Холодильная установка

 

Союз СоветскихСоциалистических

Республик

<111 1

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 02,07.80 (21) 2947580/23-06 (51) M. К . с присоединением заявки №вЂ”

F 25 В 21/00

Гасударственный камлтет (23) Приоритет—

СССР ло делам изобретений и открытий

Опубликовано 07.04.82. Бюллетень № 13

Дата опубликования описания 17.04.82 (53) УДК 621.57 (088.8 )

В. М. Бродянский, Ю. В. Синявскиу и Н. Д. ::H.àøêîâ

i, Ъ

Московский ордена Ленина энергетйческий-ин. (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) ХОЛОДИЛЬНАЯ УСТАНОВКА

Изобретение относится к низкотемпературной технике, в частности к специальным методам получения низких температур.

Известна холодильная установка содержащая ряд энерготрансформирующих блоков, которые соединены между собой через термовыключатели. Блоки и термовыключатели подключены к соответствующим управляющим устройствам.

При работе этой установки поочередно накладывают и снимают электрическое поле на четные и нечетные энерготрансформирующие блоки из параэлектрического материала, при этом одновременно вводят в термический контакт блоки, на которые наложено поле, с соседними вышележащими по температурному диапазону блоками, находящимися вне поля. При наложении поля энерготрансформирующие блоки нагреваются вследствие поляризации материала, а при снятии поля — охлаждаются. При замыкании термических контактов тепло поляризации от нагретых (например, четных) блоков передается охлажденным (например, нечетным). Этим достигается ступенчатая трансформация тепла с нижележащего на вышележащий по температурному уровню энерготрансформирующий блок (11.

Недостатки этой установки — сложность системы управления включением энерготран5 сформирующих блоков и термических контактов, а также значительное увеличение массы блоков, работающих при относительно высоких температурах, что вызвано увеличением количества трансформируемого,тепла по мере перехода к вышележащим бло1о кам, Известна также холодильная установка, содержащая последовательно установленные энерготрансформирующие блоки и циркуляционный канал для теплоносителя с нагнетателем. При работе этой холодильной установки на все энерготрансформирующие блоки, выполненные из парамагнетика, одновременно накладывают, а затем снимают магнитное поле. Посредством нагнетателя через блоки проталкивают теплоноситель. При наложении поля создают поток теплоносителя с направлением от холодного конца к теплому, а при снятии — от теплого к холодному.

При наложении поля тепло намагничивания парамагнетика снимают обратным потоком

918725 теплоносителя и в конечном итоге отводят в окружающую среду. При снятии поля прямой поток охлаждают, отдавая тепло последовательно тем же блокам, охлажденным в результате .размагничивания 12).

Недостаток этой установки — необходимость реверсирования потока теплоносителя, что снижает ее термодинамическую эффективность и надежность.

Целью изобретения является повышение термодинамической эффективности.

Поставленная цель достигается тем, что каждый энерготрансформирующий блок снабжен двумя тепловыми ключами, а циркуляционный канал выполнен в виде замкнутого с линиями прямого и обратного пото. ков, размещенными в тепловом контакте с 1$ тепловыми ключами блоков.

На фиг. 1 изображена схема предлагаемой холодильной установки; на фиг. 2 разрез А — Л на фиг. 1.

Установка содержит последовательно установленные энерготрансформирующие бло20 ки 1 и циркуляционный канал 2 для теплоносителя с теплообменником 3 и нагнетателем 4. Каждый энерготрансформирующий блок 1 снабжен двумя тепловыми ключами

5 и 6, а циркуляционный канал 2 выполнен и в виде замкнутого контура с линией 7 прямого потока и линией 8 обратного потока.

Линии 7 и 8 размещены в тепловом контакте с тепловыми ключами 5 и 6. Между смежными блоками 1 установлены теплоизолирующие прокладки 9. Установка размещена в тепло- изоляционном кожухе 10 с термостатируемой камерой 11 и охлаждаемым объектом 12.

По бокам ряда блоков 1 установлены электроды 13 и 14.

Установка работает следующим образом.

По замкнутому контуру посредством нагнетателя 4 стационарно прокачивают газовый или жидкий теплоноситель. При наложении поля на все блоки 1 сегнетоэлектрик поляризуется, в результате чего его температура повышается. Одновременно с наложением поля выключают все тепловые ключи 5 и замыкают тепловые ключи 6. В результате этого тепло поляризации через ключи 6 отводят к теплоносителю, проходящему 4s по участку линии 8 обратного потока. Прямой поток, проходящий в это время по участку линии 7, не имеет теплообмена с энерготрансформирующими блоками 1, его охлаждение осуществляют путем передачи тепла только тепловым ключам 5, имеющим для этого достаточную теплоаккумулирующую способность.

После того, как температуру блоков 1 снизят до значений, близких к первоначаль-, ным, т.е. до наложения поля, электрическое поле снимают со всех блоков, осуществляя деполяризацию сегнетоэлектрика. При этом размыкают тепловые ключи 6 и замыкают тепловые ключи 5. В результате тепло от прямого потока теплоносителя, а также тепло, аккумулированное ключами 5 в течение предыдущего полуцикла, предают блокам 1, охлажденным в результате деполяризации сегнетоэлектрика.

Прямой поток теплоносителя после охлаждения поступает в камеру 11 и осуществляют термостатирование объекта 12, отбирая от него тепло.

Далее процессы поляризации и деполяризации сегнетоэлектрика в блоках 1 повторяют. Тепло отводят в окружающую среду посредством теплообменника 3.

Использование теплоаккумулирующей способности тепловых ключй 5 и 6 для охлаждения прямого потока при разомкнутых ключах 5 и для нагрева обратного потока при разомкнутых ключах 6 вместо специальных устройств для охлаждения и -нагрева теплоносителя — важная особенность предлагаемого устройства, так как она обеспечивает простоту и высокую надежность устройства.

Устройство можно построить и на базе магнитокалорического эффекта с использованием в,энерготрансформирующих блоках ферромагнетика. В этом случае вместо электродов 13 и 14 устанавливают электромагниты, которые целесообразно размешать снаружи теплоизоляции.

В предлагаемом устройстве можно использовать в принципе тепловые ключи любого типа. Однако наилучший вариант— применение тепловых ключей, действие которых основано на значительном изменении теплопроводности (на несколько порядков) при понижении или повышении температуры ключа в определенном для каждого случая и весьма ограниченном диапазоне температур (несколько градусов). Наряду с существенным упрощением системы управления ключами (практически они становятся автоматическими, так как не требуют специальных внешних органов управления: замыкание и размыкание их происходит в результате повышения и понижения температуры блоков соответственно при поляризации и деполяризации сегнетоэлектрика); эти ключи дают возможность работать практически на предельных частотах циклов поляризациидеполяризации. Надежность устройства с такими ключами еще более повышается.

Повышение термодинамической эффективности обеспечивается следующим. Стационарность потока теплоносителя. т.е. отсутствие механического реверсирования потока, позволяет работать на весьма большой частоте циклов. Сегнетоэлектрические (как и ферромагнитные при использовании магнитокалорического эффекта) материалы обладают способностью к периодической поляризации (намагничиванию) с частотой до 10Р ц, в то время как в известной установке реверсирование потока не позволяет поддерживать цикличность более 10 — 20 Гц. Повыше918725 ние цикличности ведет к существенному (в два и более раз) снижению потерь на гистерезис, которые являются для циклов с электро- и магнитокалорическими эффектами основными. Кроме того, повышение цикличности ведет к относительному (на цикл) снижению многих других потерь, связанных, например, с теплопритоками через теплоизоляцию и теплопритоками по элементам конструкции.

Формула изобретения

Холодильная установка, содержащая последовательно установленные энерготрансформирующие блоки и циркуляционный канал для теплоносителя с нагнетателем, отличающаяся тем, что, с целью повышения термодинамической эффективности, каждый энерготрансформирующий блок снабжен двумя тепловыми ключами, а циркуляционный канал выполнен в виде замкнутого контура с линиями прямого и обратного потоков, размещенными в тепловом контакте с тепловыми ключами блоков.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США № 3650117, кл. 62 — 3, опублик. 1972.

2. Патент США № 3413814, кл. 62 — 3, опублик. 1968.

918725 фиг. Я

Составитель Ю. Килимник

Редактор И. Николайчук Техред А. Бойкас Корректор В. Бутяга

Заказ 2111 21 Тираж 542 Поднисное

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