Устройство для охлаждения воздуха

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯХ АВТО РСХОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и 937918 Союз СоветскикСоциалистическиаРеспублик(22) Заявлено 10.10.80 (21) 2992013/23-06с присоединениен заявки ЭЙ(51)М. Кл. Р 25 В 9/02 1 Ъвударствипай квнитет СССР вв делан изабретеиий к открытийДата опубликования описания 23,06.82 А. И. Азаров, В. П. Алексеев и В. А, 1 алюжный(5 Й) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ ВОЗДУХА 1Изобретение относится к холодиль- ной технике, конкретно к устройствам для охлаждения воздуха с использованием совокупности эффекта. Известно устройство для охлаждениявоздуха, выполненное в виде вихревойтрубы с сопловым вводом, подключеннымк магистрали сжатого воздуха, камеройэнергетического разделения и диафраг-мой 1). Недостатком такого устройства является его невысокая эффективность.Известно также устройство для охлаждения воздуха, содержащее вихревую трубу с сопловым вводом, подключенным к магистрали сжатого воздуха камерой энергетического разделения, диафрагмой и каналом горячего пото ка, и полупроводниковую термобатарек, горячие спаи которой размещены в тей ловом контакте с каналом горячего ,потока2. 2Недостатком этого устройства является недостаточная температурная эффективность.Цель изобретения - повышение температурной эффективности устройства.Поставленная цель достигается тем, что холодные спаи термобатареи расположены в тепловом контакте с магистралью сжатого газа, а канал горячего потока отделен от камеры энергетического разделения при помощи поперечной проницаемой перегородки иэ пористого материала и в месте ее размещения снабжен наружным оребрением, причем в канале в месте его теплового контакта с горячими спаями термобатареи установлена вто" рая перегородка, аналогичная первой.Кроме того, устройство может содержать дополнительную вихревую трубу с сопловым вводом, охлаждаемой камерой энергетического разделения и патрубком холодного потока, причем ее,сопловой ввод подключен93791 3к каналу, в ко ром после второйперегородки по ходу потока дополнительно установлена третья перегородка, аналогичная первым двум, и каналв месте ее установки питания снабженнаружным оребрением, а магистральсжатого воздуха имеет ответвление,на котором установлен теплообменник,подключенный к патрубку холодногопотока дополнительной вихревой трубы.В месте ответвления на магистрали может быть установлен газораспределитель.На чертеже изображена схема пред- злагаемого устройства,Устройство содержит вихревую трубу 1 с сопловым вводом 2, подключеннымк магистрали 3 сжатого воздуха, камерой 4 энергетического разделения, диафрагмой 5 и каналом 6 горячего потока, и полупроводниковую термобатарею 7, горячие спаи 8 которой размеще.ны в тепловом контакте с каналом 6горячего потока. Молодные спаи 9термобатареи 7 расположены в тепловомконтакте с магистралью 3 сжатого газа, а канал 6 горячего потока отделен от камеры 4 энергетического разделения при помощи поперечной прониЗОцаемой перегородки 10 из пористогоматериала и в месте ее размещенияснабжен наружным оребрением 11. Вканале 6 в месте его теплового контакаЪта с горячими спаями 7 установленавторая перегородка 12, аналогичнаяпервой. Устройство также содержитдополнительную вихревую трубу 13 ссопловым вводом 14, охлаждаемой камерой 15,энергетического разделения ипатрубком 16 холодного потока. Ге40сопловой ввод 14 подключен к каналуб, в котором после второй перегородки 12 по ходу потока дополнительноустановлена третья перегородка 17,аналогичная первым двум, и канал 6 вместе ее установки также снабжен наружным оребрением 18. Магистраль 3сжатого воздуха имеет ответвление19, на котором установлен теплообменник 20, подключенный к патрубку 16холодного потока дополнительной вихревой трубы 13. В месте ответвленияиз магистрали 3 установлен газораспределитель 21.Канал 6 выполнен в виде продолжения 5камеры 4 энергетического разделения.Перегородки 1 О, 12 и 17 выполненыиз пористой меди либо в виде набора 8 4ребер. Канал 6 в месте установки второй перегородки 12 снабженоребрением 22, На перегородки 10 установленоцентральное тело 23.Устройство работает следующим образом,Подводимый от источника по магистрали 3 сжатый воздух расширяется иразгоняется в сопловом вводе 2 и,попадая в камеру 4 вихревой трубы 1,приобретает в ней вихревой характердвижения, при котором поток претерпевает энергоразделение на охлажденный поток через диафрагму 5, отводимый к потребителю, и нагретый поток,из камеры 4 выводимый в канал 6 яв) еляющийся ее продолжением,Доля холодного потока, отводимогочерез диафрагму 5, составляет 15-,4" 1 от расхода сжатого воздуха через сопловой ввод 2 и определяется потребным уровнем температуры получаемого холодного потока при заданном условиями эксплуатации располагаемом (начальном) уровне давления сжатого воздуха. В среднем в большинстве случаеврасход холодного потока может составлять, приблизительно, одну треть от потребления сжатого воздуха.Горячий поток, выводимый из камеры 4 и имеющий в большинстве случаев температуру, близкую к температуре окружающей среды, омывает развитую поверхность перегородки 12 и отводит при этом тепло от горячих спаев 8 термобатареи 7, питаемой от источника постоянного тока и охлаждающей сжатый воздух перед сопловым вводом 2В случае, когда температура горячего потока, выходящего из камерыпревышает температуру окружающей среды более чем на 3-4 С, этот поток перед подачей его на обдув перегородки 12 т. е. на охлаждение спаев 8) охлаждают, отводя тепло в окружающую среду от оребрения 11 при проходе горячего потока через каналы в перегородке 1 О. В этом случае температура потока перед входом в каналы перегородки 12 близка к температуре окружающей среды, При движении потока в каналах перегородки 12 температура его нарастает; чтобы воспрепятствовать существенному превышению еюуровня, наряду с подводом тепла от спаев 8 к перегородке 12 одновременно осуществляется.и отвод части тепла в окружающую среду от оребрения 22, Другая часть этого тепла, затраченФормула изобретения 1. Устройство для охлаждения воздуха, содержащее вихревую трубу с сопловым вводом, подключенным к магистрали сжатого воздуха, камерой энергетического разделения, диафрагмой и каналом горячего потока, и полупроводниковую термобатарею, горячие спаи которой размещены в тепловом контакте с каналом горячего потока, о т л. и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения температурной эффективности, холодные спаи термобатареи расположены в тепловом контакте с магистралью сжатого газа, а канал горячего потока отделен от камеры энергетического разделения при помащи поперечной проницаемой перегородки из пористого материала и в месте 5 9379 ная на нагрев потока на участке канала 6 в зоне перегородки 12, отводится в окружающую среду от оребрения 18 при проходе потока через перегородку 17 5Из канала 6 через ввод 14 поток, имеющий расход 85-553 расхода сжатого газа от источника, подается в камеру 15 энергоразделения дополнительной вихревой трубы 13 и претер- О певает повторное вихревое энергоразделение. При этом периферийные и горячие слои вихревого потока в камере 15 отдают тепло в окружающую среду через оребрение, а охлажденные 15 возлеосевые слои вихревого потока через патрубок 16 подаются в теплообменник 20 и охлаждают сжатый воздух в ответвлении 19.Другая часть расхода сжатого воз духа охлаждается при этом на холодных спаях 9 термобатареи 7. При помощи газооаспределителя 21 доли потока в ветвях регулируют таким образом, чтобы температуры обеих долей потока 25 сжатого воздуха на выходе из ветвей были одинаковыми.Перед сопловым вводом 2 вихревой трубы 1 осуществляют предварительное охлаждение, сжатого воздуха для понижения достижимого уровня температуры холодного потока, При этом предварительное охлаждение потока сжатого воздуха перед вводом 2 осуществляют в общем случае по частям: одну часть потока охлаждают в теплообменнике 20 дополнительной вихревой трубой 13, а другую часть потока - на спаях 9 при помощи термобатареи 7, причем горячие спаи последней охлаждают в горячем потоке вихревой трубы 1, имеющем температуру, близкую к температуре окружающей среды.При необходимости изменения температуры потока, направляемого к охлаждаемому объекту, изменяют долю потока, выпускаемого во ввод 14 (для этого ввод 14 делают регулируемого сечения в соответствии с известными техническими решениями) и одновременно газораспределителем изменяют распределение долей потока по ветвям.В простейшем случае весь поток сжатого воздуха охлаждают на спаях 9, причем регулирование температуры холодного потока осуществляют, либо55 меняя количество выпускаемого из камеры 4 газа, либо меняя напряжение питания на термобатарее 7. Это поз 18 6валяет, например, в вихревой трубе 1 диаметром 10 мм при степени расширения воздуха в ней Г = 5,8, доле холодного потока О = 0,20, начальной температуре сжатого воздуха Тс = = 305 К получить охлажденный поток с температурой Т = 227 К, т. е, реализовать эффект охлаждения, более чем на 30 превышающий величину эффекта у известных лучших вихревых труб. При использовании дополнительной вихревой трубы 13 и разветвленного трубопровода та же величина эффекта охлаждения достигается (при = 5,8) при доле холодного потока, отводимого через диафрагму 4, около О = 0,31 (при неизменном энергопотреблении полупроводниковой термобатареи, приблизительно равном мощности мотока эксер гии сжатого воздуха на входе в магистраль 3).Уменьшение доли холодного потока в вихревой трубе 1 менее О = 0,15 нецелесообразноиз-за резкого уменьшения термодинамической эффективности и (при,О 0,10-0,12) ухудшения эффекта охлаждения.Увеличение доли холодного потока более ,О= 0,45 нецелесообразно изза ухудшения при этом условий тепло- съема со спаев 8 в горячий поток и соответствующего уменьшения холодопроизводительности термобатареи 7.Максимум термодинамической эффективности достигается при Я 0,40- 0,45, максимум эффекта охлаждения при ,О0,15-0,30.7 937918 8 ее размещения снабжен наружным ореб- ки также снабжен наружным оребрением, рением, причем в канЪле в месте его а магистраль сжатого воздуха имеет теплового контакта с горячими спаями ответвлениена котором установлен термобатареи установлена вторая пере. теплообменник, подключенный к патрубгородка, аналогичная первой. ку холодного потока дополнительной2. Устройство по и. 1, о т л и - вихревой трубы. ч а ю щ е е, с я тем, что оно содер" 3, Устройство по и. 1, о т л и - жит дополнительную вихревую трубу с ч а ю щ е е с я тем, что в месте сопловым вводом, охлаждаемой.камерой ответвления на магистрали установзнергетического разделения и патруб- )е лен газораспределитель, ком холодного потока, причем ее соп- Источники информации, лозой ввод подключен к каналу, в ко" ,принятые во внимание при экспертизе тором после второй перегородки по хо1. Авторское свидетельство СССР ду потока дополнительно установлена Ю 606044, кл. Е 25 В 9/02, 1976. третья перегородка, аналогичная пер З 2.Авторское свидетельство СССР вым двум, и канал в месте ее установ И 672452, кл. Р 25 В 9/02, 1975. ВНИИПИ Заказ 4431/ Тираж 543 Подписное илиал ППП "Патент", Ужгород,ул.Проектная,