RU2151970C1 - Vortex tube with internal regeneration of heat - Google Patents
Vortex tube with internal regeneration of heat Download PDFInfo
- Publication number
- RU2151970C1 RU2151970C1 RU98119137A RU98119137A RU2151970C1 RU 2151970 C1 RU2151970 C1 RU 2151970C1 RU 98119137 A RU98119137 A RU 98119137A RU 98119137 A RU98119137 A RU 98119137A RU 2151970 C1 RU2151970 C1 RU 2151970C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- vortex tube
- heat exchanger
- stream
- heat
- hot
- Prior art date
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
- F25B9/02—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point using Joule-Thompson effect; using vortex effect
- F25B9/04—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point using Joule-Thompson effect; using vortex effect using vortex effect
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к холодильной технике, а именно к вихревым энергоразделяющим системам с внутренней циркуляцией газового потока. The present invention relates to refrigeration, and in particular to vortex energy-separating systems with internal circulation of the gas stream.
Наиболее близким техническим решением (прототип) является вихревая труба Метенина [1] с внутренней регенерацией тепла, содержащая закрытую с торцов коническую камеру энергетического разделения с тангенциальным сопловым вводом сжатого газа, диафрагму с осевым и щелевым диффузорами для отвода холодного потока. На горячем конце камеры расположен периферийный лопаточный диффузор для преобразования кинетической энергии горячего потока в потенциальную энергию давления. The closest technical solution (prototype) is a vortex tube of Metenin [1] with internal heat recovery, containing a conical chamber of energy separation closed from the ends with a tangential nozzle inlet of compressed gas, a diaphragm with axial and slot diffusers for the removal of a cold stream. At the hot end of the chamber, there is a peripheral blade diffuser for converting the kinetic energy of the hot stream into potential pressure energy.
В конце камеры энергетического разделения установлена аэродинамическая решетка, обеспечивающая рециркуляцию горячего потока в камере, перераспределение давлений в ней, а также повышение степени расширения потока газа в сопловом вводе. An aerodynamic grill is installed at the end of the energy separation chamber, which ensures recirculation of the hot flow in the chamber, redistribution of pressures in it, and also an increase in the degree of expansion of the gas flow in the nozzle inlet.
Для повышения температурной эффективности и холодопроизводительности вихревая труба дополнительно имеет теплообменник-регенератор, примыкающий к горячему торцу вихревой камеры энергоразделения, внутренняя поверхность теплообмена которого является продолжением периферийной части камеры и омывается циркулирующей частью горячего потока. To increase temperature efficiency and cooling capacity, the vortex tube additionally has a heat exchanger-regenerator adjacent to the hot end of the vortex energy separation chamber, the inner surface of the heat exchange of which is a continuation of the peripheral part of the chamber and is washed by the circulating part of the hot stream.
При этом вихревая труба дополнительно снабжена эжектором, установленным с возможностью обеспечения его работы от нерециркулирующей части горячего потока для охлаждения теплообменника-регенератора. In this case, the vortex tube is additionally equipped with an ejector installed with the possibility of ensuring its operation from the non-recirculating part of the hot stream to cool the heat exchanger-regenerator.
Процесс энергоразделения газа в этой вихревой трубе протекает одновременно с процессом теплообмена в теплообменнике-регенераторе и турбулизацией рабочего тела в камере энергоразделения, что обеспечивает повышение температурной эффективности на (25...35)% и холодопроизводительности на (30...40)% по сравнению с ВТ без внутренней регенерации тепла. The process of gas energy separation in this vortex tube proceeds simultaneously with the heat exchange process in the heat exchanger-regenerator and turbulization of the working fluid in the energy separation chamber, which ensures an increase in temperature efficiency by (25 ... 35)% and cooling capacity by (30 ... 40)% by compared to BT without internal heat recovery.
Несмотря на высокие технические показатели прототипа, его практическое использование затруднено следующими обстоятельствами:
1. Невозможно независимо изменять (регулировать) температуру и расход рециркулирующей части горячего потока газа. Существующий в прототипе золотниковый клапан позволяет изменять только расход рециркулируюшей части газа, температура его определяется конструктивным исполнением вихревой трубы.Despite the high technical performance of the prototype, its practical use is complicated by the following circumstances:
1. It is impossible to independently change (control) the temperature and flow rate of the recirculating part of the hot gas stream. The spool valve existing in the prototype allows only the flow rate of the recirculating part of the gas to be changed; its temperature is determined by the design of the vortex tube.
2. Надежное функционирование только в одном заранее рассчитанном и заложенном в конструкцию режиме при заданных входном давлении и доле холодного потока. 2. Reliable operation only in one mode previously calculated and incorporated into the design at specified inlet pressure and fraction of cold flow.
3. Общая сложность и трудоемкость конструкции теплообменника-регенератора, необходимость применения дорогостоящих материалов для его изготовления (красная медь, ДII6Т);
4. Невозможность использования конструкции в ряде производств, в частности газовой промышленности, где Госгортехнадзором предъявляются особые требования к используемым материалам.3. The overall complexity and complexity of the design of the heat exchanger-regenerator, the need for expensive materials for its manufacture (red copper, DII6T);
4. The inability to use the structure in a number of industries, in particular the gas industry, where Gosgortekhnadzor imposes special requirements on the materials used.
Целью предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков прототипа при сохранении его прогрессивных технико-экономических показателей. Это достигается путем выполнения теплообменника-регенератора выносным с запорно-регулирующими вентилями на трубопроводах, соединяющих теплообменник с холодным и горячим концами вихревой трубы:
на трубопроводе холодного потока на входе в теплообменник;
на трубопроводе холодного потока на входе в полость вихревой трубы перед сопловой аэродинамической решеткой;
на трубопроводе горячего потока на выходе из теплообменника.The aim of the invention is to remedy these disadvantages of the prototype while maintaining its progressive technical and economic indicators. This is achieved by making the heat exchanger-regenerator remote with shut-off and control valves on pipelines connecting the heat exchanger with the cold and hot ends of the vortex tube:
on the cold flow pipe at the inlet to the heat exchanger;
on the cold flow pipeline at the entrance to the cavity of the vortex tube in front of the nozzle aerodynamic lattice;
on the hot flow pipe at the outlet of the heat exchanger.
При этом теплообменник не составляет единого целого с вихревой трубой, а имеет с ней только теплогазодинамическое взаимодействие. At the same time, the heat exchanger does not form a single whole with the vortex tube, but has only heat-gas-dynamic interaction with it.
Может быть использован теплообменник любого типа (например, кожухотрубный), из любого материала, подходящего для применяемой рабочей среды (например, стали). Единственное предъявляемое к нему требование - поверхность теплообмена должна соответствовать расчетной и обеспечивать рабочий процесс ВТ. A heat exchanger of any type (for example, shell-and-tube), of any material suitable for the working medium (for example, steel) can be used. The only requirement for it is that the heat exchange surface must correspond to the calculated one and ensure the VT working process.
Конструкция предлагаемого устройства изображена на чертеже и содержит следующие основные элементы: коническую камеру 5 энергетического разделения газа с сопловым тангенциальным аппаратом 4 и кольцевым патрубком 10; диафрагму 3, осевой диффузор 2; щелевой диффузор 1; лопаточный диффузор 7; установленную за ним аксиальную сопловую решетку 6 с кольцевой щелью 11; выносной теплообменный аппарат 8; эжектор 9, запорно-регулирующие вентили 12, 13, 14. The design of the proposed device is shown in the drawing and contains the following main elements: a conical chamber 5 for energy separation of gas with a nozzle tangential apparatus 4 and an annular pipe 10; aperture 3, axial diffuser 2; slot diffuser 1; blade diffuser 7; an axial nozzle grill 6 installed behind it with an annular slot 11; remote heat exchanger 8; ejector 9, shut-off and control valves 12, 13, 14.
Работа предлагаемой вихревой трубы осуществляется следующим образом. The work of the proposed vortex tube is as follows.
Сжатый газ подается в сопловой тангенциальный ввод 4, где расширяется и получает закрутку. Далее закрученный поток попадает в коническую вихревую камеру разделения, где происходит процесс энергетического разделения газа. При этом "горячий" поток разбивается на две части. Одна из них (нерециркулирующая часть) это поток, перемещающийся по периферии, имеющий более высокие температуру и давление и выходящий через лопаточный диффузор 7 в кольцевой патрубок 10 и далее в эжектор 9. Compressed gas is supplied to the nozzle tangential inlet 4, where it expands and receives a swirl. Then the swirling flow enters the conical vortex separation chamber, where the process of energy separation of gas takes place. In this case, the "hot" stream is divided into two parts. One of them (non-recirculating part) is a stream moving along the periphery, having higher temperature and pressure and exiting through the scapular diffuser 7 into the annular pipe 10 and further into the ejector 9.
Другая часть (рециркулирующая) - поток, поступающий в кольцевую щель 11 аксиальной сопловой решетки 6 и далее в выносной теплообменник-регенератор 8. Another part (recirculating) is the flow entering the annular gap 11 of the axial nozzle lattice 6 and then to the external heat exchanger-regenerator 8.
Холодный поток через диафрагму 3 подается в один из каналов выносного теплообменника 8 и затем, после завершения процесса теплообмена с встречным горячим потоком, отсасывается эжектором 9 и выбрасывается в окружающую среду или в потребительскую сеть низкого давления (при использовании природного газа в качестве охлаждающей среды). Его расход регулируется вентилем 12. The cold stream through the diaphragm 3 is fed into one of the channels of the external heat exchanger 8 and then, after the heat exchange process with the oncoming hot stream is completed, it is sucked off by the ejector 9 and discharged into the environment or into the consumer low-pressure network (when using natural gas as a cooling medium). Its flow rate is regulated by valve 12.
Рециркулирующая часть горячего потока из ВТ поступает противоточно в другой канал теплообменника 8, охлаждается встречным холодным потоком и поступает через аксиальную сопловую решетку 6 в приосевую зону вихревой камеры энергоразделения 5, интенсифицируя в ней турбулентность, способствующую повышению эффективности процесса энергоразделения. Рециркуляция газа обеспечивается самим рабочим процессом вихревой трубы без дополнительных затрат энергии, так как конический "горячий" конец камеры энергоразделения работает как противоточный вихревой эжектор [1]. Расход рециркулирующей части горячего потока регулируется вентилем 13. The recirculating part of the hot stream from the HT flows countercurrently to another channel of the heat exchanger 8, is cooled by an oncoming cold stream and enters through the axial nozzle grid 6 into the axial zone of the vortex chamber of energy separation 5, intensifying turbulence in it, which contributes to an increase in the efficiency of the energy separation process. Gas recirculation is provided by the working process of the vortex tube without additional energy costs, since the conical "hot" end of the energy separation chamber works as a countercurrent vortex ejector [1]. The flow rate of the recirculating part of the hot stream is controlled by a valve 13.
Нерециркулирующая часть горячего потока из ВТ используется в качестве активного газа эжектора 9 для отсоса холодного потока с целью уменьшения гидравлического сопротивления теплообменника и повышения степени расширения газа в ВТ. The non-recirculating part of the hot stream from the HT is used as the active gas of the ejector 9 to suck the cold stream in order to reduce the hydraulic resistance of the heat exchanger and increase the degree of expansion of the gas in the VT.
Вентиль 14 позволяет регулировать расход части холодного потока, подающегося непосредственно в ВТ в обход теплообменника 8, что позволяет существенно расширить диапазон температур потока газа, поступающего через сопловую аэродинамическую решетку 6 в приосевую область камеры энергоразделения 5. В пределе температура указанного потока может быть доведена до температуры кипения ПГ при выходном давлении. The valve 14 allows you to adjust the flow rate of the part of the cold stream supplied directly to the heat exchanger bypassing the heat exchanger 8, which allows you to significantly expand the temperature range of the gas stream entering through the nozzle aerodynamic grill 6 in the axial region of the energy separation chamber 5. In the limit, the temperature of this stream can be brought to a temperature boiling GHG at outlet pressure.
В реальных условиях технологические параметры потока рециркуляции могут изменяться в следующих пределах:
Расход: 15 ... 75% от потока газа на входе в ВТ;
Температура: от -160oC (при выходном давлении, равном атмосферному) до значения, которое имеет газ на входе в ВТ (как правило, +25...+30oC).In real conditions, the technological parameters of the recycle stream can vary within the following limits:
Consumption: 15 ... 75% of the gas flow at the inlet to the VT;
Temperature: from -160 o C (at an outlet pressure equal to atmospheric) to the value that the gas has at the inlet of the VT (usually +25 ... + 30 o C).
Предлагаемое техническое решение обеспечивает следующие преимущества:
1. Значительно расширяется область применения, в частности в газовой промышленности.The proposed technical solution provides the following advantages:
1. Significantly expanding the scope, in particular in the gas industry.
2. Появляется возможность реализации оптимальных режимов работы вихревой трубы при заданных входном и выходном давлениях за счет использования теплообменника-регенератора с требуемой площадью теплообменной поверхности, независимого регулирования расхода и температуры потока газа, поступающего через сопловую аэродинамическую решетку в приосевую область камеры энергоразделения. При этом вихревая труба может быть настроена как на режим максимальной холодопроизводительности, так и на режим максимального температурного эффекта охлаждения. 2. It becomes possible to implement optimal vortex tube operating modes at given inlet and outlet pressures through the use of a heat exchanger-regenerator with the required heat exchange surface area, independent regulation of the flow rate and temperature of the gas flow entering through the nozzle aerodynamic grill into the axial region of the energy separation chamber. In this case, the vortex tube can be configured both to the maximum cooling capacity mode and to the maximum temperature cooling effect mode.
3. Снижается стоимость и существенно упрощается изготовление вихревой трубы путем замены встроенного теплообменника на выносной теплообменник стандартной конструкции. 3. The cost is reduced and the production of a vortex tube is greatly simplified by replacing the built-in heat exchanger with an external heat exchanger of a standard design.
Литература
1. Вихревая труба В. И. Метенина патент RU 2041432, МКИ F 25 B 9/02, 9.08.95.Literature
1. Vortex tube of V. I. Metenin patent RU 2041432, MKI F 25 B 9/02, 9.08.95.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU98119137A RU2151970C1 (en) | 1998-10-21 | 1998-10-21 | Vortex tube with internal regeneration of heat |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU98119137A RU2151970C1 (en) | 1998-10-21 | 1998-10-21 | Vortex tube with internal regeneration of heat |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2151970C1 true RU2151970C1 (en) | 2000-06-27 |
Family
ID=20211521
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU98119137A RU2151970C1 (en) | 1998-10-21 | 1998-10-21 | Vortex tube with internal regeneration of heat |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2151970C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011112413A1 (en) * | 2010-03-10 | 2011-09-15 | Sigma-Aldrich Co. | Delivery assemblies and related methods |
| RU2541299C2 (en) * | 2013-03-07 | 2015-02-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П.А. Соловьева" | Hydraulic heat generator and liquid heating device |
| CN111608635A (en) * | 2020-04-17 | 2020-09-01 | 陕西延长石油（集团）有限责任公司 | A gas field wellhead throttling and pressure reduction device and method based on vortex tube effect |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3889484A (en) * | 1974-01-30 | 1975-06-17 | Wilkerson Corp | Gas drying method and apparatus |
| GB1437996A (en) * | 1973-11-13 | 1976-06-03 | Hawkins R D | Thermodynamic system including vortex separating means in combination with a pair of feedback loops |
| SU1451484A1 (en) * | 1986-11-26 | 1989-01-15 | Одесский Технологический Институт Холодильной Промышленности | Cryogenic installation |
| US5207126A (en) * | 1991-12-16 | 1993-05-04 | Schaben Bernard J | Roof shake removal tool |
| RU2041432C1 (en) * | 1992-02-04 | 1995-08-09 | Владимир Иванович Метенин | Vortex pipe |
-
1998
- 1998-10-21 RU RU98119137A patent/RU2151970C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1437996A (en) * | 1973-11-13 | 1976-06-03 | Hawkins R D | Thermodynamic system including vortex separating means in combination with a pair of feedback loops |
| US3889484A (en) * | 1974-01-30 | 1975-06-17 | Wilkerson Corp | Gas drying method and apparatus |
| SU1451484A1 (en) * | 1986-11-26 | 1989-01-15 | Одесский Технологический Институт Холодильной Промышленности | Cryogenic installation |
| US5207126A (en) * | 1991-12-16 | 1993-05-04 | Schaben Bernard J | Roof shake removal tool |
| RU2041432C1 (en) * | 1992-02-04 | 1995-08-09 | Владимир Иванович Метенин | Vortex pipe |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011112413A1 (en) * | 2010-03-10 | 2011-09-15 | Sigma-Aldrich Co. | Delivery assemblies and related methods |
| RU2541299C2 (en) * | 2013-03-07 | 2015-02-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П.А. Соловьева" | Hydraulic heat generator and liquid heating device |
| CN111608635A (en) * | 2020-04-17 | 2020-09-01 | 陕西延长石油（集团）有限责任公司 | A gas field wellhead throttling and pressure reduction device and method based on vortex tube effect |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5270181B2 (en) | Cooling device for cooling electrical equipment in turbomachines | |
| US20130167566A1 (en) | Ejectors and Methods of Manufacture | |
| CN106152585B (en) | Air refrigerator | |
| EP2673577B1 (en) | Ejector and method for operating a such ejector | |
| CN87101766A (en) | Method for cooling a thermally loaded structural part of a gas turbine, device for carrying out said method and structural arrangement of a thermally loaded blade | |
| EP2718644A2 (en) | Ejector with motive flow swirl | |
| EP3099988B1 (en) | Vapor compression system and methods for its operation | |
| GB2260578A (en) | Heat transfer between fuel and air in supersonic jet engine | |
| US20140321971A1 (en) | Internally-cooled centrifugal compressor with cooling jacket formed in the diaphragm | |
| RU2151970C1 (en) | Vortex tube with internal regeneration of heat | |
| CN113606809B (en) | Axial flow type self-circulating gas wave refrigeration device and method | |
| CN106918169B (en) | Fluid treating device and refrigeration system | |
| RU2207472C2 (en) | Vortex pipe | |
| SU1208430A1 (en) | Vortex tube | |
| RU2163323C1 (en) | Method of nonheated pressure reduction of main-line natural gas and device for its embodiment | |
| RU8429U1 (en) | Inkjet | |
| KR102047688B1 (en) | Evaporator and Turbo chiller comprising the same | |
| RU2013158075A (en) | AIR CONDITIONING | |
| RU2041432C1 (en) | Vortex pipe | |
| WO2019056378A1 (en) | Condenser inlet pressure recovery features for a chiller assembly | |
| SU1002754A1 (en) | Vortex-type refrigerator | |
| CN115559880B (en) | A ring cooler | |
| SU819526A1 (en) | Vortex tube | |
| SU1208429A1 (en) | Vortex refrigerator | |
| CN102410258A (en) | Full internal cooling type centrifugal compressor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20120723 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20131022 |