АВТОНОМНАЯ ВИХРЕВАЯ ТРУБА

Полезная модель относится к холодильной технике и предназначена для получения холодных потоков газа для охлаждения различных объектов, например, салонов легковых автомобилей с питанием от бортовой электросети.
Известны вихревые трубы, содержащие тангенциальное сопло для подачи сжатого воздуха, камеру энергетического (температурного) разделения, диафрагму с центральным отверстием для вывода холодного потока, дроссель с отражателем для вывода горячего потока и крестовину для спрямления вихревого потока [SU №1079973, F25B 9/02, опуб. 15.03.1984, RU №2098723, F25B 9/02, опуб. 10.12.1997, Суслов А.Д. Вихревые аппараты. - М.: Машиностроение, 1985, с.6]. Все перечисленные устройства успешно решают поставленные перед ними задачи, однако нуждаются во внешнем источнике сжатого воздуха, как правило, это внешняя пневмосеть.
Наиболее близким техническим решением является вихревая труба, по патенту РФ №2332620, МПК F25B 9/04, опубл. 27.08.2008 г., содержащая раскручивающее устройство, камеру энергоразделения, дроссель и диафрагму. Недостатком этого решения является необходимость внешнего источника сжатого воздуха, что приводит к дополнительным потерям энергии в процессе сжатия воздуха и последующей его раскрутке в трубе.
Повысить экономичность вихревой трубы можно путем исключения потерь энергии при сжатии и последующем раскручивании воздушного потока, что и решает предлагаемая полезная модель автономной вихревой трубы (АВТК).
Сущность полезной модели заключается в том, что аналогично прототипу АВТК содержит камеру энергоразделения, дроссель и диафрагму. В отличие от прототипа на входе камеры энергоразделения вместо раскручивающего устройства, требующего подвода сжатого воздуха, установлен радиальный нагнетатель, включающий активный ротор и лопаточный ускоряющий диффузор, забирающий воздух извне при атмосферном давлении. Вход в лопаточный диффузор расположен на его периферии, а выход в камеру энергоразделения - в центральной его части.
Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг.1 показан продольный разрез радиального нагнетателя вихревой трубы, поперечное сечение активного ротора по АА, поперечное сечение лопаточного ускоряющего диффузора по ВВ. На фиг.2 - фото активного ротора нагнетателя (фиг.2а), лопаточного ускоряющего диффузора (фиг.2б), и сборки ротора с диффузором (фиг.2в); на фиг.3 - схема движения воздушного потока через нагнетатель в камеру энергоразделения вихревой трубы.
АВТК содержит (фиг.1 и 3) корпус 1 с размещенными в нем нагнетателем, включающем активный ротор 2, лопаточный ускоряющий диффузор, состоящий из стенки 3 и криволинейных лопаток 4, камерой 5 энергоразделения с внешним воздушным радиатором 6, дроссель и диафрагму (на рисунке не показаны). Ротор 2 установлен таким образом, что образуется периферийный кольцевой зазор для подачи ротором воздуха в периферийную часть лопаточного диффузора. Стенка 3 по диаметру соответствует внешнему диаметру активного ротора и может служить одной из опор вала ротора. Лопатки 4 сопряжены с корпусом 1 так, что между ними образованы сужающиеся от периферии к центру диффузора каналы для прохода воздуха в камеру 5 энергоразделения. Таким образом, вход в лопаточный диффузор расположен на его периферии, а выход в камеру 5 в центральной его части. При необходимости получения сверхзвуковых значений скорости воздушного потока на выходе диффузора возможно применение в диффузоре лопаток переменного профиля с образованием критического сечения внутри диффузора.
Автономная вихревая труба работает следующим образом (фиг.3).
Приведенный во вращение электромотором или другим приводом активный ротор 2 нагнетателя, всасывает наружный воздух, отбрасывает воздушный поток от оси вращения в радиальном направлении, сообщая ему при этом значительную тангенциальную скорость, и подает его через периферийный кольцевой зазор в лопаточный диффузор 3.
Проходя между лопаток 4 диффузора по направлению к оси вращения в сужающихся каналах, воздушный поток продолжает ускоряться и попадает в камеру 5 вихревой трубы с тангенциальной скоростью, близкой к скорости звука. Тем самым вихревой поток в камере создается без каких-либо дополнительных раскручивающих устройств и без потерь энергии на сжатие и последующее раскручивание воздушного потока.
При движении воздуха в камере 5 происходит интенсивный энергообмен, как между слоями воздушного потока, так и с внешним теплообменником 6. Благодаря эффекту Ранка соприкасающиеся со стенкой вихревой трубы внешние слои воздушного потока имеют температуру выше окружающей среды, поэтому отдают энергию внешнему теплообменнику 6, снижая среднюю температуру потока.
Показанный на рисунках фиг.1 и фиг.3 теплообменник в виде воздушного радиатора 6 может иметь и другую конструкцию, например, может быть применен водяной, испарительный или любой другой теплообменник, способный отводить необходимое количество тепла.