Охлаждающее устройство Советский патент 1980 года по МПК F25B9/00 

1

Изобретение относится к криогенной технике, а более конкретно каса ется охлаждающего устройства в виде холодильной газовой машины.

. Известны охлаждающие устройства 5 содержащие газораспределительный узел, рабочий объем постоянной величини с теплообменником на горячем конце, клапан перед теплообменником на горячем конце l.

Основным пре1шуществом этих устройств является простота конструкции. Отсутствие движущихся элементов позволяет значительно повысить надежность и ресурс реальной конструкции. 15

Недостаток известных устройств ограничение достигаемой темперутуры. В предельном случае минимальная температура газа на выходе из устройства определяется температурой адиа- 20 батического расширения хладагента. Поэтому использование таких устройсть ограничено областью температур выше криогенных.

Этот недостаток устранен в извест- 5 ном устройстве, содержащем соединенные последовательно газораспределитель, регенератор, теплообменник нагрузки, рабочий объем постоянной величины и холодильник, соединенный 30

2

с горячим концом последнего через регулятор 2.

НедостатЬк такого устройства - его небольшая термодинамическая эффектибность из-за повьяпенного расхода газа. Повышенный расход газа обусловлен тем, что заполнение рабочего объема постоянной величины происходит охлажденным газом и с одной стороны.

Цель изобретения - повьшение термодинамичес ой эффективности устройства.

Цель достигается тем, что газораспределитель соединен с горячим концом рабочего объема байпасной линией с дросселем. Байпасную линию с дросселем целесообразно выполнять в виде капиллярной трубки,а регулятор в виде калиброванного отверстия малого диаметра.

На фиг.1 представлена схема данного устройства; на фиг.2 - индикаторная диаграмма для холодной полости рабочего объема.

Устройство содержит соединенные последовательно газораспределитель 1, регенератор 2, теплообменник 3 , нагрузки, рабочий объем 4 постоянной величины и холодильник 5, соеди-: ненный с горячим концом б рабочего

бъема 4 через регулятор 7. Газорасределитель 1 соединен с горячим онцом 6 рабочего объема 4 байпасной инией 8 с дросселем, которая выполена ввиде капиллярной трубки. Реулятор 7 выполнен в виде калиброваного отверстия малого диаметра.

Индикаторная диаграмма, представ-, енная на фиг.2.,:относится к холодной олости рабочего объема 4, которая бразована стенками рабочего объема

4и левой границей газового вытеснителя .

газовым вытеснителем является пория газа в объеме 4, которая в про-, цессе работы охлаждающего устройства не по.кидает объем 4 постоянной величины , а совершает возвратно-поступательное движение ,внутри последнего с одновременным изменением своегд объема за счет сжимаемости газа.

Работает устройство следующим образом.

При открытом впускном канале газораспределителя 1 происходит заполнение сжатым газом рабочего объема 4 постоянной величины, причем заполнение происходит с двух сторон - через регенератор 2, теплообмейник 3 нагрузки и через капилляр 8.Давление в объеме 4 постоянной величины растет, следовательно объем газового вытеснителя уменьшается. Однако в процессе наполнения (фиг.2 точки а,б,в) левая граница газового вытеснителя первоначально перемещается влево (за счет газа, вытекающего из теплообменника

5- до выравнивания давлений в теплообменнике 5 и объеме 4, а затем вправо (газ из теплой полости начинает перетекать в теплообменник 5). Уменьшение объема газового вытеснителя компенсируется натеканием газа через капиллярную трубку 8. После закрытия впускного канала газораспределитёля 1 (при этом выпускной канал еще закрыт)в объеме 4 происходит расширение газа (фиг.2 точки в,г).Левое сечение газового вытеснителя продолжает перемещаться вправо. Это обеспечивается перетеканием газа из теплой полости объема 4 постоянной величины в теплообменник 5, где отводится тепло сжатия газа -в теплой полости объема 4. Запаздывания изменения давления в теплообменнике 5 по сравнению с объемом 4 обусловлено выполнением . в теплообменник 5 в виде калиброврнного отверстия малого Диаметра. ПдЬлё открытия выпускного канала распределителя 1 происходит снижение давления (фиг.2 точки г,д) в объеме

4 постоянной величины, левая граница газового вытеснителя перемещается влево (происходит увеличение объема газового вытеснителя). Далее происхЬдйт вытекание газа из теплообменника 5 в теплую полость объема 4, что приводит к перемещению газового вытеснителя влево (фкг.2 точки д-а) Наличие капилляра 8 обеспечивает возврат левой границы газового вытеснителя в первоначальное положени (к моменту открытия впускного канала) .

Описанный цикл осуществляется в охлаждающем устройстве, при отсутствии перемешивания порций газа в объеме 4. Выполнение входа в теплообменник 5 в виде калиброванного отверстия майого диаметра, а также задержка между периодами открытия каналов впуска и выпуска газораспределителя 1 позволяет осуществить в охлаждающем устройстве регенеративный цикл, подобный циклу теплового насоса Гиффорда-Мак-Магона.

Соединение горячего койца объема 4 с газораспределителем 1,капиллярной трубкой позволяет на 20-30% снизить расход газа через охлаждающее устройство по сравнению с известным устройством (так как компенсация снижаемости газового вытеснителя происходит теплым газом через капилляр, а на холодном - в известном устройстве - через регенератор 2). Кроме того, изменяя размеры капиллярной трубки, изменяют индикаторную диаграмму холодной полости и тем самым увеличивают или уменьшают холодопроизводительность охлаждающего устройства.

Термодинамическая эффективность устройства повышается в 1,3-1,6 раза.

Формула изобретения

1.Охлаждающее устройство, содержащее соединённые последовательно газораспределитель, регенератор,теплообменник нагрузки, рабочий объем постоянной величины и холодильник, соединенный с горячим концом последнего через регулятор, отличающ а е с я тем, что, с целью повышени термодинамической эффективности,- газораспределитель соединен с горячим концом рабочего объема байпасной линией с дросселем.

2.Устройство поп.1отличаю щ е е с я тем, что байпасная линия с дросселем выполнена в виде капиллярной трубки, а регулятор - в виде калиброванного отверстия малого диаметра .

Источники информации, принятые вЬ внимание при экспертизе

1.AB-fopCKoe свидетельство СССР W 527569, кл. F 25 В 9/00, 1975.

2.Авторское свидетельство СССР W 623067, кл. F 24 В 9/00, 1977.

л

Vx

(l..l