Двосекційний мікрохолодильник

1 Двосекційний мікрохолодильник, що містить стержень, на який навито багаторядний трубчатий витий теплообмінник, який має секцію попереднього охолодження і секцію зрідження, виведену транзитом з багаторядного витого теплообмінника і кожуха мікрохолодильника, входи трубок підключені до штуцера-колектора, а багаторядний витий теплообмінник вміщено в кожух мікрохолодильника, який відрізняється тим, що секція зрідження виконана багаторядною, ряди теплообмінника секцій попереднього охолодження і зрідження чергуються, причому трубки секції зрідження виконані неоребреними і розміщені в проміжках поміж витками оребрених трубок секції попереднього охолодження, ВИХІДНІ КІНЦІ трубок секції зрідження на холодному КІНЦІ теплообмінника виконані у вигляді витих спіралей і виведені з кожуха мікрохолодильника 2 Двосекційний мікрохолодильник за п 1, який відрізняється тим, що останній ряд теплообмінника секції попереднього охолодження виконано неоребреним Запропонований винахід відноситься до систем охолодження, а конкретно до балонних дросельних систем (МКС), призначених для охолодження до крютемператур приймачів променистої енергії (ППЕ) оптико-електронних приладів (ОЕП) Відоме обладнання охолодження приймача променистої енергії, яке включає періодичну подачу стиснутого крюагента в однорядний трубчатий теплообмінник, розташований у посудині Дьюара, яка служить корпусом (кожухом) мікрохолодильника (Романенко Н Т, Рынковой ФФ Исследование основных характеристик баллонной микрокриогенной системы с цикличной подачей криоагента Химическое и нефтяное машиностроение, 1981, №5, с 19 21) Недоліки, притаманні цьому обладнанню, можна звести до наступного нестабільна температура охолодження ППЕ тому, що внаслідок зміни тиску в холодній зоні мікрохолодильника (MX) при регулюванні витрат крюагента відбувається підвищення температури охолодження об'єкта, таким обладнанням неможливо охолоджувати рухомі об'єкти, наприклад, обєкти, які качаються відносно подовженої осі ОЕП в деякім тілеснім куті У мікрокрюгенній техніці існує мікрохолодильник з паралельним дроселюванням крюагента, який використовується для охолодження приймачів променистої енергії і належить до групи "бризкаючих" мікрохолодильників Він найбільш близький до запропонованого технічного рішення і тому його вибрано за прототип (А с №377591 /СССР /Микрохолодильник/ ВИ Животовский, Л Д Корнеенко и Ю В Шиганский Опубл в Б И , №18, 1973) Мікрохолодильник, має стержень, на який навито багаторядний трубчатий витий теплообмінник, ВХІДНІ КІНЦІ трубок якого підключені до штуцера-колектора Теплообмінник уміщено в кожух, з холодного кінця теплообмінника виходить транзитна трубка Мікрохолодильник в складі балонної дросельної мікрокрюгенної системи працює таким чином азот, стиснутий до робочого тиску 35МПа, накопичується в балоні В процесі роботи азот високого тиску надходить в MX Внаслідок паралельного розширення азоту в MX, відбувається теплообмін між потоками газу високого і низького тиску Газ низького тиску рухається по теплообміннику у зворотному напрямку після дроселювання Відбувається 1 ю 57199 рекуперація холоду, що приводить до зниження температури перед дросельними отворами Попередньо охолоджений азот в транзитній трубці виробляє паро-рідинну суміш, яка охолоджує приймач променистої енергії Рідинний азот накопичується в порожнині корпуса ППЕ до початку автономного режиму В період автономного режиму робочий рівень температури ППЕ забезпечується за рахунок випаровування рідинної фази азоту в порожнині корпусу ППЕ До основних недоліків двосекційного мікрохолодильника треба віднести те, що в ньому неоднаково розподіляється теплове навантаження секції зрідження на багаторядний трубчатий витий теплообмінник (секція попереднього охолодження) Це приводить до зменшення КІЛЬКОСТІ виробленого рідинного крюагента, особливо в пусковому періоді, до збільшення часу виходу на режим ППЕ і, як наслідок, скорочує час підтримування робочої температури ППЕ в автономному режимі Додаткові витрати крюагента на підвищення характеристик системи охолодження приводить до зменшення часу роботи CO від балона і збільшення кінцевого тиску В основу винаходу поставлено завдання по створенню двосекційного мікрохолодильника з підвищеними характеристиками, який зменшив час виходу на режим ППЕ за допомогою збільшення КІЛЬКОСТІ рідинного крюагента у потоці секції зрідження, покращив теплообмін між секціями мікрохолодильника, скоротив час накопичування рідинного крюагента у корпусі ППЕ для забезпечення необхідного часу автономної роботи, збільшив час підтримування робочої температури ППЕ в автономному режимі роботи приладу Для вирішення поставленої задачі у двосекційному мікрохолодильнику, що містить стержень, на який навито багаторядний трубчатий витий теплообмінник, який має секцію попереднього охолодження і секцію зрідження, виведену транзитом з багаторядного витого теплообмінника і кожуха мікрохолодильнику входи трубок якого підключені до штуцера-колектора, а багаторядний витий теплообмінник вміщено в кожух мікрохолодильника, секція зрідження виконана багаторядною, ряди теплообмінника секцій попереднього охолодження і зрідження чергуються, причому трубки секції зрідження виконані неореброваними і розміщені в проміжках витків ореброваних трубок секції попереднього охолодження, ВИХІДНІ КІНЦІ трубок секції зрідження на холодному КІНЦІ теплообмінника виконані у вигляді витих спіралей і виведені з кожуха мікрохолодильника Крім того, останній рад теплообмінника секції попереднього охолодження виконано неореброваним Зроблені зміни дозволили покращити характеристики MX і вирішити поставлену задачу Використання вищевикладених технічних рішень дозволяє рівномірно розподілити теплове навантаження секції зрідження по перерізу зворотного потоку і зменшити втрати від неповної рекуперації тепла (холоду) в багаторядному теплообміннику, збільшити поверхню теплообміну секції зрідження до 2-х і більше разів, що дозволить збільшити вихід рідинної фази крюагента, поліпшити теплообмін між секціями зрідження і попереднього охолодження за рахунок скерованого на транзитні трубки руху крюагента, у зворотному напрямку після дроселювання, що приводить до збільшення вироблення мікрохолодильником рідинного крюагента на меншій довжині теплообмінника (порівняно з серійним MX), покращити теплообмін між рядами теплообмінника за рахунок того, що ряди теплообмінника секцій попереднього охолодження і зрідження чергуються Крім того, зменшуються витрати крюагента в трубках теплообмінника і перерозподіляються втрати крюагента в додатковий неоребрований ряд секції попереднього охолодження, що дозволяє зменшити температуру недорекуперацм відпрацьованого крюагента на виході з мікрохолодильника, зменшити теплоприплив до мікрохолодильника за рахунок скорочення його габаритів і зниження теплообміну між тонкостінним кожухом MX і багаторядним теплообмінником тому, що останній ряд трубки теплообмінника виконано неореброваним, виключити проскакування крюагента в зворотному напрямку між тонкостінним кожухом MX і багаторядним теплообмінником за рахунок більш щільної посадки порожнини кожуха MX на ЗОВНІШНІЙ ряд секції попереднього охолодження, що сприяє кращому теплообміну між секціями Суть винаходу пояснюється кресленнями, які показані на фіг 1 і фіг 2 На фіг 1 зображена блок-схема мікрокрюгенної системи охолодження приймача променистої енергії, де пусковий пристрій 1, установлений на балон 2, заправлений робочим тілом (азот) до тиску 35МПа, пусковий пристрій 1 з'єднаний послідовно трубопроводом 3 з пневмороз'єднувачем 4 і двосекційним 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 двосекційного мікрохолодильника 5, який мас секцію зрідження 6 і секцію попереднього охолодження 7, стержень 10, штуцер-колектор 11, металокерамічний фільтр тонкого очищення 12, тонкостінний кожух 13 MX 5, на фланці якого зроблені канали 14 для виходу крюагента, днище 15 кожуха двосекційним MX 5, нитку 16 (або фторопластову плівку) Теплообмінник складається із секції зрідження 6 і секції попереднього охолодження 7 і має шість рядів навивки, які зроблені з капілярних трубок Він МІСТИТЬСЯ у тонкостінному циліндричному сталевому кожусі 13 Секція зрідження 6 утворена другим і четвертим витими рядами і проходять транзитом через весь теплообмінник, а потім виводяться з днища 15 кожуха MX 5 Інші чотири ряди витих трубок утворюють секцію попереднього охолодження 7 Трубки теплообмінника навито на 57199 теплу пароутворення рідинної фази та накопиченням скловолокном (пориста структура) рідинного азоту в порожнині корпусу накопичувача 8 та ППЕ 9 Використання запропонованого винаходу двосекційного мікрохолодильника для охолодження приймача променистої енергії оптико-електронного приладу при порівнянні з прототипом дозволяє зменшити габарити і масу двосекційного MX 5, зменшити час виходу на робочий режим за рахунок кращого теплообміну між секціями зрідження і попереднього охолодження, збільшити тривалість роботи системи охолодження двосекційного MX від балона, збільшити поверхню теплообміну секції зрідження до двох і більше разів за рахунок того, що вона виконана багаторядною, збільшити вихід рідинної фази крюагента за Дві трубки секції зрідження 6 виконують рахунок збільшеної поверхні теплообміну секції функцію розподіленого дроселя, в якому газ зрідження і кращого теплообміну між секціями розширюється і одночасно охолоджується Ці зрідження і попереднього охолодження Крім того, трубки мають однаковий сталий переріз по всій за рахунок скерованого руху крюагента після довжині, включаючи вихідний канал кожної трубки дроселювання у зворотному напрямку на Ущільнення зовнішнього ряду теплообмінника і транзитні трубки, внутрішньої порожнини кожуха 13 виконується зменшити температуру недорекуперацм, укладкою бандажа з ниток 16 (або намотуванням відпрацьованого крюагента на виході з тонкої фторопластової плівки) Канали на фланці мікрохолодильника за рахунок поліпшення 14 кожуха 13 двосекційного MX 5 теплообміну між секціями і рядами багаторядного використовуються для виходу відпрацьованого теплообмінника крюагента з теплообмінника Ефективність запропонованого технічного Балонна система охолодження приймача рішення була підтверджена дослідженнями двох променистої енергії оптико-електронного приладу двосекційних мікрохолодильників (у складі працює наступним чином При розкритті пускового приймачів променистої енергії), встановлених в пристрою 1, азот високого тиску з балону 2, тепловий імітатор проходячи послідовно трубопроводи 3 з Дослідження довели, що запропонований пневмороз'єднувачем 4, надходить до мікрохолодильник забезпечує підвищення двосекційного мікрохолодильника 5 У теплофізичних параметрів приймачів променистої двосекційному мікрохолодильнику 5 азот високого енергії порівняно з серійними тиску дроселюється у секціях попереднього мікрохолодильниками такого класу, а саме охолодження 7 і зрідження 6 (див фіг1, 2) Крім знижує час виходу на режим, приблизно, на того, в секціях відбувається теплообмін між 1,0с, потоками газу високого і низького тисків Газ збільшує витрату крюагента з балона за низького тиску рухається по теплообміннику у рахунок зменшення кінцевого тиску до 1,5МПа, зворотному напрямку після дроселювання збільшує час підтримування робочої Відбувається рекуперація холоду, що приводить температури приймача променистої енергії в до пониження температури перед дросельними автономному режимі (приблизно, на 4 7с) отворами обох секцій Виходячи з трубок секції завдяки виробленню двосекційним MX більшої зрідження б, охолоджений азот у вигляді пароКІЛЬКОСТІ рідинної фази рідинної суміші, подається у корпус накопичувача Крім того, запропонований двосекційний крюагента 8 для охолодження ППЕ 9 мікрохолодильник дозволяє збільшити тривалість Охолодження ППЕ 9 забезпечується завдяки роботи системи від балона до 7% полий стержень 10, а їх ВХІДНІ КІНЦІ впаяні в штуцер-колектор 11 У штуцері встановлено металокерамічний фільтр 12, який забезпечує очищення крюагента від механічних частинок розміром більше 7мкм Внутрішня порожнина штуцера 11 є колектором, з якого крюагент надходить до капілярних трубок теплообмінника Секція попереднього охолодження 7 зібрана з трубок діаметром 0,45мм, товщина стінок яких 0,05мм (1, 3 і 5 ряди теплообмінника), які оребровані мідним дротом діаметром 0,12мм з кроком 0,3мм, а шостий рад теплообмінника, який входить у цю секцію, зроблено з неореброваної трубки такого ж діаметра ВИХІДНІ КІНЦІ трубок секції попереднього охолодження 7 (1, 3, 5 і 6 ряди) загерметизовано пайкою На останніх витках кожної трубки виконано локальний дросельний орган, який являє собою отвір діаметром, приблизно, 0,1мм ФІг, І 57199 І1 12 14 [5 Фіг. 2 Комп'ютерна верстка О Воробей Підписано до друку 05 07 2003 Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ТОВ "Міжнародний науковий комітет", вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна