Устройство управления микроохладителем

-Л тду ЕНИЯ ИКРО(54) УСТРОИСТВ ОХЛАДИТЕЛ ЕМ (57) Использован мостабилизации ПР для охлаждкрообьектов ия и тер- области 1 2 ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИРИ ГКНТ СССР 52697/0606,9010,92. Бюл. М. 38ское научно-производственное обье микоокриогенной техники,С.Пономарев, А,В,Ермаковиччинниковторское свидетельство СССР9476, кл, Р 25 В 9/0, 1984,(21) 48 (22) 11 (46) 15 (71) Ом динени (72) В С.Г.Ов (56) Ав М 123 криогенных температур, Сущность из тения: термоэлектрическая батарея 7 новлена в линии прямого потока с мен пропускной способностью дросселя 5. Управление вентилем, установленным в линии прямого потока с большой пропускной способностью осуществляется с помощью триггера 16 по сигналам сигнализатора уровня 12 и температуры недорекуперации 14, Регенеративная насадка 13 установлена на змеевике прямого потока в теплой зоне криостата 2, сквозные каналы которой включены в линию обратного потока криоагента чизкого давления, 1 ил, 1768890Изобретение относится к области холодильной техники и может быть использовано для охлаждения и термостабилизации микрообъектов в области криогенных температур.Известен микроохладитель патент США М 3095711, НКИ 62 - 514 "Двойной криостат", содержащий теплообменные секции "змеевик-дросселирующее устройство (дроссель)" с различной пропускной способностью дросселя и управляемый вентиль, автоматически отключающий одну из тепло- обменных секций по окончании пускового периода, В таких микроохладителях расход криоагента уменьшается скачком при закрытии управляемого вентиля, чем достигается экономия запаса криоагента и, как следствие, повышение длительности непрерывной работы микроохладителя разомкнутых микрокриогенных систем,Однако в таких системах перерасход криоагента при работе в широком диапазоне изменений температуры окружающей среды остается значительным в связи с отсутствием возможности автоматического регулирования расхода криоагента в стационарном режиме работы микроохладителя.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому микроохладителю является криогенный микроохладитель а,с, СССР М 1239476, кл, Р 25 В 9/02 "Микроохладитель", содержащий криостат с размещенным в нем дросселем и теплообменником-рекуператором, подключенным к источнику сжатого криоагента, термоэлектрическую батарею предварительного охлаждения, теплообменник, охлаждаемый ее холодными спаями, управляемый вентиль, включенный последовательно с теплообменником в линии связи дросселя с источником сжатого криоагента, вторую линию связи соединения источника сжатого криоагента с теплообменником-рекуператором через упомянутый теплообменник.Недостаток данного микроохладителя заключается в том, что он имеет одинаковую пропускную способность дросселя в пусковом и стационарном режимах работы микроохладителя. При этом пропускная способность дросселя рассчитывается, исходя из заданного (требуемого) времени выхода микроохладителя на режим, а расход криоагента в стационарном режиме превышает в 3 - 4 раза значение, необходимое для теплового баланса между располагаемой холодопроизводительностью и тепловой нагрузкой на микроохладитель, Это ведет к перерасходу криоагента и сокращению длительности функционирования разомкнутых систем с одной заправкой криоагентом и 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 перерасходу энергии, потребляемой компрессором в замкнутых микрокриогенных системах, Использование секций с различной пропускной способностью, определяемой различным гидравлическим сопротивлением змеевиков прямому потоку газа высокого давления неприемлемо для разомкнутых микрокриогенных систем вследствие значительного расхода криоагента.Цель изобретения - повышение длительности непрерывной работы микроохладителя от одной заправки криоагентом.Поставленная цель достигается путем автоматического регулирования расхода сжатого криоагента в стационарном режиме, Для этого в известный микроохладитель, содержащий криостат с двумя теплообменн ыми секциями "змеевик-дроссел ь", подключенными линиями прямого потока к источнику сжатого криоагента, термоэлектрическую батарею предварительного охлаждения с теплообменником, включенную в первую линию прямого потока, управляемый вентиль, введены сигнализатор уровня жидкого криоагента с датчиком уровня и сигнализатор температуры недорекуперации с дифференциальным датчиком температуры, выходы которых подключены к входам Я и Я триггера, выход которого соединен с управляемым вентилем, включенным во вторую линию прямого потока, на змеевике которой установлена регенеративная насадка, сквозные каналы которой включены в линию суммарного обратного потока двух теплообменных секций. При этом в качестве дифференциального датчика использована дифференциальная термопара, первый спаи которой установлен во второй линии прямого потока, а второй - в линии суммарного обратного потока двух теплообменных секций.Введение сигнализатора температуры недорекуперации регенеративной насадки повышает эффективность работы микроохладителя, благодаря исключению затопления змеевиков теплообменных секций и использованию автоматического регулирования расходом криоагента.Введение сигнализатора уровня жидкого криоагента обеспечивает постоянное наличие в зоне криостатирования жидкого криоагента.Введение триггера, сигнализаторов уровня и температуры недорекуперации регенеративной насадки повышает длительность работы микроохладителя от одной заправки.Установка регенеративной насадки назмеевик прямого потока в тепловой зоне криостата, сквозные каналы которой вклю 17688905 10 15 20 25 30 35 40 45 50 цены в линию обратного потока криоагента, повышает эффективность работы микроохладителя за счет снижения разности температур прямого и обратного потоков криоагента, обеспечивает благодаря этому снижению расхода криоагента.Сущность изобретения поясняется чертежом.Устройство управления микроохладителем содержит источник сжатого криоагента 1, криостат 2, в котором размещен дроссельный микроохладитель, выполненный в виде двух теплообменных секций, каждая из которых имеет самостоятельный змеевик высокого давления 3 и 4 и дроссель 5 и 6, соответственно. Змеевик 3 подключен к источнику сжатого криоагента 1 через термоэлектрическую батарею 7 для охлаждения змеевика 8 прямого потока криоагента предварительного охлаждения О и вентиль 9 запуска микроохладителя, а змеевик 4 подключен к источнику сжатого криоагента 1 через этот же вентиль 9 и управляемый вентиль 10, осуществляющий управление холодопроизводительностью. В холодной зоне криостата 2 установлен датчик уровня 12. На змеевик 4 прямого потока О 1 криоагента через управляемый вентиль 10 в теплой зоне криостата 2 установлена регенеративная насадка 13, Сигнализатор температуры недорекуперации 14 соединен своим входом с выходом дифференциальной термопары 15, один спай которой установлен в линии прямого потока О 1, а второй - в линии суммарного обратного потока криоагента Оо+О 1. Выходы сигнализаторов температуры недорекуперации и уровня жидкого криоагента соединены, соответственно с входами В и Я триггера 16, выполненного, например, на элементах И-НЕ, выход которого соединен с управляющим входом вентиля 10,Отверстие дросселя 6 по сравнению с микроохладителями со стационарным потоком может быть выбрано на максимальный расход для обеспечения заданной длительности пускового периода. Регулирование потока осуществляется вентилем 10, управляемым широтно-импульсным сигналом от триггера 16, формируемым по сигналам сигнализаторов 12 и 14. Регенеративная насадка 13, включенная в линию обратного потока низкого давления О+О, имеетсквозные каналы, проницаемые для газанизкого давления. Микроохладитель работает следующимобразом; при включении вентиля 9 происходитзапуск микроохладителя,Температура в зоне криостатирования криостата 2 - выше нормы, отсутствует жидкий криоагент и на выходе сигналиэатора уровня криоагента 12 формируется нулевой уровень напряжения, поступающий на вход Я триггера 16, установленный этим уровнем в единичное состояние. Управляемый вентиль 10 открыт. Поток сжатого криоагента поступает в микроохладитель по двум независимым ветвям, Поток поступает в змеевик 4, а затем к дросселю 6 непосредственно от источника сжатого криоагента 1 через вентили 9 и 10 соответственно, и имеет температуру окружающей среды, Поток О, предварительно охлаждается термоэлектрической батареей 7 до промежуточной температуры и через змеевик 3 поступает к дросселю 5. Наружная поверхность змеевиков 3, 4 омывается газом низкого давления обратного потока или отходящими парами криогенной жидкости, благодаря чему осуществляется охлаждение сжатого газа, поступающего к дросселям 5 и 6, за счет рекуперации холода обратного потока. После дросселирования газ дополнительно охлаждается за счет эффекта Джоуля-Томсона, и температура в зоне криостатирования понижается. При достижении в зоне криостатирования заданного уровня жидкого криоагента на выходе сигнализатора уровня 12 формируется единичный уровень напряжения.Происходит дальнейшее повышение уровня жидкого криоагента. При достижении им нижних ветвей змеевиков теплообменни кое 3 и 4 возрастает недорекуперация холода обратного потока. При некоторой температуре недорекуперации, фиксируемой дифференциальной термопарой 15, .происходит формирование нулевого уровня на выходе сигнализатора 14, по которому триггер 16 устанавливается в нулевое состояние. Управляемый вентиль 10 закрывается, и подача потока сжатого газа О 1 от источника 1 прекращается, но сохраняется поток газа Оо и дросселирование через дроссель 6 остаточной порции газа потока О из "мертвых объемов" системы после управляемого вентиля 10.При этом происходит выравнивание температур спаев дифференциальной термопары 15 и установление на выходе сигнализатора 14 единичного логического уровня. По мере снижения величины потока Опосле закрытия управляемого вентиля 10 нарушается тепловой баланс между располагаемым холодом отходящих паров криогенной жидкости и тепловой нагрузкой, создаваемой прямым потоком криоагента. Образовавшийся избыток холода обратного1768890 Составитель Н,ВласоваТехред М.Моргентал КоРРектоР Н,Бучок Редактор Заказ 3634 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101 потока аккумулируется регенеративной насадкой 13, температура последней понижается. Пропускная способность дросселя 5 подобрана таким образом, чтобы компенсировать в стационарном режиме минимальную тепловую нагрузку, создаваемую. объектом охлаждения, и минимальные теплопритоки при самой низкой температуре окружающей среды и максимальном давлении в емкости, Поэтому потока Оо недостаточно для удержания системы в стационарном режиме и вследствие этого происходит выкипание криогенной жидкости при закрытом управляемом вентеле 10.При некотором уровне криоагента происходит срабатывание сигнализатора уровня 12, и на его выходе формируется нулевой уровень, по которому триггер 16 устанавливается в единичное состояние. Открывается управляемый вентиль 10, процесс накопления жидкого криоагента повторяется, В микроохладитель по змеевику 4 подается новая порция сжатого газа 61, Поток 61 предварительно охлаждается за счст запасенного регенеративной насадкой 13 холода отходящих паров, а затем продолжает охлаждаться в.теплообменной секции змеевика 4 за счет рекуперации холода обратного потока по схеме обычного противоточного. теплообмен ника-ре купе рата ра,Таким образом, холод обратного потока, аккумулированный регенеративной насадкой 13 при закрытом вентиле 10, возвращается прямым потоком в цикл при открытии вентиля 10, потери цикла, благодаря наличию регенеративной насадки 13, минимальны.Для достижения максимальной экономии сжатого криоагента регенеративная насадка 13 имеет значительную величину теплового сопротивления вдоль направления потока, а ее теплоемкость выбирается исходя из средней длительности паузы в подаче криоагента в потоке 61 и длительности включения управляемого вентиля 10, скважности формируемых сигналов управления вентилем 10.Благодаря исключению затопления змеевиков 3, 4 прямых и обратного потоков криогенной жидкостью повышается термодинамическая эффективность, снижаются теплопритоки и уменьшается перерасход криоагента при изменении внешних усло вий и условий окружающей среды, Различнаяпропускная способность теплообменных секций змеевиков 3, 4 микроохладителя достигается использованием в каждой из них самостоятельного дросселя 5, 6 с требуемой 10 величиной отверстия, Этим обеспечиваетсязначительное увеличение, расхода потока сжатого криоагента в пусковом периоде, а в установившемся стационарном режиме функционирование осуществляется за счет 15 малого потока 6 с периодической подпиткой потоком 61. Предварительное охладжение потока Оо термоэлектрической батареей 7 позволяет снизить расход криоагента в 1,7 - 2,0 раза по сравнению с нео хлаждаемым и тем самым дополнительноувеличить длительность функционирования микроохладителя. Формула изобретения 25 Устройство управления микроохладителем, содержащее криостат с двумя теплообменными секциями змеевик-дроссель, подключенными линиями прямого потока к источнику сжатого криоагента, термоэлект рическую батарею предварительно охлаждения с теплообменником, включенную в первую линию прямого потока, управляемый вентиль,отл ича ющееся тем, что, с целью повышения длительности непре рывной работы микроохладителя от однойзаправки криоагентом путем автоматического регулирования расхода криоагента в стационарном режиме, дополнительно введены сигнализатор уровня жидкого криоа гента и сигнализатор температурынедорекуперации, а также триггер, при этом выходы сигнализаторов подключены к триггеру, который в свою очередь соединен с управляемым вентилем, включенным во 45 вторую линию прямого потока, на змеевикекоторого установлена регенеративная насадка со сквозными каналами, включенными в линию суммарного обратного потока двух теплообменных секций.50