Микротеплообменник

(191 ф (111 1)5 Р 28 ГЗ/ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(54) ИИ (57) Из электро ствам д электро ВМГННИК 0 бретеике,ие относптс частнссти статировань иборов на оя к криск устройя микросцове по Я ных Изобретение относ ике, в частности к криоэп ктйствам сто кро ектвоц. я для криостатировани ных приборов ца осн ов и высокотемпера водников.Белья изобретени провс дц верхпро-. ово по ся гог мВт;произ ообменникмВтту 5 иэна оддую ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТГЮ ИЗОБРЕТЕНИЯМ И О 1 ИРЫТ(НЯМПРИ ННТ СССР ение надежности микротеплоооменнца при одновременном упрощении его изготовления.На Фиг, 1 изображен микротеплообменник производительностью 100 на фг. 2 - микротеплообмеццик водительностью 50 МВт; на фиг, 3 микротеплообменник проиэяодитепьностью 150 мВт дисковой конструкцииМикротеплообменцик включает каналы 1 прямого потока, дросселирующеа устройство 2 канал 3 обратного потока хладагента, резервуар 4 и плату 5, выполненную из стекла.Иикротенлообменцик работает слеорлм образом. луцовс.н 1,."слвдсокотемпературцчхсверхпповогц Хоп, Бель изобретенияпоаьпяе т: надености микротеплообмсцци а пр опцов;:сленном упрояецц егоиз отовпеця. Теплообыеццик состоитиз плати с ьацалями для хладагента,подножки для хляжпаемого устройстгаи слоя полимерного материала, соедь -О Ухала 1 ЛЛ ПЛатЫ И ПОДЛОЖКУ,рцмй материал выполец из т рмо 1 тв рждаемого силиконового эластомсра ца -а 1 ццзкомолекулярцогоснлоксацового каучука с показателемпралс л,.ия 1.390-1,430 ц нулканизую 1-:, агента, 3 ил,В и;.остсписм случае реализациицикла Хэмпс па ца вход каналов 1 прямого л;-тока подается азот (или другой хлада ецт) пол давлением 40200 а. Н(ойдя кацаль прямого пото:в ц дно-сеячр,кгсе устройство 2,газ охляжласт.1 а счет эААек 1 а Пжоуля-Т лл.оцээнращающийся по обратному кяцялу 3 лоток хладагентаЭа СЧЕТ толдозтла ПЛ ОХЛажпаЕт ВНОВ;поступающие порции хладагецта в канала.; гол ц го потока вплоть до получения ,тлд:.ой аз скапливающейся и"ц.зс-ргуяро 41 спользовацие теплооби вцик- с с-.цльчт тпщицой 20-50 мкми клуб 11 й 2-; О мкм позволяет получать ,0-.л. " . хл.допроцзводитепьностью до 5 ".Вт ц раГходом хладагс.ц".та до 0,12 лм:-г,Б р и и г р 1. Иикпотеплхлздолрсовод",тельцостью 100ной стороне которой нанесены каналы1 и 3 прямого и обратного потока,дросселирующее устройство 2 и резер"вуар 4 для хладагента. Плата соединена с крышкой (не обозначена) иэ стек 5ла того же размера слоем силиконовогозластомера толщиной порядка 10 мкм.Укаэанный эластомер представляетсобой продукт термического отверждениякомпозиции, содержащей фторсилоксановый каучук с показателем преломления1,39 и вулканизирующий агент указанной общей формулы, где Н - СН СР СГа=025; Ь=0,1; с=005; д=06;х12, а соотношение каучука и вулканизирующего агента составляет 1:1,Содержание катализатора Спайера вкомпозиции. 1 мас.7 При давлении азота ня входе 150 атм и расходе0,7 л/мин микротеплообменник обеспечивает температуру охлаждаемой поверхности платы лф 105 К, Теплообменниквыдерживает без изменения параметров250 термоциклов (-16)-(+25)ОС.П р и м е р 2. Микротеплообменник хладопроизводительностью 50 мВт(фиг. 2) состоит иэ двух пла.- 5 и 6с каналами 1 и 3, дросселирующегоустройства 2, резервуара 4 с отверстиями для входа и выхода хладагента икрьппки. Размеры плат 5 и 6 (и крьппки)4 хЭОхО,Э мм. Каналы 1 прямого потокананесены на одну плату, дросселируп.щееустройство 2, резервуар 4 и каналы 3обратного потока - на другую. Потоки35сообщаются через сквозные отверстия(не обозначено) в верхней плате. Платы и крьппка соединены слоем эластомера толщиной 5 мкм. Состав компоэи 10ции клеевого слоя: каучук с показателем преломления 1,43, вулканиэирующийагент с В - СН; а = 0,4; Ь -" 0,35;с 0 1 д = 0,15; х = 8. СоотношениеЭ Экаучук:вулканизирующий агент 7:1, со 45держание комйлексного катализатора0,5 мас.Х. При давлении азота навходе 120 атм и расходе 0,3 л/минтемпература охлаждаемой части поверхности плат достигает 90 К. Теплообменник выдерживает 250 термоциклов50(фиг. 3) дисковой конструкции Теплообменник собран иэ трех дисков557-9. Диаметр дисков 20 мм. толщина0,5 мм. На одном нанесены каналы 1прямого потока, дросселирующее устройство 2, резервуар 4 и отверстиедля прохода потока, на другом - каналы обратного потока и отверстиедля прохода хладагента, третий дискслужит крьшг ой.,Писки соединены слоями эластомера толщиной 7 мкм. Составкомпозиции:каучук с показателем преломления 1,41, вулканиэирующий агентс й - СНЭ, а = 0 33; Ь = 0,22; с0,008; д = 0,37; х = 10. Соотношение каучук:вулканиэирующий агент13;1, содержание катализатора Спайера 0,75 мас.7. При давлении аргонана входе 200 атм и расходе 2 л/минтемпература подложки 90 К. Теплообменник выдерживает 250 термоциклов(-186) в (+25) СП р и м е р 4. Микротеплообменник, аналогичный примеру 2. Покаэатель преломления каучука 1,42;К - С Рп, а = О 4; Ь = 0,35; с = 0,1;д = О, 15; х = 8. Соотношение кауч,к::вулканиэирующий агент 7:1, содержание катализатора Спайера 0,8 мас,7.При давлении азота на входе 120 атми расходе 0,3 л/мин температура охлаждаемой поверхности платы 90 К, Теплообменник вьцержз 1 вает 250 термоциклов (-196) - (+25)о С,Иикротеплообменник иэготавливдютследующим образом. На платы из стеклэнаносят слой стойкого к абразивнойобработке реэиночодобного фоторезиста,экспонируют и проявляют ,рисунок каналов,дросселя и других элементовтеплообменника. Затем поверхностьплат обрабатывают струей сжатого воздуха, содержащего лоро"юк окиси алюминия размером 17-27 мкм. По:ле сформирования каналов согласно рисункупленку реэиста удаляют. Каналы имеютглубину от 2 до 100 мкм. В композицию,содержащую фторсилоксновый каучуки фторсилоксановый вулканизующийагент, вводят платиновый катализатор (например, катализатор Спайераили комплексное соединение платиныэмпирической формулы ГН мпИ 60 Рсв количестве 0,5-1 мас 0,000050,00017, в пересчете на платину) итщательно перемешивают. Для получения рабочего раствора, обсспечивающего требуемую толщину слоя эластомера,полученную композицию разбавляют всоотношении 1:4 толуалом. При нанесении исходной композиции на платус целью недопущения эатекания полимера в каналы операцию проводят в5 10 15 20 25 ) 30 два приема. Сначала толуольцый раствор наносят с помощью центрифуги ца вспомогательную подложку из металлической Фольги. Затем композицию с11 11 этой подложки перемезывают на рабочую плату. На платы - подложки, не несущие рельедного рисунка, полимерный слой наносят центриЛугировянием.11 осле этого платы соединяют и подвергают термообряботке, поднимая температуру в течение чясд до 250 С и выдержвдют в течение 5 ч с последующим инерционным охлаждением. Готовый микротеплообмецник устдпянливдют в рабочую систему.Выбор пределов пярдметрон ГГуслсвлен следующими экспернмеаальцо устянотленными ддннымн. Пре;елы изменения покдзятегя гргломлецня кду гкд (и ) 1,390-11430 прн словНоянин1 ов качестве ряднсдлп 1 в Обрдмчс ниц гетерозвеп.гв полнгнмгтнлснлокг.свой пепи С 1 С 11 С 111 , 111 Г 11;, охвдтыядют интервал содерждцня указаних гетерозвецьев порядка 11,5- 12,5 мдс.7. оптимальный с точки зрения прочности злдстсмера. Выход зя ц жпнй гренел и (т.е. содержания гетерозвеньея)оприводит к образованию эластомера с достаточно высокон (-20) в (-40) С температурой кристяллнздцни, что Отрицательно сказывается ца цддежцс)гти теллообмепцикд, Выход .д веохннйгопредел и , приво 1 ит к г,шествс иному снижению прочности склс нки, чт 1 тдк"же цедопусгимО.Параметры вулкдниз; юцего агента обусловлены следуо 1- ми дякцымн, При д . 0125 цедостдточ Ная ЛрОвНОСтЬ Г.КЛЕйКН, Прн ."0)С начинается выделение гогорг)гд, элдстомер стдцоьчтся пор:тым, цдлзжпог.падает. Параметр 0,1 10.35 от 1 етро стченен за совпдд цн г каучука и вулканизирующего агента (т,е. аа нх совмегтимость), При Ь0,1 повьпдется (и отрицательной области) температура криг,таллизяВи) что цепоиемле" мо, при Ь ) 0,35 существенно сцижается прочность склейки. Параметр 0,05с0,1 ответственен за прочность эластомера ца разрыв) особенно в отрицательной области температур. При с С 0,05 вляцие этого звена в цепи эластомера практически не проявляется, при с ) 0,1 теряется эластичность Материал Охрупчивяется. Параметр О, 15д 0,6 ответственен эа эластомерцые свойства сшитого мд 1 .ридя, Прн с 1 0,15 лддяет эластичность, ча с отрцятеньно сказываеася ца надежности теплообменциковпри работе в условиях многократн стермоциклировання, при д ) 0)с по.ышдется температура кристаллизации.Показатель олнгомерногти 8 х 12ГОус)ловлидат т )х ОЛОГ 1 чногть иэ 1 Г)товиевич тепло:бмецников и их цалж -ОСтЬ . г 1 ри Х8 Л Нця ПЕПИ ВУЛКдцизнрую 1 его дгептд маля, спитый мятерцс 1жесток, пя хо ц, охрулчнвдется.Ь 111х ) 12 резкс госрдстяет вязкость вул 1 пнанругщегф:, агента, что делает поактнч ески н св; з)ожцой гомо ге пизациюгмесн н поление структурно однородного мдтеридла, В обоих случаях ухудндзтся зроцно)г.тные ско"ствд и на 1 ежцостл склейки, Гтц 1 пецие каучука нВУЛКа ЗЦРгС 1. ГО аГЕНта ОПРЕДЕЛЯЕТпрочоптюг свойгтвя склейки. При г э;тошенях меньше 1:1 сшитый материалтеряет злдстомерные свойства, охрунчнвяетсн и нд холоду отрывается отн)лложки, Прн Гс)стногинях больше 13: 1материал нз.нгне элягтомерец, чтоздтЛняет сбрку тегнообмеццнкд.Прн ныбср веннчицы гоотцошгцня к . -уук:нулкдцнзнруюСий агент нсполь уют сл)ДВНЛЭ Д тплятцости ЗЦДЧЕПнй Х и С,ЭОтопепи; ем е х, тем меньше ГОДЕРжяПН НЯУУКЯ В ГМЕСИ СЛЕЛУЕт нс.позсн 1 и доборот, Оптимдгьнымн дняс пня ми 1 оэ 1)Жнниентс в являютсяя;д = 0,3; Ь =- Г,З; г =. 00":; с 1 = 0,35 = 10, д гоотпошенця кд-чу к: 1: улк; п н ан Гггн агент , 5: 1 . Г г - гтдв, соответствуюнс оптн)уму, обеспечивают;Остаточно высокую ддгезнонпую и когезго,)ну) гтойкость склеп дюшего 1 или;с рцого слоя ( =" 2 11 ПА прн комнат й температуре)указавый ндтс.Из 1 ОГгдлаг 1 1 прокии ннтс рвало): рябонх т Ннсря.ур (-200-250 С), во ксзтооо 1 оц вддсг в,цолняет свои Ьу,;ции, Г со дя термостойкость егс су 1 честве О ул;оидет различные моцтджн 1-экс я уат дц 1 оцц е техпологнчекне с;.еря), нн с мнкротеллообмеццико"связяцьц с тегмообрдботкой (пайка,.СВДРКД,;Д ; СНИЕ ПЛЕНОК),11 ИКрот ПЛООбМЕННИК ОбЛдддЕт г 1 СС1 ОЙ цддю 1 н 1 стью прост в изготовлении. Форм лд ,з обре те ц Иикротс плгобмсццик, вк 1 ючдн 1 гл 1 й по крайней мере одну пгяту с кдцдлд1622756 ми для хладагента, подложку для охлаждаемого устройства и слой полимерного материала, соединяющий указанныеплаты и подложку, о т л н ч а ю щ и й с я тем, что, с целью ловьппения надежности устройства при одновременном упрощении изготовления микротеп(сн ) Б 10 Гс 1 (н)вОЯк(сн )яоЦоД-(сн ) яо (сн )Л х = 8-12,причем а + Ь + с + д = 1, при этомсоотношение каучука и вулканизирующе 15го агента выбрано в пределах 1-13: 1,СН 3% С 6 Н 51 где й - СНСН СГ , С и .,а 0,25-0,4;Ь = 0,1-0,35;с 0,05-0,1;Д = О, 15-0,6; лообменника, указанный слой выполнениз термоотвервдаемого силиконовогоэластомера на основе низкомолекулярного силоксанового каучука с показателем преломления 1,390-1,430 и вулканизирующего агента общей формулы1622756 Составител;. Н. лексееваовецкая Техреду М.Дидик Корректор Л лак Проиэводственно-иэдательский комбинат Патент", г.ужгород, ул. Гагари Заказ 106 ТиражНИИПИ Государственного комитета по113035, Москва, ЖПодлцсное обретениям и от,;рытиям при ГКНТ СС Раушская наб., д. 4/5