способ работы вихревого охлаждающего устройства и вихревое охлаждающее устройство

Формула изобретения

1. Способ работы вихревого охлаждающего устройства, включающий подачу сжатого газа в вихревую трубу, разделение его на холодный и горячий потоки, причем холодный поток вновь возвращают в вихревую трубу, отличающийся тем, что газ в вихревую трубу подают из внешнего источника, а холодный поток возвращают в вихревую трубу через дополнительный патрубок, расположенный в дросселе горячего конца и направленный по оси камеры энергоразделения навстречу горячему потоку вихревой трубы.

2. Вихревое охлаждающее устройство, содержащее вихревую трубу с входным, холодным и горячим патрубками, а также дросселем горячего конца, отличающееся тем, что холодный патрубок подключен к дополнительному патрубку, размещенному в дросселе горячего конца и направленному по оси камеры энергоразделения навстречу горячему потоку вихревой трубы.

3. Вихревое охлаждающее устройство по п.2, отличающееся тем, что на трубопроводе, соединяющем холодный патрубок с дополнительным патрубком дросселя горячего конца, расположен холодопотребитель.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области конструкции и работы охлаждающих устройств с использованием вихревых труб в качестве холодообразующих элементов [1].

Известен способ работы вихревого охлаждающего устройства, включающий подачу сжатого газа в вихревую трубу, разделение его на холодный и горячий потоки, причем холодный поток вновь возвращают в вихревую трубу [2].

Известный способ реализуется в вихревом охлаждающем устройстве, содержащем вихревую трубу с входным, холодным и горячим патрубками, а также дросселем горячего конца [2].

Однако такой способ и устройство, реализующее этот способ, для получения достаточно низких температур, например для работы по циклу Линде, требуют обязательного использования теплообменников, что является недостатком.

Техническим результатом изобретения является исключение указанного недостатка.

Технический результат в части способа реализуется за счет того, что газ в вихревую трубу подают из внешнего источника, а холодный поток возвращают в вихревую трубу через дополнительный патрубок, расположенный в дросселе горячего конца и направленному по оси вращения вихря навстречу горячему потоку вихревой трубы.

Технический результат в части устройства реализуется за счет того, что холодный патрубок подключен к дополнительному патрубку, размещенному в дросселе горячего конца и направленному по оси вращения вихря навстречу горячему потоку вихревой трубы.

Предлагаемый способ реализуется в конструкции, которая схематично изображена на фигуре 1.

Вихревое охлаждающее устройство содержит вихревую трубу 1 и холодоприемник 2. Вихревая труба 1 имеет входной патрубок 3, а также горячий 4 и холодный 5 концы. На горячем конце 4 расположен дроссель 6 с отверстиями 7 (фиг.2). Холодный патрубок 5 вихревой трубы 1 с помощью трубопровода 8 через холодоприемник 2 соединен с дополнительным патрубком 9, расположенным в дросселе 6 по оси вращения вихря вихревой трубы и направленным навстречу ее горячему потоку.

Работает рассматриваемая конструкция следующим образом (фиг.2). Подаваемый во входной патрубок 3 вихревой трубы сжатый газ (воздух) раскручивается на улитке 10, продвигается вдоль камеры энергообмена 11 в сторону горячего конца 4. Часть воздуха через отверстия 7 дросселя 8 и патрубок 9 горячего конца выходит в атмосферу 12. Но другая часть, обтекая фигурную поверхность дросселя 8, возвращается, образуя осевой поток 13, движущийся навстречу горячему потоку 14. В камере 11 происходит интенсивный энергообмен [2, с.7], в результате чего вращающийся периферийный поток 14 нагревается, а осевой поток 13 выхолаживается.

Далее охладившийся осевой поток 13 выходит через патрубок 5 холодного конца и по трубопроводу 8 направляется в холодоприемник 2, проходя через который, отдает часть холода, а оставшаяся часть через патрубок 9 смешивается с осевым потоком 13 и сразу выхолаживает его. Благодаря этому происходит постепенное снижение температуры потока, выходящего из холодного конца 5, а также постепенное снижение температуры холодоприемника 2. Происходит как бы "накопление" холода подобно тому, как в известном цикле Линде происходит подобное накопление холода в рекуперативном теплообменнике. Рассматриваемая конструкция также способна "накапливать" холод, но в ней отсутствует самая дорогая деталь - рекуперативный теплообменник. Его заменяет система возврата холодного потока в вихревую трубу, состоящая из простейших элементов 5-8-2-9.

При этом непременное условие работоспособности такой системы состоит в том, что дополнительный патрубок 9 должен быть размещен в дросселе горячего конца и направлен по оси камеры энергоразделения навстречу продвижению всей массы горячего потока вихревой трубы.

Но при этом получается, что количество газа во введенном в дополнительный патрубок 9 потоке равно количеству газа, выходящего из холодного патрубка 5, а это означает, что в конической камере энергоразделения 11 должен происходить более интенсивный энергомассообмен, позволяющий привести к балансу соотношения расходов и энергий всех 4-х потоков. Поэтому при работе такой вихревой трубы допустимо подмешивание периферийного потока к поступающему осевому потоку (как это показано на фиг.2). Однако возможно так настроить систему, чтобы не происходило подмешивание горячей составляющей к осевому холодному потоку, и тогда горячий и холодный потоки будут двигаться независимо друг от друга.

Для получения наиболее низких температур весовая доля холодного потока () не должна быть более 0,25...0,4. А именно в таком диапазоне получаются наиболее низкие температуры холодного конца вихревой трубы [2, с.36]. Изобретение позволяет еще более понизить эти температуры.

Как следует из [2, с.37], и при , больших чем 0,4, тоже можно повышать холодопроизводительность. Однако при этом начнет охлаждаться и горячий поток, так как здесь дополнительно проявляется еще и обычный дроссель-эффект, не имеющий прямого отношения к вихревому эффекту.

Для того чтобы безпрепятственно вводить холодный поток через дополнительный патрубок 9, необходимо обеспечить небольшое превышение давления этого потока [2, с.37] над давлением, имеющимся в камере энергоразделения. Если этого превышения нет, то необходимо в трубопровод 8 встроить простейший нагнетатель 15, обеспечивающий такое превышение.

Таким образом, сущность изобретения в части способа заключается в том, что газ в вихревую трубу подают из внешнего источника, а холодный поток возвращают в вихревую трубу через дополнительный патрубок, расположенный в дросселе горячего конца и направленный по оси вращения вихря навстречу горячему потоку вихревой трубы.

Сущность изобретения в части устройства заключается в том, что холодный патрубок подключен к дополнительному патрубку, размещенному в дросселе горячего конца и направленному по оси вращения вихря навстречу горячему потоку вихревой трубы. При этом холодный патрубок подключен к дополнительному патрубку дросселя горячего конца через холодоприемник.

Такой способ работы известного вихревого охлаждающего устройства позволяет резко упростить устройство охлаждающих установок, отказавшись от теплообменников.

ЛИТЕРАТУРА

1. Бармин В.П. и др. Устройство для охлаждения воздуха. а.с.№681299. Бюллетень №31 от 25.08.1979.

2. Меркулов А.П. Вихревой эффект и его применение в технике. "Машиностроение", М., 1969.