Спосіб отримування холоду та пристрій для його реалізації

Изобретение относится к холодильной технике и в частности предназначено для охлаждения кабин водителей транспортных средств в жаркое время года, а также помещений для других категорий трудящихся работающих в условиях повышенной температуры. Предложенное техническое решение может быть использовано также для охлаждения различных продуктов в бытовых и производственных условиях. Известны технические решения, в которых в качестве хладагента используют сжатый воздух. В большинстве случаев в таких устройствах используют эффект Джоуля-Томпсона. Эффект основан на охлаждении воздуха при его адиабатическом расширении. К таким разработкам относится "Способ получения холода" [Авт.св. СССР № 1260647, кл. F 25 В 9/02, опублик.°30.09.85]. Сущность способа заключается в получении холода при адиабатическом расширении предварительно сжатого воздуха с акустическим генерированием волн и отвода энергии колебания с преобразованием ее в электрическую энергию для повышения эффективности охлаждения, Недостатками всех технических решений, использующих эффект Джоуля-Томпсона, в том числе упомянутого технического решения являются: - низкая термодинамическая эффективность из-за необходимости снятия большого количества тепла, возникающего при сжатии газа до высоких давлений (150-200 кгс/см2); -трудности реализации способа связанные с необходимостью применения сложных элементов автоматического регулирования давления на входе в дросселирующее сечение; - повышенная опасность установки из-за наличия в ее системе сжатого газа высокого давления; - высокая шумность, связанная с высокоскоростным истечением газа через дросселирующее отверстие и другие регулирующие элементы; В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа получения холода путем повышения термодинамической эффективности процесса охлаждения воздуха за счет снижения и исключения энергозатрат на предварительное сжатие и охлаждение воздуха перед дросселированием, а также исключения применения в системе высоких давлений воздуха и снижение шумности процесса охлаждения. Задача усовершенствования способа получения холода выполнена тем, что перепад давления в цикле дросселирования воздуха создают путем отсоса воздуха со стороны низкого давления дросселирующего элемента, что способствует течению атмосферного воздуха охлаждаемого объема в вакуум в режиме рециркуляции для получения за счет внутренней энергии атмосферного воздуха. Предложенный способ охлаждения воздуха позволяет повысить термодинамическую эффективность получения холода за счет более полного использования потенциальной энергии атмосферного воздуха, т.к. истечение воздуха происходит в вакуум без теплообмена с окружающей средой. Существующий способ охлаждения предусматривает истечение сжатого воздуха в область повышенного давления. Термодинамические процессы, происходящие в зоне расширения воздуха у предложенного и существующего различны. Для конструктивного решения реализующего предложенный способ были рассмотрены существующие технические решения. Наиболее близким, по технической сущности, является "Дроссельная установка замкнутого цикла" [Авт.св. СССР № 620761, кл. F 25 В 9/02, опублик. 25.08.78]. Дроссельная установка содержит цилиндр двойного действия, к рабочим полостям которого через концевой холодильник и регенераторы подключено дроссельное устройство. Регенераторы разделены на отдельные секции и гидравлически связаны между собой эжекторами двойного действия, а дроссельное устройство выполнено в виде двух отдельных дросселей, каждый из которых подключен к последней секции соответствующего регенератора и одной из камер смешения эжектора, соединяющего холодные концы последних секций регенераторов. Недостатки конструкции прототипа связаны с принятым способом получения холода, при котором используют сжатый газ, а именно: низкая термодинамическая эффективность получения холода, шумность процесса и повышенная опасность эксплуатации устройства. В основу изобретения поставлена задача реализации предложенного способа получения холода и обеспечение повышения термодинамической эффективности, связанного с сущностью этого способа. Кроме этого обеспечить снижение шумности процесса получения холода за счет исключения из процесса сжатия воздуха, а это, в свою очередь, явилось повышением безопасности обслуживания устройства при получении холода. Выполнение поставленной задачи обеспечено тем, что устройство выполнено в виде емкости, разделенной перегородкой с образованием двух полостей, причем первая полость снабжена блоком расширительных сопел и фланцами, при этом один из фланцев связан трубопроводом со второй полостью, а на другой установлен коллектор системы вакумирования, состоящей из цилиндров, открытых с одной стороны, и всасывающих клапанов, размещенных на проточных каналах донышек цилиндров, и поршней с клапанами, установленными на них со стороны открытых торцов цилиндров, причем поршни снабжены тягами, которые связаны с тихоходным приводом, размещенным снаружи рабочей полости охлаждения. Достижение поставленной задачи, обеспечиваемое новой совокупностью, объясняется следующим. В прототипах, включающих в свою основу способ охлаждения воздуха, связанный с эффектом ДжоуляТомпсона, наблюдается низкая термодинамическая эффективность. Низкая термодинамическая эффективность связана с тем, что процесс охлаждения воздуха ведут при избыточном давлении. Для создания высокого давления необходимо подводить энергию, что способствует нагреву воздуха, а это, в свою очередь, требует затрат дополнительной энергии на охлаждение воздуха до температуры окружающей среды. В силу этого КПД процесса охлаждения воздуха невысок. Предложенный способ охлаждения основан на том, что процесс ведется при давлении ниже атмосферного, а это исключает затраты энергии на предварительное сжатие и отвод тепла, возникающего при сжатии воздуха, перед адиабатическим расширением для получения холода. Кроме того рецир-куляция воздуха производится в безнапорном режиме, при малой скорости и большом ходе перемещения поршня, что также снижает тепловыделения, вызываемое трением поршня о цилиндр. Все это способствует повышению термодинамической эффективности процесса охлаждения. Описанные признаки предложенного способа охлаждения по научно-технической и патентной литературе не выявлены. Исходя из этого можно сделать вывод, что разработка соответствует критерию "Новизна". Конструктивный признак "Устройство выполнено в виде емкости, разделенной перегородкой с образованием двух полостей, причем первая полость снабжена блоком расширительных сопел и фланцами, а на другом установлен коллектор системы, вакуумирования" по патентной и научно-технической литературе не выявлен. Конструктивный признак "система вакуумирования состоящая из цилиндров, открытых с одной стороны, и всасывающих клапанов, размещенных на проточных каналах донышек цилиндров, и поршней с клапанами, установленными на них со стороны открытых торцов цилиндров, причем поршни снабжены тягами, которые связаны с тихоходным приводом, размещенным снаружи рабочей полости охлаждения" по патентной и научно-технической литературе выявлено следующее. В технической литературе имеются системы вакуумирования. Однако конструкция цилиндров, размещение клапанов всасывания и нагнетания, а также вынос двигателя за пределы рабочей полости охлаждения в комплексе способствуют выполнению поставленной задачи - повышению термодинамической эффективности устройства. Таким образом, учитывая, что ряд отличительных признаков предлагаемой совокупности неизвестен вообще, а остальные проявляют в заявленном объекте свойства, отличные от свойств, проявляемых ими в известных решениях, можно сделать вывод о соответствии предложения критерию "Новый изобретательский уровень". По сравнению с известными техническими решениями, реализующим способы и конструкции с использованием адиабатического расширения воздуха, предложенное наиболее простое и безопасное в эксплуатации. Устройство, предложенное автором, более эффективно в работе, т.к. использует более прогрессивный способ охлаждения воздуха. Устройство может быть изготовлено на любом машиностроительном заводе, цехе, мастерской, поэтому оно отвечает критерию "Промышленная применимость". Конструктивный признак "Привод безнапорных насосов размещен на стенке с внешней стороны рабочего объема холодильной камеры и включает в себя высокооборотный двигатель, кинематически связанный с планетарным редуктором и кривошипно-шатунным механизмом, соединенным споршнями безнапорных насосов", по научно-технической и патентной литературе выявлено следующее: В технике используют аналогичные кинематические схемы приводного механизма. Однако эта конструктивная связь выполнена таким образом, чтобы обеспечить повышение КПД холодообразования за счет увеличения хода и снижения скорости перемещения поршней безнапорного насоса. Кроме этого, приводная часть является радиатором отвода тепла, которое образуется за счет подвода энергии на привод, в атмосферу. Таким образом, учитывая, что ряд отличительных признаков предлагаемой совокупности не известен вообще, а остальные проявляют в заявленном объекте свойства отличные от свойств проявляемых ими в известных решениях, можно сделать вывод о соответствии предложения критерию "Изобретательский уровень". На чертеже показано устройство, реализующее предложенный способ получения холода. Устройство включает в себя корпус 1 охлаждаемого объема, в котором размещен двухполостной охладитель 2 с первой полостью 3 и второй полостью 4. Полости имеют перегородку 5 с отверстиями, в которые герметично установлены пакет расширительных сопел 6. Корпуса этих сопел полностью размещены в первой полости. Малые отверстия расширительных сопел обращены в охлаждаемый рабочий объем, а большие отверстия расширительных сопел связаны со второй полостью. Первая и вторая полости разрежения связаны трубопроводом 7 с помощью фланцев 8,9. Первая полость имеет фланец 10, к которому прикреплен коллектор 11, всасывающие фланцы которого 12, 13 пристыкованы к безнапорному вакуумнасосу, один из цилиндров 14 которого имеет всасывающий клапан 15, поршень 16, проточный канал 17 поршня, выталкивающий дисковый клапан 18, шарнир 19, тягу 20. Аналогичные элементы имеет цилиндр 21. К ним относятся всасывающий клапан 22, поршень 23, проточный канал 24, выталкивающий клапан 25, шарнир 26, тяга 27. Приводная часть устройства включает в себя стойки 28,29, 30, коленчатый вал 31, планетарный редуктор 32, муфту 33, высокооборотный электродвигатель 34. Работает устройство следующим образом. Включением высокоборотного электродвигателя 34 приводится в движение приводной механизм, d том числе планетарный редуктор 32 и коленчатый вал 31. При вращении коленчатого вала в противофазе движутся поршни 16 и 23, связанные тягами 20,27. При этом безнапорный компрессор обеспечивает фазы всасывания и выталкивания воздуха, забираемого из полостей 3 и 4, соединенных трубопроводом 7. Поступление воздуха происходит из рабочей охлаждаемой полости, ограниченной корпусом 1 камеры охлаждения. Воздух через малые отверстия расширительных сопел 6 поступает внутрь, где расширяясь охлаждается и выходит через большие отверстия сопел в полость 4, затем через трубопровод 7 попадает в полость 3, где омывает внешние поверхности расширительных трубок, охлаждает поступающий воздух, движущийся в циркуляционном режиме в течение времени, необходимом для достижения температуры его охлаждения. По сравнению с известными техническими решениями, реализующими способы и конструкции с использованием адиабатического расширения воздуха, предложенное наиболее простое и безопасное в эксплуатации. Устройство, предложенное автором, более эффективно в работе, т.к. использует более прогрессивный способ охлаждения воздуха. Устройство может быть изготовлено на любом машиностроительном заводе, цехе, мастерской, поэтому оно отвечает критерию "Промышленная применимость".