Охлаждающее устройство Советский патент 1982 года по МПК F25B9/00 

Изобретение относится к криогенной технике, а именно к конструкции охлаждающего устройства для получения низких температур.

Известно охлаждающее устройство, содержащее распределитель с впускны и выпускным клапанами и расположенные последовательно регенератор, теп лообменник нагрузки, цилиндр, клапан и теплообменник для отвода тепла сжатия из устройства. Преимуществами устройства являются простота инадежность в работе; малыйуровень вибраций, передаваемых на объект охлаждения l.

Недостатками этого устройства являются низкая термодинамическая эффективность и ограничения по достижению мкнимсшьного уровня термостатирования.

. I .

Известна также многоступенчатая холодильно-газовая машина, содержащая в каждой из последовательно включенных по газу ступеней регенератор, рефрижератор, пульсационную трубку и холодильник для охлаждения газа. Преимуществами этого устройства являются простота и надежность конструкции, долговечность в работе, малый уровень вибраций, передаваемых на объект охлаждения 2 .

Недостатками этой машины являютс ся невысокая эффективность, что обусловлено низкой эффективностью пуль-; сационных трубок, установленных в каждой ступени. Кроме того, несмотря на конструктивную простоту машины

Q представляется затруднительным расчет и выбор проходных сечений соединительных каналов в каждой секции, которые бы обеспечили однонаправленность движения рабочего газа в кахсдый . период времени цикла, что в .конечном

15 счете также приводит к снижению эффективности машины.

Наиболее близким по технической сущности -к предлагаемому является охлаждающее устройство, содержащее клапаны впуска и выпуска газа и последовательно соединенные регенератор, рефрижератор, рабочий цилиндр, регулируемое гидросопротивленйе и емкость 3. . .

Однако у этого устройства недостаточная термодинамическая эффективность .

Цель изобретения - повышение термодинамической эффективности. Поставленная цель достигается тем, что регулируемое гидросопротив яение выполнено в виде клапана, сбл кированного с клапанами впуска и вы пуска газа, а емкость выполнена в в де пульсационной трубы с теплообмен НИКОМ на конце. На чертеже изображена схема устр ства. Устройство содержит клапан 1 впу ка и клапан 2 выпуска газа и послед вательно соединенные регенератор 3, рефрижератор 4, рабочий цилиндр 5, регулируемое гидросопротивление, и е кость 6j,.,. Регулируемое гидросопротив лениевыполнено в виде клапана 7, Сблокированного с клапанами 1 и 2 впуска и выпуска газа, а емкость 6 выполнена в виде пульсационной трубы 8с теплообменником 9 на конце. Блокировка всех клапанов осуществля ется с помощью приводного механиз - ма 10. Охлаждающее устройство работает следующим образом. После открытия впускного клапана 1 сжатый рабочий газ проходит в регенератор 3, где охлаждается, отдавая свое тепло теплоемкой насадке, до температуры на рефрижераторе 4, соответствующей температуре . термостатирования, а затем поступае в цилиндр 5, где сжимает остаточный газ, оставшийся в цилиндре после предыдущего цикла. Температура остаточного газа при этом повышается. Затем скрывается клапан 7 и происходит частичное переталкивание подогретого остаточного газа в пуль сационную трубу 8. В пульсационной трубке, наружная поверхность го рячего конца которой выполнена ореб ренной, отводится тепло сжатия в ок ружающую среду. Далее закрывается впускной клапан 1 и при открытом кл пане 7 продолжается перетекание остаточного газа из цилиндра 5 в пуль сационную трубу 8 за счет разности давлений в цилиндре и пульсационной трубке, что приводит к частичному расширению вновь поступившей в устройство порции газа. Клапан 7 закры вается и открывается клапан 2 выпуска, при этом в цилиндре 5 происходит адиабатическое расширение газа до давления выпуска. Холодный газ, проходя через рефризкератор 4, отбирает тепло от охлаждаемого объекта, и нагревается в регенераторе 3, охлаждая .насадку. Далее при открытом клапане 2 выпуска открывается клапан 7. Таким образом, происходит выталкивание холодного газа из цилиндра 5. Клапан 2 выпуска закрывает ется и при открытом клапане 7 происходит поджатие газа, оставшегося в цилиндре. Клапан 7 закрывается, и рабочий цикл повторяется. В охлаждающем устройстве работа пульсационной трубы 8 происходит .обычным Образом, т.е. порция сжато- го газа, подаваемая из цилиндра 5, перемещается по трубе 8 и одновременно сжимается под действием свежей порции газа. При этом температура сжатой порции газа становится выше температуры окружающей среды. В теп лообменнике 9 на горячем конце труг-бы 8 данная порция сжатого газа отдает тепло, и ее температура снижается до температуры окружающей среды. После прекращения подачи свежей порции газа начинается расширение, при котором температура порции газа, выходящей из теплообменника 9 пульсационной трубы 8, снижается и стаНОВИ1ТСЯ ниже температуры окружающей среды. В результате,-при открытии клапана 7 в цилиндр 5 поступает газ с более низкой температурой, чем температура окружающей среды. Этим достигается дополнительное увеличение термодинамической эффективности всего охлазкдающего устройства. Таким образом, в предлагаемом охлаждающем устройстве реализуется более совершенный термодинамический цикл. Энергия расширения свежей nop-i ции газа без промежуточных преобразований одного вида энергии в другой непосредственно расходуется на сжатие остаточного газа, которйй ох- лаждается в пульсационной трубке. При этом термодинамическая эффективность возрастает на 20-30%. Формула изобретения Охлаждающее устройство, содержащее клапаны впуска и выпуска газа и последовательно соединенные регенератор, рефрижератор, рабочий цилиндр, регулируемое гидросопротивление и емкость, отличающеес я тем, что, с целью повышения тер-. модинамической эффективности, регулируемое гидросопротивление выполнено : в виде клапана, сблокированного с клапанами впуска и выпуска газа, а емкость выполнена в виде пульсационной трубы с теплообменником на конце. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 623067, кл. F 25 В 9/00, 1978. 2.Авторское свидетельство СССР № 340847, кл. F 25 В 9/00, 1970. 3.Авторское свидетельство СССР № 547600, кл. F ,25 В 9/00, 1975.