[go: up one dir, main page]

RU2282801C2 - Cooling device operation method and cooling device - Google Patents

Cooling device operation method and cooling device Download PDF

Info

Publication number
RU2282801C2
RU2282801C2 RU2004112119/06A RU2004112119A RU2282801C2 RU 2282801 C2 RU2282801 C2 RU 2282801C2 RU 2004112119/06 A RU2004112119/06 A RU 2004112119/06A RU 2004112119 A RU2004112119 A RU 2004112119A RU 2282801 C2 RU2282801 C2 RU 2282801C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cold
stage
vortex
energy separation
cooling
Prior art date
Application number
RU2004112119/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2004112119A (en
Inventor
Юрий Григорьевич Белостоцкий (RU)
Юрий Григорьевич Белостоцкий
Original Assignee
Юрий Григорьевич Белостоцкий
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Юрий Григорьевич Белостоцкий filed Critical Юрий Григорьевич Белостоцкий
Priority to RU2004112119/06A priority Critical patent/RU2282801C2/en
Publication of RU2004112119A publication Critical patent/RU2004112119A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2282801C2 publication Critical patent/RU2282801C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
  • Devices That Are Associated With Refrigeration Equipment (AREA)

Abstract

FIELD: cooling equipment, particularly that using vortex effect.
SUBSTANCE: method involves supplying direct flow in cold receiving means in several steps through serially connected vortex tubes. Each next vortex tube inlet is connected to cold nipple of previous vortex tube. Cold nipple of each next step is fastened to cold receiving means inlet. Energy separation chambers of vortex tubes are cooled with reverse flow leaving cold receiving means. The reverse flow successively passes through cooling cavities of energy separation chambers in reverse order so that cooling cavity of energy separation chamber at previous stage is cooled with reverse flow leaving cooling cavity of energy separation chamber of next stage.
EFFECT: simplified structure and increased efficiency.
6 cl, 12 dwg

Description

Изобретение относится к области создания холодильной техники, работающей на использовании свойств вращающегося газового потока.The invention relates to the field of creating refrigeration equipment that uses the properties of a rotating gas stream.

Известен способ работы холодильного устройства, включающий последовательную (ступенчатую) подачу прямого потока через несколько (две и более) вихревых труб таким образом, что рабочим (входным) потоком вихревой трубы каждой последующей ступени является холодный поток предыдущей ступени [1, с.111], причем холодный поток последней ступени подается в холодоприемник (холодильник) для использования.A known method of operation of a refrigeration device, comprising a sequential (step) flow of direct flow through several (two or more) vortex tubes in such a way that the working (input) stream of the vortex tube of each subsequent stage is the cold stream of the previous stage [1, p. 111], moreover, the cold stream of the last stage is fed into the cold receiver (refrigerator) for use.

Реализуется этот способ в холодильном устройстве, содержащем несколько последовательно (ступенчато) соединенных вихревых труб таким образом, что входной патрубок каждой последующей ступени соединен с холодным патрубком предыдущей ступени [1, с.112, фиг.6.14], причем холодный патрубок последней ступени соединен с входом холодоприемника.This method is implemented in a refrigeration device containing several series (stepwise) connected vortex tubes in such a way that the inlet pipe of each subsequent stage is connected to the cold pipe of the previous stage [1, p.112, Fig. 6.14], and the cold pipe of the last stage is connected to the entrance of the refrigerator.

В известном устройстве используются двухпоточные неохлаждаемые вихревые трубы, обладающие низкой холодопроизводительностью, да, к тому же, их горячие потоки выбрасываются в атмосферу. Кроме того, термодинамическая эффективность такого устройства невелика из-за того, что горячие потоки последующих вихревых труб [1, с.112, фиг.6.14] выхолаживаются ниже входной температуры То, а поэтому выбрасывают из устройства холод, т.е. в таком устройстве велика недорекуперация, для уменьшения которой в конструкцию нужно вводить массивный и дорогой рекуперативный теплообменник, который примет на себя всю функцию теплообмена, однако при наличии высокоэффективных теплообменных поверхностей у неохлаждаемых вихревых труб.The known device uses two-line uncooled vortex tubes with low cooling capacity, and, moreover, their hot flows are released into the atmosphere. In addition, the thermodynamic efficiency of such a device is small due to the fact that the hot flows of the subsequent vortex tubes [1, p.112, Fig. 6.14] are cooled down below the inlet temperature T о , and therefore, cold is emitted from the device, i.e. in such a device, there is a large under-recovery, to reduce which a massive and expensive recuperative heat exchanger must be introduced into the design, which will assume the entire heat transfer function, however, in the presence of highly efficient heat-exchange surfaces in uncooled vortex tubes.

Если в схеме, изображенной в [1, с.112, фиг.6.14], ΔТх для первой вихревой трубы может составлять около ≈50°, то при Твх-0=+20°С ее Тх-0=-30°С. Но как показывает практика, при подаче в вихревую трубу холодного газа резко снижаются и ΔТх и ΔТг. Например, при подаче во вторую трубу газа с Твх-1=-30°С ее горячий конец начинает выдавать уже не теплый, а холодный газ, например, Тг-1=-24°С, т.е ΔТг-1=всего лишь 6° (см. таблицу).If in the scheme depicted in [1, p. 112, Fig. 6.14], ΔТ х for the first vortex tube can be about ≈50 °, then at Т вх-0 = + 20 ° С its Т х-0 = -30 ° C. But as practice shows, when cold gas is introduced into the vortex tube, ΔТ х and ΔТ g sharply decrease. For example, when a gas is fed into the second pipe with T in-1 = -30 ° C, its hot end begins to give out not warm but cold gas, for example, T g-1 = -24 ° C, i.e. ΔТ g-1 = only 6 ° (see table).

Таблица
Экспериментальные данные продувки вихревой трубы холодным воздухом
Table
Experimental data for blowing a vortex tube with cold air
Твх(°С)T in (° C) Тх(°С)/ΔТх T x (° C) / ΔT x Тг(°С)/ΔТг T g (° C) / ΔT g -10-10 -28/18-28/18 -2/8-2/8 -20-twenty -35/15-35/15 -13/7-13/7 -30-thirty -41/11-41/11 -24/6-24/6 -35-35 -45/10-45/10 -30/5-30/5

То есть, в данном случае даже при двухступенчатой схеме через горячий патрубок будет выбрасываться большое количество холода, что является существенным недостатком, для исправления которого в конструкцию необходимо вводить массивные и дорогие рекуперативные теплообменники, улавливающие и возвращающие этот холод, что также является существенным недостатком.That is, in this case, even with a two-stage circuit, a large amount of cold will be emitted through the hot branch pipe, which is a significant drawback, for which correction it is necessary to introduce massive and expensive recuperative heat exchangers that capture and return this cold, which is also a significant drawback.

Техническим результатом предлагаемого технического решения является уменьшение указанных недостатков.The technical result of the proposed technical solution is to reduce these disadvantages.

В части способа технический результат достигается тем, что производится охлаждение всех камер энергоразделения последовательно (ступенчато) включенных вихревых труб. В качестве охлаждающей среды можно использовать водопроводную или оборотную воду, охлажденный газ, арктический холодный атмосферный воздух, газовый поток, выходящий из горячего конца двухпоточной вихревой трубы, а также обратный поток холодоприемника и т.п.In terms of the method, the technical result is achieved by cooling all the energy separation chambers of sequentially (stepwise) connected vortex tubes. As a cooling medium, you can use tap or circulating water, chilled gas, arctic cold atmospheric air, a gas stream leaving the hot end of a two-stream vortex tube, as well as the return flow of a cold receiver, etc.

Последний вариант, особенно совмещенный с предыдущими, наиболее предпочтителен.The latter option, especially combined with the previous ones, is most preferable.

При этом охлаждение камер энергоразделения последовательно включенных вихревых труб производится обратным потоком, выходящим из холодоприемника, последовательно пропускаемым в обратном порядке через охлаждающие полости камер энергоразделения вихревых труб, т.е. таким образом, что охлаждающим потоком предыдущей ступени является охлаждающий поток последующей ступени.In this case, the cooling of the energy separation chambers of the vortex tubes connected in series is carried out by the reverse flow leaving the cold receiver, sequentially passed in the reverse order through the cooling cavities of the vortex tube energy separation chambers, i.e. so that the cooling stream of the previous stage is the cooling stream of the next stage.

В части устройства технический результат достигается тем, что камера энергоразделения каждой последовательно включенной вихревой трубы заключена в отдельный герметичный корпус, образующий охлаждающую полость, через которую пропускается охлаждающая среда (вода, холодный газ и т.п.). Для использования в качестве охлаждающей среды охлажденного обратного потока, выходящего из холодоприемника, охлаждающие полости камер энергоразделения последовательно соединяются обратным порядком, т.е. таким образом, что вход охлаждающей полости предыдущей ступени соединен с выходом охлаждающей полости последующей ступени, а вход охлаждающей полости последней ступени соединен с выходом холодоприемника (холодильника), т.е. помимо прямого потока, проходящего через входные патрубки вихревых труб, организуют и обратный поток, проходящий через охлаждающие полости камер энергоразделения.In terms of the device, the technical result is achieved in that the energy separation chamber of each series-connected vortex tube is enclosed in a separate sealed housing forming a cooling cavity through which the cooling medium (water, cold gas, etc.) is passed. For use as a cooling medium, a cooled return stream leaving the cold receiver, the cooling cavities of the energy separation chambers are connected in series in the reverse order, i.e. so that the inlet of the cooling cavity of the previous stage is connected to the outlet of the cooling cavity of the next stage, and the inlet of the cooling cavity of the last stage is connected to the outlet of the cold receiver (refrigerator), i.e. In addition to the direct flow passing through the inlet nozzles of the vortex tubes, they organize a reverse flow passing through the cooling cavities of the energy separation chambers.

В результате получается законченная конструкция охладителей или даже ожижителей. При этом появляется возможность уменьшить площади теплообмена дорогих рекуперативных теплообменников или даже исключить их из конструкции. Это упрощает и удешевляет конструкцию.The result is a complete design of coolers or even liquefiers. In this case, it becomes possible to reduce the heat transfer area of expensive recuperative heat exchangers or even to exclude them from the design. This simplifies and reduces the cost of construction.

Кроме того, благодаря охлаждению камер энергоразделения вихревых труб появляется возможность эффективно использовать более простые однопоточные вихревые трубы. В результате повышается холодопроизводительность устройства и исключается необходимость выброса в атмосферу горячих потоков. Это позволяет применять предложенный способ для охлаждения ценных или опасных газов.In addition, due to the cooling of the energy separation chambers of the vortex tubes, it becomes possible to efficiently use simpler single-flow vortex tubes. As a result, the cooling capacity of the device is increased and the need for the emission of hot streams into the atmosphere is eliminated. This allows you to apply the proposed method for cooling valuable or dangerous gases.

На фиг.1-а представлен простейший вариант двухступенчатого холодильного устройства.Figure 1-a presents the simplest version of a two-stage refrigeration device.

Такое устройство состоит из двух последовательно (ступенчато) соединенных однопоточных труб 1 и 2, а также из холодоприемника 3.Such a device consists of two sequentially (stepwise) connected single-threaded pipes 1 and 2, as well as a cold receiver 3.

Первая вихревая труба, представляющая собой первую (предыдущую) ступень ➀, содержит входной патрубок 4, холодный патрубок 5 и конусную камеру энергоразделения 6. Камера энергоразделения заключена в герметичный кожух (корпус) 7, образующий охлаждающую полость 8, которая имеет входной 9 и выходной 10 патрубки.The first vortex tube, which is the first (previous) stage ➀, contains an inlet pipe 4, a cold pipe 5 and a conical energy separation chamber 6. The energy separation chamber is enclosed in a sealed casing (housing) 7, forming a cooling cavity 8, which has an input 9 and output 10 branch pipes.

Другая вихревая труба, представляющая собой вторую (последующую) ступень ➁, также содержит входной патрубок 11, холодный патрубок 12 и конусную камеру энергоразделения 13. Камера энергоразделения 13 заключена в герметичный корпус (кожух) 14, образующий охлаждающую полость 15, которая имеет входной 16 и выходной 17 патрубки.Another vortex tube, which is the second (subsequent) stage ➁, also contains an inlet pipe 11, a cold pipe 12 and a conical energy separation chamber 13. The energy separation chamber 13 is enclosed in a sealed housing (casing) 14, which forms a cooling cavity 15, which has an inlet 16 and output 17 nozzles.

Вход 11 последующей ступени ➁ (вихревой трубы 2) соединен с холодным патрубком 5 предыдущей ступени ➀ (первой вихревой трубы), а холодный патрубок последней ступени, в данном случае ступени ➁, соединен с входом 18 в холодоприемник 3.The input 11 of the next stage ➁ (vortex tube 2) is connected to the cold pipe 5 of the previous stage ➀ (first vortex pipe), and the cold pipe of the last stage, in this case stage ➁, is connected to the input 18 of the cooler 3.

Получается, что охлаждающие полости вихревых труб последовательно соединены таким образом, что вход 9 охлаждающей полости 8 предыдущей ступени ➀ соединен с выходом 17 охлаждающей полости 14 последующей ступени ➁, а вход 16 охлаждающей полости 15 последующей (последней) ступени ➁ соединен с выходом 19 холодоприемника 3.It turns out that the cooling cavities of the vortex tubes are connected in series so that the input 9 of the cooling cavity 8 of the previous stage ➀ is connected to the output 17 of the cooling cavity 14 of the next stage ➁, and the input 16 of the cooling cavity 15 of the next (last) stage ➁ is connected to the output 19 of the cold receiver 3 .

Холодоприемник состоит из корпуса 3, входного 18 и выходного 19 патрубков. Входной патрубок 18 холодоприемника соединен с холодным патрубком 12 второй вихревой трубы. Выходной патрубок 19 холодоприемника соединен с входным патрубком 16 охлаждающей полости 15 последующей ступени ➁.The cold receiver consists of a housing 3, input 18 and output 19 pipes. The inlet pipe 18 of the cold receiver is connected to the cold pipe 12 of the second vortex tube. The outlet pipe 19 of the cold receiver is connected to the inlet pipe 16 of the cooling cavity 15 of the subsequent stage ➁.

Выходной патрубок 10 охлаждающей полости 8 предыдущей ступени ➀ соединен с выходом 20 из холодильного устройства.The outlet pipe 10 of the cooling cavity 8 of the previous stage ➀ is connected to the outlet 20 from the refrigeration device.

Работает рассмотренное устройство следующим образом. Сжатый газ подается на вход 4 первой вихревой трубы, внутри которой он раскручивается, дросселируется, расширяется и разделяется по зонам с существенно разными температурами. По внутренней стенке конусных камер энергоразделения (6 и 13) располагается зона повышенных температур. По оси этих камер и в холодных патрубках (5 и 12) располагается зона пониженных температур.The considered device works as follows. Compressed gas is fed to the inlet 4 of the first vortex tube, inside which it is unwound, throttled, expanded and separated into zones with significantly different temperatures. A zone of elevated temperatures is located along the inner wall of the conical energy separation chambers (6 and 13). Along the axis of these chambers and in cold pipes (5 and 12) is a zone of low temperatures.

Поэтому из холодного патрубка 5 первой вихревой трубы на вход 11 второй вихревой трубы 2 поступает холодный газ, который во второй вихревой трубе дополнительно охлаждается и поступает на вход 18 холодоприемника 3.Therefore, cold gas flows from the cold pipe 5 of the first vortex tube to the inlet 11 of the second vortex tube 2, which is further cooled in the second vortex tube and enters the inlet 18 of the cold receiver 3.

Отработанный газ, имеющий низкую температуру, выходит из холодоприемника 3 и через патрубки 19 и 16, поступая в охлаждающую полость 15, охлаждает наружную поверхность камеры энергоразделения 13. Тем самым происходит отбор тепловой энергии через стенку камеры энергоразделения 13 от вращающегося горячего газового потока, находящегося внутри этой камеры. В результате температура потока, выходящего из патрубка 12, понижается и постепенно понижается температура в холодоприемнике.The exhaust gas having a low temperature exits the cold receiver 3 and, through the nozzles 19 and 16, enters the cooling cavity 15, cools the outer surface of the energy separation chamber 13. Thus, thermal energy is taken through the wall of the energy separation chamber 13 from the rotating hot gas stream inside this camera. As a result, the temperature of the stream exiting the pipe 12 decreases and the temperature in the cold receiver gradually decreases.

Точно также выходящий из патрубка 17 поток охлаждает камеру энергоразделения 6 и выхолаживает поток, выходящий из патрубка 5 первой вихревой трубы. В результате происходит общее понижение температуры газа, выходящего из холодного патрубка 12 второй вихревой трубы, и в холодоприемнике 3, что плавно снижает температуру потока, проходящего по элементам 19-16-15-17-9-8.Similarly, the stream exiting the pipe 17 cools the energy separation chamber 6 and cools the stream exiting the pipe 5 of the first vortex tube. As a result, there is a general decrease in the temperature of the gas leaving the cold nozzle 12 of the second vortex tube, and in the cold receiver 3, which smoothly reduces the temperature of the flow passing through the elements 19-16-15-17-9-8.

Известно, что в камере энергоразделения вращательное течение газа имеет явно выраженный турбулентный характер, поэтому реализуется очень высокоэффективный теплообмен между газовым потоком и внутренней металлической (теплопроводной) стенкой камеры [2, с.74]. Эффективность такого теплообмена иногда на порядок превосходит эффективность теплообмена в обычном теплообменнике. Благодаря этому появляется возможность использовать стенку камеры энергоразделения вихревой трубы в качестве теплообменника.It is known that in the energy separation chamber the rotational gas flow has a pronounced turbulent character, therefore, a very highly efficient heat transfer between the gas stream and the inner metal (heat-conducting) wall of the chamber is realized [2, p. 74]. The efficiency of such heat transfer sometimes exceeds the efficiency of heat transfer in a conventional heat exchanger by an order of magnitude. This makes it possible to use the wall of the vortex tube energy separation chamber as a heat exchanger.

Если построить подобную схему холодильного устройства без использования вихревых труб, а на теплообменниках и обычных пневмодросселях, то такая эквивалентная схема может иметь вид (фиг.1-б). Нумерация эквивалентных элементов на этой схеме такая же, как и на фиг.1-а:If you build a similar scheme of a refrigeration device without the use of vortex tubes, but on heat exchangers and conventional pneumatic throttles, then such an equivalent circuit may have the form (Fig.1-b). The numbering of equivalent elements in this diagram is the same as in figure 1-a:

1 - пневмодроссель первой ступени;1 - pneumatic throttle of the first stage;

2 - пневмодроссель второй ступени;2 - pneumatic throttle of the second stage;

3 - холодоприемник;3 - cold receiver;

6 - прямой поток теплообменника первой ступени;6 - direct flow of the heat exchanger of the first stage;

8 - обратный поток теплообменника первой ступени;8 - return flow of the heat exchanger of the first stage;

13 - прямой поток теплообменника второй ступени;13 - direct flow of the heat exchanger of the second stage;

15 - обратный поток теплообменника второй ступени.15 - return flow of the heat exchanger of the second stage.

При сравнении этих идентичных схем можно увидеть, что устройство, изображенное на фиг.1-а, значительно проще и дешевле своего эквивалента, изображенного на фиг.1-б.When comparing these identical circuits, you can see that the device shown in Fig.1-a is much simpler and cheaper than its equivalent, shown in Fig.1-b.

В случае, если интенсивность теплообмена в последовательно соединенных камерах охлаждения 8 и 15 окажется недостаточной, например, из-за отсутствия оребрения на наружной поверхности камер энергообмена 6 и 13, и на выход 20 все равно подается холодный газ, то вход 4 первой ступени ➀ необходимо подключить через рекуперативный теплообменник 21, который обеспечит возврат холода (фиг.2) - нерасчетный режим работы.If the heat transfer rate in the successively connected cooling chambers 8 and 15 is insufficient, for example, due to the absence of fins on the outer surface of the energy exchange chambers 6 and 13, and cold gas is still supplied to output 20, then input 4 of the first stage ➀ is necessary connect through a recuperative heat exchanger 21, which will provide a return of cold (figure 2) - off-design mode of operation.

При этом вход в вихревую трубу первой ступени соединен с входом в устройство, а выход из охлаждающей полости камеры энергоразделения первой ступени соединен с выходом из устройства, причем соединены они через рекуперативный теплообменник.In this case, the entrance to the vortex tube of the first stage is connected to the entrance to the device, and the exit from the cooling cavity of the energy separation chamber of the first stage is connected to the exit from the device, and they are connected through a regenerative heat exchanger.

Возможно применение не только однопоточных (фиг.1...2), но и двухпоточных охлаждаемых вихревых труб (фиг.3, 4, 5, 6...). Применение двухпоточных вихревых труб позволяет для охлаждения не только использовать обычный дроссель-эффект (т.е. по своей сути, неохлаждаемая однопоточная вихревая труба ничем не отличается от обычного пневмодросселя), но и выводить из системы часть тепловой энергии и через стенку камеры энергообмена, и через горячий патрубок. Кроме того, нет необходимости сбрасывать в атмосферу горячий поток. Для этого горячий патрубок одной или всех двухпоточных вихревых труб соединяются с каналом обратного потока.It is possible to use not only single-flow (Fig. 1 ... 2), but also dual-flow cooled vortex tubes (Fig. 3, 4, 5, 6 ...). The use of two-stream vortex tubes allows for cooling not only to use the usual choke effect (i.e., in essence, an uncooled single-stream vortex tube is no different from a conventional pneumatic choke), but also to remove part of the thermal energy from the system through the wall of the energy exchange chamber, and through the hot pipe. In addition, there is no need to discharge a hot stream into the atmosphere. To do this, the hot pipe of one or all of the two-flow vortex tubes are connected to the return flow channel.

Здесь возможны следующие варианты (на примере двухступенчатой конструкции):The following options are possible here (using the two-stage design as an example):

- фиг.3 и 4. Первая ступень ➀ состоит из двухпоточной вихревой охлаждаемой вихревой трубы, которая в отличие от однопоточной вихревой трубы (фиг.2) имеет горячий патрубок 22, связанный через тройник-смеситель 23 с выходным патрубком 20. В такой конструкции применение теплообменника 21 (фиг.3) не всегда обязательно (фиг.4);- Figures 3 and 4. The first stage ➀ consists of a two-stream vortex cooled vortex tube, which, in contrast to the single-stream vortex tube (Fig. 2), has a hot pipe 22 connected through a tee-mixer 23 with an outlet pipe 20. In this design, the application heat exchanger 21 (figure 3) is not always necessary (figure 4);

- фиг.5 и 6. Вторая ступень ➁ состоит из двухпоточной вихревой охлаждаемой вихревой трубы, которая в отличие от однопоточной вихревой трубы имеет горячий патрубок 24, связанный через тройник-смеситель 25 с входным патрубком 9 охлаждающей полости 8 первой вихревой трубы. В зависимости от термодинамической задачи такое устройство может комплектоваться дополнительным теплообменником 26 (фиг.6), имеющим прямой 27 и обратный 28 каналы. При этом через прямой канал 27 теплообменника 26 соединяется холодный патрубок 5 первой вихревой трубы и вход 11 второй вихревой трубы, а через обратный канал 28 теплообменника 26 соединяется выход 17 охлаждающей полости 14 второй вихревой трубы с входом 9 охлаждающей полости 8 второй вихревой трубы. При этом в обратный поток 28 через тройник-смеситель 25 вводится поток, выходящий из горячего патрубка 24 второй вихревой трубы, причем вводиться такой поток может или после теплообменника (через тройник 25), или до теплообменника (такое возможное соединение на фиг.6 показано пунктиром 29);5 and 6. The second stage ➁ consists of a two-stream vortex cooled vortex tube, which, unlike a single-stream vortex tube, has a hot pipe 24 connected through a tee-mixer 25 to the inlet pipe 9 of the cooling cavity 8 of the first vortex pipe. Depending on the thermodynamic task, such a device can be equipped with an additional heat exchanger 26 (Fig.6), having a direct 27 and return 28 channels. In this case, through the direct channel 27 of the heat exchanger 26, the cold pipe 5 of the first vortex tube and the inlet 11 of the second vortex tube are connected, and through the return channel 28 of the heat exchanger 26, the outlet 17 of the cooling cavity 14 of the second vortex tube is connected to the input 9 of the cooling cavity 8 of the second vortex tube. In this case, a stream leaving the hot nozzle 24 of the second vortex tube is introduced into the return stream 28 through the tee-mixer 25, and such a stream can be introduced either after the heat exchanger (through the tee 25) or before the heat exchanger (such a possible connection is shown in dashed in Fig. 6 29);

- фиг.7, 8 и 9. Обе ступени ➀ и ➁ выполнены в виде двухпоточных вихревых охлаждаемых вихревых труб, имеющих горячие патрубки 22 и 24.- Figures 7, 8 and 9. Both stages ➀ and ➁ are made in the form of two-stream vortex cooled vortex tubes having hot nozzles 22 and 24.

Здесь также возможны варианты:Options are also possible here:

- холодильное устройство построено только на охлаждаемых двухпоточных вихревых трубах (фиг.7) - без теплообменников. Потоки, выходящие из горячих патрубков 22 и 24, вводятся в обратный поток через тройники-смесители 23 и 25;- the refrigeration device is built only on cooled dual-stream vortex tubes (Fig.7) - without heat exchangers. The streams leaving the hot nozzles 22 and 24 are introduced into the return flow through the tees-mixers 23 and 25;

- холодильное устройство построено с использованием теплообменников 21 и 26 (фиг.8, 9 и 10), при этом может быть либо один теплообменник 21 (фиг.8) или 26 (фиг.9), либо два теплообменника 21 и 26 (фиг.10).- the refrigeration device is constructed using heat exchangers 21 and 26 (Figs. 8, 9 and 10), while this can be either one heat exchanger 21 (Fig. 8) or 26 (Fig. 9), or two heat exchangers 21 and 26 (Fig. 10).

Получается, что ступени могут быть соединены между собой через рекуперативный теплообменник.It turns out that the steps can be interconnected through a regenerative heat exchanger.

Благодаря тому, что камеры энергообмена 6 и 13 совместно с охлаждающиими полостями 8 и 14 интенсивно реализуют процесс теплообмена между прямым и обратным потоками, то резко уменьшается потребная площадь теплообмена у вводимых в конструкцию теплообменников 21 и 26 (фиг.2, 3, 5, 6, 8...10). По сути, они всего лишь выполняют функцию компенсатора недорекуперации у высокоэффективного теплообменного аппарата «охлаждаемая вихревая труба», совмещающего в себе функции пневмодросселя и теплообменника. При грамотном расчете, при правильном проектировании и тщательном изготовлении рассмотренная конструкция вполне работоспособна и без рекуперативных теплообменников, функцию которых выполняют охлаждаемые вихревые трубы.Due to the fact that the energy exchange chambers 6 and 13, together with the cooling cavities 8 and 14, intensively implement the heat exchange process between the forward and reverse flows, the required heat exchange area for the heat exchangers 21 and 26 introduced into the design sharply decreases (Figs. 2, 3, 5, 6 , 8 ... 10). In fact, they only perform the function of a compensator for under-recovery of a highly efficient heat exchanger “cooled vortex tube”, combining the functions of a pneumatic throttle and a heat exchanger. With proper calculation, with proper design and careful manufacture, the considered design is quite functional even without recuperative heat exchangers, the function of which is performed by cooled vortex tubes.

Рабочая схема холодильного устройства может строиться не только из двух, но и из большего количества последовательно соединенных вихревых труб (ступеней). На фиг.11 показана схема подобного трехступенчатого ➀-➁-➂ холодильного устройства, построенная из трех однопоточных вихревых труб.The working scheme of a refrigeration device can be built not only from two, but also from a larger number of vortex tubes (steps) connected in series. 11 shows a diagram of such a three-stage ➀-➁-➂ refrigeration device constructed of three single-flow vortex tubes.

Кроме того, в процессе запуска холодильного устройства иногда возникает необходимость подстройки (регулировки) проходного сечения конечного дросселя. Лучше всего для этой цели подходит не вихревая труба, которая трудно поддается регулированию, а легко регулируемый игольчатый вентиль (пневмодроссель). Для этого холодный патрубок последней ступени, например ступени ➁, соединен с входом холодоприемника через пневмодроссель 30 (фиг.12).In addition, in the process of starting the refrigeration device, sometimes it becomes necessary to adjust (adjust) the flow area of the final choke. The best thing for this purpose is not a vortex tube, which is difficult to regulate, but an easily adjustable needle valve (pneumatic throttle). For this, the cold branch pipe of the last stage, for example stage ➁, is connected to the inlet of the cold receiver through an air throttle 30 (Fig. 12).

Таким образом, сущность изобретения в части способа заключается в том, что охлаждение камер энергоразделения вихревых труб, у которых рабочим потоком каждой последующей ступени является холодный поток предыдущей ступени, производится обратным потоком, выходящим из холодоприемника, последовательно пропускаемым в обратном порядке через охлаждающие полости камер энергоразделения вихревых труб, т.е. таким образом, что охлаждающим потоком камеры энергоразделения предыдущей ступени является поток, выходящий из охлаждающей полости камеры энергоразделения последующей ступени.Thus, the essence of the invention in terms of the method lies in the fact that the cooling of the energy separation chambers of the vortex tubes, in which the working stream of each subsequent stage is the cold stream of the previous stage, is carried out by the reverse stream leaving the cold receiver, sequentially passed in the reverse order through the cooling cavities of the energy separation chambers vortex tubes i.e. so that the cooling stream of the energy separation chamber of the previous stage is the stream exiting the cooling cavity of the energy separation chamber of the next stage.

А сущность изобретения в части устройства заключается в том, что охлаждающие полости камер энергоразделения последовательно соединенных вихревых труб также последовательно соединены, при этом такое соединение выполнено таким образом, что вход охлаждающей полости предыдущей ступени соединен с выходом последующей ступени, причем вход охлаждающей полости камеры энергоразделения последней ступени соединен с выходом холодоприемника.And the essence of the invention in terms of the device lies in the fact that the cooling cavities of the energy separation chambers of the series-connected vortex tubes are also connected in series, and this connection is made in such a way that the inlet of the cooling cavity of the previous stage is connected to the output of the next stage, and the entrance of the cooling cavity of the energy separation chamber of the last steps connected to the outlet of the cold receiver.

При этом вход в вихревую трубу первой ступени соединен с входом в устройство, а выход из охлаждающей полости камеры энергоразделения первой ступени соединен с выходом из устройства, причем соединены они через рекуперативный теплообменник, а ступени соединены между собой через рекуперативный теплообменник.In this case, the entrance to the vortex tube of the first stage is connected to the entrance to the device, and the exit from the cooling cavity of the energy separation chamber of the first stage is connected to the exit from the device, and they are connected through a recuperative heat exchanger, and the stages are interconnected via a recuperative heat exchanger.

Кроме того, горячий патрубок двухпоточной вихревой трубы соединен с каналом обратного потока, а холодный патрубок вихревой трубы последней ступени соединен с входом холодоприемника через пневмодроссель.In addition, the hot branch pipe of the two-stream vortex tube is connected to the return flow channel, and the cold branch pipe of the vortex tube of the last stage is connected to the inlet of the cold receiver through a pneumatic throttle.

В результате предложенный способ и устройство позволяют упростить конструкцию и повысить ее эффективность.As a result, the proposed method and device can simplify the design and increase its effectiveness.

Источники информацииInformation sources

1. Меркулов А.П. Вихревой эффект и его применение в технике. М.: Машиностроение, 1969.1. Merkulov A.P. Vortex effect and its application in technology. M.: Mechanical Engineering, 1969.

2. Суслов А.Д., Иванов А.В., Мурашкин А.В., Чижиков Ю.В. Вихревые аппараты. М.: Машиностроение. 1985.2. Suslov A.D., Ivanov A.V., Murashkin A.V., Chizhikov Yu.V. Vortex devices. M .: Engineering. 1985.

Claims (6)

1. Способ работы холодильного устройства, включающий последовательную (ступенчатую) подачу газового потока через несколько вихревых труб таким образом, что рабочим (входным) потоком вихревой трубы каждой последующей ступени является холодный поток предыдущей ступени, причем холодный поток последней ступени подается в холодоприемник для использования, при этом охлаждают камеры энергоразделения вихревых труб, отличающийся тем, что охлаждение камер энергоразделения вихревых труб производится обратным потоком, выходящим из холодоприемника, последовательно пропускаемым в обратном порядке через охлаждающие полости камер энергоразделения вихревых труб, т.е. таким образом, что охлаждающим потоком камеры энергоразделения предыдущей ступени является поток, выходящий из охлаждающей полости камеры энергоразделения последующей ступени.1. The method of operation of the refrigeration device, comprising a sequential (step) supply of a gas stream through several vortex tubes in such a way that the working (input) stream of the vortex tube of each subsequent stage is the cold stream of the previous stage, and the cold stream of the last stage is supplied to the cooler for use, while cooling the chambers of the energy separation of the vortex tubes, characterized in that the cooling chambers of the energy separation of the vortex tubes is produced by a reverse flow exiting the cold receiving IC, sequentially passed in reverse order through the cooling cavities of the vortex tube energy separation chambers, i.e. so that the cooling stream of the energy separation chamber of the previous stage is the stream exiting the cooling cavity of the energy separation chamber of the next stage. 2. Холодильное устройство, содержащее последовательно соединенные вихревые трубы таким образом, что вход каждой последующей ступени соединен с холодным патрубком предыдущей ступени, причем холодный патрубок последней ступени соединен с входом холодоприемника, а каждая камера энергоразделения всех вихревых труб заключена в герметичный корпус, образующий охлаждающую полость, отличающееся тем, что охлаждающие полости камер энергоразделения вихревых труб последовательно соединены, при этом такое соединение выполнено таким образом, что вход охлаждающей полости предыдущей ступени соединен с выходом последующей ступени, причем вход охлаждающей полости камеры энергоразделения последней ступени соединен с выходом холодоприемника.2. A refrigeration device comprising vortex tubes connected in series so that the inlet of each subsequent stage is connected to the cold pipe of the previous stage, the cold pipe of the last stage connected to the inlet of the cold receiver, and each energy separation chamber of all the vortex pipes is enclosed in a sealed enclosure forming a cooling cavity characterized in that the cooling cavities of the chambers of the energy separation of the vortex tubes are connected in series, while such a connection is made in such a way that the inlet of the cooling cavity of the previous stage is connected to the outlet of the next stage, and the inlet of the cooling cavity of the energy separation chamber of the last stage is connected to the outlet of the cold receiver. 3. Холодильное устройство по п.2, отличающееся тем, что вход в вихревую трубу первой ступени соединен с входом в устройство, а выход из охлаждающей полости камеры энергоразделения первой ступени соединен с выходом из устройства, причем соединены они через рекуперативный теплообменник.3. The refrigeration device according to claim 2, characterized in that the entrance to the vortex tube of the first stage is connected to the entrance to the device, and the outlet from the cooling cavity of the energy separation chamber of the first stage is connected to the exit from the device, and they are connected through a regenerative heat exchanger. 4. Холодильное устройство по п.2, отличающееся тем, что ступени соединены между собой через рекуперативный теплообменник.4. The refrigeration device according to claim 2, characterized in that the steps are interconnected via a recuperative heat exchanger. 5. Холодильное устройство по п.2, отличающееся тем, что горячий патрубок двухпоточной вихревой трубы соединен с каналом обратного потока.5. The refrigeration device according to claim 2, characterized in that the hot pipe of the two-flow vortex tube is connected to the return flow channel. 6. Холодильное устройство по п.2, отличающееся тем, что холодный патрубок вихревой трубы последней ступени соединен с входом холодоприемника через пневмодроссель.6. The refrigeration device according to claim 2, characterized in that the cold branch pipe of the vortex tube of the last stage is connected to the inlet of the cold receiver through a pneumatic throttle.
RU2004112119/06A 2004-04-20 2004-04-20 Cooling device operation method and cooling device RU2282801C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004112119/06A RU2282801C2 (en) 2004-04-20 2004-04-20 Cooling device operation method and cooling device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004112119/06A RU2282801C2 (en) 2004-04-20 2004-04-20 Cooling device operation method and cooling device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2004112119A RU2004112119A (en) 2005-10-10
RU2282801C2 true RU2282801C2 (en) 2006-08-27

Family

ID=35850954

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2004112119/06A RU2282801C2 (en) 2004-04-20 2004-04-20 Cooling device operation method and cooling device

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2282801C2 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3775988A (en) * 1969-05-23 1973-12-04 L Fekete Condensate withdrawal from vortex tube in gas liquification circuit
RU2113662C1 (en) * 1996-03-26 1998-06-20 Акционерное общество закрытого типа "Центр международных деловых проектов "Интербизнеспроект" Refrigerator
RU2168124C2 (en) * 1999-06-15 2001-05-27 ЗАО "Сигма-Газ" Method for liquefaction of natural gas

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3775988A (en) * 1969-05-23 1973-12-04 L Fekete Condensate withdrawal from vortex tube in gas liquification circuit
RU2113662C1 (en) * 1996-03-26 1998-06-20 Акционерное общество закрытого типа "Центр международных деловых проектов "Интербизнеспроект" Refrigerator
RU2168124C2 (en) * 1999-06-15 2001-05-27 ЗАО "Сигма-Газ" Method for liquefaction of natural gas

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
МЕРКУЛОВ А.П. Вихревой эффект и его применение в технике. - М.: Машиностроение, 1969, с.111, 112, рис.6.14. *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2004112119A (en) 2005-10-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100445669C (en) air cooling system
JP6560746B2 (en) Compressor device and cooler applicable to the compressor device
NO20005576D0 (en) Reversible evaporation process
US3621667A (en) Cooling apparatus and process
WO2011108780A1 (en) Chiller
RU2282801C2 (en) Cooling device operation method and cooling device
CN105910346B (en) Shell and tube condenser
CN113251681A (en) Refrigeration system with a plurality of heat absorption heat exchangers
US3383871A (en) Apparatus for transporting cold to a remote location using an expansion ejector
US20050092472A1 (en) Heat exchange system
RU2178129C2 (en) Method of liquefaction of gas and gas liquefaction unit for realization of this method
CN118119802A (en) cooling system
SU826159A1 (en) Multistage vortex-type refrigerating plant
RU2241920C2 (en) Cooling device operation method and cooling device
RU2305230C2 (en) Cooling apparatus operation method and cooling apparatus
RU2191957C1 (en) Method of operation of gas liquefier and gas liquefier for realization of this method
RU2193739C2 (en) Cooling device and its operating process
RU2001129493A (en) METHOD FOR OPERATING A REFRIGERATING DEVICE AND A REFRIGERATING DEVICE
JPH04116348A (en) Nearly reverse ericsson cycle refrigerating machine
CN101076696B (en) freezer
RU2265167C2 (en) Liquefier and operational method thereof
RU2119132C1 (en) Method of operation of air refrigerating machine
SU775546A1 (en) Throttle refrigerating equipment
KR102378843B1 (en) Heatpump for always counterflow
RU2000105623A (en) METHOD OF WORKING THE COOLING DEVICE AND THE COOLING DEVICE

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20130421