Теплоиспользующая низкотемпературная установка

 

В. М. Бродянскнй, Ю. В. Синявский и Н. Д. Пашков

Московский ордена Ленина и ордена Октябрьской револ@цйи=--...„ энергетический институт (72) Авторы изобретения (7l ) Заявитель (54) ТЕПЛОИСПОЛЬЗУЮЩАЯ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНАЯ УСТАНОВКА Изобретение относится к холодильной технике для получения и поддержания низких температур.

Известна теплонспользующая низкотемпературная установка, содержащая низкотемпературный блок c ..диэлектрическими энерготрансформирующими элементами, которые подвергаются периодическому воздействию электрическим полем. В стадии наложения электрического поля тепло отводится через тепловые ключи в окружающую среду, а в стадии уменьшения электрического поля к энерготрансформирующим элементам подводится тепло от охлаждаемого объекта через тепловые ключи (33

Однако для данной устаноВки требуются относительно большое число тепловых ключей, которые имеют недостаточную надежность, и высоковольтный источник электроэнергии, повышаюа;-ий электроопасность системы.

Наиболее близкой к предложенной по технической сущности и достигаемому результату является теплоиспользующая низкотемпературная установка, содержащая источник энер2 гии и замкнутый цнркуляционный контур для теплоносителя, в который включены ннэкотемпературные. блоки с диэлектрическими энерготраисформирующими элементами и теплообменные аппараты (2) .

Однако в известной установке недостаточна экономичность вследствие использования внешнего источника электрической энергии.

Целью изобретения является повышение экономичности при использовании в качестве источника энергии внешнего источника тепла.

Эта цель достигается тем, что к замкнутому цнркуляционному контуру параллельно ему подключена донолнительиая ветвь с блоками диэлектрических преобразователей тепла и расположенным между ними теплоприемником, имеющим тепловой контакт с внешним источником тепла, причем ветвь к контуру подключена между теплообменными ап- паратами и низкотемпературными блоками, а ее блоки диэлектрических преобразователей тепла электрически связаны с ииэкотемпературными блоками контура.

3 983401

На чертеже представлена схема предложенной теплоиспользующей низкотемпературной установки.

Установка содержит ниэкотемпературные блоки 1 и 2 с диэлектрическими энерготрансформирующими элементами 3, электрические выводы 4, блоки 5 и 6 диэлектрических преобразователей тепла с диэлектрическими эиерготраисформируюшими элементами 7, вытескитель 8, теплообменйик 9 подвода, 10 тепла от охлаждаемого объекта, теплообменные аппараты 10 и 11, теплоприемник 12, внешний источник 13 тепла и вентили 14.

3а счет электрокалорического эффекта элементы 3 блока 1 охлаждаются, что приводит к понижению температуры теплоносителя, который последовательно охлаждается от температуры окружающей среды (на входе в блок 1) до температуры охлаждаемого объекта (на выходе из блока 1). Теплоноситель с низкой температурой поступает в теплообменник 9, где осуществляется внешний подвод тепла Оо, Затем теплоноситель поступает в блок 2, где в эту фазу цикла напряжение на элементах 3 увеличивается и воспринимает тепло поляризации, после блока 2 теплоноситель соединяется с потоком из блока 6, понижает свою температуру в теплообменном аппарате 11 и поступает под вытеснитель 8, Первая фаза цикла закончена.

Во второй фазе цикла вытеснитель 8 движется вниз, теплоноситель проходит через теплообменный аппарат 11, откуда (с температурой окружающей среды) одна часть его направляется в блок 6 диэлектрических преобразователей тепла, а другая — в низкотемпературный блок 2. Одна часть потока проходит через блок 6 в теплоприемник 12 и далее через блок 5 в теплообменный аппарат 10 и в полость под вытеснителем 8. В этой фазе работа элементов 7 в блоках 5 и

6 противоположна предыдущей фазе, т,е. в блоке 6 элементы 7 охлаждаются и переходят из парафазы в сегнетофазу. При этом в блоке 6 напряжение на выводах 4 уменьшается от максимального значения до минимального, а в блоке 5 на выводах 4 напря4О жение увеличивается от минимального до максимального. Таким образом, процесс преобразования энергии внешнего источника 13 тепла в электрическую энергию осуществляется в блоках 5 и 6 с частотой изменения напряжения, равной частоте движения вытеснителя 8.

В это время другая часть потока теплоносителя проходит через теплообменник 9, ниэкотемпературный блок 1, теплообменный

Установка работает следующим образом.

Пусть вытеснитель 8 движется вверх и при этом, теплоноситель, пройдя теплообменный аппарат 10, приобретает температуру, близкую к температуре окружающей среды.

После теплообменного аппарата 10 теплоноситель разделяется на два потока, один из которых направляется в блок 5 диэлектрических преобразователей тепла, а другой— . в низкотемпературный блок 1. Диэлектрические энерготрансформирующие элементы 7 блока S имеют более высокую температуру, чем теплоноситель, и поэтому элемента 7 охлаждаются, а теплоноситель нагревается.

Более высокая температура. элементов 7 обусловлена предыдущей фазой цикла, в процессе которой они нагревались. Элементы

7 имеют по длине блока 5 (по ходу движения теплоносителя) различные температуры, последовательно увеличивающиеся от температуры окружающей среды до температуры внешнего источника 13 тепла с интервалом

5 — 30 К. В самом блоке 5 теплоноситель нагревается до температуры несколько меньшей, чем температура внешнего источника

13 тепла, но, пройдя через теплоприемник

12, воспринимающий тепло 0н от внешнего источника 13, дополнительно нагревается последним до его температуры. Горячий теплоноситель входит в блок 6 диэлектрического преобразователя тепла и нагревает элементы

7 этого блока до температуры выше температуры Кюри, переводя вещество элементов

7 в парафазу. Сам теплоноситель в блоке

6 охлаждается до температуры, близкой к температуре окружающей среды, соединяется с потоком иэ иизкотемпературного блока 2 и окончательно охлаждается в теплообменном аппарате 11. Затем общий поток теплоносителя поступает под вытеснитель 8. На этой фазе цикла иа электрических выводах 4 блока 5 напряжение уменьшается от максимального значения до минимального, а в блоке

6 напряжение на выводах 4 увеличивается от минимального значения до максимального.

В этот момент времени на энерготрансформируюших элементах 3 и выводах 4 бло ка 1 (в соответствии с фазой работы элементов 7 блока 5) напряжение уменьшается — идет процесс деполяризации элементов 3. аппарат 10 и возвращается в пространство над вытеснителем 8. При этом процессы в блоках 1 и 2, по сравнению с первой фазой цикла, меняются на противоположные, т.е, в блоке 2 элементы охлаждают теплоноситель, а в блоке 1 от элементов 3 теплоиоситель отводит тепло поляризации. Температура теплоносителя в блоке 2 уменьшается от температуры окружающей среды до тем983401

5 пературы охлаждаемого объекта, а в блоке

1 в это же время увеличивается от температуры охлаждаемого обьекта до температуры несколько выше окружающей среды.

В теплообменном аппарате 10 температура теплоносителя уменьшается до температуры окружающей среды. Изменение состояния энерготрансформирующих элементов 7 в блоке 5 и элементов 3 в блоке 2 (так же как элементов 7 в блоке 6 и элементов 3 в блоке 1) происходит синхронно, так как зто изменение состояния осуществляет теплоноситель, который проходит одновременно . через все блоки. Постепенное увеличение температуры элементов 7 блока 5 приводит к увеличению напряжения через выводы 4 на элементах 3 блока 1, и наоборот, уменьшение температуры элементов 7 блока 5 приводит к соответствующему уменьшению напряжения на элементах 3 блока 1.. Отсюда следует, что изменение температуры элементов

7 блоков 5 н 6 приводит в результате электрокалорического эффекта к соответствующему изменению температуры элементов 3 s блоках 12.

Экономическая эффективность изобретения заключается в отсутствии внешнего источника электрической энергии и внешней системы управления.

Формула изобретения

Теплоиспользующая низкотемпературная ус тановка, содержащая источник энергии и замкнутый циркуляционный контур для теплоносителя, в который включены низкотемпературные блоки с диэлектрическими энерготрансформирующими элементами и теплообменные аппараты, о т л и ч а ю щ а яrô с я тем, что, с целью повышения экономичности при использовании в качестве источника энергии внешнего источника тепла, к замкнутому циркуляционному контуру параллельно ему подключена дополнительная ветвь с блоками диэлектрических преобразователей тепла и расположенным между ними теплоприемником, имеющим тепловой контакт с внешним источником тепла, причем ветвь к контуру подключена между теплообменными аппарата2П- ми и низкотемпературными блоками, а ее блоки диэлектрических преобразователей тепла электрически связаны с низкотемператур. ными блоками контура.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент СЫА Р 4136525, кл. 62 — 3, опублик. 1979.

2. Авторств свидетельство СССР Р 840621, кл. I= 25 В 21/00, 1979.

983401.Редактор П. Коссей

Заказ 9882/43 Тираж 543 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Составитель И. Суков

Текред О.Неце Корректор И. Ватругнкина

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4