Криогенная установка

 

1. КРИОГЕННАЯ УСТАНОВКА, содержащая газовую криогенную машину, соединенную трубопроводом с блоком криостатирования объекта, отличающаяся тем. что, с целью повышения холодильного КПД она содержит вторую тазовую криогенную машину, работающую со сдвигом по фазе цикла на угол от 10 до 85° по отношению к первой, и также соединенную трубопроводом с блоком криостатирования объекта, причем указанный блок выполнен в виде системы модулей с диэлектрическими энерготрансформирующими элементами, а криостатируемый объект установлен между ними . 2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что диэлектрические энерготрансфор .мирующие элементы выполнены из сегнетоэлектрических материалов со значениями точек Кюри, последовательно уменьшающимися от рабочей температуры соответству ющей газовой машины до температуры крио (Л статируемого объекта. о NmA 00 СО

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН д(51) Г 25 В 9!00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

1.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 с с

CO 3

OO

Ж 3 (21) 3451357/23-06 (22) 11.06.82 (46) 07.02.84, Бюл. № 5 (72) В. М. Бродянский, В. Я. Фрицберг, Ю. В. Синявский, Н. Д. Пашков и Э. X. Биркс (71) Московский ордена Ленина и ордена

Октябрьской Революции энергетический институт и Латвийский ордена Трудового

Красного Знамени государственный университет им. Петра Стучки (53) 621.574 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 449210, кл. F 25 В 9/00, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР № 369351, кл. F 25 В 9/00, 1971. (54) (57) 1. КРИОГЕННАЯ УСТАНОВКА, содержащая газовую криогенную машину, соединенную трубопроводом с блоком криостатирования объекта, отличающаяся тем, 7

ÄÄSUÄÄ 1071897 A что, с целью повышения холодильного КГ1Д она содержит вторую газовую криогенную машину, работающу1о со сдвигом по фазе цикла на угол от 10 до 85 по отношению к первой; и также соединенную трубопроводом с блоком криостати рования объекта, причем указанный блок выполнен в виде системы модулей с диэлектрическими энерготрансформирующими элементами, а криостатируемый объект установлен между ними.

2. Установка по и. 1, отличающаяся тем, что диэлектрические энерготрансформирующие элементы выполнены из сегнетоэлектрических материалов со значениями точек Кюри, последовательно уменьшающимися от рабочей температуры соответствующей газовой машины до температуры криостатируемого объекта.

1071897

Изобретение относится к холодильной технике.

Известна криогенная установка, содержащая ступень предварительного охлаждения в виде газовой криогенной машины, гидравлически соединенную со ступенью предварительного охлаждения (1).

Недостаток установки — низкая эффективность вследствие процесса дросселирования в ступени окончательного охлаждения.

Наиболее близкой к предлагаемой является криогенная установка, содержащая газовую криогенную машину, соединеннукз трубопроводом с блоком криостатирования объекта (2) .

При работе известной установки дросселирование происходит в области жидкости, что не способствует организации высокоэффективной работы установки.

Цель изобретения — повышение холодильного КПД.

Поставленная цель достигается тем, что криогенная установка, содержащая газовую криогенную машину, соединенную трубопроводом с блоком криостатирования объекта, содержит вторую газовую криогенную машину, работающую со сдвигом по фазе цикла на угол от 10 до 85 по отношеник> к первой, и также соединенную трубопроводом с блоком криостатирования объекта, причем указанный блок выполнен в виде системы модулей с диэлектрическими энерготрансформирующими элементами, а криостатируемый объект установлен между ними.

Причем диэлектрические энерготрансформирующие элементы выполнены из сегнетоэлектричсских материалов со значениями точек Кюри, последовательно уменьшающимися от рабочей температуры соответствующей газовой машины до температуры криостатируемого объекта.

На чертеже изображена предлагаемая криогенная установка.

Установка содержит газовую криогенную машину (ГКМ) 1, соединенную трубопроводом 2 с блоком криостатирования объекта, вторую газовую криогенную машину 3, соединенную трубопроводом4 с блоком криостатирования объекта, причем указанный блок выполнен в виде системы модулей 5 и

6 с диэлектрическими энерготрансформирующими элементами 7, которые посредством выводов 8 связаны электрически с системой 9 управления, которая в свою очередь проводами 10 электрически связана с ГКМ 1 и второй ГКМ 3, а криостатируемый объект

1! установлен между диэлектрическими энерготрансформи рующи ми элементами 7.

Криогенная установка работает следующим образом.

Рабочий процесс в ГКМ состоит из нескольких фаз, причем давление в холодной

2 полости ГКМ меняется от максимального до минимального по закону, близкому к синусоидальному. При параллельной работе двух ГКМ, установленных со сдвигом по фазе цикла, в магистрали, соединяющей эти машины (трубопроводы 2 и 4 и блок криостатирования объекта) существует перепад давлений. Величина перепада давлений, а следовательно и поток рабочего тела между машинами определяется сдвигом фаз между ГКМ, а его направление за цикл меняется с прямого на обратный.

В начале работы криогенной установки поток теплоносителя движется от ГКМ 1 через блок криостатирован ия объекта к второй ГКМ 3. Для этого необходимо, чтобы в этой фазе цикла давление теплоносителя в ГКМ 1 было больше, чем в ГКН 3, на величину, определяемую гидравлическим сопротивлением блока криостатирования объекта и обеспечением необходимого расхода теплоносителя. Последний поступает в блок криостатируемого объекта из ГКМ с температурой теплоносителя Тх, выходящего из холодной зоны ГКМ l. В это же время система 9 управления осуществляет деполяризацию диэлектрических энерготрансформирующих элементов 7 в модуле

5 и поляризацию (от источника электричской энергии системы 9 управления) в модуле 6. Поляризация диэлектрических энерготрансформирующих элементов 7 сопровождается повышением их температуры (процесс упорядочения доменной структуры) на величину, определяемую элек= трокалорическим эффектом. Процесс деноляризации этих элементов 7 (разупорядочивание доменной структуры) идет с понижением температу ры, поэтому теплоноситель, протекая в модуле 5 через зазоры между э гими элементами 7, охлаждается ими до температуры криостатирования То. С этой температурой он омывает криостатируемый объект 11, отбирая от него тепло. Далее теплоноситель поступает в модуль 6 и, протекая по нему, отбирает тепло поляризации с размещенных там элементов 7. Теплоноситель в модуле 6 нагревается по температуры Т> с которой поступает в ГКМ 3. В результате работы ГКМ 3 теплоноситель охлаждается с Тт до Тх.

При обратном движении теплоносителя (в этой фазе цикла давление в ГКМ 3 становится больше, чем в ГКМ 1) процессы в модулях 5 и 6, меняют на противоположные. В модуле 6 теплоноситель охлаждается, а в модуле 5 нагревается и отводит тепло поляризации. Температура криостатируемого объекта 11 поддерживается на уровне Т. двумя модулями 5 и 6, и холодо— производительность установки равна сумме холодопроизводительностей модулей 5 и 6.

Таким образом, при работе ГКМ 1 и 3 со сдвигом по фазе цикла через гидравлически

1071897

3 связанные с ними модули 5 и 6 циркулирует теплоноситель, а его направление движения меняется на противоположное каждый цикл. Диэлектрические энерготрансформирующие элементы 7 обеспечивают дополнительное охлаждение теплоносителя.

Эффективность работы элементов 7, (осуществляющих прямое преобразование электроэнергии в тепло и холод), определяется свойствами и условиями теплообмена с теплоносителем. Наиболее эффективными материалами являются сегнетоэлектрики с электрокалорическим эффектом до нескольких градусов. В настоящее время известно несколько сотен различных сегнетоэлектриков и еще большее количество их твердых растворов с различными значениями точек

Кюри. В качестве примера можно привести следующие сегнетоэлектрики с достаточной величиной электрокалорического эффекта: ЬгТ10з, КТаОз, PbqNbiO, Т1.8

Таким образом, повышение КПД предлагаемого устройства связано с тем, что

lO при прямом преобразовании электроэнергии в тепло и холод собственные потери практически отсутствуют, а технические можно свести к незначительной вичине.

Составитель Г. Куклинова

Редактор А; Козориз Техред И. Верес Корректор И. Эрдейи

Заказ 11576/34 Тираж Я 1 Г!одписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент>, r. Ужгород, ул. Проектная, 4