Охлаждающее устройство

 

OIlHCAHHE

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (и) м.к. (22) Заявлено 120681 (21) 3304531/23-Об с присоединением заявки М

F 25 В 9/02

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет (53) УДЦ 621 ° 574 (088.8) Опубликовано 1501.83. Бюллетень Йо 2

Дата опубликования описания 150183

В.N. Бродянский, Ю.В. Синявский и Н,Д, Паидсов "" -" (72) Asòîðû изобретения

У

Московский ордена Ленина и ордена Октябрвсиой-.Ррдрлю4ии энергетический институт (71) Заявитель (54) ОХЗИЖДИоЩЕЕ УСТРОИСТВО I . 2

Изобретение относится к энергетике, в частности для получения и поддержания низких температур, и может быть использовано как в криогенной, так и в холодильной технике.

Известно охлаждающее устройство, содержащее золотниковый газораспределитель, подключенный к пульсационной трубе с холодильником .на кон- щ це C1).

Нецостатком этого охлаждающего устройства является невозможность достижения низкого уровня температуры охлаждения.

Известно также охлаждающее устройство, содержащее источник пульсаций газа, подключенный к последовательно соединенным регенератору, рефриже.ратору, рабочему цилиндру и холодильнику. Это устройство обладает высокой эксплуатационной надежностью, обусловленной простотой конструкции и отсутствием подвижных элементов f2).

Недостатками данной охлаждающей установки являются малая удельная холо-: 25 допроиэводительность и.низкая эффективность, поскольку отвод энергии в ней осуществляется только в виде . тепла в холодильнике, количественно определяемого эффектом Джоуля.

Цель изобретения — повыаение холодопроизводительности.

Поставленная цель достигается тем,. что устройство дополнительно содержит диэлектрические энерготрансформирующие элементы с системой электрического управления, размещенные в рабочем цилиндре, причем система управления сблокирована с источником пульсаций газа.

Энерготрансформирующие элементы могут быть выполнены составными из материалов с различными значениями точки Кюри, возрастакхдимн в направлении от рефрижератора к холодильнику.

На фиг. 1 изображена схема данной установки, на фиг, 2 — распределение температур по длине установки.

Установка содержит источник 1 пульсаций газа, подключенный к последовательно соединенным регенератору

2, рефрижератору 3, рабочему цилиндру 4 и холодильнику 5.

Устройство также содержит диэлектрические энерготрансформирующие элементы б с системой 7 электрического управления, размещенные в рабочем цилиндре 4. Система управления сблокирована с источником 1 пульсаций газа.

989269

Работа установки возможна в двух вариантах: энерготрансформирующие элементы обеспечивают преобразование тепла в электроэнергию, которая выводится из установки, энерготрансформирующие элементы работают в рефрижераторном режиме за счет внешнего периодического наложения на них электрического поля.

В соответствии с циклом (первый вариант) газ периодически в каждом се- 1О чении трубы меняет свою температуру в определенном интервале. В результате и энерготрансформирующие элементы б периодически нагреваются и охлаждаются. При нагреве энерготранс . 15 формирующих элементов, выполненных, нарример, из сегнетокерамики на противоположных плоскостях элементов 6, образуются электрические заряды, которые снимаются системой 7 управле- 2р ния на электрическую нагрузку (напри мер, реостат, индуктивная катушка и т.д.) . При охлаждении энерготрансформирующих элементов электрическая нагрузка отключена, а сами элементы 25 по внутренней структуре Возвращаются в исходное состояние.

Газообразный теплоноситель поступает периодически в регенератор 2 из источника 1 пульсаций газа. Проходя через регенератор 2, теплоноситель охлахцается от температуры окружающей среды Т„„ до температуры рефрижератора 3.

В результате впуска теплоносителя давление и температура газа, находившегося в рабочем цилиндре 4, повышаются. Это повышение температуры газа в установке используется частично на нагрев энерготрансформирующих элементов б. Поэтому распределение температуры газа характеризуется на фиг. 2 не линией Д, а линией.б которая проходит несколько ниже.

Вследствие нагрева на противоположных плоскостях энерготрансформирующих элементов происходит накодление электрических зарядов и разряд их через электрическую нагрузку системы управления 7. Таким образом, часть внутренней энергии газа, находящего-, И ся в каждом сечении рабочего цилиндра, преобразуется в электроэнергию и выводится из системы.

В следующую фазу цикла теплоноситель возвращают в источник 1. При 55 этом давление и температура газа, оставшегося в цилиндре 4, анижаютея.

Причем снижение температуры более существенно, чем в известном устройстве, так как от газа по всей длине 1Þ цилиндра 4 в предыдущей фазе цикла была выведена часть внутренней энергии посредством энерготрансформирующих элементов. Поэтому распределение температуры газа вдоль цилиндра

4 характеризуется теперь по фиг.2 не линией 8 как в известной установке, а линиейL .

В результате этого газ в рефриже» раторе 3 также имеет более низкую температуру, а следовательно, становится возможным подвести больше тепла от охлаждаемого объекта, т.е. увеличить удельную холодопроизводительность установки и ее энергетическую эффективность.

В течение этой фазы энерготрансформирующие элементы 6 отключены пос редством системы управления от нагрузки и охлаждаются до исходной температуры. Далее фазы повторяются.

Работа энерготрансформирующих элементов б в рефрижераторном режиме (второй вариант) заключается в следующем. При наложейии на них внешнего электрического поля происходит упорядочение структуры материала элемента, в результате чего элемент нагревается. Это выделяющееся в процессе упорядочения структуры тепло отводят каким-либо теплоносителем (как показано ниже), в предлагаемой установке это осуществляется газом при впуске теплоносителя из источника 1 так, чтобы температура элементов ос талась первоначальной. При последую щем снятии электрического поля проис= ходит разупорядочение структуры материала элементов, на что затрачивается часть внутренней энергии материала, а следовательно, понижается его температура. Пропуская через холодные элементы газ, можно понизить его температуру (газ охлаждается).

Работа установки осуществляется следующим образом, Так же как и в первом случае при впуске теплоносителя из источника 1 давление и температура газа в рабочем цилиндре 4 увеличиваются.В это же время система 7 управления подает напряжение на энерготрансформирующие элементы б. Выделяющееся в процессе упорядочения структуры тепло снимается газом, в результате чего его температура еще больше повышается. Характер изменения температуры газа по длине рабочего цилиндра 4 в этой фазе показан на фиг. 2 кривой д. Поскольку температура газа в зоне отвода тепла выше, чем в первом случае и у известной установки, то и количество тепла, отводимое в холодильнике, здесь больше.

В следующей фазе (теплоноситель из рабочего объема удаляют в источник

1) напряжение с энерготрансформирующих элементов 6 снимают. Поэтому одновременно со снижением давления газа происходит разупорядочение структуры элементов и, следовательно,снижение их температуры. Таким образом, 989269 газ в рабочем цилиндре 4 охлаждается как в результате снижения давления, так и вследствие теплообмена с холодными энерготрансформирующими элементами. Характер распределения температуры газа в рабочем цилиндре 4 показан на фиг. 2 линией Е . Поскольку температура газа в рефрижераторе ниже, чем в первом случае, то и коли- чество тепла, подводимое от охлаждающего объекта, увеличивается, т.е. увеличивается удельная холодопроизво. дительность.

Таким образом, при любом варианте предлагаемая установка обеспечивает дополнительный вывод внутренней энергии газа, находящегося в ней, в окружающую среду, а следовательно, соответствующее увеличение удельной холодопроизводительности. Это увеличение холодопроизводительности приводит и к увеличению энергетической, эффективности установки, что очевидно для первого варианта. Во втором варианте одновременно с увеличением холодопроизводительности несколько растут и энергетические затраты,что вызвано подачей напряжения на энерготрансформирующие элементы. Однако, как показывают расчеты, энергетический КПД отдельных элементов может быть очень высоким (ni 90%), поэтому в целом на эффективность низкотемпературной установки в большей степени сказывается увеличение холодопроизводительности.

Для энерготрансформирующих элементов можно использовать большое число различных диэлектриков. Однако наибольший эффект получают при использовании сегнетоэлектрических ма .териалов обладающим ь окрестности точки Кюри аномально высокими диэлектрическими свойствами. Известно около

600 различных сегнетоэлектриков, а их твердых растворов — более тысячи, что позволяет по их точкам Кюри перекрыть грактнчески весь: диапазон температур от 4 К до 1000 К.

10 Формула изобретения

1. Охлаждающее устройство, содержащее источник пульсаций газа, подключенный к последовательно соединен15 ным регенератору, рефрижератору, рабочему цилиндру и холодильнику, отличающееся тем, что, с целью повышения холодопроизводительности, оно дополнительно содер»

20 жит диэлектрические энерготрансформирующие элементы с системой электрического управления, размещенные в рабочем цилиндре, причем система управления сблокнрована С источником

25 пульсаций газа.

2. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что энерготрансформирующие элементы выполнены составными из материалов с РазличныЗ0 ми значениями точки Кюри, возрастающими в направлении от рефрижератора к холодильнику.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе . 1. Воронин Г.И. КонстРУиРование машин и агрегатов систем кондиционирования. М., "Машиностроение", 1978, с. 176-180.

2. Авторское свидетельство СССР

М 623067, кл. F 25 В 9/02, 1977.

989269

-Составитель tO.Êèëèìíèê

Редактор М. Дылын ТехредМ. Гергель Корректор E.Pcenco

Заказ 11082/54 Тираж 528 Подписное

BHHHGH Государственного комитета СССР по дЕлам изобретений H открытий

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

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