Устройство для охлаждения рабочего тела

Изобретение относится к области холодильной техники и может быть использовано в различных криогенных устройствах. Технический эффект, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, заключается в миниатюризации устройства для охлаждения рабочего тела и возможности сделать его компактным. Технический эффект в устройстве для охлаждения рабочего тела, содержащем поршневую пару - поршень и цилиндр с впускным и выпускным отверстиями, достигается тем, что устройство содержит ферромагнетик, вмонтированный в поршень, а цилиндр содержит дополнительное боковое впускное отверстие, причем боковые впускные отверстия, правое и левое, снабжены электромагнитными клапанами и расположены с каждой из сторон, левой и правой, корпуса цилиндра, выпускное отверстие выполнено по центру цилиндра - в середине хода поршня, поверх корпуса цилиндра симметрично ему - симметрично ходу поршня расположены (2n+1) соленоид, где n - число натурального ряда чисел, электрически соединенные с блоком управления соответственно, причем один из соленоидов, расположенный по центру корпуса цилиндра, установлен симметрично выпускному отверстию. 1 ил.

 

Изобретение относится к области холодильной техники и может быть использовано в различных криогенных устройствах.

Известно устройство для охлаждения рабочего тела, в котором реализуется цикл Капицы и содержащее турбокомпрессор, холодильник турбокомпрессора, регенераторы, дроссель, турбодетандер, сборник жидкого продукта (Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии: Учебник для вузов. 12-е изд., стереотипное, доработанное. Перепечатка с девятого издания 1973 г. - М.: ООО ТИД «Альянс», 2005. - С.674-675, гл. 17, рис.XVII-18).

Недостатком данного устройства является то, что в этом устройстве практически невозможно добиться миниатюризации детандера.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является устройство для охлаждения рабочего тела, а именно детандер, который содержит поршневую пару - поршень и цилиндр, описанный в устройстве для охлаждения рабочего тела, в котором используется цикл Клода, содержащее компрессор, холодильник компрессора, регенеративные теплообменники, детандер, дроссель, сборник жидкого продукта (Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии: Учебник для вузов. 12-е изд., стереотипное, доработанное. Перепечатка с девятого издания 1973 г. - М.: ООО ТИД «Альянс», 2005. - С.672-673, гл. 17, рис.XVII-16).

Недостатком данного устройства является то, что в этом цикле детандер работает при очень низких температурах и коэффициент полезного действия детандера низок. Однако в этом устройстве практически невозможно добиться миниатюризации детандера, что необходимо в определенных областях науки и техники, например в электронике или вычислительной технике.

Технический эффект, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, заключается в миниатюризации устройства для охлаждения рабочего тела и возможности сделать его компактным.

Технический эффект в устройстве для охлаждения рабочего тела, содержащем поршневую пару - поршень и цилиндр с впускным и выпускным отверстиями, достигается тем, что содержит ферромагнетик, вмонтированный в поршень, а цилиндр содержит дополнительное боковое впускное отверстие, причем боковые впускные отверстия, правое и левое, снабжены электромагнитными клапанами, и расположены с каждой из сторон - левой и правой корпуса цилиндра, выпускное отверстие выполнено по центру цилиндра - в середине хода поршня, поверх корпуса цилиндра симметрично ему - симметрично ходу поршня расположены (2n+1) соленоид, где n - число натурального ряда чисел, электрически связанные с блоком управления соответственно, причем один из соленоидов, расположенный по центру корпуса цилиндра, установлен симметрично выпускному отверстию.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где

1 - цилиндр;

2 - выпускное отверстие;

3 - левое впускное отверстие;

4 - правое впускное отверстие;

5 - левый электромагнитный клапан;

6 - правый электромагнитный клапан;

7 - поршень;

8 - ферромагнетик;

9 - соленоиды;

10 - блок управления.

Устройство содержит цилиндр 1, имеющий выпускное отверстие 2, левое впускное отверстие 3, снабженное левым электромагнитным клапаном 5, правое впускное отверстие 4, снабженное правым электромагнитным клапаном 6, поршень 7 содержащий ферромагнетик 8, соленоиды 9, блок управления 10. В данном примере конкретной реализации n=2. Всего соленоидов 9 - пять.

Цилиндр 1 и поршень 7 образуют поршневую пару с цилиндрической рабочей камерой, причем поршень 7 содержит ферромагнетик 8. Впускные отверстия 3 и 4 расположены с каждой из сторон - левой и правой - корпуса цилиндра 1, например, на его торцах. В середине хода поршня в корпусе цилиндра 1 выполнено выпускное отверстие 2, поверх корпуса цилиндра 1 симметрично хода поршня 7 расположены (2n+1) соленоид 9, причем один из них расположен по центру корпуса цилиндра 1 симметрично выпускному отверстию 2. Соленоиды 9 и электромагнитные клапаны левый 5 и правый 6 электрически связанны с блоком управления 10 соответственно.

Предложенное устройство работает следующим образом.

Первый цикл. Порция охлажденного газа запускается в рабочую камеру - во внутреннюю часть цилиндра 1 левым электромагнитным клапаном 5. Газ начинает расширяться и толкает поршень 7 в правую сторону. Работа газа в устройстве для охлаждения рабочего тела совершается за счет преодоления сил магнитного поля. Магнитное поле создают соленоиды 9, в которые по переменно подается ток блоком управления 10. Левый соленоид 9 создает магнитное поле, которое создает силу, втягивающую поршень 7 с ферромагнетиком 8. В дальнейшем блок управления 10 регулирует препятствующую силу магнитного поля движению поршня 7, подключая по очереди последующие соленоиды. Газы толкают поршень 7 с ферромагнетиком 8, который двигается против сил магнитного поля соленоидов 9. Одновременно поршень 7 с ферромагнетиком 8 вызывает импульс тока в одном из соленоидов 9, который подает сигнал на управляющий блок 10. Левый электромагнитный клапан 5 закрывается. Порция сжатого объема газа отсекается. Газы, одновременно расширяясь, продолжают толкать поршень 7 в правую сторону и тем самым совершают работу. Поршень 7 смещается, открывая выпускное отверстие 2, через которое газ дросселирует и самоохлаждается до конденсации. Поршень 7 продолжает двигаться до крайнего правого положения.

Второй цикл. Одновременно управляющий блок 10 подает ток на открытие правого электромагнитного клапана 6 и впускается очередная порция газа в рабочую камеру - во внутреннюю часть цилиндра 1. Управляющий блок 10 также подает ток на соленоиды 9, чтобы возникла сила, с правой стороны препятствующая движению поршня под давлением газа в левую сторону, и возвращала поршень 7 во втором цикле.

Последовательность команд, которые дает блок управления 10, описанные выше в работе устройства - это алгоритм работы блока управления 10.

Далее процесс повторяется симметрично в обратном направлении и т.д.

Таким образом, по сравнению с прототипом предложенное устройство для охлаждения рабочего тела можно выполнить более компактным.

Устройство для охлаждения рабочего тела, содержащее поршневую пару - поршень и цилиндр с впускным и выпускным отверстиями, отличающееся тем, что содержит ферромагнетик, вмонтированный в поршень, а цилиндр содержит дополнительное боковое впускное отверстие, причем боковые впускные отверстия правое и левое снабжены электромагнитными клапанами и расположены с каждой из сторон - левой и правой корпуса цилиндра, выпускное отверстие выполнено по центру цилиндра в середине хода поршня, поверх корпуса цилиндра симметрично ему - симметрично хода поршня расположены (2n+1) соленоида, где n - число натурального ряда чисел, электрически соединенные с блоком управления соответственно, причем один из соленоидов, расположенный по центру корпуса цилиндра, установлен симметрично выпускного отверстия.