Сегнетоэлектрическая холодильная установка Советский патент 1983 года по МПК F25B21/00 

4

со

О

о: Изобретение относится к холодиль ной технике., а именно к установкам для получения холода на основе элек рокалорического эффекта. Известна низкотемературная установка, в основе действия которой лежит электрокалорический эффект, содержащая блок с энерготрансформирующими элементами, на которые пери одически накладывается и снимается электрическое поле fl Недостатком этого устройства является применение тепловых ключей которые работают только в узком диа пазоне температур Т 20 К. Также известна сегнетоэлектрическая холодильная установка, содержащая блок сегнетоэлектрических трансформирующих элементов с канало для прохода газа, регулятор подачи периодического напряжения и теплооб менник 2 J. Недостаток известной установки относительно невысокий ресурс вледствие использования механических устройств для прокачки теплоносител Цель изобретения - повышение надежности холодильной установки с сегнетоэлектрйчёскими энерготрансформирующими элементами. Поставленная цель достигается тем, что сегнетоэлектрическая холодильная установка, содержащая блок сегнетоэлектрических трансформирующих элементов с каналами для прохода газа, подключенный к регулятору напряжения, и подсоединенный к блок теплообменник, дополнительно содержит подключенную к регулятору систе му термоавтоколебаний, выполненную в виде последовательно подсоединенных к блоку через теплообменник регенератора, конденсатора и генератора. Регенератор отделен от теплообменника посредством гибкой перегородки. На фиг. 1 представлена конструктивная схема сегнетоэлектрической ХОЛОДИЛЬНОЙ установки при использовании в качестве теплоносителя рабочего тепла системы термоавтоколебаний; на фиг. 2 - четыре положения границы раздела фаз теплоносителя, поясняющие процесс термоавтоколебаний; на фиг. 3 - конструктивная схема сегнетоэлектрической холо дильной установки с гибкой перегородкой; на фиг. 4 - принцип получения пульсирующего потока в этой кон струкции при использовании в блоке сегнетоэлектрических трансформирующих элементов теплоносителя, свойст ва которого отличны от свойств теплоносителя системы термоавтоколебаний. Сегнетоэлектрическая холодильная установка содержит блок 1 сегнетоэлектрических трансформирующих элементов 2 с каналами 3 для прохода газа, регулятор 4 напряжения на элементы посредством электродов 5. На одном конце блока сегнетоэлектрических трансформирующих элементов 2 размещен охлаждаемый объект б. К противоположному концу подключен теплообменник 7 для отвода тепла в окружающую среду. Система 8 термоавтоколебаний соединена с регулятором 4 напряжения посредством связи 9 электрического, пневматического или любого другого типа и снабжена корпусом 10 с размещенными в нем гэнератором 11, конденсатором 12 и генератором 13 пара, последовательно подсоединенных к блоку через теплообменник. Система 8 термоавтоколебаний и блок 1 сегнетоэлектрических трансформирующих элементов 2 заполнены жидкостью (теплоносителем), меняющей свое агрегатное состояние в диапазоне температур генератора 13 пара и конденсатора 12. Если- в блоке 1 сегнетоэлектрических трансформирующих элементов 2 используется теплоноситель со свойствами, отличающимися от свойств рабочего тепла тела системы 8 термоавтоколебаний, то сегнетоэлектрическая Холодильная установка дополнительно снабжена гибкой перегородкой 14, размещенной между теплообменником 7 и регенератором 11. Работу сегнетоэлектрической холодильной установки при использовании в качестве теплоносителя рабочего тела системы 8 термоавтоколебаний можно представить в виде фаз (фиг. 2). Фаза1а. Жидкость (теплоноситель) системы 8 термоавтоколебаний под действием силы тяжести входит в генератор 13 пара, где в результате подвода тепла вскипает. Вследствие этого давление в генераторе 13 пара возрастает и появляется импульс силы, направленной вверх. Через связь 9 сигнал увеличения давления передается в регулятор 4 напряжения, который снимает напряжение с сегнетоэлектрических трансформирующих элементов 2. В результате деполяризации структуры сегнетоэлектрических трансформирующих элементов 2 последние охлаждаются. Фаза 5. Под действием импульса илы (образовавшийся пар расширяетя) столб жидкости поднимается вверх. ройдя через регенератор 13, жидкость охлаждается от температуры Т конденсатора 12 до температуры окужающей среды Т ос (в общем случае TOC. если Тк Тос то регенеатор 13 отсутствует). Далее жидкость

проходит по каналам между деполяризованными сегнетоэлектрическими трансформирующими элементами 2 и охлаждается последовательно на них до температуры , с которой омывается охлаждаемый объект б, чем и обеспечивается его термостатирование

Фаза в. В результате расширения пара граница раздела фаз (пар - жидкость) достигает конденсатора 12. Вследствие отвода тепла пар конденсируется, что приводит к резкому понижению давления в паровой зоне. Этот момент через связь 9 регистрирует регулятор 4 напряжения, который включает подачу высокого напряжения на сегнетоэлектрические трансформирующие элементы 2, при зтом затрачивается электрическая энергия (Э). Вследствие повышения напряженности поля сегнетоэлектрические трансформирующие элементы 2 поляризуются, а их температура повышается.

Фаза 1. Так как давление в паровой зоне резко снизилось, то под действием силы тяжести столб жидкости опускается. При этом жидкость, проходя между сегнетоэлектрическими трансформирующими элементами 2,

снимает тепло поляризации, которое отводят в окружающую среду посредством теплообменника 7. Далее температуру жидкости повышают в результате теплообмена в регенераторе 11 до Т.Далее фазы, начиная со, повторяются.

Установка с гибкой перегородкой 14 работает аналогичным образом с той лишь разницей, что колеблющийся столб жидкости в системе 8 термоавтоколебаний перемещает соответственно гибкую перегородку 14, а движение последней обеспечивает колебательное движение теплоносителя через блок 1 сегнетоэлектрических трансформирующих элемен1гов 2. Для обеспечения требуемого хода столба жидкости в системе 8 термоавтоколебаний гибкую перегородку 14 целесообразно выполнять в виде тонкой мембраны, работающей по принципу выворачиваемого чулка.

Таким образом, отсутствие в предлагаемой конструкции механических преобразователей энергии повышает надежность работы установки.

1. СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ХОЛОДИЛЬНАЯ УСТАНОВКА, содержащая блок сегнетоэлектрических трансформирующих элементов с каналами для прохода газа, подключенный к регулятору напряже ния, и подсоединенный к блоку теплообменник, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности, она дополнительно содержит подключенную к регулятору напряжения систему термоавтоколебаний, выполненную в виде последовательно подсоединенных к блоку через теплообменник регенератора, конденсатора и генератора пара. 2.Установка по п. 1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что регенератор отделен от теплообменника посредством гибкой перегородки. с ф