Устройство для охлаждения объектов Советский патент 1982 года по МПК F25D3/10 

Изобретение относится к криогенной технике и предназначено для охлаждения объектов в заданном диапазоне температур с использованием низкотемпературного хладагента.

Известно устройство, содержащее теплоизолированную емкость с жидким хладагентом, хладопровод, держатель объекта охлаждения и нагреватель, .подключенный к системе автоматического регулирования температуры. Температура объекта устанавливается нагревателем, а поддерживается системой автоматического регулирования 1 .

Недостатком этого устройства является то/ что в нем из-за применения хладопровода в виде стержня используется только теплота испарения хладагента, а для настройки затрачивается энергия в нагревателе. Это снижает эффективность устройства. Кроме того, для работы устройству требуется внешняя система ёштома ическог6 регулирования.

Известно устройство, содержащее евлкость е хлада1 ентом, хладопровод с нагревателем, камеру объекта йХлаждения с каналом для хладоносителя/ позволяющее использовать для

термостатйрования камеры объекта теплосодержание жидкого хладагента 2. .

Недостатком этого устройства яв- пяется то, что не используется теппосодержание хладагента в диапазоне температур ниже температуры объекта, а для подогрева хладагента до за-. данной температуры расходуется энер10гия в нагревателе. Кроме того, зависимость температуры на входе в камеру объекта от расхода хладагента вызывает необходимость поддерживать температуру объекта при изме15нении тепйовой нагрузки-в объекте регулированием и расхода тепловой энергии в нагревателе.

Эти недостатки снижают эффективность и усложняют систему регулиро20вания устройства. .

Цель изобретения - снижение энергозатрат и расхода хладагента и стабилизация температур объекта охлаждения в заданном диапазоне.

25

Указанлая цель.достигается в устройстве для охлаждения объектов, содержащем соединенные последовательно емкость с хладагентом, хладопровод с нагревателем, Кс1меру для

30 объекта охлаждения.с каналом для хладагента, камера для охлаждения объекта снабжена дополнительными каналами хладагента, последний из Г которых соединен с атмосферой, а наг реватель выполняется з виде рекупера тивного прямоточного теплообменника входы и В1лходы каналов которого соединены соответственно с выходами и входами каналов камеры охлаждения объекта. При этом количество каналов рекуперативного прямоточного теплообменника определяется соотношением йсу(То-Тч) ЛС),1Тй-То) -- - иэменение удельного теплосодержания хладагента при увеличении температуры от исходно температуры хладагента Т/ до его температуры на входе в камеру, объе та охлаждения То ; A(j,(Tg-T(,)- изменение удельного теплосодержания хладагента при уменьшении его температуры от тем пературы на выходе из : камеры объекта охлаждения Tg до температуры TO . Кроме того, на выходе из первого канала камеры охлаждения объекта установлен терморегулирующий вентиль, что позволяет стабилизировать температуру. На чертеже изображена схема устройства дпя охлаждения объекта. Устройство содержит теплоизолированную емкость J. с хладагентом, подключенную к нагревателю, выпрл ненному в виде прямоточного реку перативного теплообменника 2, содержащего каналы для хладагента 3, соединенные последовательно через каналы 4 каичеры 5 охлаждаемого объекта так, что образуются контуры циркуляции хладагента между теплообменником 2 и камерой 5. Последний канал 4 сообщен через патрубок б с атмосферой. Кроме того, каждый канал 4 на выходе соединен с патрубком 6 трубопроводами 7, снабженными венти лями 8. На выходе из первого канала 4 камеры 5 установлен терморегулирую щий вентиль 9, настроенный на заданную температурку. Устройство работает следующим образом, . Хладагент из емкости 1 подается любым известным способом в теплообменник 2 по каналу 3, где подогревается до температуры, необходимой для объекта охлаждения и поступает в канал 4 камеры 5 объекта, где ла-гревается, поддерживая температуру объекта и снимая теплопритоки в камере. Затем хладагент поступает в каналы 3 теплообменника 2, охлаж-, дается до температуры, необходимой для объекта охлаждения, и подается вновь в каналы 4 камеры 5 объекта. Цикл повторяется многократно в зависимости от количества каналов 4, Количество каналов 4 определяется термодинамическими свойствами хладагента и уровнем характерных температур устройства; температурой Т. хладагента в емкости 1, температурой хладагента на входе Т и выходе Т из 5 объекта. И наоборот, температура хладагента на входе в камеру объекта охлаждения TO однозначно определяется количеством включенных в циркуляцию хладагента каналов теплообменника 2 при заданных свойствах хладагента и температуре хладагента Tg и Т , что следует из теплового баланса теплообменника 2 . В данном устройстве для его перенастройки путем изменения количества рабочих каналов 4 предназначены трубопроводы, 7. Открывая вентиль 8, можно направлять в выбросной патрубок 6 поток после любого канаша 4 камеры 5, выключая тем самым любое количество каналов 3. и, следовательно, меняя температуру TO, на выходе из теплообменника 2. Независимость температуры на выходе из теплообменника 2 от расхода хладагента упрощает систему автоматического поддержания температуры в камере объекта. Для этого достаточно установленный на выходе из первого |{анала 4 камеры 5 терморегулирующий вентиль 9 настроить на температуру TB г например,выбранную близкой 300 К из соображений полного использования теплосодержания хладагента. При попытке понижения температуры хладагента терморегулирующий вентиль будет уменьшать расход, при повышении увеличивать. При этом на вход в камеру 5 поступают потоки со стабилизированной температурой TO даже при изменении тепловой нагрузки в камере 5. Применение предлагаемого устройства позволяет снизить расход хладагента, в некоторых случаях весьма дорогого и тепловой энергии для стабилизации температуры объекта охлаждения, а сам процесс стабилизации значительно упрощается, что также снижает стоимость предлагаемого устройства и увеличивает надежность его работы. Формула изобретения 1, Устройство дпя охлаждения объектов, содержащее соединенные