Микрокриогенный рефрижератор

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ш 691646 Союз СоеетскикСоцкалистнческикреспублик) Дополнительное к авт. свид-ву 51)гт 1. Кл,06.77 (21)2498203/23 06 2 Заявлен с и нсоединением заявк Р 25 В 9/О есудврственаа неннтн СССР не дегия нзебрвтен н аткрмтнйОпубликовано 15, 10.79. Бюллетень М 38Дата опубликования описания 18.10.79 А. Н. Сеньковский, А, ОВ, Б, Поптараус усттовМакаренк Авторыобретения нтель4 ЬЪ Уев. МИКРОКРИОГЕННЫЙ РЕФРИЖЕРАТО Изобретение относится к криогенной технике и касается технических устройств охлаждения, созданных на базе газовых холодильных машин, реапизуюших цикпы Стирпинга, Гиффорда, Такониса и др., дпя5 термостатирования миниатюрных обьектов в области чрезвычайно низких температур, Подобные микрокриогенные устройства могут применяться как в наземных условиях, так и на летательных аппаратурах дпя терто мостатирования чувствительных элементов и блоков электронных и радиотехническихустройств. Известен микрокриогенный рефрижератор с уровнем термостатирования 4,2 К, хоподопроизводитепьностью до 5 Вт, содержаший компрессор, каскадные теппообменники между прямым и обратным потоками, например гелия, газовую холодильную машину с тепгюобменниками - охпадитепями прямого потока, концевой теппообменник дроссельного контура, дроссепь и хоподипьную камеру, к которой ипи подводится теппо от объекта термостатирования ипи отводится часть жидкого хпадагента 11.При всей простоте и надежности в работе известный микрокриогенный рефрижератор имеет существенный недостаток - дпитепьный пусковой период, а спедоватепьно, и более значительное энергопотребпение. Эго обстоятепьство объясняется значитепьной массой охпаждаемых детапей в нижнем каскаде рефрижератора и тормозяшим действием концевого теппообменника, в результате которого замедпяетссй процесс охлаждения дросселя и холодильной камеры. Последнее объясняется тем, что, как правило, в рефрижераторах глубокогоохлаждения используются трудноконденсируюшиеся хпадагенты, имеющие отрицатель ный дроссепь-эффект вплоть до очень низких температур, Таким образом, дпя того, чтобы начал работать нижний каскад рефрижератора необходимо снизить температуру хпадагента в зоне дросселя ниже 6температуры точки инверсии. Во время пускового периода, когда верхние каскады691646 3дроссельного контура уже практически вышли на режим, элементы нижнего каскада имеют еще более высокую температуру. В результате этого прямой поток хлад- агента, охлаждаемый ниже точки инверсии в верхних каскадах цикла, по пути к дросселю нижнего каскада нагревается выше температуры инверсии, вследствие чего. процесс дросселирования происходит с повышением температуры хладагента обратно го потока, который далее охлаждается пря- . мым потоком концевого теплообменника. Кроме того, в подобных рефрижераторах дроссель выполнен регулируемым (вручную либо с помощью автоматического привода,.5 Однако, несмотря на то, что создается возможность поддерживать расчетный расход газа в любом каскаде дроссельного контура по мере снижения температуры, пусковой период рефрижераторов значите лен и составляет более 3 ч. На практике известные конструктивные решения регулируемых дросселей являются неудовлетворительными с точки зрения надежной работы микрокриогенных рефрижераторов с большим ресурсом работы, предназначенных для большого числа циклов включения, В связи с этим часто применяются более надежные нерегулируемые дроссели-дюзы, что однако приводит к снижению З 0 эффективности работы теплообменников дроссельного контура в пусковом режиме по мере достижения рабочей температуры так как сопровождается увеличением расхода хладагента в контуре, в десятки раз превышающего значение расхода в начале пуска рефрижератора.Известен также микрокриогенный рефрижератор, содержашйй основной контур, включающий компрессор, ресивер, теплооб.0 менники между прямыми и обратными потоками, газовую холодильную машину с теп-, лообменником-охладителем прямого потока, нерегулируемый рабочий дроссель и холодильную камеру, и вспомогательный кон 45 тур с последовательно включенными по ходу криоагента пусковым нерегулируемым дросселем, вентилем, автоматически открывающимся в пусковом режиме, теплообменником воздушного охлаждения и50 охладителем, имеющим тепловой контакт с корпусом рабочего дросселя и холодильной камерой 2, Подключение вспомогательного контура, который в пусковой пе 55 риод пропускает большую долю расхода (80 904 от общего расхода компрессора), интенсивное охлаждение рабочего дросселя и холодильной камеры, в результате 4компенсирования отрицательного дроссельэффекта на уровне окружающей среды позволило снизить пусковой период микро- криогенного рефрижератора до 60 мин.При всех значительных достоинствах известная конструкция микрокриогенного рефрижератора имеет ряд недостатков.Сложная конструкция, так как требуется постановка автономного теплообменника, в результате чего появляется дополнительная масса, которую необходимо охлаждать только на время пуска рефрижератора, Несмотря на высокую эффективность автономного теплообменника, темп расхолаживания нижнего каскада дроссельного контура всегда отстает от темпа рсхолаживания ГХМ за счет тепловой инерции дополнительного теплообменного аппйрата, двукратное охлаждение и нагрев большой массы хпадагента при самых эффективных теплообменных аппаратах всегда идет спотерями, что в конечном счете приводит к увеличению времени выходана рабочий режим из-за необходимости.стабилизации дроссельного и вспомогательного контуров. Целью настоящего изобретения является сокращение времени выхода на рабочий режим,Поставленная цель. достигается тем,что в известном рефрижераторе 2 вспомогательный контур дополнительно содержит пусковой теплообменник, установленный между теплообменником воздушногоохлаждения и охладителем и имеющий тепловой контакт с газовой холодильной машиной, а вспомогательный контур подключен к выходу компрессора основного кон тура и к холодильной камере, Пусковой теплообменник вспомогательного контура целесообразно выполнять в виде змеевика капиллярного .сечения, навитого на стенку газовой холодильной машины.На чертеже представлена принципиальная схема микрокриогенного рефрижератора, выполненного согласно данному изобретению.Рефрижератор содержит основной контур 1, включающий компрессор 2,ресивер 3, теплообменники 4 между прямым и обратными потоками, газовую холодильную машину 5 с теплообменником - охладителем 6 прямого потока, нерегулируемый рабочий дроссель 7 и холодильную камеру 8, и вспомогательный копутр 9 с последовательно включенными по ходу хладагента пусковым нерегулируемым дросселем691646 6дильной машины 5,. Поэтому температура нерегулируемого дросселя 7 быстроснижается до температуры ниже точки инверсии хладагента, Пусковой режим считается законченным при стабилизации температуры и нижних каскадах газовой холодильной машины 5 основного контура, Вэто время автоматически закрывается пусковой вентиль 11 н весь поток хладагента высокого давления направляется в основной контур. Наступает вторая стадия пускового периода - процесс непосредственного расхолаживання нижнего каскада дроссельного контура,10, вентилем 11, автоматически открывавлпимся в пусковом режиме, теплообменником 12 воздушного охлаждения и охладителем 13, нмеюшем тепловой .контактс корпусом рабочего дросселя 7 н холодильной камерой 8, Вспомогательный контур дополнительно содержят пусковой теплообменник 14, установленный между теплообменником 12 воздушного охлажденияи охладителем 13 и имеющий тепловой кон такт с газовой холодильной машиной 5, Вспомогательный контур подключен к выходу компрессора 2 основного контура 1 и к холодильной камере 8.Во время пуска микрокриогенного ре 15 фрижераторв пусковой вентиль 11 открыт, поэтому хладагент высокого давления после компрессора 2 раздваивается на два потока; большая часть хладагента постуо пает во вспомогательный контур, а незначительная часть (5-103) течет по тепло- обменной арматуре основного контура, так квк после пуска рефрижератора неохлвжденный рабочий дроссель 7 пропускает не25 более 10-203 расчетного потока хладагента на рабочем режиме. Попадая во вспомогательный контур хлвдагент высокого давления дросселируется практически до давления, близкого к давленню в обратном потоке дроссельного контура в пусковом нерегулируемом дросселе 10, затем охлаждается до температуры окружающей среды в теплообменнике 12 воздушного охлаждения, Далее пусковой поток низкого35 давления поступает в пусковой теплообменник 14, где охлаждается за счет теплового контакта со,стенками цилиндра газовой холодильной машины, после чего отбирает тепло от элементов дроссельно Ого контура (дросселя 7 н холодильной камеры 8) в охлвдителе 13, и попадает вхолодильную камеру 8, где смешиметсяс обратным потоком основного контура,подогревается в теплообменниках 4 и попадает через резистор 3 нв всвсываниев компрессор 2. Таким. образом, по мере расхолаживания газовой холодильной машины 5, пуско 50 вой поток хладвгентв низкого давления охлаждается в теплообменниках 14 до все более низких температур; Причем, так как через вспомогательный контур течет большой пОтОк газа, создаются благоприятные ус 55 ловия для рвсхолаживвния каскада дроссельного контура, Практически температура последнего Отслеживает температуру нижней ступени Охлаждения газовой холоМомент перехода от первой ко второй стадии пускового периода таю.е характеризуется резким изменением параметров в цикле мнкрокриогенного рефрижератора: в первый момент величина расхода газа в дроссельном контуре снижаемся, однако несмотря на это циркуляция хлвдагента остается весьма значительной, что было предопределено предм рительным охлаждением корпуса дросселя 7 и холодильной камеры 8 газом вспомогательного контура., Твк как благоприятные условия работы дросселя 7 созданы, то вторая стадия пускового режима протекает самопроизвольно и зависит от величины дроссельэффектв, эксплуатационных условий и конструктивных параметров. Практически в течение которого времени температура холодильной камеры 8 падает до рабочего значения, определяемого перепадом давлений на компрессоре и и гидравликой теплообменной аппаратуры и коммутаций,Таким образом, подключение вспомогательного контура, в котором охлаждение пускового потока хладагента осуществляется в пусковом теплообменнике за счет теплового контакта со стенкой цилиндра, позволяет значительно уменьшить время первой стадии пускового режима и довести его практически до такового в газовой холодильной машине. Малое гидравлическое сопротивление вспомогательного контура позволяет пропустить большой расход хлад- агента. Предлагаемый змеевиковый теплообменник, в качестве которого используется капиллярнвя трубка, навитая и припаянная к стенке цилиндра холодильной машины, достаточно высокоэффективен, имеет малую Охлаждаемую,массу, незначительно влияет на работу самой холодильной машины и практически не вносит дополнительных тепловых потерь из окружающей среды в рефрижератор.46 Формула Составитель Ю. Килимнтор О. Волков Техред М. Келемеш ектор М. Шаро аз 6191/28 Тираж 607 ЦНИИПИ Государственного комит по делам изобретений и откр 113035, Москва, Ж, РаушскаПодписнота СССРтий аб д филиал ППП Патент", г. Ужгород, уп. Проектная, 4 7 6916изобретения 1, Микрокриогенный рефрижератор,содержашйй основной контур, включаюций комтрессор, ресивер, теплообменники между прямым и обратным потоками, газовую холодильную машину с теплообменникомохладителем прямого потока, нерегулируемый рабочий дроссель и холодильную камеру, и вспомогательный контур с последовательно включенными по ходу криоагента пусковым нерегулируемым дросселем, вентилем, автоматически открываюнимся в пусковом режиме, теплообменником воздушного охлаждения и охладителем; имеюшим тепловой контакт с корпусом рабочего"дросселя и холодильной камерой, о тлича ю ши й с я тем, что, с целью со 1 фашения времени выхода на рабочий режим, вспомогательный контур дополни тельно сдержит пусковой теплообменник, установленный между теплообменником воздушного охлаждения и охладителем и имеющий тепловой контакт с газовой холодильной машиной, а вспомогательный контур подключен к выходу компрессора основного контура и к холодильнои камере.2, Рефрижератор по п, 1, о т л и ч аю ш и й с я тем, что пус,ковой теплообменник вспомогательного контура выполнен в виде, змеевика капиллярного сечения, навитого на стенку, газовой холодильной машины. Ис точи ики информации,принятые во внимание при экспертизе1, Патент США Мо 296603,кл, 62-6, 1959,2. Авторское свидетельство ио заявкеМо 2171038/06, кл, Р 25 В 9/О 2, 1975,