Микроохладитель Советский патент 1990 года по МПК F25B9/02 

Изобретение 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, вакууми- рованным 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

9 посередине. Устройство регулирования содержит упругую камеру 10, шаровой клапан II, 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 фотоприем-нике 17, может быть выполнен в виде одной из чувстви05

о 00

сд

4

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 микротеплообменнйка, 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 крио- агента 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 изменени;з 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 внещних условий и температуры фотоприемника 17 расход криоагента должен быть различным.

Устройство регулирования работает следующим образом.

В зависимости от растягивающего усилия на трубке 7 зазор между дроссельным отверстием 9 в упругой камере 10 и щаро- вым- 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 выще рабочей и открывается дроссельное отверстие 9 вращением микровинта устройства 15. После охлаждения частей микроохладителя при избыточном расходе газа температура выходящих из микрсюх- ладителя газов значительно меньше темпе10

ратуры окружающей среды, поэтому под действием сигнала датчика температуры 18 дроссельное отверстие 9 прекрывается вращением микровинта устройства 15 в другую

5 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 осущест15 вляют 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

25 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

30 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

35 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

45 на равных расстояниях от середины трубки, позволяет уменьщить массу экранов, увеличить виброжесткость внутренней стенки 2 без увеличения теплопритоков. Компактность коаксиальных экранов и жесткость позволяет ставить расчетное количество экранов с га50 рантированной температурой (ввиду большой теплопроводности, температура экрана равна температуре точки закрепления). Жесткость экранов позволяет сократить до необходимой аппаратуру фотоприемника и таким образом лучевой теплоприток.

55 Уменьшение расхода криоагента позволяет снизить массу или увеличить время работы прибора при тех же .массогабари- тах.

Формула изобретения Микроохладитель, содержащий противо- точный 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 е ней напротив последнего шаровым клапаном, штуцерный фланец жестко связан с внешней стенкой сосуда Дьюара, причем последняя снабжена входным окном для инфракрасного излучения,

расположенным напротив дроссатьного отверстия, а внутренняя стенка снабжена регулируемым упругим компенсатором, при этом устройство дополнительно садержит регулируемый упругий элемент, связанный с

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.

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.

1 /

- тс

7J