Охлаждающее устройство

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ п 989269 Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик(22) Заявлено 120 б 81 (21) 3304531/23-0 б с присоединением заявки М Р 25 В 9/02 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытийОпубликовано 1501,83, Бюллетень йо 2 Дата опубликования описания 1501.83(72) Авторы изобретения Московский ордена Ленина и ордена Октябрвсиой.Ррдрлю 4 ии энергетический институт. 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 це (.1.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 2.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 энерготрансформирую" щие 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 после" довательно 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.Работа установки возможна в двухвариантах: энерготрансформирующиеэлементы обеспечивают преобразованиетепла в электроэнергию, которая выво"дится из установки, энерготрансформирующие элементы работают в рефрижераторном режиме за счет внешнего периодического наложения на них электрического поля.В соответствии с циклом (первыйвариант) газ периодически в каждом се Очении трубы меняет свою температурув определенном интервале. В результате и энерготрансформирующие элементы б периодически нагреваются и охлаждаются, При нагреве энерготранс 15формирующих элементов, выполненных,нарример, из сегнетокерамики на противоположных плоскостях элементов 6,образуются электрические заряды, которые снимаются системой 7 управле рния на электрическую нагрузку (например, реостат, индуктивная катушкаи т.д.) . При охлаждении энерготрансформирующих элементов электрическаянагрузка отключена, а сами элементы 25по внутренней структуре Возвращаютсяв исходное состояние.Газообразный теплоноситель поступает периодически в регенератор 2 изисточника 1 пульсаций газа. Проходячерез регенератор 2, теплоносительохлацается от температуры окружаю"щей среды Т до температуры рефрижератора 3.В результате впуска теплоносителя давление и температура газа, находившегося в рабочем цилиндре 4, повышаются, Это повышение температурыгаза в установке используется частично на нагрев энерготрансформирующихэлементов б, Поэтому распределениетемпературы газа характеризуетсяна фиг, 2 не линией Д , а линией,бкоторая проходит несколько ниже,Вследствие нагрева на противоположных плоскостях энерготрансформирующих элементов происходит накоплениеэлектрических зарядов и разряд их через электрическую нагрузку системыуправления 7. Таким образом, частьвнутренней энергии газа, находящего-, Ися в каждом сечении рабочего цилиндра, преобразуется в электроэнергиюи выводится из системы.В следующую фазу цикла теплоноситель возвращают в источник 1, При 55этом давление и температура газа,оставшегося в цилиндре 4, анижаютея.Причем снижение температуры болеесущественно, чем в известном устройстве, так как от газа по всей длине 1 Юцилиндра 4 в предыдущей фазе циклабыла выведена часть внутренней энергии посредством энерготрансформирующих элементов. Поэтому распределение температуры газа вдоль цилиндра 65 4 характеризуется теперь по фиг.2 нелинией Г как в известной установке,а линией 1 .В результате этого газ в рефрижераторе 3 также имеет более низкуютемпературу, а следовательно, становится возможным подвести большетепла от охлаждаемого объекта, т.е.увеличить удельную холодопроизводительность установки и ее энергетическую эффективностьВ течение этой фазы энерготрансформирующие элементы б отключеныпоссредством системы управления от нагрузки и охлаждаются до исходнойтемпературы, Далее фазы повторяются.Работа энерготрансформирующих элементов б в рефрижераторном режиме(второй вариант) заключается в следующем. При наложейии на них внешнего электрического поля происходитупорядочение структуры материала элемента, в результате чего элемент нагревается, Это выделяющееся в процессе упорядочения структуры тепло отводят каким-либо теплоносителем ( какпоказано ниже, в предлагаемой установке это осуществляется газом привпуске теплоносителя из источника 1так, чтобы температура элементов осталась первоначальной. При последующем снятии электрического поля проис-.ходит разупорядочение структуры материала элементов, на что затрачивается часть внутренней энергии материала, а следовательно, понижается еготемпература. Пропуская через холодныеэлементы газ, можно понизить его температуру (газ охлаждается).Работа установки осуществляетсяследующим образом,Так же как и в первом случае привпуске теплоносителя из источника 1давление и температура газа в рабочем цилиндре 4 увеличиваются.В это жевремя система 7 управления подаетнапряжение на энерготрансформирующие элементы б, Выделяющееся в процессе упорядочения структуры теплоснимается газом, в результате чегоего температура еще больше повышается. Характер изменения температурыгаза по длине рабочего цилиндра 4 вэтой фазе показан на фиг. 2 кривойд, Поскольку температура газа в зонеотвода тепла выше, чем в первом случае и у известной установки, то и количество тепла, отводимое в холодильнике, здесь больше.В следующей фазе (теплоносительиз рабочего объема удаляют в источник1) напряжение с энерготрансформирующих элементов 6 снимают. Поэтому одновременно со снижением давления газа происходит разупорядочение структуры элементов и, следовательно,снижение их температуры. Таким образом,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 Р , Посколькутемпература газа в рефрижераторе ниже, чем в первом случае, то и количество 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 (ю 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 окрестноститочки Кюри аномально высокими диэлектрическими свойствами. Известно около600 различных сегнетоэлектриков, аих твердых растворов - более тысячи,что позволяет по их точкам Кюри перекрыть грактнчески весь:диапазон температур от 4 К до 1000 К,10 формула изобретения1, Охлаждающее устройство, содержащее источник пульсаций газа, подключенный к последовательно соединен 15 ным регенератору, рефрижератору, рабочему цилиндру и холодильнику,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью повышения холодопроизводительности, оно дополнительно содер2 О жит диэлектрические энерготрансформирующие элементы с системой электрического управления, размещенные врабочем цилиндре, причем система управления сблокнрована С источником25 пульсаций газа.2. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что энерготрансформирующие элементы выполненысоставными из материалов с различныЗО ми значениями точки Кюри, возрастающими в направлении от рефрижераторак холодильнику.Источники информациипринятые во внимание при экспертизе, 1. Воронин Г,И. КонстрУированиемашин и агрегатов систем кондициони.рования, М., "Машиностроением, 1978,с. 176-180,2, Авторское свидетельство СССРМ 623067, кл, Г 25 В 9/02, 1977.лнал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,аз 11082/54 Тираж 528 ВНИИПИ Государственного по дЕлам изобретений 113035, Москва, Ж, Ра