Микроохладитель

 

Изобретение может быть использовано для охлаждения фотоприемника до температуры жидкого азота путем дросселирования предварительно сжатого криоагента. Цель изобретения состоит в уменьшении расхода криоагента микроохладителя, работающего при малой тепловой нагрузке. Экранно-вакуумная изоляция выполнена в виде сосуда Дьюара, внутри которого установлены коаксиальные экраны 19, внутренняя стенка 2 содержит упругий компенсатор 6 для компенсации сжатия при охлаждении и является одновременно обечайкой микротеплообменника. Микротеплообменник выполнен в виде оребренной трубки 7 с двумя патрубками 8 для криоагента высокого давления по концам и дроссельным отверстием 9 посередине и содержит узел регулирования расхода в виде упругой камеры 10 и шарового клапана 11, управляемый натяжением трубки 7 посредством микровинта 15, подпружиненного упругим элементом 13. Газ высокого давления поступает из трубопроводов, соединенных с патрубками 8, дросселируется через дроссельное отверстие 9 и выходит из микроохладителя в обе стороны по винтовым каналам, образованным внутренней стенкой 2 и оребренной трубкой 7. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 F 25 В 9 02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4442960/23-06 (22) 17.06.88 (46) 30.10.90. Вюл. № 40 (72) В. И. Костюкевич и С. И. Усанин (53) 621.57 (088.8) (56) Суслов А. Д. и др. Дроссельные микроохладители. M. Машиностроение, 1978, с. 94, рис. 25. (54) МИКРООХЛАДИТЕЛЬ (57) Изобретение может быть использовано для охлаждения фотоприемника до температуры жидкого азота путем дросселирования предварительно сжатого криоагента.

Цель изобретения состоит в уменьшении расхода криоагента микроохладителя, работающего при малой тепловой нагрузке. Экранновакуумная изоляция выполнена в виде сосуда Дьюара, внутри которого установлены коаксиальные экраны 19, внутренняя стенИзобретение относится к холодильной технике, к области низкотемпературного термостатирования и преднаначено преимущественно для охлаждения приемников инфракрасного излучения, выполненных в виде линейки фоточувствительных площадок, работающих в фотовольтаическом режиме (режиме фотодиода).

Целью изобретения является уменьшение расхода криоагента микроохладителя, работающего при малой тепловой нагрузке.

На чертеже показан микроохладитель, общий вид.

Микроохладитель содержит теплоизолирующий корпус с двумя стенками: внешней стенкой 1, внутренней стенкой 2, вакуумированным объемом 3, входным окном 4, штуцерным фланцем 5, упругим компенсатором 6. В корпус помещен противоточный микротеплообменник в виде оребренной трубки 7 с патрубками 8 газа высокого давления по концам и дроссельным отверстием

„„Я0„„1603154 А 1

2 ка 2 содержит упругий компенсатор 6 для компенсации сжатия при охлаждении и является одновременно обечайкой микротеплообменника. Микротеплообменник выполнен в виде оребренной трубки 7 с двумя патрубками 8 для криоагента высокого давления по концам и дроссельным отверстием 9 посередине и содержит узел регулирования расхода в виде упругой камеры 10 и шарового клапана 11, управляемый натяжением трубки 7 посредством микровинта 15, подпружиненного упругим элементом 13. Газ высокого давления поступает из трубопроводов, соединенных с патрубками 8, дросселируется через дроссельное отверстие 9 и выходит из микроохладителя в обе стороны по винтовым каналам, образованным внутренней стенкой 2 и оребренной трубкой 7.

1 ил.

9 посередине. Устройство регулирования содержит упругую камеру 10, шаровой клапан 11, расположенный напротив дроссельного отверстия 9. Упругая камера 10 составляет единое целое с микротеплообменником и может быть получена при калибровке трубки 7., Штуцерный фланец 5 составляет единое целое с внешней стенкой 1 трубки 7. Упругий элемент 6 показан в виде упругой камеры, но может быть выполнен другим способом, например в виде упругой стенки. В заднюю стенку 12 штуцерного фланца 5 упирается другой упругий элемент 13, показанный в виде тарельчатой пружины. Устройства 14 и 15 изменения длины упругих компенсатора и элемента 6 и 13 выполнены в виде микровинтов, заканчивающихся шестеренками, и могут быть выполнены другим способом, например рычажным. Датчик 16 температуры, расположенный на фотоприемнике 1 (, может быть выполнен в виде одной из чувстви1603154 тельных площадок фотоприемника 17, на которую не попадает излучение, или быть выполненным в виде термопары. Другой датчик 18 температуры может быть выполнен в виде термопары или другим способом, например в виде терморезистора. Тепловые экраны 19 в виде коаксиальных трубок имеют закрепления 20 по концам на внутренней стенке 2 трубки 7 и входные окна 21 напротив входного окна 4. Фотоприемник 17 выполнен в виде цилиндрической трубки или может быть выполнен другим способом, например в виде миниатюрной пластинки.

Микроохладитель работает следующим образом.

Криоагент высокого давления поступает через патрубки 8 газа высокого давления в трубку 7 микротеплообменника, дросселируется через дроссельное отверстие 9 и далее проходит в пространстве между трубкой 7 и внутренней стенкой 2. Полученный в результате дросселирования холод идет на охлаждение фотоприемника 17, частей микроохладителя и компенсацию теплопритоков, кроме того, криоагент низкого давления (после дросселироания) отбирает теплоту криоагента высокого давления. Во время охлаждения внутренняя стенка 2 изменяет свою длину, тогда как внешняя стенка 1 остается неизменной (находится при нормальной температуре). Компенсацию изменения длины осуществляет упругий компенсатор 6, который настраивается устройством 14 изменения длины. Устройство 14 изменения длины управляется от датчиков напряжения и атмосферного давления или других, например датчиков перемещения (не показаны). В нерабочем состоянии устройство 14 изменения длины арретирует внутреннюю стенку 2.

В зависимости от внешних условий и температуры фотоприемника 17 расход криоагента должен быть различным.

Устройство регулирования работает следующим образом.

B зависимости от растягивающего усилия на трубке 7 зазор между дроссельным отверстием 9 в упругой камере 10 и шаровым, клапаном 11 изменяется, меняя расход криоагента. Растягивающее усилие трубки 7 определяется жесткостью упругого элемента 13. Жесткость упругого элемента 13 может меняться под действием устройства

15 в виде микровинта, который приводится в движение в зависимости от сигналов датчиков 16 и 18 согласно программе, заложенной в устройство усиления и обработки сигналов (не показано). После включения микроохладителя температура фотоприемника 17 выше рабочей и открывается дроссельное отверстие 9 вращением микровинта устройства 15. После охлаждения частей микроохладителя при избыточном расходе газа температура выходящих из микроохладителя газов значительно меньше темпе5

55 ратуры окружающей среды, поэтому под действием сигнала датчика темпера.уры 18 дроссельное отверстие 9 прекрывается вращением микровинта устройства 15 в другую сторону. Тепловые экраны 19 снижают теплопередачу к низкотемпературной части излучением. Инфракрасное излучение попадает на фотоприемник 17 через входное окно 4 и входные окна экранов 21.

Теплоизолирующий вакуумный кожух имеет устройство такое, что холодная зона микрохолодильника закреплена наподобие струны (в двух точках) . Осуществляется эффект «натянутой струны», когда упругие компенсатор и элемент 6 и 13 осуществляют расчетное натяжение внутренней стенки 2 трубки 7 микротеплообменника.

Это позволяет при заданной виброжесткости микроохладителя существенно уменьшить поперечные размеры внутренней стенки 2, т. е. теплопритоки в тепловую нагрузку микротеплообменника. Это в свою очередь позволяет уменьшить размеры микротеплообменника, что позволяет микротеплообменник

7 выполнить в виде оребренной трубки 7, а не витым. Значительное уменьшение теплопритоков, кроме того, достигнуто тем, что устройство регулирования не имеет дополнительного элемента (запорной иглы) для осуществления управления (управление осуществляется натяжением трубки 7 микротеплообменника) . Кроме тогр, устройство регулирования имеет предельно малую массу, что дает сокращение расхода криоагента в пусковой период. Расположение входного окна 4 посередине трубки 7 позволяет расположить многоэлементный фотоприемник 17 вдоль микротеплообменника, сократив массу низкотемпературной части микроохладителя, т. е. расход криоагента в пусковой период. Наличие цепи автоматического регулирования с указанным расположением датчиков температуры позволяет выбрать оптимальный режим охлаждения вне зависимости от технологических допусков в широком диапазоне внешних и внутренних условий, что сокращает расход криоагента. Применение тепловых экранов 10 в виде коаксиальных трубок, закрепленных по концам на равных расстояниях от середины трубки, позволяет уменьшить массу экранов, увеличить виброжесткость внутренней стенки 2 без увеличения теплопритоков. Компактность коаксиальных экранов и жесткость позволяет ставить расчетное количество экранов с гарантированной температурой (ввиду большой теплопроводности, температура экрана равна температуре точки закрепления).

Жесткость экранов позволяет сократить до необходимой аппаратуру фотоприемника и таким образом лучевой теплоприток.

Уменьшение расхода криоагента позволяет снизить массу или увеличить время работы прибора при тех же массогабаритах.!

603154

Составитель Н. Кирьянова

Редактор Н. Горват Техред А. Кравчук Корректор M. Максимишинеп

Заказ 3375 Тираж 454 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С Р

113035, Москва, 7К вЂ” 35, Раушская наб., д. 4 5

Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина, IOI

Формула изобретения

Микроохл адитель, содержащий противоточный микротеплообменник, выполненный в виде оребренной трубки с входным патрубком на одном конце и регулируемого дроссельного узла в зоне термостатирования и заключенный в сосуд Дьюара с внешней и внутренней стенками, и штуцерный фланец, отличающийся тем, что, с целью уменьшения расхода криоагента микроохладителя, работающего при малой тепловой нагрузке, трубка снабжена дополнительным входным патрубком на другом конце, дроссельный узел выполнен посредине трубки в виде упругой камеры с дроссельным отверстием и установленным в ней напротив последнего шаровым клапаном, штуцерный фланец жестко связан с внешней стенкой сосуда

Дьюара, причем последняя снабжена входным окном для инфракрасного излучения, 6 расположенным напротив дроссельного отверстия, а внутренняя стенка снабжена регулируемым упругим компенсатором, при этом устройство дополнительно содержит регулируемый упругий элемент, связанный с

10 трубкой и штуцерным фланцем, а внутри сосуда Дьюара напротив дроссельного узла дополнительно установлены тепловые экраны, выполненные в виде коаксиальных трубок, закрепленных на внутренней стенке сосуда и снабженных окнами для прохода инфркрасного излучения.