Криогенная установка

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 19) 111) А 7 51) 1 25 В 900 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ с ного КГ 1 Д риогенну ю фазе ию к Я. фов ноше рубо я об ен в цберг,ровоъекта,виде энер- крио- ниорден ически удовог универ)еж 2. У тем, что мирующ электрич точек К мися от ющей га статируе становка по и. 1, от диэлектрические энер ие элементы выиолнень еских материалов со юри, последовательно у рабочей температуры зовой машины до темпе мого объекта.ичающа.г. готрансфор из сегнето значениям еньшающ) НОВКА, машину,ом криояся тем,соответству- Я ратуры криоГОСУДАРСТВЕННЫИ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Московский ордена ЛенинаОктябрьской Революции энергинститут и Латвийский ордена ТКрасного Знамени государственныситет им. Петра Стучки(54) (57) 1. КРИОГЕННАЯ УСТАсодержащая газовую криогеннуюсоединенную трубопроводом с блокстатирования объекта, отличающа1 что, с целью повышения холодилона содержит вторую газовуюмашину, работаюьцуо со сдвигоцикла на угол от 1 О до 85 по отпервой, и также соединенную тдом с блоком криостатированипричем указанный блок выполисистемы модулей с диэлектричесготранс форм и рующи ми элементастатируемый объект установленми.1071897 1Изобретение относится к холодильнойтехнике,Известна криогенная установка, содержащая ступень предварительного охлаждения в виде газовой криогенной машины,гидра вли чески соединенную со ступеньюпредварительного охлаждения 11.Недостаток установки - низкая эффективность вследствие процесса дросселирования в ступени окончательного охлаждения.Наиболее близкой к предлагаемой является криогенная установка, содержащаягазовую криогенную машину, соединеннукэтрубопроводом с блоком криостатированияобъекта 2.При работе известной установки дросселирование происходит в области жидкости, что не способствует организациивысокоэффективной работы установки.Цель изобретения - повышение холо.дильного КПД.Поставленная цель достигается тем, чтокриогенная установка, содержащая газовую криогенную машину, соединенную трубопроводом с блоком криостатирования объекта, содержит вторую газовую криогеннуюмашину, работающую со сдвигом по фазецикла на угол от 10 до 85 по отношеник) кпервой, и также соединенную трубопроводом с блоком криостатирования объекта,причем указанный блок выполнен в видесистемы модулей с диэлектрическими энерготрансформирующими элементами, а криостатируемый объект установлен междуними.Причем диэлектрические энерготрансформирующие элементы выполнены из сегнетоэлектпичсских материалов со значениями точек Кюри, последовательно уменьшающимися от рабочей температуры соответствующей газовой машины до температурыкриостатируемого объекта.На чертеже изображена предлагаемаякриогенная установка.Установка содержит газовую криогенную машину (ГКМ) 1, соединенную трубопроводом 2 с блоком криостатирования объекта, вторую газовую криогенную машину 3,соединенную трубопроводом 4 с блоком криостатирования объекта, причем указанныйблок выполнен в виде системы модулей 5 и6 с диэлектрическими энерготрансформирующими элементами 7, которые посредством выводов 8 связаны электрически с системой 9 управления, которая в свою очередьпроводами 10 электрически связана с ГКМ 1и второй ГКМ 3, а криостатируемый объект1 установлен между диэлектрическими энерготрансформи рующи ми элементами 7.Криогенная установка работает следующим образом. Рабочий процесс в ГКМ состоит из не.скольких фаз, причем давление в холодной 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 гполости 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 ГКМс температурой теплоносителя Т, выходящего из холодной зоны ГКМ 1. В это же время система 9 управления осуществляет деполяризацию диэлектрических энерго- трансформирующих 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 температуры, 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 Тт, с которой поступает в ГКМ 3. В результате работы ГКМ 3 теплоноситель охлаждается с Тт до Т.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 гидравлически1071897 3связанные 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 ма. териалами 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: ЬгТ 1 Оз, КТаОз, РЬаХЬг 07, Т 1.В Таким образом, повышение КПД предлагаемого устройства связано с тем, что 1 О 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 53 ф Годписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул, Проектная, 4