Столбчатый микрохолодильник

(19)О 5 Е 25 ОСУДАРСТБЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМРИ ГКНТ СССР.ЕТЕН О ИЕ ИЗО ВТОРСКО ВИДЕТЕЛЬСТВ 2ТЫЙ МИКРОХОЛ ние относится к орой хладагентом й кипения,и мож хладитель малом оэлектронике и д бретения заключ й микрохолодил но соединенные(54) СТОЛБЧА. ваться как о В,Стре- . ройств в ради Сущность изо что столбчать жит герметич аг д(56) Патент США И. 4М 62-514, 1988. 49648 А 1 ОДИЛЬНИК криогенной является газ ет использоощных устр. областях, ается в том ьник содери последова1749648 10 полю теплообмена работы 20 25 тельно установленные входную пластину 1, имеющую два спиральных паза 2, 3, в центре которых расположенй входное отверстие 4 для подачи криоагента и отверстие 5 для выхода обратного потока криоагента; и секций, состоящих иэ первой пластины прямого потока 6 с зигзагообразным пазом 7, пластины 10 обратного потока с пазом в виде многоугольника и расположенной в нем вставкой 11 из пористого теплопроводного материала, второй пластины 12 прямого потока с зигзагообразным пазом 7 и разделительной пластины 13; и секций пластин образуют столбец, причем каждая.последующая секция развернута относительно предыдущей на 180 О, ВыполИзобретение относится к криогенной технике, в которой хладагентом является гаэ с низкой точкой кипения, и может использоваться как охладитель маломощных устройств в радиоэлектронике и других областях.Известнь 1 быстроохлаждающие микро- холодильники, состоящие из набора пластин с пазами и отверстиями для образования падающего (прямого потока) и выпускного(обратного потока) каналов криоагента, Так, в известной конструкции подающий канал (прямой поток) выполнен в аиде спирали.Однако недостатком указанных микро- холодильников является то, что не достигается высокая эффективность теплообмена, узок диапазон холодопроизводительности, а увеличение ее приводит к резкому увеличению диаметра микрохолодильника,Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является столбчатый микрохолодильник, содержащий герметично соединенные между собой и последовательно установленные входную пластину с отверстиями для ввода и вывода криоагента, пластину прямого потока, и секций пластин, состоящих из последовательно установленных первой пластины прямого потока, пластины обратного потока и второй пластины прямого потока, дроссельную пластину и пластину с полостью для испарения криоагента, В пластинах прямого потока выполнены зигзагообразные прорези, в пластинах обратного потока выполнено отверстие в форме многоугольника, во входной пластине выполнена прорезь в виде спирали, Таким образом, образуются каналы прямого и обратного поненные в каждой пластине одно отверстие 5 и два отверст 1 я 8 и 9 для прохождения обратного и прямых потоков при их соответствующем сопряжении образуют один канал обратного потока криоагента и два канала прямого потока. Изобретение повышает эффективность теплообмена эа счет организации движения прямых и обратных потоков навстречу друг другу (противоход). Равномерность температурного поля обеспечивается за счет вставки 11 из пористого теплопроводного материала, выполнения разделительных пластин из материала низкой теплопроводности, что уменьшает осевые теплопритоки, 6 ил. токов, дроссельный канал и испарительная полость (камера).Недостатком укаэанного микрохолодильника является то, что не достигается высокая эффективность теплообмена вследствие неэфФективной организации движения потоков, т,е, обратный и прямой поток и идут то навстречу друг другу, то в одном и том же направлении, Кроме того, в указанной конструкции низка теплоотдача по всей поверхности в пластине обратного потока и нет равномерности температуры по всему Целью изобретения является - улучшение теплообмена и повышение надежности Поставленная цель достигается тем, что в столбчатом микрохолодйльнике, содержащем герметично соединенные между собой и последовательно установленные входную пластину с отверстиями для ввода и вывода криоагента, и секций с разделительными пластиками и каналами прямого и обратного потоков криоагента, дроссельную пластину и пластину с полостью для испарения криоагента, каждая из и секций содержит последовательно установленные первую пластину прямого потока, пластину обрат ного потока со вставкой из пористого теплопроводного материала, вторую пластину прямого потока и разделительную пластину, причем каждая последующая секция развернута относительно предыдущей на 180 О, 35 в каждой пластине прямого потока выполнен зигзагообразный паз и во всех пластинах - по три сквозных отверстия, во входной пластине выполнены два спиральных паза с общим центром, в котором расположено 40 упомянутое отверстие для ввода криоагента, в дроссельной пластине выполнено от45 50 верстие для выхода обратного потока, спиральный паз переменного сечения с раздвоенным концом, в центре которого размещено отверстие для подачи криоагеита, э раздвоенный конец служиТ для совмещения с отверстиями для прямых потоков, пластины установлены с возможностью са/ вмещения отверстий и образования канала обратного потока, соединяющего между собой все пластины обратного потока, первого канала прямого потока, соединяющего один иэ спиральных пазов входной пластины, зигзагообразные пазы первой пластины прямого потока нечетных секций; второй пластины прямого потока четных секций, второго канала прямого патака, соединяющего другой спиральный пэз входной пластины, зигзагообразные пазы второй пластины прямого потока нечетных секций и первой пластины прямого потока четных секций.На фиг, 1 схематически изображен столбчатый микрахолодильник, разрез; на фиг.2 - разрез А-А на фиг, 1(вид сверху входной пластины); на фиг, 3 - разрез Б-Б иа фиг, 1 вид сверху пластины разделительной пластины), на фиг. 4 - разрез В-В иа фиг. 1 (вид сверху пластины обратного потока); иа фиг. 10 5 - разрез Г-Г, Г -Г на фиг, 1 виды сверху пластин прямого потока); иа фиг. б - разрез Д-,Л, на фиг, 1 (вид снизу дроссельной пластиныы).Столбчэтый микрохолодильник (фиг. 1) 15состоит из герметична соединенных и последовательна установленных входной пла- стины 1, имеющей два спиральных паза 2 и 3, в общем центре которых выполнено входное отверстие 4 для подачи криаэгеита, э 20 между концами спиральных пазов - отверстие 5 для выхода обратного патока криоагента, первой пластины б прямого потока с зигзагообразным пазом 7, и расположенными на одном радиусе отверстием 5 обратно га потока и двумя отверстиями 8 и 9 прямого патока с обеих сторон ат отверстия 5, причем отверстие 8 меньшега радиуса сопряжено с зигзагообразным пазом 7, пластины 10 обратного потока, в которой выполнены 30 на одном диаметре и равных радиусах отверстия 8 для прямых потоков и отверстие 5 обратного потока, сопряженное с полостью, выполненной в виде многоугольника и расположенной в ней вставкой 11 из па ристого теплапроваднаго материала, второй пластины 12 прямого потока с зигзагообразным пазом 7 и расположенны.ми на одном диаметре иэ рэвиам расстоянии от центра дву:.я отверстиями 9 прямого 40 потока и отверстием 5 обратного потока, причем отверстие 9, удаленное от отверстия 5 обратного потока,сопряжено с зигзагообразным пазом 7, разделительной пластины 13 с отверстиями 5, 8 и 9 обратного и прямых потоков, расположенных на одном радиусе;Пластины б, 10, 12 и 13 образуют секцию, и секций - столбец, причем каждая последующая секция развернута относительно предыдущей на 180 О, На последнюю разделительную пластину 13 пазом вниз установлена дроссельная пластина 14, В дроссельной пластине 14 выполнены сквозное отверстие 5 для выхода обратного потока и спиральный паз 15 переменного сечения с раздвоенным концом, оканчивающимся на том же радиусе, что и отверстия 9 и 8, который служит для сопряжения с отверстиями прямого патака разделительной пластины 13. Также в центре спирального паза имеется отверстие 16 для подачи криоагента. На дроссельную пластину 14 крепится пластина 17 с полостью для испарения криоагента.Пластины установлены таким образом, что выполненные отверстия 5, 8 и 9 совмещены и образуют два прямых и один обратный поток криоагента,Первый канал прямого потока криоагента образован отверстием 4 во входной пластине 1, спиральным пазом 2, сопряженным с отверстием 8 первой пластины 6 прямого потока, ее зигзагообразным пазом 7, сопряженными отверстиями 9 в пластинах 10, 12, 13, 6 и 10 с зигзагообразным пазом 7 второй пластины 12 прямого потока второй секции, отверстием 8 разделительной пластины с . третьей секцией и т.д. Восьмое отверстие последней разделительной пластины и секции совмещено с одним из раздвоенных концов спирального паза 15 дроссельной пластины 14, Второй канал прямого потока криоагеита образован отверстием 4 во входной пластине 1, спиральным пазом 3, сопряженным через отверстия 9 в пластинах б и 10, с зигзагообразным пазом второй пластины 12 прямого потока первой секции через отверстия 8 в разделительной пластине 13, первой пластине б прямого потока второй секции с зигзагообразным пазом, и через сопряженные отверстия 9 в пластинах 10, 12, 13, б, 10 и 12 со следующими и секциями, отверстие 9 последней разделительной пластины 13 сопряжено с другим раздвоенным концом спирального паза 15 дроссельной пластины 14,Канал обратиога потока соединяет через сопряженные жверстия 5 полость для испарения криаагз апластине 17, последовательна все пластины 10 обратного потока да сопряжения с выходным отверстием 5 входной пластины 1,Столбчатый микрохолодильник работает следующим образом.При подаче криоагента к входному отверстию 4 входной пластины 1 благодаря спиральным пазам 2 и 3 потоки раздваиваются и направляются соответственно в первый и второй каналы прямого потока (движение криоагента по каналам, фиг, 1, указано стрелками), подойдя к дроссельной пластине 17, оба прямых потока объединяются в его спиральном паэе с раздвоенным концом, имеющим переменное сечение (уменьшающееся в середине спирали), и поступают через отверстие 16 в испарительную камеру 18 пластины 17, затем через отверстие 5 в дроссельной пластине 17 криоэгент поступает в канал обратного потока и следует по нему до выходного отверстия 5 во входной пластине 1 (направление обратного потока также указано стрелками на фиг, 1), Оба прямых потока движутся вдоль пластин 6 и 12 по зигзагообразным пазам в одном напрэьлении, противоположном движению обратного потока, по пластинам 10, имеющим вставку 11 из пористого тепло- проводного материала, которая выравнивает давление и температуру по всей полости. Следовательно, два прямых потока криоагента как бы омывают обратный поток. Преимущество по сравнению с прототипом - это улучшение теплообмена за счет движения прямых и обратных потоков навстречу друг другу, равномерность температурного поля за счет вставки 11 из пористого теплоемкого материала, уменьшение осевой теплопроводности введением разделительных пластин, изготовленных и из материала, имеющего низкую теплопроводность, а также турбулизации потока с одновременным выравниванием давления по всей плоскости канала обратного .потока,Разработан и изготовлен столбчатый микрохолодильник на рабочий криоагент - азот со следующими размерами каналов:канал потока (зигзагообразный паз) имеет сечение 0,1 х 0,5 мм при его длине 341 мм;дроссельный имеет минимальный размер после слияния двух прямых потоков в сечении 0,0 бх 0,01 мм при длине 210 мм, а расширяющийся перед дроссельным отверстием - 0,06 х 0,20 мм при длине 88,2 мм;диаметры отверстий, образующие каналы прямого потока, ф 1 мм, а обратного потока ( 2,5 мм,Предварительные расчеты и экспериментальная проверка подтвердили, что заявляемый столбчатый микрохолодильник имеет повышение эффективности теплообмена по сравнению с прототипом до 20 и уменьшение габаритов. Формула изобретения Столбчатый микрохолодильник, содер жащий герметично соединенные между собой и последовательно установленные входную пластину с отверстиями для ввода и вывода криоагента, и секций пластин, включающих пластины прямого и обратного 15 потоков и разделительные пластины с отверстиями, образующими каналы прямогО и обратного потоков криоагентэ, дроссельную пластину и пластину с полостью для испарения криоагента, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью улучшениятеплообмена и повышения надежности работы, каждая из и секций содержит последовательно установленные первую пластину прямого потока, пластину обрат ного потока с вставкой из пористого теплопроводного материала, вторую пластину прямого потока и разделительную пластину, причем каждая последующая секция развернута относительно предыдущей на 180 О, 30 в каждой пластине прямого потока выполнен зигзагообразный паз и во всех пластинах по три сквозных отверстия, а во входной пластине выполнены два спиральных паза с общим центром, в котором расположено 35 упомянутое отверстие для ввода криоагента, в дроссельной пластине выполнено отверстие для выхода обратного потока - спиральный паз переменного сечения с раздвоенным концом, в центре которого разме щено отверстие для подачи криоагента, араздвоенный конец выполнен с возможностью совмещения с отверстиями для прямых потоков, при этом пластины установлены с возможностью совмещения 45 отверстий и образования канала обратногопотока для соединения между собой всех пластин обратного потока, первого канала прямого потока, соединяющего один из спиральных пазов входной пластины, зигзаго образные пазы первой пластины прямогопотока нечетных секций, второй пластины прямого потока четных секций, второго канала прямого потока, соединяющего другой спиральный паэ входной пластины, зигзаго образные пазы второй пластины прямогопотока нечетных се",ций, первой пластины прямого потока четных секций., Гратилл Реда аказ 2584 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям и 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 СССР Ужгород, ул Гагарина, 1 Производственно-издательский комбинат "Пате