SU113268A1 - Способ получени холода или тепла и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Abstract

I. Способ получени  холода или тепла в потоке газа в замкнутом сосуде, отличающийс  тем, что в цел х упрощени  устройств дл  получени  холода и тепла и устранени  в них движущихс  частей, в потоке газа создают объемные колебани , при которых поток пониженного давлени  газа используетс  дл  получени  пониженных температур (холода), а поток с повьшенным давлением газа дл  получени  повышенных температур (тепла).?.. Устройство дл  получени  холода или тепла в потоке газа в замкну-том сосуде ПОП.1, отличающее "с   тем, что сосуд-резонатор выполнен в виде замкнутого цилиндра, снабженного в то1)цовых част х клапанами, один из которых посредством кулачкового или другого механизма открываетс  принудительно и синхронно с частотой объемных колебаний газа в сосуде, а другой подпружинен и открываетс  автоматически под действием избыточного давлени  газа в сосуде.3. Видоизменение сосуда-резонатора по п.2, отличающеес  тем, что, с целью повьшени  эффективности работы, он имеет форму цилиндра с переменным профилем сечени , плавно сужающимс  к его середине.А. Видоизменение устройства по п.2, о тл ичающе е с   тем, что, с целью повьппени  перепада рабочего давлени , его сосуд-резонатор выполнен многоступенчатым.«О

Description

Предлагаетс  способ получени  холода или тепла в потоке газа в замкнутем coeyas, пазшад ющий упреетить устройства дл  получени  холеда и тепла и устранить в них двмкущиес  части.

Отличительна  особенность способа заключаетс  в том, что в потоке газа создают объемные колебани ,при которых поток пониженного давлени  газа используетс  дл  получени  пониженных температур (холода), а поток с повьшенным давлением газа дл  получени  повьшенных температур (тепла),

Дл  веущ§ет1л1ни  епеееба предлагаетс  уетройет1о, сосуд-ре1онатвр которого представл ет замкнутьЛ цилиндр , снабженный в торцовых част х клапанами, один из которых посредством кулачкового или другого механизма открываетс  принудительно и синхронно с частотой объемных колебаний газа в сосуде, а другой подпружинен и открываетс  автоматически под действием избыточного давлени . Дл  повышени  эффективности работы сосуд-резонатор выполн етс  также в форме цш1индра с переменным профилем сечени , плавно сужающимс  к его середине. Кроме того, предлагаемое устройство может быть видоизменено тем, что сосуд-резонатор выполн етс  многоступенчатым , На фиг,1 изображена схема сосударезонатора , один из клапанов которого выполнен с принудительным управле нием; на фиг,2 - диаграмма S-T состо ни  газа; на фиг, 3 - схема сосуда-резонатора с автоматически действующими клапанами; на фиг, 4 - то же с переменным профилем сечени ; на фиг, 5 - схема видоизмененного устройства с многоступенчатым сосудом резонатором; на фиг, 6 - схема испол зовани  устройства дл  простейшего холодильного цикла; на фиг, 7 - схема применени  видоизмененного устрой ства дл  сжижени  газа, Сосуд-резонатор устройства выпол нен в виде замкнутого цилиндра 1 .дли ной LO В средней части цилиндра по трубе . подаетс  сжатый газ при дав лении Рр и температуре Т, В левом торце цилиндра 1 помещен клапан 3 принудительного действи  и открьгеае с , например, эксцентриком 4, приче частоту и величину открытий клапана можно регулировать по желанию, EcjfH подобрать продолжительность и частоту открыти  клапана так,чтоб она равн лась периоду t объемных колебаний газа в сосуде-резонаторе, и если врем  открыти  клапана 3 буд совпадать с моментом минимума давле ни  в этом конце цилицдра 1, то мож но показать, что таким путем можно создавать и поддерживать акустические колебани  в цилиндре. При этом ин:тенсивность колебаний определ етс  величиной и продолжительностью открыти  клапана 3, При объемных ко лебани х в резонаторе, имеющем форм цилиндра длиной L, она будет равна половине длины свободных акустических волн и период колебаний газа в цилиндре определитс  из выражени  t t - ---, где С - скорость звука в газе. ние давлени  и температуры вдоль цилиндра в момент времени, когда в газе отсутствует кинетическа  энерги  акустических колебаний, можно получить из ST диаграммы состо ни  (фиг,2) и из услови , что обща  энерги  газа остаетс  за период колебани  посто нной. При этом точки РдТд, и лежали бы на вертикальной пр мой S const, Конечно, на практике при определенной разнице давлени  и разности температуры , на концах цилиндра будет несколько меньше полученной из диаграммы при S const благодар  потер м, поскольку суммарна  энтропи  газа должна возрастать. Эти потери также приведут к тому,что дл  поддержани  колебаний посто нной шстенсивности в резонаторе нужно будет непрерывно пропускать некоторое количество газа через клапан 3, На другом торце ц пивдра 1 помещен автоматический клапан 5, устроенный так, что он начинает открыватьс , когда давление на этом конце цилиндра будет больше Р , Такиьг образом, если путем дальнейшего увеличенгй открыти  клапана 3 интенсифицировать акустические колебани  в цилиндре, то и  клапана 5 цилиндра будет вытекать газ более высокой температуры Tj, и давлени  Р. , чем в основном потоке , и при этом эта температура и давление будут близко соответствовать тем, которые получаютс  при адиабатическом сжатии, В другом конце цилиндра 1 через клапан 3 газ будет течь при пониженном давлении Р. и температуре Т, тоже близко соответствующих полученным при расширении газа адиабатическим путем. Таким образом, основной поток газа будет разделен на два, один из которых может быть использован дл  получени  холода, а другой дл  получени  тепла. Клапан 3 принудительного действи  на конце сосуда-резонатора I может быть заменен автоматически действующим клапаном, иде  конструкции которого показана фиг.З Пружина 6 отодвигает тарелку 7, и если давление в резонаторе немногим более давлени  Р. , то пружина удерживает клапан в открытом состо нии. Когда же давление в резонаторе будет значительно больше Р , то клапан закроет5с  и будет закрыт до тех пор,пока давление в резонаторе оп ть не упадет до величины близкой к Р,, Нетрудно видеть, что клапан такой конструкции будет работать подобно  зыку в обычной органной трубе. Он будет открывать клапан в нужный дл  поддержани  колебаний момент, а продолжительность открыти  определитс  силой пружины 6, нат жение которой можно устанавливать по желанию. Продолжительность откры.1Я позвол ет определить интенсивность объемных колебаний в сосуде-резонаторе.

Величина наиболее возможного перепада давлени  вдоль цилиндра,создаваема  объемными колебани ми, будет иметь принципиальное ограничение. Так, например, при сосуде-резонаторе им°еющем форму цилиндра посто нного течени , максимальна  скорость газа, котора  достигаетс  в средней части трубы, не может превосходить скорость звука, это и ограничивает интенсивность колебаний. Практическое ограничение также вызвано по влением акустических колебаний с волнами ударного типа,

Дп  того, чтобы увеличить рабочий перепад давлени  вдоль сосуда-резонатора , его выполн ют в ввде цилиндра с переменным профилем сечени  с сужени ми в его средней части (фиг,4), или более сложного сечени ,использу  дл  этого известные в аэродинамических трубах профили комбинаций сверх звукового сопла и диффузора. Даже, если при таких услови х и осуществимы колебани  со значительными перепадами давлени  вдоль цилиндра, то при этом неизбежно возрастут потери, что может уменьшить КПД термодинамического процесса.

Дл  получени  больших перепадов давлени  без увеличени  потерь предлагаетс  сосуд-резонатор выполн ть многоступенчатым. На фиг,5 изображена схема устройства, состо щего из соединени  трех сосудов-резонаторов Если прин ть дл  простого одноступенчатого сосуда-резонатора предельное значение отношени  Р. PI пор дка п, то дл  двухступенчатого устройства отношение Р и Р будет уже пор дка п. Очевидно, что число ступеней здесь можно сделать еще большим и тогда перепад давлени  будет увеличен п раз, где К - число сту8

пеней, которые и определ ютс  требовани ми теплового цикла.

Принципиальна  схема использовани  устройства дл  простейшего холодильного цикла показана на фиг,6,

На фиг,6 изображен одноступенчатый сосуд-резонатор 8, От компрессора 9 к нему подводитс  газ при давлении Р и нормальной температуре ТдТ Холод - Ч,, произведенный за счет адиабатического расширени  части потока газа, отбираетс  теплообменником 10, Часть потока газа при

повьпиенном давлении Р и температуре Т возвращают в сосуд 8, дл  этого его охлаждают в холодильнике 11 до нормальной температуры Т, при этом предварительно понижают его

давление путем дросселировани  через вентиль 12, либо осуществл   тот же процесс обратимым путем,пропустив газ через пневматический двигатель 13, Получаема  мощность

от двигател  13 будет соответствовать отдаваемому в теплообменнике 10 потоку холода - Q, Клапан 14 предохран ет нагнетательный трубопровод компрессора от возникновени 

в нем дополнительных колебательных процессов.

Пример возможного применени  устройства дл  цикла, предназначенного дл  ожижени  газа, схематически

изображен на фиг,7,Компрессор 9 подает газ под давлением Рд в сосудрезонатор 8 с необходимым количеством ступеней. Газ при повьш1енном давлении Р частично идет в пневматический двигатель 13 и затем, смешива сь с газом после компрессора 9,вновь возвращаетс  в сосуд-резонатор 8, Друга  часть газа при давлении Р охлаждаетс  до комнатной температуры

холодильником 11, идет в противоточные теплообменники 10 и дросселируетс  через вентиль 12 в бачок 15, Из бачка 15 газ при давлении Р, идет в теплообменники 10, туда же идет

холодный газ из сосуда-резонатора 8, Общий поток после теплообменников 10 направл етс  на всасывание в компрессор 9,

Использование на практике устройства дл  получени  обратимым образом тепла может представить интерес в тех случа х, где требуетс  получать большое количество тепла при невысокой температуре, например при отоплеНИИ помещени  или Фракционировании низко кип щих смесей и пр. Тогда,использу  от сосуда-резонатора теплый

поток газа при давлении Р и Т .можно получить тепло с термодинамическим КПД больше единицы (цикл Томсона .).

Те

h РО PI

Фие.г

S W/75i S

ТУУЯ

РгГ,

УУЯ

B9JT

РоТо Фие.д

фиг.

.i

«Г ./Ь

Фигб

Claims (4)

1. Способ получения холода или тепла в потоке газа в замкнутом сосуде, отличающийся тем, что в целях упрощения устройств для получения холода и тепла и устранения в них движущихся частей, в потоке газа создают объемные колебания, при которых поток пониженного давления газа используется для получения пониженных температур (холода), а поток с повышенным давлением газа для получения повышенных температур (тепла).

2, Устройство для получения холода или тепла в потоке газа в замкну2 том сосуде поп.1, отличающ е е с я тем, что сосуд-резонатор выполнен в виде замкнутого цилиндра, снабженного в торцовых частях клапанами, один из которых посредством кулачкового или другого механизма открывается принудительно и синхронно с частотой объемных колебаний газа в сосуде, а другой подпружинен и открывается автоматически под действием избыточного давления газа в сосуде.

3. Видоизменение сосуда-резонатора по п.2, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности работы, он имеет форму цилиндра с переменным профилем сечения, плавно сужающимся к его середине.

4. Видоизменение устройства по п,2, отличающееся тем, что, с целью повышения перепада рабочего давления, его сосуд-резонатор .^выполнен многоступенчатым.