Микрорефрижератор

 

Использование: охлаждающие устройства, конструирование микроминиатюрных рефрижераторов для охлаждения и термостабилизации фотоприемных устройств цилиндрической формы. Сущность изобретения: микрорефрижератор содержит пластины с системой вертикальных каналов и соединенные с ними коллекторы 9 и 19 и испаритель 18. Пластины выполнены цилиндрическими и соединены между собой способом анодной насадки. Цилиндрическая форма пластин позволяет помещать устройство в цилиндрические сосуды Дьюара, что создает эффективную систему охлаждения. В устройстве эффективно используется отработанный газ, что улучшает его теплофизические характеристики. 5 ил.

Изобретение относится к охлаждающим устройствам и может быть использовано при создании микроминиатюрных рефрижераторов.

Известен микроминиатюрный микрорефрижератор, содержащий три кремниевые пластины, на поверхности одной из которых вытравлены каналы, образующие газовый коллектор, теплообменник по прямому каналу (потоку), дроссель и испаритель, во второй разделительной пластине выполнено отверстие для перемещения рабочего тела от верхней пластины к нижней, в которой вытравлены каналы обратного потока теплообменника [1] Недостатком этого устройства являются относительно большие потери холода.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее склеенные между собой плоские центральные и покрывные неметаллические пластины, образующие каналы для теплоносителя высокого и низкого давления, при этом каналы для носителя высокого давления выполнены в виде канавок на одной из сторон центральной пластины, а каналы для теплоносителя низкого давления выполнены в виде канавок на противоположной стороне центральной пластины [2] Недостатком данного устройства является относительно узкая область применения, не позволяющая обеспечить эффективное охлаждение объектов не плоской формы и относительно низкие теплофизические характеристики.

Технический результат изобретения заключается в расширении области применения и улучшении теплофизических характеристик микрорефрижератора.

Для этого в микрорефрижератор, содержащий верхнюю и нижнюю пластины, а также центральную пластину с газовыми каналами, введены дополнительные первая и вторая нижние пластины, на верхней пластине выполнено выходное отверстие, в центральной пластине выполнены первое и второе вертикальные отверстия и первый коллектор, в нижней пластине выполнены первое и второе вертикальные отверстия, в дополнительной первой нижней пластине выполнены первое и второе вертикальные отверстия и дросселирующая канавка, а в дополнительной второй нижней пластине испаритель и сообщенный с ним второй коллектор, при этом канавка прямого потока, первый коллектор, первые отверстия центральной и нижней пластин, дросселирующая канавка, первое отверстие дополнительной первой нижней пластины и испаритель соединены последовательно с образованием канала прямого потока, а второй коллектор, вторые вертикальные отверстия дополнительной первой нижней и нижней пластин, канавки обратного потока, второе вертикальное отверстие центральной пластины и выходное отверстие соединены последовательно с образованием канала обратного потока, причем пластины выполнены цилиндрическими и соединены между собой способом анодной посадки.

На фиг. 1 представлен предлагаемый микрорефрижератор в разрезе; на фиг. 2-5 сечение А-А, Б-Б, В-В и Г-Г на фиг.1 соответственно.

Микрорефрижератор содержит центральную пластину 1 с канавками прямого 8 и обратного 13 потоков, верхнюю пластину 4 с входным отверстием 6, нижнюю пластину 2 с канавками 12 обратного потока, выполненными зеркально канавкам 13 обратного потока центральной пластины 1, а также дополнительные первую 3 и вторую 5 нижние пластины. На верхней пластине 4 выполнено выходное отверстие 7, в центральной пластине 1 первое 14, второе 15 вертикальные отверстия и первый коллектор. В нижней пластине 2 выполнены первое 10 и второе 6 вертикальные отверстия, в дополнительной первой нижней пластине 3 первое 16 и второе 17 вертикальные отверстия и дросселирующая канавка 20, а в дополнительной второй нижней пластине 5 испаритель 18 и сообщенный с ним второй коллектор 19, при этом канавка прямого потока, первый коллектор, первые отверстия центральной и нижней пластин, дросселирующая канавка, первое отверстие дополнительной первой нижней пластины и испаритель соединены последовательно с образованием канала прямого потока, а второй коллектор, вторые вертикальные отверстия дополнительной первой нижней и нижней пластин, канавки обратного потока, второе вертикальное отверстие центральной пластины и выходное отверстие соединены последовательно с образованием канала обратного потока, причем пластины выполнены цилиндрическими и соединены между собой способом анодной посадки.

В примере конструктивного выполнения центральная пластина 1 изготовлена из кремния, как и пластины 2 и 4, а пластины 3 и 5 из кварцевого стекла. Возможна и другая их комбинация и использование других материалов с аналогичными теплофизическими характеристиками. Толщина пластин составляет 0,5-2,0 мм. Ширина и глубина прямого канала составляет 5-100 мкм, а обратного примерно в два раза больше.

Микрорефрижератор работает следующим образом.

Рабочий газ под высоким давлением поступает через вертикальный канал (отверстие 6) в каналы 8 прямого потока. Охлаж- даясь в каналах 8, газ через коллектор 9 и сквозной вертикальный канал (отверстие 14) поступает в каналы 20 малого сечения, в которых происходит дросселирование и дальнейшее охлаждение газа. За счет этого на выходе канавок 20 образуется парожидкостная смесь, которая через второй вертикальный сквозной канал (отверстие 17) поступает в испаритель 18. За счет испарения части жидкости, находящейся в испарителе 18, происходит отбор тепла от охлаждаемого объекта (не показан), который находится во второй нижней пластине 5. Далее через коллектор 19 и вертикальные каналы (отверстия 16 и 15) газ поступает в каналы 12 обратного потока, проходя по которым он подохлаждается поступающим под высоким давлением газом. Окончательный выход газа происходит через вертикальный выходной канал (отверстие 7). Газовые каналы 13 имеют ту же геометрию, что и каналы 12, и используются для уменьшения потерь давления в обратном потоке газа.

Выполнение пластин 1-5 цилиндрическими позволяет использовать микрорефрижератор для охлаждения и термоста- билизации фотоприемных устройств с цилиндрической формой. Кроме того, такая конфигурация пластин позволяет помещать микрорефрижератор в цилиндрические корпуса сосудов Дьюара, что создает эффективную систему охлаждения. Этим достигается расширение области применения устройства.

Кроме того, в предложенном устройстве эффективно используется отработанный газ для предварительного подохлаждения теплообменника микрорефрижератора, что улучшает теплофизические характеристики и повышает эффективность микрорефрижератора.

Формула изобретения

МИКРОРЕФРИЖЕРАТОР, содержащий центральную пластину с канавками прямого и обратного потоков, верхнюю пластину с входным отверстием, нижнюю пластину с канавкам обратного потока, выполненными зеркально канавкам обратного потока центральной пластины, отличающийся тем, что микрорефрижератор содержит дополнительную первую и вторую нижние пластины, на верхней пластине выполнено выходное отверстие, в центральной пластине выполнены первое и второе вертикальные отверстия и первый коллектор, в нижней пластине выполнены первое и второе вертикальные отверстия, в дополнительной первой нижней пластине - первое и второе вертикальные отверстия и дросселирующая канавка, а в дополнительной второй нижней пластине - испаритель и сообщенный с ним второй коллектор, при этом канавка прямого потока, первый коллектор, первые отверстия центральной и нижней пластин, дросселирующая канавка, первое отверстие дополнительной первой нижней пластины и испаритель соединены последовательно с образованием канала прямого потока, а второй коллектор, вторые вертикальные отверстия дополнительной первой нижней и нижней пластин, канавки обратного потока, второе вертикальное отверстие центральной пластины и выходное отверстие соединены последовательно с образованием канала обратного потока, причем пластины выполнены цилиндрическими и соединены между собой способом анодной насадки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5