Спосіб охолодження приймача променистої енергії

1 Спосіб охолодження приймача променистої енергії, що здійснюється за допомогою двосекційного мікрохолодильника, який при дроселюванні виробляє і транспортує парорідинну суміш крюагента в корпус приймача променистої енергії для його охолодження, який відрізняється тим, що при дроселюванні в секції зрідження використовують енергію паро-рідинної суміші крюагента, створюють розрідження на КІНЦІ площини дроселя, зміщують площину дроселя від осі мікрохолодильника і корпуса приймача променистої енергії, а потім формують напрямок витікання паро-рідинної суміші крюагента під кутом відносно поздовжньої осі мікрохолодильника, здійснюють накопичення рідинного крюагента 2 Спосіб охолодження приймача променистої енергії по п 1, який відрізняється тим, що накопичення рідинного крюагента здійснюють, використовуючи капілярні сили матеріалу з пористою структурою і енергію паро-рідинної суміші крюагента при обертальному його русі в порожнині корпуса приймача променистої енергії Пропонуємий винахід відноситься до систем охолодження, а конкретно, до балонних дросельних систем (МКС), призначених для охолодження до крютемператур приймачів променистої енергії (ППЕ), які качаються відносно повздовжньої осі оптико-електронного приладу (ОЕП) в деякім тілеснім куті Спосіб, який реалізується в обладнанні охолодження приймача променистої енергії, включає періодичну подачу стиснутого крюагента в однорядному трубчатому теплообміннику, розташованому у посудині Дьара, 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, № 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 охолоджування об'єкта, таким обладнанням неможливо охолоджувати рухомі об'єкти, наприклад, об'єкти, які качаються відносно повздовжньої осі оптико електронного приладу (ОЕП) в деякім тілеснім куті У мікрокрюгенній техніці відомий спосіб, що реалізується у мікрохолодильнику (MX) з паралельним дроселюванням крюагента, який використовується для охолодження приймачів променистої енергії і відноситься до групи "бризкаючих" мікрохолодильників Він найбільш близький до пропонуємого 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, входи його трубок підключені до штуцера-колектора, 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 рабочего тиску 35МПа, накопичується в балоні В процесі роботи азот високого тиску надходить в MX Внаслідок паралельного рівнобіжного розширення азоту в MX, відбувається теплообмін між потоками газа високого і низького тиску Газ низького тиску рухається по теплообміннику у зворотному напрямку після дроселювання Відбувається 1 СО 00 47837 рекуперація холоду, що приводить до зниження температури перед дросельними отворами Попередньо охолоджений азот в транзитній трубці виробляє парорідинну суміш, яка транспортується уздовж повздовжньої осі і охолоджує приймач променистої енергії, а рідинний азот накопичується в порожнині корпуса ППЕ до початку автономного режиму В період автономного режима робочий рівень температури ППЕ забезпечується за рахунок випаровування рідинної фази азоту в порожнині корпуса ППЕ До основних недоліків способа охолодження, який реалізується у двохсекційному мікрохолодильнику, належно віднести те, що в ньому неефективно використовується парорідинна суміш при транспортуванні и в порожнину корпуса ППЕ уздовж повздовжньої осі за рахунок викиду рідинного крюагента із корпуса ППЕ Це приводить до збільшення часу виходу на режим ППЕ і, як наслідок, скорочує час підтримування робочої температури ППЕ у автономному режимі Викид крюагента з корпуса ППЕ приводить до переохолодження деталей оптико-електронного приладу (ОЕП) В основу винаходу поставлено завдання по створенню способа охолодження ППЕ, який реалізується двохсекційним MX при ефективній подачі паро-рідинної суміші в порожнину корпуса ППЕ, а також при накопиченні рідинного крюагента, який використовує капілярні сили матеріалу з пористою структурою і енергію парорідинної суміші при обертальному його русі в порожнині корпуса ППЕ, щоб зменшити час виходу на режим ППЕ, скоротити час накопичування рідинного крюагента у корпусі ППЕ для забезпечення необхідного часу автономної роботи, збільшити час підтримування робочої температури ППЕ у автономному режимі роботи приладу, знизити шуми ППЕ, які виникають при подачі крюагента на підложку ППЕ (мікрофонний ефект) Для вирішення поставленной задачі у способі охолодження ППЕ, що здійснюється за допомогою двохсекційного мікрохолодильника, який при дроселюванні виробляє і транспортує парорідинну суміш крюагента в корпус приймача променистої енергії для його охолодження, при дроселюванні в секції зрідження використовують енергію паро-рідинної суміші крюагента, створюють розрідження на КІНЦІ ПЛОЩИНИ дроселя, зміщують площину дроселя від осі мікрохолодильника і корпуса приймача променистої енергії, а потім формують напрямок витікання паро-рідинної суміші крюагента під кутом відносно повздовжньої осі мікрохолодильника, здійснюють накопичення рідинного крюагента Крім того, накопичення рідинного крюагента здійснюють, використовуючи капілярні сили матеріалу з пористою структурою і енергію парорідинної суміші крюагента при обертальному його русі в порожнині корпуса приймача променістої енергії Зроблені зміни дій у способі дозволили покращити характеристики охолоджувача ППЕ і вирішити поставлену задачу Використання вищевикладених технічних рішень дозволяє - здійснити по-новому подачу крюагента в порожнину корпуса ППЕ, тобто паро-рідинний крюагент транспортувати під кутом відносно повздовжньої осі корпуса ППЕ, - задавати паро-рідинній суміші обертальний рух в порожнині корпуса ППЕ, - використовувати капілярні сили матеріалу з пористою структурою для накопичення рідинного крюагента в корпусі ППЕ, - використати енергію паро-рідинної суміші крюагента при транспортуванні для зменшення часу виходу на режим і збільшення часу підтримування робочої температури ППЕ в автономному режимі, - знизити шуми ППЕ за рахунок керованного руху паро-рідинної суміші в корпусі ППЕ Для доведення дієздатності запропонованих дій у способі були проведені дослідження по впливу взаємного розташування патрубка та капілярної трубки MX на швидкість витікання парорідинної суміші крюагента Порівнювальні дослідження здійснювалися на серійно випускаємому швидкодіючому MX при тискові Р = 20МПа Крюагентом використовували азот Досліджувався двохсекційний MX, в якому вихідний кінець транзитної трубки виступав на 5мм з краю патрубка і кінець трубки було зрізано під кутом 30° до осі патрубка (транзитної трубки) Дослідження показали, що при включенні MX паро-рідинний потік азоту відхиляється від осі патрубка, приблизно, на (22 + 3)° Потім цей MX було зроблено так, що ВИХІДНІ КІНЦІ патрубка і трубки були зрізані в одній площині під кутом 30° відносно повздовжньої осі патрубка У другому випадку включення MX парорідинний потік азоту з транзитної трубки відхилявся від осі патрубка приблизно на 45 - 5° Простий аналіз свідчить, що косий зріз на вихідних кінцях патрубка та транзитної трубки під кутом 30° відносно осі патрубка дозволив збільшити кут відхилення потоку азоту, приблизно, у два рази порівняно з випадком, коли вихідний кінець транзитної трубки виступав на 5мм з краю патрубка і був зрізаний під кутом 30° до осі патрубка З цього випливає, що патрубок і косий зріз, який виконується на патрубці та транзитній трубці, це дозволяє зменшити протитиск, в наслідок чого переріз парорідинною струму крюагента збільшується, тиск зменшується, а швидкість витікання, ВІДПОВІДНО, зростає, досягаючи надзвукової величини (М П Вукапович и Н Н Новиков Техническая термодинамика, М Энергия, 1968 г, с 288) Виходить патрубок сприяє скороченню терміну виходу на режим і збільшенню тривалості автономного режиму Були проведені порівнювальні дослідження на приймачах променистої енергії (ППЕ) оптикоелектронного приладу (ОЕП), в яких ВИХІДНІ КІНЦІ патрубка та транзитної трубки були зрізані у площині нормальній до осі трубки, тобто подача крюагента здійснювалась уздовж повздовжньої осі патрубка та приймальної камери приладу В цьому випадку MX не відповідали вимогам технічного 47837 завдання за теплофізичними параметрами Потім усі MX були дороблені в частині виконання "косого" зрізу патрубка та транзитної трубки Прилади підвищили свої характеристики до рівня технічного завдання Дослідження партії приладів у КІЛЬКОСТІ 51 примірника з доробленними MX у складі ОЕП показали покращання теплофізичних параметрів, а саме, в середньому для партії -термін автономної роботи збільшився на 8с, -термін виходу на режим скоротився на 0,25с Сутність винаходу пояснюється кресленням, яке показано на ф і г 1 , 2, 3 На фіг 1 - зображена блок-схема мікрокрюгенної системи охолоджувача приймача променистої енергії На фіг 2 - показано вид 1 - перетин патрубка і подаючої транзитної трубки MX, ВИХІДНІ конці яких зрізані під кутом р На фіг 3 - зображено розташування вихідних КІНЦІВ патрубка і транзитної трубки MX в порожнині корпуса приймальної камери ППЕ Де 0 - 0 повздовжня ось корпуса 13 приймальної камери ППЕ 14, О-і-Оі - повздовжня ось патрубка 9 (подаючої трубки), єі-Є2 - величини зміщення центра вихідного перерізу патрубка (подаючої трубки), із якої здійснюється подача паро-рідинної суміші кріоагента відносно повздовжньої осі О - О корпуса 13 приймальної камери ППЕ 14 Спосіб охолодження ППЕ використовується у мікрокрюгенній системи, яка складається з пускового пристрою 1, балона 2, заправленного робочим тілом (азот) до тиску 35МПа, трубопровода високого тиску З, пневмороз'єднувача 4, двохсекцюнного мікрохолодильника 5, який має багаторядний трубчатий витий теплообмінник 6, 7, який міститься в кожусі 8 MX 5, на якому встановлено патрубок 9 Багаторядний трубчатий витий теплообмінник 6, 7 має дві секції, капілярні трубки 6 з дросельними отворами 10, утворюють секцію попереднього охолодження 6, а транзитна трубка 7, яка виведена з кожуха 8 MX 5 і утворює секцію зрідження 7 Транзитна трубка 7 MX 5 коаксіально встановлена в патрубок 9, трубка і патрубок закріплені на днищі кожуха 8 MX 5 вздовж повздовжньої осі MX 5 ВИХІДНІ КІНЦІ патрубка и транзитної трубки зрізані під кутом 30° відносно повздовжньої осі 11 патрубка 9 і утворюють площину зрізу транзитної трубки 7 і патрубка 9 (див фіг 2) Наявність косого зрізу на вихідних кінцях патрубка 9 і транзитної трубки, дозволяє формувати потік 12 паро-рідинної суміші кріоагента під кутом р до повздовжньої осі О - О корпуса 13 приймальної камери ППЕ 14 Порожнина корпуса 13 приймальної камери ППЕ 14 заповнена пористим матеріалом 15 (наприклад, стекловолокно з пористою структурою) Діаметр приймальної поверхні камери корпуса 13 ППЕ складає 2,5мм Патрубок 9 виконано з трубки 0 0,45 0,55мм з товщиною стінки 0,05мм, а транзитна трубка зроблена з трубки 0 0,2 0,25мм з толщиною стінки 0,05мм На КІНЦІ патрубка на довжині 5мм має місце биття 0,4мм відносно повздовжньої осі О-і-Оі MX 5 (биття неминуче при виробленні MX), що забезпечує ексцентриситет в пристрої охолоджувача ППЕ Це приводить до того, що ось О-і-Оі подаючої трубки секції зрідження із якої виробляється і подається паро-рідинна суміш кріоагента не перетинається з осью 0 - 0 корпуса 13 приймальної камери ППЕ 14 при сполученні з нерухомим MX 5 і з качающимся корпусом 13 ППЕ 14 Спосіб і пристрій охолоджувача приймача променистої енергії оптико-електронного приладу працює наступним чином При розкритті пускового пристрою 1, азот високого тиску з балону 2, проходячи послідовно трубопроводи 3 з пневмороз'єднувачем 4, надходить у двохсекційний мікрохолодильник 5 У мікрохолодильнику 5 азот високого тиску дроселюється в дросельних отворах 10 в секціях попереднього охолодження 6 і секції зрідження 7 (див фіг 1) Крім того, в секціях відбувається теплообмін між потоками газа високого і низького тисків Газ низького тиску рухається по теплообміннику у зворотному напрямку після дроселювання Відбувається рекуперація холоду, що приводить до пониження температури перед дросельними отворами обох секцій Виходячи з трубки секції зрідження 7, охолоджений азот у вигляді паро-рідинної суміші, подається у корпус 13 приймальної камери для охолодження ППЕ 14 При цьому, на КІНЦІ патрубка 9 і подаючої трубки 7 секції зрідження на поверхні площини 16 в порожнині патрубка 9, створюють розрідження, використовуючи енергію парорідинної суміші кріоагента і одноразово формують напрямок витікання парорідинної суміші кріоагента 13 під кутом а відносно повздовжньої осі О-і-Оі MX 5 При транспортуванні кріоагента 12 під кутом а крізь повітряний зазор в корпусі 13 приймальної камери ППЕ 14 на КІНЦІ транзитної трубки, виникає реактивна сила потоку кріоагента, котра відхиляє кінець трубки 7 на стінку патрубка Це приводить до збільшення зміщення осі вихідного отвору транзитної трубки відносно повздовжньої осі 0 - 0 корпуса 13 приймальної камери ППЕ 14 (збільшується ексцентриситет) Далі при обертальному русі паро-рідинної суміші кріоагента здійснюють накопичення рідинного кріоагента, використовуючи капілярні сили матеріалу з пористою структурою і енергію потоку У момент відключення системи охолодження, розмикається пневмороз'єднувач 4 і припиняється подача азота у MX 5 При автономній роботі ОЕП робоча температура ППЕ підтримується за рахунок випаровування рідинного азоту у корпусі 13 приймальної камери ППЕ 14 Використання пропонуємого способу, який використано у пристрої охолоджувача приймача променистої енергії ОЕП, при порівнюванні з прототипом дозволяє - зменшити час виходу на режим ППЕ за рахунок турболізацм потока парорідинної суміші кріоагента і збільшення поверхні омивання порожнини корпуса приймальної камери ППЕ, - покращити накопичення рідинного кріоагента 47837 матеріалом з пористою структурою в корпусі ППЕ за рахунок використання енергії паро-рідинної суміші крюагента (центробіжних сил) при обертальному його русі в порожнині корпуса ППЕ, що збільшує поверхню омивання крюагентом порожнини корпуса приймача променистої енергії, збільшити час підтримування робочої температури приймача променистої енергії у автономному режимі завдяки зменшенню викиду паро-рідинної суміші при подачі її в корпус приймальної камери ППЕ, а також за рахунок ефективного накопичування рідинного крюагента матеріалом з пористою структурою, рахунок виключення подачі паро-рідинної суміші крюагента вздовж повздовжньої осі приймальної камери на підложку (торець) корпуса ППЕ, - підвищити надійність пристрою за рахунок використання патрубка, який дозволяє формувати і подавати паро-рідинну суміш крюагента в суворо потрібному напрямку, забезпечити високу стабільність теплофізичних параметрів (час виходу на режим, тривалість автономної роботи) приймача променистої енергії ОЕП при будь-якому положенні приладу у просторі і різних його кутових розворотах - знизити шум ППЕ от мікрофонного ефекту за З 7 ФІГ. 1 Фіг. 2 47837 Фіг. З 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 10