Столбчатый микрохолодильник

 

Изобретение относится к криогенной технике, в которой хладагентом является газ с низкой точкой кипения и может использоваться как охладитель маломощных устройств в радиоэлектронике и др. областях. Сущность изобретения заключается в том, что столбчатый микрохолодильник содержит герметично соединенные и последова# 77 Ю / / / (Л С к4 &ь Ю О 4 СО «tUtJWlfc в

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCKQMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4881462/06 (22) 11,11.90 (46} 23.07.92. бюл, N. 27 (71) Научно-производственное объединение

"Орион" (72) К.H.Ãåðîåâ, Г,И.Симонов. Г.В,Стремин и Г.И.Таранов (56) Патент США N. 4546621, N. 62-514, 1988. Ы 1749648 А1 (51)3 F 25 В 9/00 (54) СТОЛ БЧАТЫЙ МИКРОХОЛОДИЛ Ь НИК (57) Изобретение относится к криогенной технике, в которой хладагентом"является газ с низкой точкой кипения, и может использоваться как охладитель маломощных устройств в радиоэлектронике и др. областях.

Сущность изобретения заключается в том, что столбчатый микрохолодильник содержит герметично соединенные и последова12 77 5

1749648

10 полю теплообмена р абаты

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 криаагента; 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 теплаправодного материала, второй пластины 12 прямоfo потока с зигзагообразным пазом 7 и разделительной пластины 13; и секций пластин образуют столбец, причем каждая.последующая секция развернута относительно предыдущей на 180О, ВыпалИзобретение 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.

Известны быстраахлаждающие микрохолодильники, состоящие из набора пластин с пазами и отверстиями для образования падающего (прямого потока) и выпускного (абратнага потока) каналов криаагента. Так, в известной конструкции падающий канал (прямой поток) выполнен в аиде спирали.

Однако недостатком указанных микрохолодильников является то, что не достигается высокая эффективность теплоабмена, узок диапазон холадопроизводительности, а увеличение ее приводит к резкому увеличению диаметра микрохалодильника, Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является столбчатый микрохоладильник, содержащий герметично соединенные между собой и последовательна 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 выполнена 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 1я 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 теплоабмена 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 сталбчатом микрахолодйльнике, содержащем герметично соединенные между собой и последовательно установленные входную пластину с отверстиями для ввода и вывода криаагента, -n секций с разделительными пластинами и каналами прямого и обратного потоков криоагента, дроссельную пластину и пластину с полостью для испарения криаагента, каждая из и секций содержит последовательно установленные первую пластину прямого потока, пластину обрат30 ного потока со вставкой из пористого теплопроводного материала, вторую пластину прямого потока и разделительную пластину, причем каждая последующая секция развернута относительно предыдущей на 180О, 35 в каждой пластине прямого потока выполнен зигзагообразный паз и во всех пластинах — па 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 от1749648

50 верстие для выхода обратного потока, спиральный паз переменного сечения с раздвоенным концом, в центре которого размещено отверстие для подачи криозгента, а раздвоенный конец служи1 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 потока, соединяющего другой спиральный паз входной пластины, зигзагообразные пазы второй пластины прямого потока нечетных секций и первой пластины прямого потока четных секций.

На фиг, 1 схематически изображен столбчатый микрохолодильник, 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 B-В на фиг. 1 (вид сверху пластины обратного потока); на фиг. 10

5 — разрез Г-Г, Г -Г на фиг. 1 {виды сверху пластин прямого потока); на фиг. 6 — разрез

Д-Д на фиг, 1 (вид снизу дроссельной пластинн ы).

Столбчатый микрохолодильник (фиг. 1) 15 состоит из герметично соединенных и последовательно установленных входной пла стины 1, имеющей два спиральных паза 2 и

3, в общем центре которых выполнено входное отверстие 4 для подачи криоагента, а 20 между концами спиральных пазов — отверстие 5 для выхода обратного потока криоагента, первой пластины 6 прямого потока с зигзагообразным пазом 7, и расположенными на одном радиусе отверстием 5 обратно- 25 го потока и двумя отверстиями 8 и 9 прямого патока с обеих сторон от отверстия 5, причем отверстие 8 меньшего 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 располо>кенной в ней вставкой 11 из па- 35 ристого теплопроводного материала, второй пластины 12 прямого потока с зигзагообразным пазом 7 и располо>кенны.ми на одном диаметре нз рзвиам расстоянии от центра дву :.я отверстиями 9 прямого 40 потока и отверстием 5 обратнога 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 6, 10, 12 и 13 образуют секцию, и секций — столбец, причем каждая последующая секция развернута относительно предыдущей на 180О, 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 потока 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.

Первь и 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 криоагента образован отверстием 4 во входной пластине 1, спиральным пазом 3, сопряженным через отверстия 9 в пластинах 6 и

10, с зигзагообразным пазом второй пластины 12 прямого потока первой секции через отверстия 8 в разделительной пластине 13, первой пластине 6 прямого lloToKG второй секции с зигзагообразным пазом, и через сопряженные отверстия 9 в пластинах 10, 12, 13, 6, 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 обратного потока соединяет через сопряженные жверстия 5 полость для испарения криоагз-.:а пластине 17, последовательно все пла тины 10 обратного потока до сапря>кения с выходным отверстием

5 входной пластины 1, 1749648

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 пазе с раздвоенным концом, имеющим переменное сечение (уменьшающееся в середине спирали), и поступают через отверстие 18 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 направлении, противоположном движению обратного потока, по пластинам 10, имеющим вставку 11 из пористого теплопроводного 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 0,1х0,5 мм при его длине 341 мм; дроссельный имеет минимальный размер после слияния двух прямых потоков в сечении 0,0бх0,01 мм при длине 210 мм, а расширяющийся перед дроссельным отверстием — 0,06х0,20 мм при длине 88.2 мм; диаметры отверстий, образующие каналы прямого потока, ф 1 мм, а обратного потока Р 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, содер10 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 ю20 шийся тем, что, с целью улучшения теплообмена и повышения надежности работы, каждая из и секций содержит последовательно установленные первую пластину прямого потока, пластину обрат25 ного потока с вставкой из пористого теплопроводного материала, вторую пластину прямого потока и разделительную пластину, причем каждая последующая секция развернута относительно предыдущей íà 180О, 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 разме40 щено отверстие для подачи криоагента, а раздвоенный конец выполнен с возможностью совмещения с отверстиями для прямых потоков, при этом пластины установлены с возможностью совмещения

45 отверстий и образования канала обратного потока для соединения между собой всех пластин обратного потока, первого канала прямого потока, соединяющего один из спиральных пазов входной пластины, зигзаго50 образные пазы первой пластины прямого потока нечетных секций, второй пластины прямого потока четных секций, второго канала прямого потока, соединяющего другой спиральный паз входной пластины, зигзаго55 образные пазы второй пластины прямого потока нечетных се". ций, первой пластины прямого потока четных секций.

1749648

1749648

1749648

Составитель Н; Алексеева

Техред М.Моргентал Корректор О. Кравцова

Редактор Л, Гратилло

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, улХагарина, 101

Заказ 2584 Тираж .. Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5