Инфракрасные системы «смотрящего» типа

СИСТЕМЫ С ЗАМКНУТЫМ ЦИКЛОМ ИЛИ МЕХАНИЧЕСКИЕ ХОЛОДИЛЬНЫЕ МАШИНЫ

Системы охлаждения с замкнутым циклом, в которых используется адиабатическое расширение сжатого газа, позволяют достичь большей эффективности охлаждения по сравнению с процессом дросселирования, используемым в системах расходного типа. В системе охлаждения с замкнутым циклом использованный хладагент собирается и сно­ва пропускается через теплообменник. Известно достаточно большое число типов замкнутых циклов [18, 51, 151], однако на практике преимущественно используются цикл Стирлинга, обеспечивающий наименьшие массу, габариты и энергопотребление конструкции [18, 57, 151], и реже цикл Джоуля-Томсона.

Холодильник Стирлинга состоит из двух поршней и двух цилиндров, а также имеет регенератор, через который газ проходит туда и обратно между цилиндрами, т. е. реге­нератор выполняет функцию теплообменника в холодильнике Джоуля-Томсона. Один

7Инфракрасные сисю мы «смотрящего» типа

Некоторые характеристики систем охлаждения,

Поршень действует как компрессор, другой - как детандер. В этих системах осуществ­ляются следующие процессы:

- изотермическое сжатие хладагента (газа) до высокого давления при рабочей тем­пературе охлаждения;

- охлаждение сжатого хладагента в теплообменнике, при этом объем газа уменьша­ется;

- изотермическое расширение газа с одновременным отводом тепла от охлаждаемой конструкции;

- нагрев газа низкого давления в теплообменнике при его движении в обратном на­правлении.

Обычная система охлаждения такого типа состоит из четырех основных частей: ис­парителя, компрессора, конденсатора и дозирующего клапана. В испарителе, или хо­лодной секции, жидкий хладагент, имеющий два состояния, кипит и испаряется. Во время перехода из жидкого состояния в газообразное поглощается энергия (тепло). Компрессор играет роль насоса хладагента и компрессора газа: компрессор доводит давление сжатого газа до нескольких десятков атмосфер, а конденсатор удаляет в ок­ружающую среду накапливаемое в испарителе и выделяемое при сжатии тепло. Дози­рующий клапан изменяет давление хладагента, позволяя тем самым поглощать тепло при поступлении газа в испаритель. Поскольку в устройствах этого типа используются компрессоры для сжатия рабочего газа, а вся конструкция располагается вблизи охлаж­даемого объекта (приемника излучения), очень важно до минимума снизить вибрации, возникающие при работе холодильной машины. Для этого в такой конструкции по схе­ме Сплит-Стирлинг компрессор и охлаждаемый блок разнесены и соединены между собой трубкой-газопроводом. Это позволяет минимизировать в области расположения ФПУ вибрации, создаваемые газовой холодильной машиной, увеличить срок службы системы до нескольких тысяч часов (иногда до 10...20), но уменьшает термодинамиче­ский КПД по мере увеличения длины трубки.

Достаточно компактные микрохолодильники, работающие по циклу Стирлинга, могут иметь две ступени охлаждения, например на уровнях 77...80 и 25...30 К [18, 130, 151]. Замкнутые дроссельные системы, использующие многосмесевые азотно-углеводородные хладагенты, обеспечивают температуры охлаждения до 77.. .80 К [242].

В [51, 151 и др.] приводятся параметры и характеристики ряда устройств охлажде­ния этого типа. Их холодопроизводительность составляет обычно 0,5...2,5 Вт при тем­пературах охлаждения 77 К, но может достигать и нескольких десятков ватт (за счет увеличения массы, габаритов конструкции и потребляемой мощности до 1,2...2,0 кВт). Типовой холодильный коэффициент этих устройств — около 1/30.. .1/40 для температур порядка 77 К. В [130] описываются основные тенденции развития современных микро - холодильных систем замкнутого типа.

В табл. 7.10 и 7.11 в качестве примеров представлены основные технические харак­теристики некоторых современных зарубежных и отечественных систем охлаждения, а на рис. 7.27 - примеры конструктивного оформления таких устройств. Материалы за­имствованы из проспектов фирм-производителей.

Таблица 7.11

Технические характеристики микрокриогенных систем (газовых криогенных машин) НТК «Сибкриотехника» [130] при среднем времени наработки на отказ 10 000ч.