Пульсаційний газоохолоджувач

1 Пульсаційний газоохолоджувач який містить корпус з підвідним і відвідним патрубками, газорозподілювач що має встановлений з можливістю обертання золотник з соплами та приймальні трубки розміщені під кутом до радіуса зо Винахід належить до холодильної та кріогенної техніки, більш конкретно, до пристроїв для охолодження чи розділення газів Протягом останніх 20 років провадяться дослідження в галузі альтернативного джерела холоду на базі пульсаціиних (хвильових) генераторів холоду в основі яких є використання роботи розширення стиснутого газу в пульсаційній (резонансній) трубі з перетворенням м в тепло і наступним відведенням його в зовнішнє середовище Перевагою таких джерел холоду є можливість одержання високого ккд при простоті пристрою і великий ресурс роботи завдяки відсутності в них механічно навантажених рухомих елементів Єдиним пересувним елементом в пупьсаційному генераторі є золотник з соплами для періодичного подавання стиснутого газу в резонансні (приймальні) трубки і періодичного випуску з них холодного газу який обертається зі швидкістю 3-6 тис об/хвилину Відомий пульсаційний охолоджувач [1], який містить корпус, газорозподілювач з радіальними соплами та приймальні трубки В корпусі встановлена внутрішня обичайка, яка поділяє його на дві порожнини Зовнішня порожнина сполучена з патрубками підводу та відводу отепленого газу низького тиску і заповнена приймальними трубками, що виконані у вигляді змійовиків а у внутрішній по лотника, і систему тепловідводу, який відрізняється тим що система тепловідводу ви конана у вигляді вентилятора, встановленого на осі золотника в ЗОНІ гарячих КІНЦІВ приймальних трубок і колектора 2 Пульсаційний газоохолоджувач no n 1, який відрізняється тим, що приймальні трубки виконані прямокутними з утоньшєними стінками, розміщеними впритул одна до одної 3 Пудьсаційний газоохолоджувач по п 2, який відрізняється тим що площа стінок в зоні їхнього контакту не перевищує 10% площі розрізу приймальної трубки 4 Пульсаційний газоохолоджувач по п 1, 2 та З який відрізняється тим що на холодних частинах корпусу газорозподілювача та трубок розміщений шар теплоізоляції рожнині розміщені труби колектора охолодженого газу та привід обертання Як і запропонований винахід, відомий аналог має корпус в якому розміщені газорозподілювач з соплами, всгановпений з можливістю обертання приймальні труби один кінець яких сполучений з соплами, колектор і систему відведення тепла Причиною яка перешкоджає отриманню технічного результату, є відведення тепла за допомогою прокачування отепленого газу низького тиску, що здійснюється завдяки пристрою, розміщеному за межами корпусу Для забезпечення роботи пристрою необхідні витрати енергн, а це знижує ккд газоохолоджувача Прототипом Еибраний пупьсаційний газоохолоджувач [2], який містить корпус з ПІДВІДНИМ І відвідним патрубками газорозлоділювач що включає золотник з соплами встановлений з можливістю обертання та приймальні трубки вісь яких розміщена під кутом відносно радіуса золотника Приймальні трубки сполучені з камерою що з'єднана з відвідним патрубком Для здійснення автономного приводу золотника його канал має вигин, що дає можливість здійснювати обертання золотника під дією реактивної сипи Як і запропонований винахід, прототип має корпус з ПІДВІДНИМ та ВІДВІДНИМ патрубками, га CM 00 ю О) со тепла від гарячих кінців приймальних трубок,що знижує термодинамічний ккд пристрою 8 основу винаходу покладено завдання створити такий охолоджувач з автономним приводом золотника, в якому встановлення вентилятора на осі золотника в зоні гарячих кінців приймальних трубок та колектора дозволило б створити ефект гальмування, перевести частину потенційної енергії' стиснутого газу в механічну енергію І одночасно ПІДВИЩИТИ ефективність відводу тепла від гарячих кінців приймальних трубок і колектора, і за рахунок цього підвищити термодинамічний ккд газооуолоджувача Суть винаходу полягає в тому, що в пульсаційному газоохолоджувачі, який містить корпус з ПІДВІДНИМ і відвідним патрубками, газорозподіпювач, що має встановлений з можливістю обертання золотник з соплами та приймальні трубки, розміщені під кутом до радіуса чолотника, і систем/ тепловідводу, система тепловідводу виконана у вигляді вентилятора, встановленого нэ осі золотника в зоні гарячих кінців приймальних трубок і колектора Суть винаходу полягає також в тому, що приймальні трубки виконані прямокутними з потоншеними стінками, розміщеними впритул одна до ОДНО1 Суть винаходу полягає також в тому, що площа стінок в зоні їхнього контакту не перевищує 10% площі розрізу приймальної трубки Суть винаходу полягає також в тому, що на холодних частинах корпусу газорозподілювача розміщений шар теплоізоляції' Пропонуємий винахід відрізняється від прототипа тим, що система тепловідводу виконана у вигляді вентилятора, встановленого на осі золотника в зоні гарячих кінців приймальних трубок і колектора Пропонуємий винахід відрізняється від прототипа тим, що для зменшення перетікання стиснутого газу в порожнину вихідного патрубка приймальні трубки виконані прямокутними з потоншеними стінками, розміщеними впритул одна до одної Пропонуємий винахід відрізняється від прототипа тим, що оптимальна площа стінок в зоні їхнього контакту не перевищує 10% площі розрізу приймальної трубки Пропонуємий винахід відрізняється від прототипа тим, що для зменшення холодовтрат в зо. нах проходження холодного газу на холодних частинах корпусу газорозподілюеача та трубок розмі, идений шар теплоізоляції Між сукупністю суттєвих ознак винаходу, * який заявляється, і технічним завданням, якого ч можливо досягти, існує такий причинно-наслідковий зв'язок. ри иіринкнь підвищенню термодинамічного ккд газоохолоджувача Приймальні трубки газоохолоджувача з боку газу, що вдувається, виконані прямокутними з малою товщиною стінки В такому виконанні при розміщенні трубок впритул одна до одної площа "мертвої' зони" мінімальна і може складати менш 10% площі поперечного розрізу приймальної трубки Таке низьке значення площі "мертвої зони" практично виключає збільшення тиску газу, що витікає з сопла золотника, що в свою чергу призводить до зниження перетікання газу в зазорі між золотником і приймальними трубками Вищезазначений фактор перетікання стиснутого газу в порожнину вихідного патрубка також підвищує термодинамічний ккд газоохолоджувача На холодних елементах газоохолоджувача газорозподілювачі, холодній поверхні приймальних трубок, нижній частині корпуса еазоохолоджувача, вихідному патрубку холодного газу розміщено шар теплоізоляційного матеріалу. Це зменшує холодовтрати в навколишнє середовище І дає можливість одержати більш низьку температуру на виході газоохолоджувача На кресленні зображена схема газоохолоджувача, що підтверджує можливість реалізації винаходу. На фіг. 1 зображений загальний вигляд пристрою (розріз поперек), на фіг 2 розріз по А-А, на фіг 3 - розріз по Б-Б Пульсаційний газоохолоджувач містить корпус 1 з підвідним 2 і відвідним 3 патрубками, газорозподілювач 4 з золотником 5 І приймальними трубками 6 Золотник 5 має два сопла 7. розміщені під кутом а відносно радіуса золотника 5. Приймальні трубки 6 спрямовані в напрямку поступаючого газу і розміщені під кутом р відносно радіуса " золотника 5 Кути a t | розраховуються при конст3 руюванні і залежать від щільності газу, швидкості обертання золотника і деяких інших факторів. В даному прикладі реалізації винаходу кути а та р співпадають. Таке розміщення приймальних трубок 6 І сопеп 7 при вдуві газу з сопла 7 в приймальну трубку 6 за рахунок реактивної сили створює умови до обертання золотника 5 Сопла 7 з'єднані з каналом 8, розміщеним у валі 9 золотника 5 і сполучені з вхідним патрубком 2. Вал 9 золотника 5 закріплений на двох підшипниках 10 і 11. З метою усунення перетікання газу вал 9 золотника 5 має ущільнення 12 І 13, що можуть бути лабіринтними. На кінці валу 9 розміщений вентилятор 14, прийом холодного повітря, яким здійснюється за допомогою вікон 15, а викидання гарячого повітря - за допомогою вікон 16. Вентилятор 14 розміщений в зоні гарячих кінців приймальних трубок 6 і колектора 17 Газорозподіпювач містить приймальну порожнину 13, де відбувається розширення стиснутого газу, і колектор 19 сполучений з приймальною порожниною 18 отвоппм ?П Ня УПППЛМИУ у JUJIUIHWKy О, ЯКИЙ дією реактивної сили із швидкістю 500-6000 виходить стиснутий газ із звуковою швидкіст рапляє у відкритий торець приймальної тру ударною хвилею стискує газ, який в ній зна; ся. У процесі стиснення газу у трубці 6, газ, дається, віддає останньому свою кінетичну є охолоджується, зупиняється І набуває шви/: зворотному напрямку, а нагрітий газ у трубці цю енергію у зовнішнє середовище крізь стіні ні прокачки повітря вентилятором 14 Газ, що витікає з сопел 7, частину сі нетичної енергії витрачає на обертання зол 5 з встановленим на його валу вентилятор внаслідок чого має місце зниження рівня Фіг. 2 • Відкрите ак Україна, 8800 (03122) З УКРАЇНА (19) UA 39582 із) А ( (51) 7 F25B9/00 МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ ОПИС ДЕРЖАВНИЙ ДЕПАРТАМЕНТ ІНТЕЛЕКТУАЛЬНОЇ ВЛАСНОСТІ ДО ДЕКЛАРАЦІЙНОГО ПАТЕНТУ НА ВИНАХІД видається під відповідальність власника патенту (54) ПУЛЬСАЦІЙНИЙ ГАЗООХОЛОДЖУВАЧ (21)2000106000 (22)24 10 2000 (24)15 06 2001 (46) 15 06 2001 Бюл № 5, 2001 р (72) Гетманець Володимир Федорович Михапьченко Рем Сергійович, Ковальов Серий Єгорович, {ончаренко Леонід Гаврилович (73) ГЕТМАНЕЦЬ ВОЛОДИМИР ФЕДОРОВИЧ, МИХАЛЬЧЕНКО РЕМ СЕРГІЙОВИЧ, КОВАЛЬОВ СЕРГІЙ ЄГОРОВИЧ, ГОНЧАРЕНКО ЛЕОНІД ГАВРИЛОВИЧ (57) 1 Пульсаційний газоохолоджувач який міс тить корпус з ПІДВІДНИМ і ВІДВІДНИМ патрубками, газорозподілювач що має встановлений з можливістю обертання золотник з соплами та приймальні трубки, розміщені під кутом до радіуса зо Винахід належить до холодильної та кріогенної техніки, більш конкретно, до пристроїв для охолодження чи розділення газів Протягом останніх 20 років провадяться дослідження в галузі альтернативного джерела холоду на базі пульсаційних (хвильових) генераторів холоду, в основі яких є використання роботи розширення стиснутого газу в пульсаційній (резонансній) трубі з перетворенням її в тепло і наступним відведенням його в зовнішнє середовище Перевагою таких джерел холоду є можливість одержання високого ккд при простоті пристрою і великий ресурс роботи завдяки відсутності в них механічно навантажених рухомих елементів Єдиним пересувним елементом в пульсаційному генераторі є золотник з соплами для періодичного подавання стиснутого газу в резонансні (приймальні) трубки і періодичного випуску з них холодного газу який обертається зі швидкістю 3-6 тис об/хвилину Відомий пульсаційний охолоджувач [1], який містить корпус, газорозподілювач з радіальними соплами та приймальні трубки В корпусі встановлена внутрішня обичайка, яка поділяє його на дві порожнини Зовнішня порожнина сполучена з патрубками підводу та відводу отепленого газу низького тиску і заповнена приймальними трубками, що виконані у вигляді ЗМІЙОВИКІВ а у внутрішній по лотника, і систему тепловщводу, який відт різняється им що система тепловідводу виконана у вигляді вентилятора, встановленого на осі золотника в зон; гарячих КІНЦІВ приймальних трубок і колектора 2 Пульсаційний газоохолоджувач по п 1. який відрізняється тим, що приймальні трубки виконані прямокутними з утоньшеними стінками, розміщеними впритул одна до одної 3 Пудьсаційний газоохолоджувач по п 2, який відрізняється тим що площа стінок в зоні їхнього контакту не перевищує 10% площі розрізу приймальної трубки 4 Пульсаційний газоохолоджувач по п 1, 2 та З який відрізняється тим що на холодних частинах корпусу газорозгюділювача та трубок розширений шар теплоізоляції рожнині розміщені труби колектора охолодженого газу та привщ обертання Як і запропонований винахід, відомий аналог має корпус в якому розміщені газорозподілювач з соплами, встановлений з можливістю обертання, приймальні труби один кінець яких сполучений з соплами, колектор і систему відведення тепла Причиною, яка перешкоджає отриманню технічного результату, є відведення тепла за допомогою прокачування отепленого газу низького тиску, що здійснюється завдяки пристрою, розміщеному за межами корпусу Для забезпечення роботи пристрою необхідні витрати енергії, а це знижує ккд газоохолоджувача Прототипом іибраний пульсаційний газоохолоджувач [2] який містить корпус з ПІДВІДНИМ і ВІДВІДНИМ патрубками, газорозподілюваи, що включає золотник з соплами встановлений з можливістю обертання та приймальні трубки, вісь яких розміщена під кутом відносно радіуса золотника Приймальні трубки сполучені з камерою, що з'єднана з ВІДВІДНИМ патрубком Для здійснення автономного приводу золотника його канал має вигин, що дає можливість здійснювати обертання золотника під дією реактивної сили Як і запропонований винахід, прототип має корпус з ПІДВІДНИМ та ВІДВІДНИМ патрубками, га CM 00 ю СП со О) 39582 зорозподілювач. що містить встановлений з можливістю обертання золотник з соплами та приймальні трубки, розміщені під кутом до радіуса золотника, та систему тепловідводу Причиною, яка перешкоджає отриманню технічного результату є неефективне використання роботи розширення газу та неефективний відвід тепла від гарячих кінців приймальних трубок.що знижує термодинамічний ккд пристрою В основу винаходу покладено завдання створити такий охолоджувач з автономним приводом золотника, в якому встановлення вентилятора на осі золотника в зоні гарячих кінців приймальних трубок та колектора дозволило б створити ефектгальмування, перевести частину потенційної енергії' стиснутого газу в механічну енергію і одночасно підвищити ефективність відводу тепла від гарячих кінців приймальних трубок і колектора, і за рахунок цього підвищити термодинамічний ккд газоохолоджувача Суть винаходу полягає в тому, що в пульсаційному газоохолоджувачі, який містить корпус з ПІДВІДНИМ і відвідним патрубками, газорозподілювач, що мас встановлений з можливістю обертання золотник з соплами та приймальні трубки, розміщені під кутом до радіуса чолотника, і систему тепловідводу, система тепловідводу виконана у вигляді вентилятора, встановленого на осі золотника о зоні гарячих кінців приймальних трубок і колектора Суть винаходу полягає також в тому, що приймальні трубки виконані прямокутними з потоншеними стінками, розміщеними впритул одна до ОДНО' Суть винаходу полягає також в тому, що площа стінок в зоні їхнього контакту не перевищує 10% ПЛОЩІ рсзр«зу приймальної трубки Суть винаходу полягає також в тому, що на холодних частинах корпусу газорозподілювача розміщений шар теплоізоляції Пропонуємий винахід відрізняється від прототипа тим, що система тєпловідводу виконана у вигляді вентилятора, встановленого на осі золотника в зоні гарячих кінців приймальних трубок і колектора Пропонуємий винахід відрізняється від прототипа тим, що для зменшення перетікання стиснутого газу в порожнину вихідного патрубка приймальні трубки виконані прямокутними з потоншеними стінками, розміщеними впритул одна до одної' Пропонуємий винахід відрізняється від прототипа тям, що оптимальна площа стінок в зоні їхнього контакту не перевищує 10% площі розрізу приймальної трубки Пропонуємий винахід відрізняється від прототипа тим, що для зменшення холодовтрат в зонах проходження холодного газу на холодних частинах корпусу газорозподілювача та трубок розміщений шар теплоізоляції. Між сукупністю суттєвих ознак винаходу, який заявляється, і технічним завданням, якого можливо досягти, існує такий причинно-наслідковий зв'язок. Обертання вентилятора встановленого на ваду золотника забезпечується за рахунок енергії стиснутого газу. Вентилятор створює ефект гальмування золотника, при цьому частина потенційної енергії стиснутого газу перетворюється в механічну Одночасно вентилятор забезпечує обдування повітрям гарячих кінців приймальних труб і колектора, знижуючи їх температуру. Обидва ці фактори сприяють підвищенню термодинамічного ккд газоохолоджувача. Приймальні трубки газоохолоджувача з боку газу, що вдувається, виконані прямокутними з малою товщиною стінки В такому виконанні при розміщенні трубок впритул одна до одної площа "мертвої зони" мінімальна і може складати менш 10% площі поперечного розрізу приймальної трубки Таке низьке значення площі "мертвої зони" практично виключає збільшення тиску газу, що витікає з сопла золотника, що в свою чергу призводить до зниження перетікання газу в зазорі між золотником і приймальними трубками. Вищезазначений фактор перетікання стиснутого газу в порожнину вихідного патрубка також підвищує термодинамічний ккд газоохолоджувача. На холодних елементах газоохолоджувача газорозподілювачі, холодній поверхні приймальних трубок, нижній частині корпуса газоохолоджувача, вихідному патрубку холодного газу розміщено шар теплоізоляційного матеріалу. Це зменшує холодовтрати в навколишнє середовище і дає можливість одержати більш низьку температуру на виході газоохолоджувача На кресленні зображена схема газоохолоджувача, що підтверджує можливість реалізації винаходу. На фіг. 1 зображений загальний вигляд пристрою (розріз поперек), на фіг. 2 розріз по А-А, на фіг 3 - розріз по Б-Б. Пульсаційний газоохолоджувач містить корпус 1 з підвідним 2 і відвідним 3 патрубками, газорозподілювач 4 з золотником 5 і приймальними трубками 6 Золотник 5 має два сопла 7, розміщені під кутом а відносно радіуса золотника 5. Приймальні трубки б спрямовані в напрямку поступаючого газу і розміщені під кутом р відносно радіуса золотника 5. Кути а і р розраховуються при конструюванні і залежать від щільності газу, швидкості обертання зопотника і деяких інших факторів. В даному прикладі реалізації винаходу кути а та р співпадають. Таке розміщення приймальних трубок 6 і сопел 7 при вдуві газу з сопла 7 в приймальну трубку 6 за рахунок реактивної сили створює умови до обертання золотника 5 Сопла 7 з'єднані з каналом 8, розміщеним у валі 9 золотника 5 і сполучені з вхідним патрубком 2. Вал 9 золотника 5 закріплений на двох підшипниках 10 і 11. З метою усунення перетікання газу вал 9 золотника 5 має ущільнення 12 і 13, що можуть бути лабіринтними. На кінці валу 9 розміщений вентилятор 14, прийом холодного повітря, яким здійснюється за допомогою вікон 15, а викидання гарячого повітря - за допомогою вікон 16. Вентилятор 14 розміщений в зоні гарячих кінців приймальних трубок 6 і колектора 17 Газорозподілювач містить приймальну порожнину 18, де відбувається розширення стиснутого газу, і колектор 19 сполучений з приймальною порожниною 18 отвором 20. На холодних елементах газоохолоджувача - газорозподілювачі 4, холодних частинах приймальних трубок 6, нижній частині корпусу газоо 39582 холоджувача та на відвідному патрубку 3 розміщений шар теплоізоляційного матеріалу 21 Робота пульсаційного газоохолоджувача здійснюється таким чином Стиснутий газ, який треба охолодити, по підвідному патрубку 2, каналу 8 золотника 5 спрямовують до сопла 7 Із сопла 7, розташованого у золотнику 5, який обертається під дією реактивної сили із ШВИДКІСТЮ 500-6000 об/хв , виходить стиснутий газ із звуковою швидкістю, потрапляє у відкритий торець приймальної трубки 6 і ударною хвилею стискує газ, який в ній знаходиться. У процесі стиснення газу у трубці 6, газ, що подається, віддає останньому свою кінетичну енергію, охолоджується, зупиняється і набуває швидкості у зворотному напрямку, а нагрітий газ у трубці віддає цю енергю у зовнішнє середовище крізь стіши у зоні прокачки повітря вентилятором 14 Газ. що витікає з сопел 7, частину своєї кінетичної' енергії' витрачає на обертання золотника 5 з встановленим на його валу вентилятором 14, внаслідок чого має місце зниження рівня темпе ратури газу, що входить в відкритий торець трубки 6 Крім того, примусовий обдув вентилятором 14 гарячих кінців трубок 14 та колектора 17 покращують теплоз'єм з них. Обидва ці фактори знижують рівень температури газу, що пульсує всередині трубок 6 при зростанні його щільності, що призводить до зростання холодопродуктивчості газоохолоджувача Після розширення і виходу холодного газу з відкритого торця трубки 6 через приймальну порожнину 18 і отвір 20, газ поступає до колектора 19 та на вихід через відвідний патрубок З Виконання газоохолоджувача згідно винаходу дозволяє підвищити його термодинамічний ккд на 10-15%. Джерела інформації 1 Пат Російської Федер«щії 2050515, кл F25B 9/00, від 21 07 93. 2. Вороній Г.Г. "Конструювання систем та агрегатів систем кондиціювання", 14, 1978, с 176182 (прототип). ФІГ. 1 Б~Б Фіг. 2 Фіг. З Тираж 50 екз. Відкрите акціонерне товариство «Патент» Україна, 88000, м Ужгород, вул. Гагаріна, 101 (03122)3-72-89 (03122)2-57-03