Теплоиспользующая низкотемпературная установка Советский патент 1982 года по МПК F25B21/00 

(54) ТЕПЛОИСПОЛЬЗУЮЩАЯ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНАЯ УСТАНОВКА

. 1

Изобретенне относится к холодильной технике для получения и поддержания низких температур.

Известна теплоиспользующая низкотемпературная установка, содержащая низкотемпературный блок с .дизлектрическими энерго-, трансформирунлцими элементами, которые подвергаются периодическому воздействию злектрическнм полем. В стадии наложения электрического поля тепло отводится через тепловые клюяи в окружающую среду, а в стадии уменьшения электрического поля к энерготрансформирующим элементам подводится тепло от охлаждаемого объекта через тепловые ключи 1.

Однако для данной установки требуются относительно большое число тепловых ключей, которые имеют недостаточную надежность, и высоковольтный источник электроэнергии, повышающий злектроопасность системы.

Наиболее близкой к предложенной по технической сущности и достигаемому результату является теплоиспользующая низкотеАшературная установка, содержащая источник энергни и замкнутый циркуляционный контур для теплоносителя, в который включены низкотемпературные блоки с диэлектрическими энерготрансформирующими элементами и теплообмеиные аппараты {21.

Однако в известной установке недостаточна экономичность вследствие использования внешнего источника электрической энергии.

Целью изобретения является повышение эконоАшчйости пуп использовании в качестве источника энергии внешнего источника тепла.

Эта цель достигается тем, что к замкнутому {{ясуляционному контуру параллельно ему подключена дополнительная ветвь с блоками даэлектртческнх прео)азователей тепла и расположенным между 1шми тешюприемииком, имеющим тепловой контакт с внешним источником тепла, причем ветвь к контуру подключена между теплообмешшми аппаратами и низкотемпературными блоками, а ее блоки диэлектрических преобразователей тепла электрически связаны с низкотемпературными блоками контура. 3 На чертеже представлена схема предложен ной теплоиспользующей низкотемпературной установки. : Установка содержит низкотемпературные блоки 1 и 2 с диэлектрическими энерготран формирующими элементами 3, электрические выводы 4, блоки 5 и 6 диэлектрических прео азователей тепла с диэлектрическими знертотрансформируюшими элементами 7, вытеснитель 8, теплообменйик 9 подвода тепла от охлаждаемого объекта, теплообмениые аппараты 10 и 11, тешгоприемшпс 12, внешний источник 13 тепла и вентили 14. Установка работает следующим образом. Пусть вытеснитель 8 движется вверх и при этом, теплоноситель, пройдя теплообмеи ный аппарат 10, приобретает температуру, близкую к температуре окружающей среды. После теплообменного аппартта Ю теплоноситель разделяется на два потока, один из которых направляется в блок 5 диэлектрических преобразователей тепла, а другой - в низкотемпературный блок 1. Диэлектричес кие энерготрансформирующие элементы 7 блока 5 имеют более высокую температуру, чем теплоноситель, и поэтому элемента 7 охлаждаются, а теплоноситель нагревается. Более высокая температура элементов 7 обусловлена предыдущей фазой цикла, в процессе которой они нагревались. Элементы 7 имеют по длине блока 5 (по ходу движе ния теплоносителя) различные температуры, последовательно увеличивающиеся от температуры окрзокающей среды до температуры внещнего источника 13 тепла с интервалом 5-30 К. В самом блоке 5 теплоноситель нагревается до температуры несколько меньщей, чем температура внещнего источника 13 тепла, но, пройдя через теплопрнемник 12, воспринимающий тепло Он от внешнего источника 13, дополнительно нагревается последним до его температуры. Горячий тепло носитель входит в блок 6 диэлектрического преобразователя тепла и нагревает элементы 7 этого блока до температуры вьЩ1е температуры Кюри, переводя вещество элементов 7 в парафазу. Сам теплоноситель в блоке 6 охлаждается до температуры, близкой к т пературе окружающей среды, соединяется с потоком из низкотемпературного блока 2 и окончательно охлаждается в теплообмеином аппарате 11. Затем общий поток теплоносителя поступает под вытеснитель 8. На этой фазе цикла иа электрических выводах 4 бло ка 5 няпряжевне уменьщается от максималь ного зиачения до минимального, а в блоке б напряжение на вьшодах 4 увеличивается от минимального до максимального В этот момент времени на энерготрансормирующих элементах 3 и выводах 4 блока 1 (в соответствии с фазой работы элементов 7 блока 5) напряжение уменьщается - идет процесс деполяризации элементов 3. За счет электрокалорического эффекта элементы 3 блока 1 охлаждаются, что приводит к понижению температуры теплоносителя, который последовательно охлаждается от температуры окружающей среды (на входе в блок 1) до температуры охлаждаемого объекта (на выходе из блока 1). Теплоноситель с низкой температурой поступает в теплообменник 9, где осуществляется внешний подвод тепла QO- Затем теплоноситель поступает в блок 2, где в эту фазу цикла напряжение на элементах 3 увеличивается и воспринимает тепло поляризации, после блока 2 теплоноситель соединяется с потоком из блока 6, понижает свою температуру в теплообменном аппарате 11 и поступает под вытеснитель 8. Первая фаза цикла закончена. Во второй фазе цикла вытеснитель 8 движется вниз, теплоноситель проходит через теплообменный аппарат 11, откуда (с температурой окружающей среды) одна часть его направляется в блок 6 диэлектрических преобразователей тепла, а другая - в низкотемпературный блок 2. Одна часть потока проходит через блок 6 в теплоприемник 12 и далее через блок 5 в теплообменный аппарат 10 и в полость под вытеснителем 8. В этой фазе работа элементов 7 в блоках 5 и 6 противоположна предьщущей фазе, т.е. в блоке 6 элементы 7 охлаждаются и переходят из парафазы в сегнетофазу. При этом в блоке 6 напряжение на вьгаодах 4 уменьщается от максимального зиачения до минимального, а в блоке 5 на вьшодах 4 напряжение увеличивается от минимального до максимального. Таким образом, процесс преобразования энергии внешнего источника 13 тепла в электрическую энергию осуществляется в блоках 5 и 6 с частотой изменения напряжения, равной частоте движения вытеснителя 8. В это время другая часть потока теплоносителя проходит через теплообменник 9, низкотемпературный блок 1, теплообменный аппарат 10 и возвращается в пространство над вытес штелем 8. При этом процессы в блоках 1 и 2, по сравнению с первой фазой цикла, меняются иа противоположные, т.е. в блоке 2 элементы охлаждают теплоноситель, а в блоке 1 от элементов 3 теплоноситель отводит тепло поляризации. Температура теплоносителя в блоке 2 уменьщается от температуры окружающей среды до температуры охлаждаемого объекта, а в блоке 1 в это же время увеличивается от температуры охлаждаемого объекта до температуры несколько вьпие окружающей среды. В теплообменном аппарате 10 температура

теплоносителя уменьшается до температуры окружающей среды. Изменение состояния энерготрансформирующих элементов 7 в блоке 5 и элементов 3 в блоке 2 (так же как элементов 7 в блоке 6 и элементов 3 в блоке 1) происходит синхронно, так как это изменение состояния осуществляет тепло носитель, который проходит одновременно . через все блоки. Постепенное увеличение температуры элементов 7 блока 5 приводит к увеличению напряжения через вьшоды 4 на элементах 3 блока 1, и наоборот, уменьшение температуры элементов 7 блока 5 приводит к соответствующему уменьшению напряжения на элементах 3 блока 1. Отсюда еледует, что изменение температуры элементов 7 блоков 5 и 6 приводит в результате элекрокалорического эффекта к соответствующем изменению температуры элементов 3 в блоках 12.

Экономическая эффективность изобретения заключается в отсутствии внешнего источника электрической энергии и внешней системы управления.

Формула изобретения

Теплонспользующая низкотемпературная установка, содержащая истотаик энергии и замкнутый циркуляционный контур для теплоносителя, в который включены низкотемпературные блоки с диэлектртческими энерготрансформирующими элементами к теплообменные аппараты, отличающаяс я тем, что, с целью повышения экономичности при использовании в качестве источник энергни внешнего источника тепла, к замкнутому циркуляционному контуру параллельно ему подключена дополнительная ветвь с блоками диэлектрических преобразователей тепла и расположенным между ними теплоприемником, имеющим тепловой контакт с внешним источником тепла, причем ветвь к контуру подключена между теплообмешшми аппаратами н низкотемпературными блоками, а ее блоки днзлектрических преобразователей тепла электрически связаны с низкотемпературными блоками контура.

Источники информации, пршятые во внимание при экспертизе

2.Авторское свидетельство СССР N 84062 кл. F 25 В 21/00. 1979.