Мікрохолодильник

1 Мікрохолодильник, що містить стрижень, на який накручено багаторядний трубчатий витий теплообмінник, входи трубок якого підключені до штуцера-колектора, теплообмінник вміщено в кожух мікрохолодильника, а з холодного кінця виве дена транзитна трубка теплообмінника, який відрізняється тим, що багаторядний трубчатий витий теплообмінник з кожухом мікрохолодипьника і штуцер-колектор розв'язані між собою тепловою розв'язкою і виконані у вигляді двох вузлів, які з'єднані між собою елементом, виготовленим з матеріалу з малим коефіцієнтом теплопровідності 2 Мікрохоподильник по п 1, який відрізняється тим, що багаторядний трубчатий витий теплообмінник з кожухом мікрохолодильника і штуцерколектор з'єднані між собою пластиною, в якій є паз, а трубки теплообмінника виведені з кожуха мікрохолодильника радіально Пропонуємий винахід відноситься до систем охолодження, а конкретно до балонних дросельних сисгем (МИС), призначених для охолодження до крютемператур приймачів променистий енергй (ППЕ) оптико-електронних приладів (ОЕП) Відоме обладнання охолодження приймача променистої енергій, яке включає періодичну подачу стиснутого крюагента в однорядний трубчатим теплообмінник, розташований у посудині Дюара, яка служить корпусом (кожухом) мікрохолодильника (Романенко Н Т , Рынковой Ф Ф Исследование основных характеристик баллонной микрокриогенной системы с цикличной подачей криоагента Химическое и нефтяное машиностроение, 1981, N 5, с 19 21) Недоліки, притаманні цьому обладнанню, можна звести до наступного - нестабільна температура охолодження ППЕ, тому, що внаслідок зміни тиску в холодній зоні мікрохолодильнмка (MX) при регулюванні витрат крюагента, відбувається підвищення температури охолоджування об'єкта, - таким обладнанням неможливо охолоджувати рухомі об'єкти, наприклад, об'єкти, які прокатуються уздовж повздовжньої осі ОЕП в деякім тілеснім куті У мікрокріагенній техніці відомий мікрохолодильник (MX) з паралельним дроселюванням крю агента, який використовується для охолодження приймачів променистої енергій і відноситься до групи "бризкаючи" мікрохолодильників Він найбільш близький до пропонуємого технічного рішення і тему його вибрано за прататип (Ас N 377591/СССР/ Микрахолодильник/ В И Животовский, Л Д Корнеенко и Ю В Шиганский Опубл в Б И , № 18, 1973) Мікрохолодильник, має стержень, на який навито багаторяднмй трубчатий витий теплообмінник, входи його трубок підключені до штуцера-колектара, а теплообмінник вміщено в кожух, з холодного кінця теплообмінника виходить транзитна трубка теплообмінника Мікрохолодильник в складі балонної дросельної мікрокрюгенної системи працює таким чином Азот, стиснутий до робочою тиску 35МПа, накопичується в балоні В процесі роботи азот високого тиску надходить в MX В наслідок паралельного рівнобіжного розширення азоту в MX, відбувається теплообмін між потоками газа високого і низького тиску Газ низького тиску рухається по теплообміннику у зворотньому напрямку після дроселювання Відбувається рекуперація холоду, що приводить до зниження температури перед дросельними отворами Попередньо охолоджений азот в транзитній трубці виробляє napo-рідинну суміш, яка охолоджує приймач променистої енергій і рідинний азот накопичується в порожнині корпуса ППЕ до початку автономного режима В період 00 со 00 47838 автономного режима робочий рівень температури ППЕ забеспечується за рахунок випаровування рідинної фази азоту в порожнині корпуса ППЕ До основних недоліків мікрохолодильника треба віднести те, що він не відповідає вимогам па габаритно-масовим характеристикам Це привадить да додаткових втрат крюагента на охолодження деталей MX, до збільшення часу виходу на режим і зменшення КІЛЬКОСТІ виробленого рідинного крюагента, особливо в пусковому періоді Також MX не відповідає вимогам по довжині В основу винаходу поставлено завданню по створенню мікрохолодмльника із зменшиним розміром по довжині, який можливо установлювати в оптико-електронний прилад з підвищеними характеристиками В цьому винаході поліпшуються характеристики MX за рахунок зменшення теплоприлива до теплообмінної частини MX і збільшується поверхня багаторядного теплообмінника при наданих довжині і діаметрі Для вирішення поставленої задачі у мікрохолодильнику, що містить стержень, на який накручено багаторядний трубчатий витий теплообмінник, входи трубок якого підключені до штуцера колектора, а теплообмінник вміщено в кожух мікрохолодильника, а з холодного кінця виведена транзитна трубка теплообмінника, багатозарядний трубчатий витий теплообмінник з кажухом мікрохолодильника і штуцер колектор розв'язані між собою тепловою розв'язкою і виконані у вигляді двох вузлів, які з'єднані між собою елементом, зробленим з матеріалу з малим коефіцієнтом теплопровідності Крім того, багаторядний трубчатим витий теплообмінник з кожухам мікрохолодильника і штуцер-колектор з'єднані між собою пластиною, в якій є паз, а трубки теплообмінника виведені з кожуха мікрохолодильника радіально Теплова розв'язка між теплообмінною частиною MX і штуцером-кол е кто ром привела до зменшення маси деталей, які контактують з теплообмінником MX, що дозволило поліпшити технічні характеристики, а саме зменшити час виходу на режим, збільшити КІЛЬКІСТЬ вироблення у MX рідинного крюагента і час підтримання робочої температури ППЕ в автономному режимі Крім того, зменшимо теплоприлив до MX Радіальне введення трубок у теплообмінник дозволяє на Змм збільшити його довжину (це 10% довжини теплообмінними) за рахунок ліквідування умови мінімума вигини трубок, який більше 2,5 діаметрів труби, що виникає на початку намотування теплообмінника, коли штуцер-колектор і теплообмінник виконані як одне ціле Наявність паза в пластині зменшує контакт охолодженої частини MX з масивними деталями штуцера-колектора Розміщення вхідних трубок теплообмінника у лазі дозволяє зменшити довжину MX Теплообмінник виконано п'ятирядним для збільшення поверхні Сутність винаходи пояснюється кресленням, яке і показано на фіг 1 і 2 На фіг 1 зображена блок-схема мікрокрюгенної системи охолодження приймача променистої системи, де пусковий пристрій 1, установлений на балоні 2, балон заправлений робочим тілом (азот) до тиску 35МПа, пусковий пристрій з'єднаний послідовна трубопроводом 3 з пневмороз'єднувачем 4 і двохсекційним мікрохолодильником 5, який має секцію зрідження 6 і секцію попереднього охолодження 7, корпус накопичувача крюагента 8, на якому встановлено приймач променистої енергії 9 На фіг 2 показано загальний вигляд мікрохолодильника, де двохсекційний мікрохолодильник 5, має секцію зрідження 6 і секцію попереднього охолодження 7, стержень 10 з фланцем 11, штуцер-колектор 12, металокерамічний фільтр тонкого очищення 13, тонкостінний кожух 14 MX, канали 15 на фланці 11 зроблені для виходу відробленого крюагента, пластина 16, в якій виконано паз, нитка 17 (або фторопластова плівка) Теплообмінник 6, 7 має чотири ряди навивки, які зроблені з капілярних трубок Він міститься у тонкостінному циліндричному сталевому кожусі 14 MX 5 має дві секції секцію зрідження 6, яка утворена третім витим рядом і проходить транзитом через весь теплообмінник 6, 7, а потім виводиться з кожуха 14 MX 5 Інші три ряти витих капілярних трубок 7 утворюють секцію попереднього охолодження Трубки теплообмінника навиваються на полий стержень 10, а їх ВХІДНІ КІНЦІ впаяні в штуцер-колектор 12 У штуцері 12 встановлено металокерамічний фільтр 13, який забеспечуе очищення крюагента від механічних часток розміром більше 7мкм Внутрішня порожнина штуцера 12 є колекторам, з якого крюагент надходить до капілярних трубок теплообмінника 6, 7 Секція попереднього охолодження зібрана з трубок діаметром 0,45мм, товщина стінок яких 0,05мм (1,2 і 4 ряди теплообмінника), ці трубки оребрені мідним дротом діаметром 0,12мм з кроком 0,3мм ВИХІДНІ КІНЦІ трубок секцій попереднього охолодження 7 (1,2, і 4 ряди ) загерметизовано пайкою На останніх витках кожної трубки виконано лекальним дросельний орган, який являє собою отвір діаметром, приблизно, 0,2мм Трубка секцій зрідження 8, виконує функцію розподіленого дроселя (у якому газ розширюється і одночасно охолоджується), який має сталий переріз по всій довжині, включаючи вихідний канал цієї трубки Ущільнення зовнішньою ряду теплообмінника 7 і внутрішньої порожнини кожуха 14 виконується укладкою бандажа з ниток 17 (або наміткою тонкої фторо пластово і плівки) При виведенні трубок з теплообмінника зроблені канали 15 на фланці 11 стержня 10, а на пластині 16 є паз, це дозволяє підключити трубки теплообмінника 6, 7 до штуцера колектора 12 практично радіально Канали на фланці 11 стержня 13 використовуються для виходу відробленного крюагента з теплообмінника Балонна система охолодження приймака променистої енерпі оптико-електронного припаду працює наступним чином При розкритті пускового пристрою 1, азот високого тиску 35МПа з балону 2, проходячи послідовно трубопроводи 3 з пневмороз'єднувачем 4, надходить у двохсекційний мікрохолодипьник 5 У мікрохолодильнику 5 азот високого тиску дроселюється у секціях попередньою охолодження 7 і зрідження 6 (див фіг 1, 2) Крім того, в секціях відбувається теплообмін між пото 47838 ками газа високого і низькою тисків Газ низького тиску рухається по теплообміннику у зворотньому напрямку після дроселювання Відбувається рекуперація холоду, що приводить до пониження температури перед дросельними отворами обох секцій Виходячи з трубки секцій зрідження 6, охолоджений азот у вигляді паро рідинної суміші, подається у корпус накопичувача крюагента 8 для охолодження ППЕ 9 Охолодження ППЕ 9 забеспечується завдяки теплоті пароутворення рідинної фази та накопиченням стекловолокном (пориста структура) рідинною азоту в порожнині корпуса накопичувача 8 та ППЕ 9 У момент виключення системи охолодження, розмикається пневмороз'еднувач 4 і припиняється подача азота у мікрохолодильник 6 При автономній роботі оптико-електронного припаду робоча температура приймача променистої енергії підтримується за рахунок випаровування рідинною азоту, накопленного у корпусі накопичувача 8 ППЕ 9 Використання пропонуємого винаходу мікрохолодильника для охолодження приймача променистої енергії оптико-електронного приладу при порівнюванні з прототипом дозволяє - зменшити час виходу на рабочий режим за рахунок наявності теплової розв'язки між теплообмінником мікроколодильника і штуцером колек тором, привадить до зменшення витрат на охолодження деталей мікрохолодильника, особливо в пусковий період, - збільшити вихід рідинної фази крюагента за рахунок зменшення теплопритоків до конструкції теплообмінника, - розташувати мікрохолодильник по довжині оптико-електронного приладу, - збільшити, приблизно, на 5 8 ВІДСОТКІВ поверхню теплообміну за рахунок радіального підключення трубок до теплообмінника Ефективність пропонуємого технічного рішення була підтверджена дослідженнями ЗО мікрохолодильників в складі приймачів променистої енергії, встановлених в тепловий емітатор Дослідження довели, що пропонуємий мікрохолодильник забезпечує підвищення теплофізичних параметрів приймачів променистої енергії порівняно з серійними мікро холодильниками такого класу, а саме - знижує час виходу на режим, приблизно на 0,2 0,5с , - збільшує витрати крюагента з балона за рахунок зменшення кінцевого тиску на 0,5 1 Мпа, - збільшує час підтримування робочої температури приймача променистої енергії у автономному режимі (приблизно, на 2 5с) завдяки виробітки MX більшої КІЛЬКОСТІ рідинної фази 5 6 8 9 Фіг. 2 47838 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна (044) 456 - 20 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71