимальное, с осью вихревой трубы 1 (фиг. 1,56). В этом случае при симметрично относительно оси вихревой трубы 1 расположенных выходных отверстиях для вывода разделенных потоков разделенного воздуха достигается максимальная эффективность в работе вихревой установки.

В случае несимметричного входа закрученного потока газа в вихревую трубу 1 из завихрителя потока 2 "нулевая точка" O смещается эксцентрично от оси трубы 1 и вместе с вихревым потоком совершает круговые движения вокруг оси последней 1 (фиг.57). Причем "нулевая точка" O каждого последующего сечения потока в направлении его движения оказывается повернутой на угол друг относительно друга. Подтверждением этому является вращение стержня 151, введенного в открытый со стороны выхода потока воздуха конец вихревой трубы 1 и закрепленного в подшипнике скольжения в противоположном направлении вращению потока [4] в чем нет никакой ошибки, это подтверждается и другими исследованиями автора.

Поэтому в связи с изменением структуры вихревого потока при несимметричном входе воздуха в вихревую трубу 1 эффективность вихревого разделения последнего снижается из-за невозможности осуществления надлежащего отвода разделенных сред 152 и 153 из вихревой трубы 1 без попадания одной среды 152 в отвод 154 другой среды 153 и наоборот (фиг.58). При соизмеримом соотношении количеств разделяемых сред качество их разделения можно было бы повысить за счет уменьшения проходного сечения центрального отверстия 5 в дроссельной заслонке 4 вихревой трубы 1 (фиг.1,58). Однако при выделении водорода из воздуха вследствие очень малого процентного содержания в последнем водорода осуществить вышеуказанное не удается, что наглядно подтверждается фиг.57, так как выделенный водород в центральный отвод 5 в дроссельной заслонке 4 вообще не попадет.

Смещение центра O ("нулевой точки"), вокруг которого вращается среда, расположенная в приосевой зоне вихревой трубы 1, относительно оси последней 1 может происходить в определенной степени даже при использовании лопаточных завихрителей потока, что связано с технологическими отклонениями размеров, формы и т.п. отдельных лопаток завихрителя. При строгом соблюдении технологии изготовления и установки в вихревую трубу лопаточные завихрители потока обеспечивают симметричный ввод воздуха (других сред) в вихревую трубу 1, а также выход разделяемого воздуха (сред) из каждого последующего завихрителя потока, установленного в вихревой трубе 1.

Для возможности использования вихревой установки в более широком диапазоне изменения входных параметров воздуха, что определяется силой ветра, барометрическим давлением, временем года (температура воздуха) и другими факторами, каждый завихритель потока 2,42 вихревой трубы 1 может выполняться съемным (фиг.1,21), что позволяет при необходимости производить изменения в количестве работающих завихрителей потока. При этом вихревая труба 1 (вихревые трубы) может снабжаться по крайней мере несколькими сменными комплектами завихрителей потока 2,42, отличающимися между собой характеристиками завихрителей потока, а по крайней мере каждый завихритель потока 2,42 выполняется съемным.

Для закрутки разделяемого воздуха (других сред) на последующих за первым 2 завихрителях потока, установленных в вихревой трубе 1, целесообразнее использовать лопаточные завихрители потока. При этом, при относительно больших размерах вихревых труб 1 для предотвращения возможного смешения подвергнувшихся разделению компонентов воздуха на предыдущем участке вихревой трубы 1 до входа в последующий завихритель потока 42 (фиг.21) по крайней мере в каждом лопаточном завихрителе потока 2,42, установленном в вихревой трубе 1, каждый канал 43, образованный двумя смежными лопатками 44, может быть разделен по меньшей мере на два канала 45 и 46 боковым участком 47 по меньшей мере одного цилиндрического пустотелого тела, соосного вихревой трубе 1 (фиг. 21,22); участком 48 по меньшей мере одного пустотелого усеченного тела вращения, соосного вихревой трубе 1 (фиг.21,23); по меньшей мере одной плоской перегородкой 49, одна из сторон которой совпадает с соответствующей боковой поверхностью одной из граней 50 правильного многогранника 51, соосного вихревой трубе 1 и имеющего количество граней 50, равное количеству каналов 43, образованных каждыми двумя смежными лопатками 44 завихрителя потока 2,42, при этом при совмещении каждой перегородки 49 с соответствующей гранью 50 многогранника 51 каждая из последних 50 располагается между двумя смежными лопатками 44 (фиг.21,22), а также по меньшей мере каждый периферийный канал 52, образованный двумя смежными лопатками 44, перегородкой 47 и по крайней мере участком внутренней поверхности вихревой трубы 1 (периферийные торцы лопаток завихрителя потока могут быть окольцованы), в каждом сечении последней 1 на участке завихрителя потока 2,42 симметрично может быть разделен по меньшей мере одной перегородкой 53, расположенной между боковыми сторонами двух смежных лопаток 44 (фиг.21,22).

Для вышеуказанной цели могут быть использованы перегородки других геометрических форм, обеспечивающие надлежащую закрутку потока воздуха (других сред). Кроме того, сам принцип разделения на каналы межлопаточного пространства может быть иным.

Улучшение условий входа потока воздуха в завихритель потока 2,42 достигается тем, что каждый торец 54,55, обращенный навстречу потока, каждой перегородки 47,53, выполненной в каждом канале 43 лопаточного завихрителя потока 2,42, образованном двумя смежными лопатками 44, выполняется заостренным (фиг. 21,22). Количество перегородок между каждыми двумя смежными лопатками 44 завихрителя потока 2,42 определяется достигаемым результатом на основании опытных данных.

В ряде случае и, в частности, при больших геометрических размерах вихревой трубы 1 целесообразным может быть использование варианта выполнения лопаточных завихрителей потока 2,42, когда по крайней мере каждый из них выполнен с центральным цилиндрическим и соосным вихревой трубе 1 отверстием 56 для прохода части потока воздуха, а лопатки 57 при этом размещены снаружи кольцеобразного элемента 58, внутренняя поверхность которого образует вышеуказанное отверстие 56, при этом торец 59 вышеуказанного элемента 58, обращенный навстречу потока, выполняется заостренным (фиг.21,24). Установка вышеуказанных завихрителей потока целесообразна за первым 2, установленном на входном участке 3 вихревой трубы 1 (фиг.21). При этом завихрители потока с центральным отверстием могут чередоваться с ранее рассмотренными, т.е. без центрального отверстия, а также проходное сечение последнего может уменьшаться в направлении движения потока у каждого последующего завихрителя потока. Возможны и другие варианты выполнения и установки завихрителей потока с центральным отверстием.

При установке в вихревой трубе 1 нескольких завихрителей потока выполнение по крайней мере каждого последующего по движению потока завихрителя потока 42 с возможностью смещения на величину x в осевом направлении вихревой трубы 1 (фиг.21) позволяет варьированием величиной вышеуказанного перемещения достигать более эффективной работы вихревой установки при изменении параметров воздуха (давления и температуры) на входе в вихревую трубу 1.

Крепление и установка завихрителей потока в вихревой трубе 1 может осуществляться различными способами с осуществлением фиксации завихрителей потока от проворачивания их вокруг оси вихревой трубы 1 под воздействием набегающего потока воздуха. Причем в последовательно работающих вихревых трубах крепление завихрителей потока может выполнять по разному, так как и степень разделения воздуха в каждой из них будет своя.

Вихревая труба 1 может выполняться составной, состоящей по крайней мере из нескольких взаимозаменяемых частей 60,61,62, обеспечивающих изменение ее длины в зависимости от изменения параметров воздуха (давления и температуры), поступающего в вихревую трубу 1, а также замену одних завихрителей потока 2,42 другими (фиг.21,25). Соединение отдельных частей вихревой трубы 1 друг с другом и обеспечение герметичности их стыков может осуществляться различными способами, выбор которых определяется технологичностью конструкции и надежностью работы вихревой установки.

В зависимости от параметров поступающего воздуха в вихревую трубу 1 и других условий работы вихревой установки внутренняя поверхность 63 вихревой трубы 1 может выполняться цилиндрической формы (фиг.1,21); в форме усеченного конуса с вершиной, обращенной в сторону противоположную направлению движения потока, по крайней мере на всей длине вихревой трубы 1 (фиг.26); на участках 64,65 по крайней мере между каждыми двумя смежными завихрителями 2,42,66 потока может выполняться в форме усеченного конуса, вершина каждого из которых обращена в сторону, противоположную направлению движения потока, а на участках 67,68, на которых осуществляется перемещение ( x) завихрителей потока 42,66 в осевом направлении вихревой трубы 1 может выполняться цилиндрической формы (фиг.27), а также может быть выполнена в направлении движения потока воздуха коническо-цилиндрической, при этом внутренняя поверхность 63 участка 69 вихревой трубы 1, примыкающего к ее входному сечению 2-2, выполняется в форме усеченного конуса с вершиной, обращенной навстречу потока, а на последующем участке 70, примыкающем к выходному сечению 3-3 вихревой трубы 1, внутренняя поверхность 63 последней 1 выполняется цилиндрической диаметром d₁, равным диаметру большего основания усеченного конуса (фиг.28). Площадь проходного сечения вихревой трубы 1 может выполняться увеличивающейся в направлении к выходу потока из последней (фиг.1), при этом она может увеличиваться на отдельном участке вихревой трубы в указанном направлении или участках ее, а также иметь на отдельных участках постоянное значение. Внутренняя поверхность вихревой трубы 1 может выполняться и иной формы, выбор которой определяется, прежде всего, из условий достижения наибольшей эффективности работы вихревой установки по качеству выделяемого водорода, т.е. по процентному содержанию его в выходящем из вихревой трубы потока, а также другими условиями. Так, наиболее эффективной формой вихревой трубы 1 является коническо-цилиндрическая в направлении движения потока, при этом угол конусности для предотвращения отрыва потока от внутренней поверхности вихревой трубы 1 обычно не превышает 5^o.

Вследствие того, что молекулярная масса (плотность) водорода значительно отличается от молекулярных масс (плотностей) других компонентов воздуха, для ускорения процесса выделения водорода на периферию вихревого потока в случае, когда максимальное значение окружной скорости _макс в выходном сечении 5-5 завихрителя потока 2 (завихрителей потока) не превышает ее критического значения _кр(_{макс кр}) целесообразным может быть выполнение периферийных каналов 71 в стенке вихревой трубы 1 по меньшей мере на части ее длины, сообщенные в каждом своем сечении (на всей их длине) с внутренним пространством вихревой трубы 1, которые создают сопротивление вращательному движению потока (фиг. 1,2,29). Последнее ускоряет процесс замещения менее тяжелых частиц воздуха тяжелыми частицами в направлении к оси вращения потока. Также вышеуказанные каналы 71 могут выполняться по крайней мере на всей длине вихревой трубы 1 (фиг.29); могут выполняться по крайней мере на выходе из каждого завихрителя потока на части расстояния между смежными завихрителями, размещенными в вихревой трубе 1; может быть и иное размещение периферийных каналов 71 в стенке вихревой трубы 1, что определяется из условия достижения максимальной эффективности в работе вихревой установки.

Форма сечения каналов 71 может быть различной, в том числе она может быть цилиндрической (фиг.29); может быть прямоугольной формы (фиг.30) и иной формы. Ось каждого канала 71 может совпадать с плоскостью продольного сечения вихревой трубы 1, при этом каналы 71 размещаются симметрично относительно оси последней (фиг. 2,29,30), а также каждый канал 71 может выполняться винтовым (фиг. 2,29,30). В последнем случае направление закрутки каждого винтового канала 71 может как совпадать с направлением вращения потока воздуха, так и может быть противоположно направлению закрутки потока воздуха (фиг. 29,30). В отдельных случаях для создания сопротивления вращательному движению потока по меньшей мере на части длины вихревой трубы 1, расположенной на стороне входа потока воздуха в последнюю, на ее внутренней поверхности может нарезаться резьба (фиг.1), а также последняя может быть нарезана по крайней мере на всей длине вихревой трубы 1, не исключаются и другие варианты размещения резьбы на внутренней поверхности вихревой трубы 1 для ускорения процесса выделения водорода из воздуха. Выбор способа торможения вращающегося потока, благодаря чему более тяжелые частицы воздуха за счет потери окружной скорости ускоряют свое движение к оси вращения потока, производится на основании экспериментальных исследований.

В целях достижения максимальной эффективности в работе вихревой установки при изменении параметров воздуха: скоростного напора ветра, барометрического давления, температуры угол выхода потока воздуха по крайней мере из каждого завихрителя потока 2,42, установленного в вихревой трубе 1, к оси последней может изменяться (фиг.21), для чего лопатки завихрителей потока выполняются поворотными. Такое выполнение зависит от размеров вихревой трубы 1 и может быть техническим осуществимо для вихревых установок большой производительности известными в технике способами.

В зависимости от направления ветра, а также в иных случаях вихревая труба 1 (трубы) может устанавливаться в рабочем положении как горизонтально, так и под острым углом к горизонтальной плоскости с вершиной, обращенной в сторону движения потока воздуха (фиг.1). В общем случае в зависимости от способа подачи воздуха в вихревую трубу 1 (трубы) последняя, а точнее ее ось, может иметь и иное расположение по отношению к горизонтальной плоскости. Так, вихревая труба 1 может быть установлена с возможностью изменения угла расположения ее оси по отношению к горизонтальной плоскости (фиг.1).

Обеспечение оптимальных условий работы вихревой установки при различных параметрах входящего в вихревую трубу 1 (трубы) воздуха, зависящих от времени года, силы ветра и других факторов, может достигаться возможностью выполнять замену диафрагм 72, устанавливаемых в центральное отверстие 5 дроссельной заслонки 4, для чего последняя снабжается набором сменных диафрагм 72, отличающихся друг от друга по меньшей мере размерами проходного сечения отверстия 73 (фиг.31). Для вышеуказанной цели вихревая труба 1 может снабжаться комплектом сменных дроссельных заслонок 4, отличающихся друг от друга по меньшей мере размером проходного сечения центрального соосного вихревой трубе 1 отверстия 5 (фиг.1). Такая возможность позволяет использовать одну и ту же вихревую трубу 1 при разных режимах ее работы, а именно, при выходе из вихревой трубы 1 выделенного водорода в периферийном потоке или в приосевом (центральном) потоке, так как в указанных случаях в размерах проходного сечения на входе в центральное отверстие 5 дроссельной заслонки 4 значительная разница, о чем говорилось выше.

Для повышения качества и условий выхода выделенного водорода из вихревой трубы 1 входной для приосевого потока торец 74 дроссельной заслонки 4 выполняется с острой входной кромкой 75 (фиг.1).

При выделении водорода из воздуха, происходящем в вихревой трубе 1 при движении закрученного потока с максимальным значением окружной скорости в каждом ее 1 сечении w_макс превышающем ее критическое значение _кр(_макс > _кр) т.е. при выходе выделенного водорода через по крайней мере центральное отверстие 5 в дроссельной заслонке 4, выход периферийного потока из вихревой трубы 1 (труб) при работе установки может сообщаться с атмосферой (фиг.1), т.е. периферийный поток выходит в атмосферу.

Для обеспечения универсальности вихревой установки и возможности ее работы в оптимальных условиях при изменении параметров входящего в вихревую трубу 1 воздуха улучшение ее регулировочных качеств достигается тем, что выход 76 периферийного потока из вихревой трубы 1 сообщается с камерой 77, расположенной за последней 1, при этом через внутреннее пространство камеры 77 проходит трубопровод 78 отвода приосевого потока разделенного воздуха, поступающего в последний через по крайней мере центральное соосное вихревой трубе 1 отверстие 5 в дроссельной заслонке 4, а выход вышеуказанного трубопровода 78 наружу камеры 77 выполняется по меньшей мере через сальниковое уплотнение 79 в стенке последней 77 (фиг.32). При этом камера 77 по меньшей мере может соединяться с трубопроводом 80, открытый торец которого сообщается с атмосферой, а на вышеуказанном трубопроводе 80 устанавливается регулирующее запорное устройство 81 (фиг.32); по меньшей мере может соединяться трубопроводом 82 с отсасывающим устройством 83, при этом на трубопроводе 82 между камерой 77 и отсасывающим устройством 83 устанавливается регулирующее запорное устройство 84 (фиг. 32). Целесообразно выполнение обоих вышеуказанных способов отвода разделенной части воздуха из камеры 77, что позволяет работать установке в различных режимах.

Для обеспечения компактности вихревой установки камеры 77 по меньшей мере двух (а возможно и более) параллельно включенных вихревых труб 1, в каждую из которых выходит периферийный поток из соответствующей вихревой трубы 1, соединяются трубопроводами со входом в одно и то же отсасывающее устройство 83, при этом по крайней мере на каждом трубопроводе 82, соединяющем камеру 77 соответствующей вихревой трубы 1 с общим на все вышеуказанные камеры 77 входным трубопроводом 85 отсасывающего устройства 83, и на вышеуказанном общем входном трубопроводе 85 отсасывающего устройства 83 устанавливаются регулирующие запорные устройства 84,86 (фиг.33). Количество параллельно работающих вихревых труб 1 в вихревой установке может быть различным, что определяется необходимой производительностью, а одновременная установка регулирующих запорных устройств 84 и 86 облегчает производство настройки каждой вихревой трубы на эффективную работу.

При использовании энергии ветра для работы вихревой установки и поддержании при этом в камере 77 (камерах) давления ниже атмосферного для создания разрежения в указанной камере 77 в качестве отсасывающего устройства может быть использован по меньшей мере один, зависит от производительности, специально спроектированный воздушный эжектор, использующий для своей работы кинетическую энергию ветра (фиг.32,33).

В ряде случаев и, прежде всего, при большой производительности установки целесообразно камеру 77 вихревой трубы 1 трубопроводом соединять с герметичной емкостью 87, а последнюю 87 соединять трубопроводом с отсасывающим устройством 88, а на трубопроводе между последними при этом устанавливается регулирующее запорное устройство 89 (фиг.34). В указанном случае также целесообразно для улучшения возможности регулировки вихревой установки на трубопроводе между герметичной емкостью 89 и вихревой трубой 1 (камерой 77) устанавливать регулирующее запорное устройство 90 (фиг.34).

Для обеспечения компактности вихревой установки камеры 77 по меньшей мере двух, а может быть и более, параллельно включенных вихревых труб 1 соединяются трубопроводами 91 с одной и той же герметичной емкостью 87, а последняя соединяется трубопроводом 90 с отсасывающим устройством 88, при этом на трубопроводе 92 между последними 87 и 88, а также по крайней мере на каждом трубопроводе 91, соединяющем камеру 77 соответствующей вихревой трубы 1 с герметичной емкостью 87, устанавливаются регулирующие запорные устройства соответственно 89 и 90 (фиг.35).

В связи с очень малым процентным содержанием водорода в воздухе выделить из него первый в чистом виде в одной вихревой трубе 1 не всегда представляется возможным, так как для этого требуется вихревые трубы значительных размеров. Поэтому целесообразно выполнять последовательное соединение вихревых труб, для чего камера 77 вихревой трубы 1 по меньшей мере соединяется трубопроводом 93 со входом последовательно работающей (установленной) вихревой трубы 94 (фиг.36). При этом на трубопроводе 93, соединяющем камеру 77 вихревой трубы 1 со входом последовательно работающей вихревой трубы 94, может быть установлено регулирующее запорное устройство 95 (фиг.36).

Для вышеуказанной цели отсасывающее устройство 83(88) разделенной периферийной части воздуха из вихревой трубы 1 (труб) может соединяться трубопроводом 96 со входом по меньшей мере одной последовательно работающей (установленной) вихревой трубы 94 (фиг.32,33,34,35,37). При этом на трубопроводе 96 между отсасывающим устройством 83(88) и входом в последовательно работающую (установленную) вихревую трубу 94 может устанавливаться регулирующее запорное устройство 96 (фиг.37).

Иногда, в зависимости от производительности вихревой установки и других факторов, целесообразным является соединение отсасывающего устройства 83(88) выходным из первого 83(88) разветвляющимся трубопроводом 98 со входами по меньшей мере двух параллельно работающих (установленных) вихревых труб 94 (фиг.38). В указанном случае между отсасывающим устройством 83(88) и параллельно работающими последующими вихревыми трубами 94 по крайней мере на выходном из отсасывающего устройства участке трубопровода 98 до его разветвления к соответствующим параллельно работающим вихревым трубам 94 и на каждом из параллельно разветвленных участков 99 выходного трубопровода 98 до входа в соответствующую параллельно работающую последующую вихревую трубу 94 устанавливаются регулирующие запорные устройства 100 и 101 (фиг.38).

Такое выполнение вихревой установки целесообразно также при соединении нескольких вихревых труб 1, параллельно установленных, со входом в одно и то же отсасывающее устройство 83(88), так как в этом случае расход разделенной части воздуха через последнее может быть значительным.

Для достижения лучших регулировочных качеств вихревой установки, а также в иных случаях целесообразным является соединение отсасывающего устройства 83(88) выходным из первого трубопроводом 102 с герметичной емкостью 103, которая в указанном случае соединяется трубопроводом 104 со входом по меньшей мере второй последовательно работающей (установленной) вихревой трубы 94 (фиг.39). При этом по крайней мере на выходном трубопроводе 102 из отсасывающего устройства 83(88) между последним и герметичной емкостью 103 и трубопроводе 104 между последней 103 и входом последовательно работающей (установленной) второй вихревой трубы 94 устанавливается регулирующее запорное устройство 105,106 (фиг.39). Вместо одной второй вихревой трубы 94 могут устанавливаться несколько параллельно работающих вихревых труб 94, что также целесообразно при больших расходах разделенной части воздуха через отсасывающее устройство 83(88), при этом отсасывающее устройство 83(88) соединяется выходным из первого трубопроводом 102 с герметичной емкостью 103, а последняя 103 трубопроводами 107 соединяется со входами по меньшей мере двух параллельно работающих (установленных) последующих вихревых труб (фиг.40). В указанном случае целесообразна установка регулирующих запорных устройств 105,108 по крайней мере на выходном трубопроводе 102 отсасывающего устройства 83(88) между последним 83(88) и герметичной емкостью 103 и трубопроводах 107, соединяющих последнюю 103 с каждым из входов параллельно работающих (установленных) последующих вихревых труб 94 (фиг.40).

При выделении водорода во вращающемся потоке воздуха в периферийном направлении, происходящем при выходе потока из выходного сечения каждого завихрителя потока с максимальным значением окружной скорости _макс не превышающем ее критического значения _кр(_{макс кр}) трубопровод 109 отвода приосевого потока разделенного воздуха, поступающего в последний через по крайней мере центральное соосное вихревой трубе 1 отверстие 5 в дроссельной заслонке 4, может быть своим входным отверстием по меньшей мере сообщен с атмосферой (фиг.41). В указанном случае на трубопроводе 109 отвода приосевого потока разделенного воздуха из вихревой трубы 1 в атмосферу устанавливается регулирующее запорное устройство 110 (фиг.41), при этом регулировочные качества вихревой установки улучшаются.

Дополнительно к вышеуказанному сообщению трубопровода 109 отвода приосевого потока разделенного воздуха через регулирующее запорное устройство 110 с атмосферой для обеспечения универсальности вихревой установки и возможности ее работы в оптимальных условиях при изменении параметров входящего в вихревую трубу 1 воздуха трубопровод 109 отвода приосевого потока разделенного воздуха из вихревой трубы 1 соединяется с входным в последовательно установленное отсасывающее устройство 111 трубопроводом 112, при этом на вышеуказанном входном трубопроводе 112 в отсасывающее устройство 111 устанавливается регулирующее запорное устройство 113 (фиг.41). Для обеспечения компактности установки с входным трубопроводом 114 в одно и то же последовательно установленное отсасывающее устройство 111 могут соединяться трубопроводы 109 отвода приосевого потока разделенного воздуха по меньшей мере двух (и более) параллельно включенных вихревых труб 1, при этом по крайней мере на каждом трубопроводе 109 отвода приосевого потока разделенного воздуха из соответствующей вихревой трубы 1 и на входном в последовательно установленное отсасывающее устройство 111 трубопроводе 114 устанавливаются регулирующие запорные устройства 113 и 115 (фиг.42).

При отводе приосевого потока разделенного воздуха через последовательно установленное отсасывающее устройство 111 (фиг.41,42), что определяется режимом работы вихревой установки, через регулирующее запорное устройство 110 может производиться отбор проб выходящего приосевого потока из вихревой трубы 1 при настройке установки на оптимальный режим на анализ.

Улучшение технических характеристик вихревой установки достигается за счет установки в качестве отсасывающего устройства из трубопровода 109 (трубопроводов) отвода приосевого потока разделенного воздуха из вихревой трубы 1 (вихревых труб) по меньшей мере одного специально спроектированного воздушного эжектора, использующего для своей работы кинетическую энергию ветра (фиг.41,42).

При некотором усложнении установки по ряду причин, в том числе улучшения регулировочных качеств установки, целесообразным является установка герметичной емкости 116, в которую отводится приосевой поток разделенного воздуха по трубопроводу 109 из вихревой трубы 1, а герметичная емкость 116 соединяется трубопроводом 117 с отсасывающим устройством 118, при этом на трубопроводе 117 между последними 116 и 118 устанавливается регулирующее запорное устройство 119 (фиг.43). Также в вышеуказанном случае целесообразным является устанавливать регулирующее запорное устройство 120 на трубопроводе 109 отвода приосевого потока разделенного воздуха перед герметичной емкостью 116 (фиг.43).

С целью повышения компактности установки трубопроводы 109 отвода приосевого потока разделенного воздуха по меньшей мере двух параллельно включенных вихревых труб 1 соединяют с одной и той же герметичной емкостью 116, а последняя 116 соединяется трубопроводом 117 с отсасывающим устройством 118, при этом на трубопроводе 117 между последними 116 и 118 устанавливается регулирующее запорное устройство 119, а по крайней мере на каждом трубопроводе 109 отвода приосевого потока разделенного воздуха из соответствующей вихревой трубы 1 перед герметичной емкостью 116 устанавливается регулирующее запорное устройство 120 (фиг.44). В вышеуказанных случаях в качестве отсасывающего устройства 118 может быть установлен по меньшей мере один специально спроектированный воздушный эжектор, работающий на кинетической энергии ветра, который может быть установлен параллельно с механическим отсасывающим устройством. Последнее также может осуществляться во всех ранее рассмотренных аналогичных случаях, в которых вместо механического отсасывающего устройства может быть использован эжектор.

В зависимости от характеристик вихревой установки в ряде случаев целесообразно трубопровод 109 отвода приосевого потока разделенного воздуха из вихревой трубы 1 соединять с входом последовательно работающей (установленной) вихревой трубы 121 (фиг.45). При этом для улучшения регулировочных качеств установки на трубопроводе 109 отвода приосевого потока разделенного воздуха из вихревой трубы 1 перед входом в последовательно работающую (установленную) вторую вихревую трубу 121 устанавливается регулирующее запорное устройство 122 (фиг.45).

Повышение степени чистоты выделяемого водорода из воздуха может достигаться тем, что отсасывающее устройство 111(118), отводящее поток разделенного воздуха по меньшей мере из одной вихревой трубы 1 или из нескольких параллельно соединенных вихревых труб 1 (фиг.41,42,43,44), соединяется трубопроводом 123 со входом по меньшей мере одной последовательно работающей (установленной) вихревой трубы 121 (фиг.46), а также вышеуказанное отсасывающее устройство 111(118) может соединяться выходным из первого разветвляющимся трубопроводом 123 со входами по меньшей мере двух параллельно работающих (установленных) вихревых труб 121 (фиг.47). При этом для достижения лучших регулировочных качеств установки между отсасывающим устройством 111(118) и параллельно работающими (установленными) последующими вихревыми трубами 121 по крайней мере на выходном из отсасывающего устройства участке трубопровода 123 до его разветвления к соответствующим параллельно работающим (установленным) вихревым трубам 121 и на каждом участке из параллельно разветвленных участков 125 выходного трубопровода 123 до входа в соответствующую параллельно работающую (установленную) вихревую трубу 121 устанавливаются регулирующие запорные устройства 124,126 (фиг.47). Для указанной цели регулирующее устройство 124 также устанавливается и в первом вышерассмотренном случае на трубопроводе 123 между отсасывающим устройством 111(118) и входом в последовательно работающую (установленную) вихревую трубу 1 (фиг. 46).

Улучшение регулировочных характеристик вихревой установки с одновременным повышением степени чистоты выделяемого водорода из воздуха может также достигаться соединением отсасывающего устройства 111(118), отводящего поток разделенного воздуха по меньшей мере из одной вихревой трубы 1 или из нескольких параллельно соединенных вихревых труб 1 (фиг.41,42,43,44), выходным из первого 111(118) трубопроводом 127 с герметичной емкостью 128, а последняя 128 при этом соединяется трубопроводом 129 со входом по меньшей мере второй последовательно работающей (установленной) вихревой трубы 121. В отличие от вышерассмотренного случая герметичная емкость 128 может соединяться трубопроводами 128 со входами по меньшей мере двух параллельно работающих (установленных) последующих вихревых труб 121 (фиг.49). При этом в первом случае возможность достижения наибольшей эффективности в работе вихревой установки обеспечивается установкой регулирующих запорных устройств 130,131 по крайней мере на выходном трубопроводе 127 из отсасывающего устройства 111(118) между последним 111(118) и герметичной емкостью 128 и трубопроводе 129 между последней 128 и входом последовательно работающей второй вихревой трубы 121 (фиг.48), а во втором случае вышеуказанное обеспечивается установкой регулирующих запорных устройств 130,133 по крайней мере на выходном трубопроводе 127 отсасывающего устройства 111(118) между последним 111(118) и герметичной емкостью 128 и трубопроводах 132, соединяющих последнюю 128 с каждым из входов параллельно работающих (установленных) последующих вихревых труб 121 (фиг.49).

Для достижения максимальной компактности вихревой установки, высоких энергетических показателей по затрате энергии на работу последней и высокого качества осуществляемого процесса при выводе выделяемого водорода из воздуха в приосевом потоке через по крайней мере центральное соосное вихревой трубе 1 отверстие 5 в дроссельной заслонке 4 трубопровод 78 отвода приосевого потока разделенного воздуха, примыкающий к выходному для приосевого потока сечению 4-4 вышеуказанной дроссельной заслонки 4 вихревой трубы 1, выполняется в форме последовательно последней установленной вихревой трубы 134 с размещенным внутри нее по меньшей мере одним завихрителем потока 135 и дроссельной заслонкой 136 с центральным соосным вихревой трубе 134 отверстием 137, расположенной с противоположной входу вихревой трубы 134 стороны (фиг.21). Количество завихрителей в последовательно установленной вихревой трубе 134 может быть различным и определяется в первую очередь габаритами вихревой установки и ее производительностью, а также другими факторами.

В зависимости от производительности вихревой установки требуемого качества выделяемого водорода, т.е. величины процентного содержания в нем других компонентов воздуха, и других факторов специально выполненное поворотное устройство 8 может непосредственно соединяться с вихревой трубой 1, в которую подается воздух из атмосферы, и обеспечивать поворот последней при изменении направления движения ветра под силовым воздействием последнего (фиг.4), а также вышеуказанное поворотное устройство 8 вихревой трубы 1 может при изменении направления движения ветра приводиться в действие с помощью механического привода, т.е. синхронно изменению направления ветра поворачиваться, обеспечивая при этом совпадения направления ветра с осью вихревой трубы 1 (фиг.1). Кроме того, при необходимости одна и та же вихревая установка может выполняться с возможностью обеспечения вышеуказанного поворота вихревой трубы как одним из вышеуказанных способов, так и другим за счет отключения механического привода при обеспечении ее поворота под силовым воздействием ветра.

При поступлении воздуха в вихревую трубу 1 из емкости 15, расположенной перед входом в вихревую трубу 1, вышеуказанная емкость 15 может устанавливаться на поворотной платформе 138, снабженной поворотным устройством 139, обеспечивающим поворот платформы с вышеуказанной емкостью 15 при изменении направления движения ветра под силовым воздействием последнего, для чего сама емкость выполняется по меньшей мере в форме обтекаемого со стороны набегающего потока воздуха крыла, иными словами выполняется обтекаемой формы, обеспечивающей симметричное обтекание набегающим потоком воздуха (фиг.5).

Вышеуказанная емкость 15, установленная на поворотной платформе 138, снабженной поворотным устройством 139, может приводиться в действие при изменении направления движения ветра с помощью механического привода (фиг. 5). Также поворот емкости 15 с платформой 138 на поворотном устройстве 139 может осуществляться в зависимости от условий работы вихревой установки как под силовым воздействием ветра, так и с помощью механического привода, для чего механический привод снабжается рассоединительным от поворотного устройства механизмом для его отключения при необходимости. При вышерассмотренных случаях используются на определенных участках для отвода выделенного водорода или смеси компонентов воздуха в качестве трубопроводов гибкие шланги, обеспечивающие свободу выполнения необходимого поворота на угол

Элементы вихревой установки могут размещаться на поворотной платформе, обеспечивая ее компактность, а платформа при этом снабжается поворотным устройством 141, обеспечивающим ее поворот при изменении направления движения ветра под силовым воздействием последнего (фиг.50), а также поворотное устройство может приводиться в действие с помощью механического привода (фиг.50), кроме того оба способа обеспечения поворота могут при необходимости использоваться для одной и той же вихревой установки.

С целью увеличения напора воздуха, поступающего в вихревую трубу 1 (трубы), вихревая установка может включать в себя искусственно созданную аэродинамическую трубу 142, являющейся "ловушкой" ветра, внутри которой размещаются составные элементы вихревой установки (фиг.51). При этом искусственно созданная аэродинамическая труба 142 устанавливается на специально выполненном поворотном устройстве 143, обеспечивающем поворот ее при изменении направления движения ветра под силовым воздействием последнего (фиг. 51), а также поворот аэродинамической трубы 142 при изменении направления движения ветра может осуществляться с помощью механического привода (фиг.51) или обеспечиваться возможность использования того или иного способа в зависимости от наличия ветра, для чего механический привод снабжается отключающим устройством.

Для исключения поломки вихревой установки и другим соображениям по крайней мере каждое поворотное устройство может снабжаться ограничителями поворота, обеспечивающими возможность поворота на определенный максимальный фиксированный угол в обе стороны от среднего положения установки. При необходимости максимальный угол поворота может быть изменен, для чего ограничители поворота снабжаются специальным регулировочным устройством. Для повышения надежности и устойчивости работы вихревой установки в ее состав могут входить устройства, обеспечивающие плавность поворота по крайней мере каждого поворотного устройства.

Для оптимальной перенастройки вихревой установки на новый режим работы, а также при выполнении исследовательских работ и других важным является установление наличия вращения потока в фиксированных его сечениях по длине вихревой трубы, его угловой скорости и других параметров потока. Для указанной цели в стенке по крайней мере каждой вихревой трубы 1,134 по ее длине в сечениях, отстоящих на расстоянии друг от друга, выполняются сквозные радиальные сверления (отверстия) 144, через по крайней мере каждое из которых внутрь вихревой трубы 1,134 проходит подвижная ось 145 с жестко закрепленным на ней лепестком 146, поворачивающимся по направлению движения вращающегося потока воздуха при работе вихревой установки, при этом вышеуказанная ось 145 лепестка 146 выходит наружу через боковую стенку вихревой трубы 1,134 и может перемещаться в радиальном направлении последней (точнее имеет такую возможность) 1,134. Наличие диаметральной риски, совпадающей с плоскостью (симметрии) лепестка 146, на торце оси 145, расположенном снаружи трубы 1,134 позволяет установить направление движения потока в данном сечении вихревой трубы 1,134 (фиг.21).

Для обеспечения возможности использования вихревой установки в различных условиях и режимах ее работы последняя может снабжаться набором сменных вихревых труб 1,134, при этом по меньшей мере отдельные части из них (по количеству труб) отличаются между собой своими характеристиками. Параллельно работающие (устанавливаемые) вихревые трубы в указанном случае как правило выполняются с одинаковыми характеристиками.

Уменьшение возможности перемешивания разделенного воздуха при движении его в вихревой трубе 1,134 от завихрителя к завихрителю потока может достигаться тем, что площадь проходного сечения каналов 43,45,46,52 между смежными лопатками 44 завихрителя потока уменьшается по крайней мере в каждом последующем завихрителе потока 42 вихревой трубы 1,134 (фиг.21,22,23).

Количество соединяемых для параллельной и последовательной работы вихревых труб в установке может быть различным, что определяется ее производительностью, требуемым качеством выделения водорода, т. е. допускаемым процентным содержанием в водороде других компонентов воздуха, в частности, гелия, как имеющего самую близкую молекулярную массу к молекулярной массе водорода, геометрическими размерами вихревых труб и другими факторами. Кроме приведенных схемных решений соединения вихревых труб в установке между собой, так и с другими ее элементами, а также соединение самих элементов установки, могут применяться и иные схемные решения, обеспечивающие эффективную работу вихревой установки.

Конструктивное выполнение последовательно с первой устанавливаемых вихревых труб в установке, которые в свою очередь могут быть между собой соединены параллельно, осуществляется аналогично первой вихревой трубе, т.е. все особенности ее конструктивного выполнения применяются и для последующих вихревых труб.

Предложенная вихревая установка может широко использоваться для выделения из воздуха смеси горючих компонентов, т.е. вместе с водородом, гелием, который является инертным газом, может выделяться метан (CH₄), содержание которого в воздухе в процентном отношении больше водорода в 4 раза. Так, процент содержания метана в воздухе по объему и массе составляют 210^-4 и 810^-5 соответственно [3]

Вихревая установка может быть использована и для выделения из воздуха других, кроме перечисленных компонентов его. Так, ее можно использовать для выделения кислорода, азота для широкого использования в промышленности, а также других составляющих.

В необходимых случаях выходная часть вихревых труб установки, т.е. примыкающая к ее выходному торцу (сечению), включая дроссельную заслонку 4 (фиг. 1,21) может выполняться по иному, обеспечивая раздельный выход разделенных компонентов воздуха (смеси газов) не в два, а несколько каналов.

Для оптимизации режима работы вихревой установки и возможности проведения научных исследований в вихревых трубах по их длине могут выполняться специальные каналы (сверления) для отбора проб на анализ с целью определения состава компонентов разделяемого воздуха (смеси газов) в том или ином месте вихревой трубы, а также могут предусматриваться специальные места отбора проб на трубопроводах и других элементах установки.

Вихревая установка снабжается всей необходимой измерительной аппаратурой и средствами измерения для исследования процессов, происходящих в ней при работе.

Таким образом, в основе работы вихревой установки лежит открытый автором в 1994 году закон свободно вращающегося вихревого потока с неоднородным полем плотностей и с разной молекулярной массой компонентов. Вихревая установка может быть использована по своему прямому назначению для выделения водорода из воздуха, а также она может широко использоваться для получения горючей составляющей воздуха, для выделения кислорода, азота и других компонентов воздуха. Возможно ее широкое использование как в целом, т.е. в полном составе элементов, так и выделенной ее части, обеспечивающей процесс разделения различных сред в вихревых потоках в различных отраслях производства, в частности, химической промышленности, тепловой энергетике, нефтегазодобывающей и перерабатывающей промышленности и многих других производствах.