Криогенная установка Советский патент 1984 года по МПК F25B9/00 

Изобретение относится к холодильной технике. Известна криогенная установка, содержащая ступень предварительного охлаждения в виде газовой криогенной машины, гидравлически соединенную со ступенью предварительного охлаждения 1. Недостаток установки - низкая эффективность вследствие процесса дросселирования в ступени окончательного охлаждения. Наиболее близкой к предлагаемой является криогенная установка, содержащая газовую криогенную мащину, соединенную трубопроводом с блоко.м криостатирования объекта 2. При работе известной установки дросселирование происходит в области жидкости, что не способствует организации высокоэффективной работы установки. Цель изобретения - повыщение холодильного КПД. Поставленная цель достигается тем, что криогенная установка, содержащая газовую криогенную .машину, соединенную трубопроводом с блоком криостатирования объекта, содержит вторую газовую криогенную машину, работающую со сдвигом по фазе цикла на угол от 10 до 85° по отношению к первой, и также соединенную трубопроводом с блоком криостатирования объекта, приче.м указанный блок выполнен в виде системы модулей с диэлектрическими энерготрансфор.мирующими элементами, а криостатируемый объект установлен между ними. Причем диэлектрические энерготрансформирующие элементы выполнены из сегпетоэлектрическпх материалов со значениями точек Кюри, последовательно уменьшающи.мися от рабочей температуры соответствующей газовой .мащины до температуры криостатируемого объекта. На черте.же изображена предлагаемая криогенная установка. Установка содержит газовую криогенную мапжну (ГКМ) 1, соединенную трубопроводом 2 с блоком криостатирования объекта, вторую газовую криогенную машину 3, соединенную трубопроводом4 с блоком криостатирования объекта, причем указанный блок выполнен в виде системы модулей 5 и 6 с диэлектрическими энерготрансформирующими элементами 7, которые посредством выводов 8 связаны электрически с сис„ п темои 9 управления, которая в свою очередь проводами 10 электрически связана с ГКМ 1 и второй ГКМ 3, а криостатируемый объект 1 1 установлен между диэлектрическими энерготрансформирующими элементами 7. Криогенная установка работает следующим образом. Рабочий процесс в ГКМ состоит из нескольких фаз, причем давление в холодной полости 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 криостатирования 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 необходи.мого расхода теплоносителя. Последний поступает в блок криостатируемого объекта из ГКМ 1 с температурой теплоносителя Т , выходящего из холодной зоны ГКМ 1. В это же время система 9 управления осуществляет деполяризацию диэлектрических энерго „,,„„ ПРМРНТПН 7 « Mnrrv.. 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 деполяризации этих элементов 7 (разупорядочивание доменной структуры) идет с понижением температуры, поэтому теплоноситель, протекая в модуле 5 через зазоры между этими 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 TT , с которой поступает в ГКМ 3. В результате работы ГКМ 3 теплоноситель охлаждается с Тт до Тх. 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 Те двумя модулями 5 и 6, и холодо производительность установки равна су.мме холодопроизводительностей модулей 5 и 6. Таким образом, при работе ГКМ 1 и 3 со сдвигом по фазе цикла через гидравлически связанные 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 теп лоносителем. Наиболее эффективными материалами являются сегнетоэлектрики с электрокалорическим эффектом до нескольких градусов. В настоящее время известно несколько сотен различных сегнетоэлектриков и еще больщее количество их твердых растворов с различными значениями точек Кюри. В качестве примера можно привести следующие сегнетоэлектрики с достаточной величиной электрокалорического эффекта: ЗгТЮз, KTaOj, PbtNbzO7, TLB . Таким образом, повышение КПД предлагаемого устройства связано с тем, что при прямом преобразовании электроэнергии в тепло и холод собственные потери практически отсутствуют, а технические можно свести к незначительной вичине.

1. КРИОГЕННАЯ УСТАНОВКА, содержащая газовую криогенную машину, соединенную трубопроводом с блоком криостатирования объекта, отличающаяся тем. что, с целью повышения холодильного КПД она содержит вторую тазовую криогенную машину, работающую со сдвигом по фазе цикла на угол от 10 до 85° по отношению к первой, и также соединенную трубопроводом с блоком криостатирования объекта, причем указанный блок выполнен в виде системы модулей с диэлектрическими энерготрансформирующими элементами, а криостатируемый объект установлен между ними. 2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что диэлектрические энерготрансфор.мирующие элементы выполнены из сегнетоэлектрических материалов со значениями точек Кюри, последовательно уменьшающимися от рабочей температуры соответству ющей газовой машины до температуры крио(Л статируемого объекта. о NmA 00 СО