RU2263855C2

RU2263855C2 - Method of operation of the vortex refrigerator and the vortex refrigerator

Info

Publication number: RU2263855C2
Application number: RU2000122050/06A
Authority: RU
Inventors: Ю.Г. Белостоцкий (RU); Ю.Г. Белостоцкий; А.М. Кошелев (RU); А.М. Кошелев
Original assignee: Белостоцкий Юрий Григорьевич; Кошелев Александр Михайлович
Priority date: 2000-08-09
Filing date: 2000-08-09
Publication date: 2005-11-10

Abstract

FIELD: refrigeration industry; methods of operation of the vortex refrigerator.

SUBSTANCE: the invention is pertaining to the field of refrigeration industry, in particular to the method of operation of the vortex refrigerator and to the vortex refrigerator. The method of operation of the vortex refrigerator provides for feeding of a compressed gas into a vortex pipe and the gas separation for a cold stream and a hot stream. The cold stream is again feed back into the vortex pipe through an additional connecting pipe located in a choke of the hot end and directed along the axis of the chamber of the power separation opposite to the hot stream of the vortex pipe. The compressed gas is fed into the vortex pipe give from an outside source. The vortex refrigerator contains a vortex pipe with the inlet cold and hot connecting pipes, and also a choke of the hot end. The cold connecting pipe is connected to the additional connecting pipe located in the choke of the hot end and directed along the axis of the chamber of the power separation opposite to the hot stream of the vortex pipe. Usage of the invention allows to simplify the design of the vortex refrigerator.

EFFECT: the invention ensures simplification of the design of the vortex refrigerator.

3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области конструкции и работы охлаждающих устройств с использованием вихревых труб в качестве холодообразующих элементов [1].The invention relates to the field of design and operation of cooling devices using vortex tubes as cold forming elements [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].A known method of operation of a vortex cooling device, comprising supplying compressed gas to a vortex tube, separating it into cold and hot flows, the cold stream being returned to the vortex tube [2].

Известный способ реализуется в вихревом охлаждающем устройстве, содержащем вихревую трубу с входным, холодным и горячим патрубками, а также дросселем горячего конца [2].The known method is implemented in a vortex cooling device containing a vortex tube with inlet, cold and hot nozzles, as well as a hot end choke [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.However, such a method and a device that implements this method to obtain sufficiently low temperatures, for example for operation on the Linde cycle, require the use of heat exchangers, which is a drawback.

Техническим результатом изобретения является исключение указанного недостатка.The technical result of the invention is the elimination of this drawback.

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.The technical result in terms of the method is realized due to the fact that gas is supplied to the vortex tube from an external source, and the cold stream is returned to the vortex tube through an additional pipe located in the hot end choke and directed along the axis of rotation of the vortex towards the hot stream of the vortex tube.

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.The technical result in terms of the device is realized due to the fact that the cold pipe is connected to an additional pipe located in the hot end choke and directed along the axis of rotation of the vortex towards the hot stream of the vortex tube.

Предлагаемый способ реализуется в конструкции, которая схематично изображена на фигуре 1.The proposed method is implemented in a design that is schematically depicted in figure 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.The vortex cooling device comprises a vortex tube 1 and a cold receiver 2. The vortex tube 1 has an inlet pipe 3, as well as hot 4 and cold 5 ends. At the hot end 4 is a choke 6 with holes 7 (figure 2). The cold pipe 5 of the vortex tube 1 is connected via a pipe 8 through a cold receiver 2 to an additional pipe 9 located in the throttle 6 along the axis of rotation of the vortex of the vortex pipe and directed towards its hot flow.

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.The considered design works as follows (figure 2). The compressed gas (air) supplied to the inlet pipe 3 of the vortex tube is untwisted on the cochlea 10, moves along the energy exchange chamber 11 towards the hot end 4. Part of the air through the openings 7 of the throttle 8 and the pipe 9 of the hot end enters the atmosphere 12. But the other part, flowing around the curved surface of the throttle 8 returns, forming an axial flow 13, moving towards the hot flow 14. Intensive energy exchange occurs in the chamber 11 [2, p.7], as a result of which the rotating peripheral flow 14 is heated, and the axial flow 13 is cooled.

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.Next, the cooled axial flow 13 exits through the cold end pipe 5 and is sent through the pipe 8 to the cold receiver 2, passing through which it gives off part of the cold, and the remaining part through the pipe 9 is mixed with the axial flow 13 and immediately cools it. Due to this, there is a gradual decrease in the temperature of the stream leaving the cold end 5, as well as a gradual decrease in the temperature of the cold receiver 2. There is a kind of “accumulation” of cold, similar to the similar accumulation of cold in a recuperative heat exchanger in the well-known Linda cycle. The design in question is also able to “accumulate” cold, but it does not have the most expensive part - a regenerative heat exchanger. It is replaced by a system for returning a cold stream to a vortex tube, consisting of the simplest elements 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.At the same time, an indispensable condition for the operability of such a system is that the additional pipe 9 must be placed in the hot end choke and directed along the axis of the energy separation chamber towards the advancement of the entire mass of the vortex tube hot stream.

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.But it turns out that the amount of gas in the stream introduced into the additional pipe 9 is equal to the amount of gas exiting the cold pipe 5, which means that a more intense energy and mass transfer should take place in the conical energy separation chamber 11, which allows balancing the ratio of costs and energies of all 4 threads. Therefore, when operating such a vortex tube, it is permissible to mix the peripheral flow with the incoming axial flow (as shown in FIG. 2). However, it is possible to adjust the system so that the hot component does not mix with the axial cold flow, and then the hot and cold flows will move independently of each other.

Для получения наиболее низких температур весовая доля холодного потока (μ) не должна быть более 0,25...0,4. А именно в таком диапазоне μ получаются наиболее низкие температуры холодного конца вихревой трубы [2, с.36]. Изобретение позволяет еще более понизить эти температуры.To obtain the lowest temperatures, the weight fraction of the cold stream (μ) should not be more than 0.25 ... 0.4. Namely, in this range of μ, the lowest temperatures of the cold end of the vortex tube are obtained [2, p. 36]. The invention allows even lower these temperatures.

Как следует из [2, с.37], и при μ, 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.As follows from [2, p. 37], and with μ greater than 0.4, it is also possible to increase the cooling capacity. However, at the same time, the hot flow will also begin to cool, since the usual choke effect, which is not directly related to the vortex effect, also appears here.

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.In order to freely enter the cold stream through the additional pipe 9, it is necessary to ensure a slight excess of the pressure of this stream [2, p.37] over the pressure available in the energy separation chamber. If this excess is not, then it is necessary to build in the pipeline 8 the simplest supercharger 15, providing such an excess.

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.Thus, the essence of the invention in terms of the method is that gas is supplied to the vortex tube from an external source, and the cold stream is returned to the vortex tube through an additional pipe located in the hot end choke and directed along the axis of rotation of the vortex towards the hot stream of the vortex tube.

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.The essence of the invention in terms of the device lies in the fact that the cold nozzle is connected to an additional nozzle located in the hot end choke and directed along the axis of rotation of the vortex towards the hot stream of the vortex tube. In this case, the cold pipe is connected to the additional pipe of the hot end throttle through the cold receiver.

Такой способ работы известного вихревого охлаждающего устройства позволяет резко упростить устройство охлаждающих установок, отказавшись от теплообменников.This method of operation of the known vortex cooling device can dramatically simplify the installation of cooling systems, abandoning heat exchangers.

ЛИТЕРАТУРАLITERATURE

1. Бармин В.П. и др. Устройство для охлаждения воздуха. а.с.№681299. Бюллетень №31 от 25.08.1979.1. Barmin V.P. etc. A device for cooling air. A.S.№681299. Bulletin No. 31 of 08.25.1979.

2. Меркулов А.П. Вихревой эффект и его применение в технике. "Машиностроение", М., 1969.2. Merkulov A.P. Vortex effect and its application in technology. "Engineering", M., 1969.

Claims

1. The method of operation of the vortex cooling device, comprising supplying compressed gas to the vortex tube, separating it into cold and hot flows, the cold stream being returned to the vortex tube, characterized in that the gas is supplied to the vortex tube from an external source, and the cold stream is returned into the vortex tube through an additional nozzle located in the choke of the hot end and directed along the axis of the energy separation chamber towards the hot stream of the vortex tube.

2. Vortex cooling device containing a vortex tube with inlet, cold and hot nozzles, as well as a hot end choke, characterized in that the cold nozzle is connected to an additional nozzle located in the hot end choke and directed along the axis of the energy separation chamber towards the hot stream of the vortex tube .

3. The vortex cooling device according to claim 2, characterized in that on the pipeline connecting the cold pipe to the additional pipe of the hot end choke, there is a refrigeration consumer.