Способ охлаждения термовакуум-камеры Советский патент 1988 года по МПК F17C3/00 F25D3/10 

О1 1

СП

1

14 11V.

Изобретение относится к машиностроению, а именгго к испытательной технике на крайне низкие температуры при пониженном атмосферном давлении.

Цель изобретения - интенсификапия процесса.

На чертеже изображена установка для реализации предлагаемого способа.

Установка содержит корпус 1 термовакуумную камеру, крышку 2, крио- ге}шый экран 3, соединенный через гермовводы 4 с системами подачи и отвода хладагента (не показаны). Корпус 1 соединен трубопроводом 5 через вентили 6 и 7 с вакуумным насосом 8 и дополнительным вакуумным насосом 9. Внутри криогенного экрана 3 установлен объект 10 испытаний на теплоизолированной подставке 11. На корпусе 1 со стороны, противоположной трубопроводу 5, смонтировано устройство 12 для ввода хладагента в камеру, состоящее из корпуса 13 и установленного внутри него центрального электрода 14, выполненных, например, из стали. С одной стороны электрод 14 заканчивается конусом 15 а с другой г-резьбовой частью 16. Имеется источник 1 7 постоянного тока, На корпусе 13 установлен электромагнит 18 с линиями магнитной индукции, расположенными перпендикулярно оси корпуса 13.

Способ осуществляют следующим образом.

Объект 10 испытаний устанавливают на подставку 11 и. закрывают крышку 2 Затем включают вакуумный насос 8, открывают вентиль 6 и откачивают камеру о требуемого давления газа. Далее включают дополнительный вакуум насос 9, подают хладагент в криогенный экран 3 для предварительного за- холаживания и одновременно с этим подают жидкий, хладагент под давлением через устройство 12 для ввода хладагента в камеру. Производительность вакуумного насоса 9 подбирается таким образом, чтобы давление газа в корпусе 1 не изменилось. Одновременно с подачей хладагента в корпус 1 подают напряжение на корпус 13 и электрод 14. При прохождении охлаждающей жидкости через устройство 12 для ввода хладагента жидкость электризуете, так как центральный электрод 14 и корпус 13 устройства

0

0

5

0

5

0

5

0

5

52

12 подключены кJисточнику 17 постоянного тока высокого напряжения. Под действием электрического поля происходит распад пленки жидкости и образование капель. Образующиеся капли приобретают электрический заряд, увеличивается их поверхностная энергия, что приводит к их охлаждению. Напряжение электризации при применении в качестве хладагента жидкого азота составляет примерно 10 кВ,

При прохождении через линии магнитной индукции электромагнита 18 капли разряжаются и происходит их дальнейшее охлаждение

Располо:1сение линий магнитной индукции магнита 18 перпендикулярно направлению потока хладагента обеспечивает максимальное взаимодействие электризованных капель хладагента с магнитным полем и их резкое охлаждение.

Таким образом, .обеспечиваются выг сокая дисперсность капель охлаждающей жидкости и их охлажден11е. Так как в корпусе 1 поддерживается разрежение порядка 30-40 мм рт.ст./ капли интенсивно испаряются вследствие превышения давления насьп.ченного пара вблизи поверхности капли по отношению к давлению в камере. Это приводит к интенсификации теплообмена.

После достижения температурой объекта 10 испытания заданного значения прекращают подачу хладагента че- ре з устройство 12, выключают допол-, нительный вакуумньй насос 9 и отключают источник 17 тока Дальнейшее поддержание заданной температуры на объекте 10 испытания обеспечивают регулированием расхода хладагента через криогенный экран. 3. Величина потока- хладагента регулируется поступательным перемещением конуса 15. Силой, побуждающей двигаться хладагент в заданном направлении, является перепад давлений между давлением внутри о бъема термовакуум-камеры и давления на хладагент в его источнике. С помощью давления на хладагент и положением конуса 15 регулируется первичная дисперсность вытекаемого хладагента. Расход хладагента определяется мощностью средств откачки и всегда существует множество соотношений между натекаемым и удаляемым газом, Взрьгеной характер разрушения заряженных, энергетически возбужден3 1

ных капель следует нз резкого уменьшения сил понерхностно1;о натяжения капель. Это уменьшение пропорционально диэлектрической постоянной вакуума, вещества каплгт, квадрата потенциала и обратно пропорционально радиусу капли. На область взрывного разрушения капель накладьгоается мат- нитное поле электромагнита 1Я с условием специальной ориентации силовых линий так, что происходят движение по винтовой линии заряженных капель хладагента и расфокусировка потока. Расфокусировка потока заряженных капель приводит к тому, что каждый элементарный акт взрыва капли происходит в большом объеме. Кроме того, движение по винтовой линии также увеличивает объем, в котором происходят разрушение и дробление капель. Магнитное поле, взаимодействуя с движущимся электрическим зарядом капли, увеличивает ее скорость пропорционально углу отклонения от первичной траектории. Увеличение объема разрушения и увеличение скорости, в данном случае, величины пропорциональные и приводят к постоянству времени прибывания капель в заданной области.

Выделение холода происходит в результате вакуумирования капель жидкости, которое пропорционально площади контакта жидкости с вакуумом и глубиной вакузгма. Глубина вакуума должна быть обязательно меньше дав- ления насыщенных паров как в общем, так и локально данном месте. Снижение температуры капель при их дроблении связано с возрастанием площади поверхности вновь рбразовавшихся капель, что влечет, при постоянстве

1 5/, 5

сил порерхностиого яатяжеиия, уменьшение внутренней энергии каждой капли, а так как внутренняя энергия с пропорциональна температуре, последняя снижается. Следовательно, выделение холода (и тенсивность охлаждения) увеличивается не только на величину степени диспергирования капель

O механическим распылением и электростатическим заряжением, но и на величину возрастания объема при постоянном времени nportecca.

5 Способ реализуется на стандартном оборудовании при изменении регулирования последнего по режиму откачки, т.е, не требует капитальных затрат на создание дорогих термовакууг-1-ка0 мер. Изготовление сравнительно прос того устройства позволяет, при прочих равных условиях, значительно снизить время испытаний за счет интенсификации теплообмена и, как следствие,

5 уменьшить время выхода на режим испытаний.

Формула изобретения

30 Способ охлаж;1;ения термовакуум-камеры, включающий откачку терм.овакуум- камеры, предварительное ее захолажи- вание хладагентом с дальнейшей оагкач-- кой и одновременной подачей хладаген,с та в мелкодисперсном состоянии, о т- личающий ся тем, что, с целью интенсификации процесса, при по- даче хладагента его подвергают воздействию электрического, а затем

4Q электромагнитного полей, при этом линии магнитной индукции электромагнитного поля о|)иентируют перпендикулярно направлению потока хладагента.

ш Л

Изобретение относится к испытательной технике и позволяет интенсифицировать процесс. Поток хладагента подают под давлением через устройство ввода хладагента в откачиваемую вакуумную камеру поток хладагента электризуют и пропускают через электромагнитное поле постоянного магнита, линии магнитной индукции которого ориентируют перпендикулярно нап равлению потока хладагента. Вследствие этого капли хладагента поступающие в камеру, имеют большую степень дисперсности. Уменьшение частиц капель жидкости приводит к увеличению поверхности испарения и как следствие этого к интенсификации теплообмена. Процесс ведут в вакуумной камере при давлении в ней порядка 30-40 мм рт-.лт. Напряжение электризации при применении в качестве, хладагента азота составляет величину порядка 10 кВ. 1 ил.