Каскадное охлаждение
Каскадный холодильный цикл представляет собой многоступенчатый термодинамический цикл . Пример двухэтапного процесса показан справа. (Внизу на мобильном устройстве) Каскадный цикл часто используется для таких устройств, как ULT-морозильники . [1]
В каскадной холодильной системе используются два или более парокомпрессионных цикла с разными хладагентами. Температуры испарения-конденсации каждого цикла последовательно снижаются с некоторым перекрытием, чтобы покрыть желаемое общее падение температуры, при этом хладагенты выбираются так, чтобы эффективно работать в охватываемом ими температурном диапазоне. Низкотемпературная система отводит тепло из охлаждаемого пространства с помощью испарителя и передает его теплообменнику, который охлаждается за счет испарения хладагента высокотемпературной системы. Альтернативно, вместо этого можно использовать теплообменник жидкость-жидкость или аналогичный теплообменник. Высокотемпературная система передает тепло обычному конденсатору, который несет всю тепловую мощность системы и может иметь пассивное, вентиляторное или водяное охлаждение.
Каскадные циклы могут быть разделены либо путем герметизации отдельных контуров, либо путем так называемого «автокаскада», когда газы сжимаются как смесь, но разделяются, когда один хладагент конденсируется в жидкость, а другой продолжает оставаться в газообразном состоянии. до конца цикла. [2] [3] [4] [5] Хотя автокаскад накладывает ряд ограничений на конструкцию и условия эксплуатации системы, которые могут снизить эффективность, он часто используется в небольших системах из-за того, что требуется только один компрессор, или в криогенных системах, поскольку снижает потребность в высокоэффективных системах. теплообменники для предотвращения утечки тепла из компрессоров в криогенные циклы. Оба типа могут использоваться в одной и той же системе, обычно при этом отдельные циклы являются первой ступенью (ами), а автокаскад - последней ступенью.
Охладители Пельтье также могут быть объединены в многоступенчатую систему для достижения более низких температур. Здесь горячая сторона первого охладителя Пельтье охлаждается холодной стороной второго охладителя Пельтье, большего по размеру, горячая сторона которого, в свою очередь, охлаждается холодной стороной еще большего охладителя Пельтье и так далее. [6] [7] [8] Эффективность падает очень быстро по мере добавления дополнительных ступеней, но при очень небольших тепловых нагрузках, вплоть до температур, близких к криогенным, это часто может быть эффективным решением из-за компактности и низкой стоимости, например, в термографических камерах среднего класса . Двухступенчатый охладитель Пельтье может достигать температуры около -30°C, -75°C с тремя ступенями, -85°C с четырьмя ступенями, -100°C с шестью ступенями и -123°C с семью ступенями. Мощность и эффективность охлаждения низкие, но охладители Пельтье могут быть небольшими для небольших холодильных нагрузок, что приводит к общему низкому энергопотреблению для трехступенчатого охладителя Пельтье. [9] [10] [11] Для семиступенчатого охладителя Пельтье потребляемая мощность может составлять 65 Вт при холодопроизводительности 80 мВт. [12]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Берховиц, Дэвид; Квон, Ёнграк (2012). «Экологические характеристики сверхнизкотемпературных морозильников с охлаждением Стирлинга и каскадным охлаждением» . Устойчивость . 4 (11): 2838–2851. дои : 10.3390/su4112838 .
- ^ Ду, Кай; Чжан, Шаоцянь; Сюй, Вейжун; Ню, Сяофэн (январь 2009 г.). «Исследование характеристик цикла автокаскадной холодильной системы». Экспериментальная тепловая и гидрологическая наука . 33 (2): 240–245. doi : 10.1016/j.expthermflusci.2008.08.006 .
- ^ Венкатаратнам, Гадхираджу (2008). «Необходимость смесей хладагентов». Криогенные процессы со смешанным хладагентом . Международная серия монографий по криогенике. стр. 65–87. дои : 10.1007/978-0-387-78514-1_3 . ISBN 978-0-387-78513-4 .
- ^ Гонг, MQ; Луо, ЕС; Лян, Джей Ти; Чжоу, Ю.; Ву, Дж. Ф. (2002). «Термодинамический анализ автокаскадного криорефрижератора JT со смешанным хладагентом с распределенными тепловыми нагрузками». Криокуллеры 11 . стр. 523–530. дои : 10.1007/0-306-47112-4_66 . ISBN 978-0-306-46567-3 .
- ^ Кумар, Сачин; Чахал, Вирендер (2021). «Обзор различных видов каскадного холодильного цикла и применения эжекторного механизма». Достижения в области материалов и машиностроения . Конспекты лекций по машиностроению. стр. 245–265. дои : 10.1007/978-981-16-0673-1_20 . ISBN 978-981-16-0672-4 .
- ^ Хюбенер, Рудольф П. (2019). «Меньше может быть больше: полупроводники». Проводники, полупроводники, сверхпроводники . Конспекты лекций бакалавриата по физике. стр. 73–96. дои : 10.1007/978-3-030-31420-0_6 . ISBN 978-3-030-31419-4 .
- ^ Роу, DM, изд. (2018). Справочник CRC по термоэлектрике . п. 625. дои : 10.1201/9781420049718 . ISBN 978-1-315-21969-1 .
- ^ Эйбл, Оливер; Нильш, Корнелиус; Перанио, Никола; Фёлкляйн, Фридеманн (21 апреля 2015 г.). Термоэлектрические наноматериалы Bi2Te3 . Джон Уайли и сыновья. ISBN 9783527672639 – через Google Книги.
- ^ Гаусорг, Г. (1994). «Детекторы радиации». Инфракрасная термография . стр. 261–318. дои : 10.1007/978-94-011-0711-2_9 . ISBN 978-94-010-4306-9 .
- ^ Найквист, Р. (2001). «Экспериментальный». Интерпретация спектров инфракрасного, комбинационного рассеяния света и ядерного магнитного резонанса . Том. 1. С. 25–30. дои : 10.1016/B978-012523475-7/50166-2 . ISBN 978-0-12-523475-7 .
- ^ Рогальски, Антонио (15 ноября 2010 г.). Инфракрасные детекторы . ЦРК Пресс. ISBN 9781420076721 – через Google Книги.
- ^ Мальдак, Ксавье П.В. (28 апреля 2023 г.). Инфракрасная методология и технология . ЦРК Пресс. ISBN 9781000950601 – через Google Книги.