Каскадный охладитель Советский патент 1985 года по МПК F25B25/00 F25B21/00 

Изобретение относится к холодильной технике, а именно к устройствам комбинированных испарительно-термоэлектрических систем термостатирования в диапазоне от О до -100°С преимущественно объектов с нестационарным во времени тепловыделением.

Цель изобретения - повышение точности поддержания заданного температурного режима путем обеспечения пропорционального регулирования холодопроизводительности высокотемпературного каскада.

На чертеже представлена принципиальная схема предлагаемого каскадного охладителя.

Низкотемпературный каскад охладителя представляет собой термоэлектрическую батарею 1, холодные спаи которой контактируют с объектом охлаждения, а горячие - через диэлектрический теплопереход 2 с теплоаккумулирующим веществом 3, размещенным в герметичной теплоизолированной камере 4, снабженной компенсатором объемного расширения.

Высокотемпературный каскад охладителя представляет собой холодильную машину, включающую компрессор 5, конденсатор 6, дроссельный вентиль 7, соленоидный вентиль 8, регулирующий подачу хладагента в испаритель 9. Испаритель размещен на противоположной термобатарее стенке камеры 4 и через диэлектрический теплопереход 10 контактирует с теплоаккумулирующим веществом. Конструктивное выполнение испарителя может быть различным, например в виде металлической плиты с каналами для прохода хладагента. На двух противолежащих боковых стенках камеры между испарителем и термобатареей размещены электроды 11, непосредственно контактирующие с теплоаккумулирующим веществом по всей высоте камеры. Электроды включены в схему управления холодильной мащины, в частности подключены к входу блока 12 управления током обмотки соленоидного вентиля 8.

Каскадный охладитель работает следующим образом.

При фоновом уровне тепловой нагрузки или в режик ее ожидания тепло отводится от объекта термобатареей 1 и передается через теплоаккумулирующее вещество 3 хладагенту, кипящему в испарителе 9. Вещество при этом находится, в основном, в твердой фазе, только у поверхности теплоперехода 2 находится тонкий слой жидкости. При термостатировании объекта в диапаJ зоне от -10 до -30°С наиболее удобно использовать в качестве теплоаккумулирующего вещества плавящийся лед с высокой удельной теплотой плавления.

Для стабильной работы охладителя, т.е. для обеспечения заданного температурного режима объекта необходимо поддерживать границу раздела фаз лед - вода на определенном уровне. Это, в свою очередь, достигается регулированием холодопроизводительности холодильной машины по сигналу датчика льдообразования. Электрический ток, протекающий между электродами 11 датчика, зависит от толщины слоя воды, т.е. от положения границы раздела фаз. Поскольку электропроводность льда в 500 раз хуже, чем воды, его можно считать диэлектриком. Наличие диэлектрических теплопереходов и покрытия свободных внутренних стенок камеры исключает щунтирование тока по стенкам.

При импульсном или плавном увеличении

5 тепловыделения объекта соответствующим образом увеличивают ток термобатареи, а значит, возрастает и выделение теплоты на ее горячих спаях.

Всплеск теплового потока в первую очередь воспринимает теплоаккумулирующее

0 вещество 3, и начинается его подтайка. Температуру горячих спаев термобатареи можно считать стабильной, пока идет процесс плавления. За это время необходимо увеличить холодопроизводительность холодильной машины до значения, превышающего новый уровень выделяемой термобатареей мощности, причем так, чтобы временный ее избыток привел к восстановлению прежнего уровня раздела фаз. При подтайке льда сопротивление в цепи электродов 11

0 падает и ток управления возрастает, соответственно меняется выходной ток блока 12 управления, вызывающий дополнительное приоткрывание вентиля 8 и увеличение поступления хладагента в испаритель 9.

В итоге система восстанавливает первоначальное положение. При уменьшении тепловой нагрузки холодопроизводительность холодильной мащины соответственно снижается.

КАСКАДНЫЙ ОХЛАДИТЕЛЬ, содержащий низко- и высокотемпературные каскады, имеющие тепловой контакт с герметичной камерой, заполненной плавящимся теплоаккумулирующнм веществом, причем низкотемпературный каскад выполнен в виде термоэлектрической батареи, отличающийся тем, что, с целью повышения точности поддержания заданного температурного режима путем обеспечения пропорционального регулирования холодопроизводительности высокотемпературного каскада, охладитель дополнительно содержит блок управления и датчик льдообразования, выполненный в виде двух электродов, установленных внутри камеры на ее противоположных стенках и имеющих длину, равную высоте этих стенок, а высокотемпературный каскад выполнен в виде испарителя с электромагнитным вентилем на входе, электрически соединенным через блок управления с электродами датчика льдообразования.g (Л о Од to