Вихревой энергоразделитель

(59 Е 25 АНИЕ ЕТЕНИ ВУ сследовательский и мико-фотографичеГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИ ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕ(71) Казанский научно-ипроектный институт хиской промышленности(54) (57) 1. ВИХРЕВОЙ ЭНЕРГОРАЗДЕЛИТЕЛЬ, преимущественно для осушки воздуха, содержащий вихревую трубу с сопловым вводом и диафрагмой и расположенные на одном валу по оси трубы лопастное колесо и крыльчатку вентилятора, отлича,801139939 А ечения регуости воздуха ергоразделиращающийсяей радиальтановленныи крыльчаткойтрубу, имевоположным оженную зерсопловых вво. ены подвижнековыми заи соединены фрагма пером обводного вентилятора1, отличаюатора выполпропитанного истого лития. ющийся тем, что, с целью обесплирования температуры и влажнпри заданном его расходе, энтель дополнительно содержит врегенератор с насадкой, имеющные и поперечные каналы, усмежду лопастным колесом ивентилятора, и вторую вихревуюющую сопловой ввод с протинаправлением закрутки, располкально первой относительно ихдов, при этом обе трубы снабжными в осевом направлении швихрителями горячего потокапереточной магистралью, а диавой трубы соединена посредствтрубопровода с крыльчаткой2. Энергоразделитель по п.иийся тем, что насадка регенериена из пористого металла,адсорбентом твердой соли хлорИзобретение относится к области холодильного оборудования, а именно к усройствам для кондиционирования воздуха, обеспечивающим подачу охлажденного или подогретого воздуха с заданной температурой, а также с регулируемым расходом, влажностью и давлением.Известно усройство для осушки воздуха, содержащее вихревую трубу с сопловым аппаратом, соединенным с диффузором, который установлен на горячем конце вихревой трубы и выполнен кольцевым с лопас- тями, раскручивающими поток при его движении в щели диффузора 11.Холодопроизводительность и эффективность охлаждения воздуха в вихревой трубе возрастает с повышением давления на входе, т. е, регулирование вихревых установок всегда связано с изменением весовой доли холодного потока у=ах/6, представляющего отношение расхода холодного газа, выходящего через центральное отверстие диафрагмы, к общей массе газа, проходящей через вихревую трубу. При заданном общем расходе сжатого воздуха б величину р, выбирают из условия, чтобы при этом обеспечивались заданные минимальная температура холодного потока и максимальная температура горячего потока. Это условие для известных вихревых труб выполнить невозможно, так как минимальная заданная температура холодного потока достигается при р=0,3, а максимальная температура горячего потока при р,=0,6.Соответственно этому для получения минимальной температуры холодного потока прир =0,3 необходимо у вихревой трубы иметь диафрагму с относительным диаметром отверстия (отношение диаметра д отверстия диафрагмы к диаметру 0 вихревой трубы) д= р -- 0,45, для получения максимальной температуры горячего потока при р=0,6 необходимо иметь диафрагму с 0=0,54. При переходе с режима охлаждения на режим подогрева производится замена диафрагмы вихревой трубы, что крайне неудобно при практическом применении устройства,Наиболее близким к изобретению является вихревой энергоразделитель, содержащий вихревую трубу с сопловым вводом, диафрагмой и оребренным горячим концом. По оси трубы установлено лопастное колесо, приводимое во вращение под действием закрученного потока, и на одном валу с колесом размещена крыльчатка вентилятора для прокачки воздуха через оребренную поверхность горячего конца 2.Недостатком этого энергоразделителя является невозможность регулирования температуры холодного потока при постоянном заданном давлении сжатого воздуха навходе в вихревую трубу. Адиабатный КПД охлаждаемых вихревых труб невысок и равен 25 - 27 Я. Возможности повышения эффективности неадиабатной вихревой трубы ограничиваются малой поверхностьютеплообмена горячего конца. Увеличение длины горячего конца до тридцати диаметрови более не приводит к улучшению энергоразделения в вихревых трубах.Цель изобретения - обеспечение регулирования температуры и влажности воздуха при заданном его расходе.Цель достигается тем, что вихревойэнергоразделитель, содержащий вихревую10 трубу с сопловым вводом и диафрагмой ирасположенные на одном валу по оси трубылопастное колесо и крыльчатку вентилятора, дополнительно содержит вращающийсярегенератор с насадкой, имеющей радиальные и поперечные каналы, установленныймежду лопастным колесом и крыльчаткойвентилятора, и вторую вихревую трубу,имеющую сопловой ввод с противоположнымнаправлением закрутки, расположенную зеркально первой относительно их сопловых вво 20 дов, при этом обе трубы снабжены подвижными в осевом направлении шнековыми завихрителями горячего потока и соединеныпереточной магистралью, а диафрагма первой трубы соединена посредством обводного трубопровода с крыльчаткой вентилятораПри этом насадка регенератора выполнена из пористого металла, пропитанного адсорбентом твердой соли хлористого лития.На фиг. 1 схематически показан вихревой энергоразделитель, предназначенныйдля осушки воздуха; на фиг. 2 - насадкарегенератора.Вихревой энергоразделитель содержитвихревые трубы 1 и 2 с сопловыми вводами(улитками 3 и 4) с противоположной закруткой. Трубы 1 и 2 расположены зеркально относительно их сопловых вводов. Горячие концы вихревых труб 1 и 2 соединены между собой переточной магистралью 5., Во внутренней части горячих концов вихревых труб 1 и 2размещены шнековые завихрители 6 и 7, име 40 ющие возможность свободного перемещения вдоль оси с помощью стержней 8 и 9. Перемещение шнековых завихрителей 6 и 7 может производиться как вручную, так и автоматически, Холодный конец вихревой трубы4 2 соединен обводным трубопроводом 10 совсасывающей стороной крыльчатки 11 вентилятора, на одном валу с которой размещены регенератор 12 и лопастное колесо 13Регенератор 12 содержит насадку 14, котораяимеет радиальные 15 и поперечные 16 каналыБО для прохода воздуха и выполнена из пористого металла, пропитанного адсорбентомтвердой соли хлористого лития. Регенератор имеет патрубки 17 и 18 для входа ивыхода воздуха,Энергоразделитель работает следующимобразом.Сжатый влажный воздух под давлениемподается в вихревые трубы 1 и 2, в которыхзакручивается в противоположные стороны1139939 50 3улитками 3 и 4. В вихревых трубах 1 и 2 осуществляется процесс энергетического разделения воздуха на холодный и горячий потоки, причем из-за противоположного направления вращения в улитках 3 и 4 закрученные потоки отжимаются один от другого и по периферии распространяются вдоль труб, часть горячего потока проходит шнековые завихрители б и 7, объединяется магистралью 5 и вводится по ней перед колесом 13. Энергия вращения закрученного горячего потока. передается через лопаточное колесо 13 на вращение вала, на котором размещен регенератор 12 и крыльчатку 11 вентилятора. Холодный поток, проходя через осевое сечение вихревых труб 1 и 2,попадает в трубопровод 10, по которому передается на крыльчатку вентилятора При этом холодный воздух в вихревых трубах имеет низкую абсолютную влажность, так как за счет центробежных сил влага внутри труб 1 и 2 отводится к периферии и насыщает горячий поток. На напорной стороне крыльчатки 11 холодный поток воздуха подается в радиальные каналы насадки 14 регенератора 12. Насадка регенератора выполнена из пористого металла (металлокерамики) и пропитана солью твердого сорбента хлористого лития.При перемещении по каналам насадки 14 предварительно осушенный в вихревых трубах 1 и 2 холодный поток воздуха охлаж дает ее внутреннюю поверхность, Поскольку парциальное давление паров в окружающем холодном воздухе ниже, чем вогнутой поверх ности мениска, пропитанного влагой, отобранной солью у влажного горячего потока с противоположной стороны насадки, то образующийся потенциал вызывает перенос пара. С одной стороны насадка 14, пропитанная твердой солью хлористого лития, отбирает влагу от горячего влажного потока и производит процесс осушки воздуха, подаваемого через поперечные каналы 16 насадки 14, одновременно насадка передает влагу холодному сухому потоку, подаваемому в радиальные каналы 15 насадки. Отработанный холодный поток отбрасывается на периферийную часть насадки 14 и выбрасывается в атмосферу. Горячий поток воздуха поступает на лопастное колесо 13, отдает энергию, охлаждается и поступает в поперечные каналы 16 насадки 14 (фиг, 2). Кроме того, через патрубок 17 в регенератор поступает дополнительный воздух под давлением, который проходит,по поперечным 16 каналам насадки 14 охлаждается ее холодной пористой поверх ностью, пропитанной твердой солью адсорбента, и отдает влагу. При этом воздух осушается и выбрасывается через патрубки 18 для использования в технологических процессах. При вращении насадки под действием центробежных сил влага отбрасывается на периферию, подхватывается отработанным холодным потоком и выбрасывается наружу. Изменением месторасположения шнековых завихрителей б и 7 с помощью стержней 8 и 9 создается возможность регулирования температуры холодного потока при неизменном расходе воздуха, поступающего в вихревые трубы 1 и 2. При крайнем 10 расположении шнекового завихрителя 7 егоканалы перекрывают выход горячего потока в магистраль 5 и далее к лопастному колесу 13. Число оборотов колеса 13 снижается, расход холодного потока возрастает, т. е. степень осушки дополнительного потока воздуха, перемещаемого по поперечным каналам 16 насадки 14, увеличивается.Регулировочные характеристики (по темперратуре и влажности) меняются в.широких пределах в связи с отсутствием в вихревых трубах 1 и 2 традиционной диафрагмы. Радиус вихря в улитках 3 и 4 меняется с изменением входного расхода воздуха. С увеличением расхода 6 воздуха радиус вихря возрастает. Энергия горячего потока используется более полно потому, что расходуется 25 приведение во вращение насадки 14, расположенной в регенераторе 12. Причем с увеличением числа оборотов эффективность осушки воздуха увеличивается. Площадь насадки в несколько раз превышает площадь боковой поверхности горячего концавихревых труб 1 и 2, при этом нет необходи мости увеличивать длину горячего конца вихревой трубы.Эксперименты показали, что экономичность вихревой трубы резко возвстает с рдстом р и при всех значениях л=-ф - " достигает 35максимума в области К =0,5-07.Реальные турбины малой производительности имеют адиабатный КПД в пределах 0,5 - 0,6.Таким образом, при изменении расчет ного режима предлагаемое устройство обеспечивает экономичность в широком диапазоне температур воздуха (Ы=10 в С) при л=2,0=сопз 1 по сравнению с известными энергоразделителями, в которых регулирование вихревых труб всегда связано с из менением р,. Многократная циркуляция позволяет заметно приблизить процесс энергетического об мена к предельно возможному.При абсолютном давлении Ры =2,5 ата и давлении окружающей среды Р =1,0 ата замкнутная схема обеспечивает эффект охлаждениями=60 С, что соответствует величине температурной эффективностиЧ=0,9..2 дей дактор А. Гулькоказ 40/29ВНИИПпо113035,Филиал ПП Составитель Ю. МартинчикТехред И. Верес Корректор ИТираж 509 ПодписноеИ Государственного комитета СССРделам изобретений и открытийМосква, Ж - 35, Раушская наб., д. 4/5П Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4