Рис. 7.9. Блок-схема включения криогенной установки замкнутого цикла и охлаждаемого СВЧ блока:

/ - Tnv6onDOBOn- 2 - центральный теплообменник: 5 - змеевик; 4-5 - блоки очистки: в-компрессор; 7 - боковые теплообменники; 8 - крышка криостата; 9-облучатель антенный; /О -антенна.

рый может быть установлено несколько охлаждаемых блоков, объеднпснпых в один. Малогабаритный вариант охлаждаемого блока, у которого Q<10 ккал/час, требует незначительной мощности потребления от сети, сравнимой с мощностью обычных термостатов. Для крупных блоков может быть использован обычный четырехсту-пенчатьи! 1азовый компрессор. В этом случае необходима тщательная очистка газа от масла, так как при

С ккал/час

работе установки в режиме замкнутого цикла азот сухой. Для получения сжатого газа, чистого от масла, выгоднее использовать мембранный компрессор, например, типа МК 10/2(Х)М.

Несомненный практический интерес для разработки как подвижной, так и стационарной охлажденной аппаратуры представляют криостаты, включенные в режиме разомкнутого цикла с непосредственным переносом охлаждающей жидкости от серийного кислородно-жидкостного прибора типа КПЖ-30 или от другого сосуда, предварительно наполненного при помощи малогабаритного переносного ожижителя. В качестве такого ожижителя может быть использована машина типа Филипс в миниатюрном исполнении. Работа в этом режиме обеспечивается путем присоединения к криостату трубы для перелива жидкости. При таком режиме работы жидкий азот, находящийся в приборе КПЖ-30, подается в змеевик криостата (змеевик самого прибора должен быть отключен).

Подача жидкого азота осуществляется за счет увеличения давления паров над уровнем жидкости в приборе КПЖ-30 в результате испарения небольшого количества азота в нем. Для лучшей подачи в (криостат жидкого газа из питающей емкости внутрь ее можно вмонтировать спираль подогрева и испарять часть жидкости. При этом давление паров над жидкостью увеличивается. Жидкость выходит через трубу перелива,

1.0 15 Рсж. квт

Рис. 7.10. Зависимость хо-лодопроизводительности установки О от мощности сжатия Рсж, потребляемой компрессором от сети.

попадая в криостат. Расход жидкости (время включения батареи подогрева) можно автоматически регулировать в зависимости от температуры на охлаждаемых элементах блока. Прибор КПЖ-30 вмещает 30 л жидкого азота, и, как показали эксперименты, непрерывная работа с ним возможна длительное время, но температура охлаждения превысит 77 К. Эта установка может быть использована в тех случаях, когда условия эксплуатации приемной системы исключают возможность монтажа компрессора или когда необходимый компрессор отсутствует. Кроме того, этот вариант удобен при работе на больших высотах, когда необходимы малые габариты и небольшой вес, а расстояние между криоста-гом и питающей емкостью невелико (4].

Использование в качестве питающей емкости бортового прибора КПЖ-30, которым оборудованы многие самолеты, позволяет применять охлаждаемые блоки с криостагами даже в бортовых условиях.

Однако, несмотря на все эти положительные стороны установок, работающих в режиме разомкнутого цикла, криогенные установки замкнутого цикла имеют несомненные преимущества. В принципе они могут работать автономно длительное время, равное сроку службы оборудования этой установки (порядка нескольких лет), при небольших затратах электроэнергии (порядка нескольких сот ватт), малых весах и габаритах ,[5]. Все это делает их применение очень удобным и выгодным для охлаждения СВЧ узлов специальной аппаратуры в подвижном и стационарном исполнении.

Следует отметить, что приведенные данные, конечно, не исчерпывают всего многообразия методов охлаждения, существующих в настоящее время в криогенной технике. В ряде случаев может оказаться перспективным, например, исиользование поршневых и роторных детандеров (расширителей), низкотемпературных установок тина Филипс , Мак-Магон-Джиффорд , работающих но циклу с адиабатическим расширением, габариты которых также весьма малы.

Одна из таких установок, не требующая наличия компрессора высокого давления, имеет следующие особенности. Установка работает но разомкнутому циклу Стирлинга без отвода работы (цикл Джиффорда), суть

которого в следующем (рис. 7.11). Газ, сжатый в ком-лрессоре, через впускной клапан / поступает в цилиндр 2 и заполняет объем тспл над поршнем-вытеснителем 3. Поршень в это время стоит в нижней мертвой точке. После занолнсния цилиндра поршень движется вверх и перемещает газ в объем Уход под поршень через теплообменник-регенератор 4, где газ охлаждается, отдавая тепло насадке регенератора. При подходе поршня к верхней мертвой точке открывается выпускной клапан 5, давление в установке падает и температура его понижается. Газ, проходя через регенератор в обратном направлении, охлаждает насадку регенератора. Поршень начинает движение вниз и выталкивает газ, оставшийся в холодном объеме после расширения. Затем цикл повторяется.

Охлаждаемый объект помещается вблизи холодной зоны установки (нижний конец цилиндра, нижний конец регенератора и трубка, их соединяющая). Теплообмен

осуществляется при непосредственном контакте с холодными частями установки или при помощи обдува охлажденным газом. Еще эффективнее охлаждение жидким газом. В этом случае установка иснользуется для предварительного охлаждения газа, который в дальнейшем дросселируется и сжижается. Подобные установки описаны в литературе [7].

Установки, работающие по циклу Джиффорда, требуют меньших затрат энергии, чем цикл только с дросселированием (при одинаковой холодопроизводительности), но уступают детандерам и установкам, работающим но замкнутому обратному циклу Стирлинга [81. Но изготовление детандера столь малых размеров чрезвычайно сложно, а в установке Филипс компрессор, выполненный как одно целое с вытеснителем, должен по-

Рис. 7.11. Схема малогабаритной холодильной установки, работающей с компрессором низкого давления.

мещаться вблизи охлаждаемого объекта, что зачастую неудобно и служит источником дополнительных вибраций и потерь холода.

Изготовленная Сусловым А. Д. и Глуховым С. Д. установка имеет габариты 300x100X100 мм (без приводного электродвигателя) и вес 3 кг. Цилиндр 45 мм,

С/, вт

ХОД поршня-вытеснителя 50 мм. Длина регенератора 30 мм, диаметр 30 мм. Насадка регенератора выполнена из сетки с диаметром проволоки 0,03 мм и с ячейкой 0,04 мм (материал сетки-фосфористая бронза). Рабочим газом был воздух с давлением 5- 8 ати на входе в установку н выходом в атмосферу.

На рис. 7.12 представлены результаты испытаний машины для двух давлений входа: б и 7,5 ати при = = 56 обIмин. По оси ординат отложена полезная тепловая нагрузка, по оси абсцисс-температура охлаждения. Роль тепловой нагрузки выполнял змеевик, напаянный на холодный конец цилиндра, в котором охлаждался воздух с температурой на входе 290° К. Измерялся расход воздуха и определялась его температура на выходе из змеевика.

Для привода установки использовался электродвигатель, потребляемая мощность которого 70-50 вт при rt = 60 об/мин.

Для сжатия воздуха, потребляемого установкой, необходима мощность порядка 500 вт (при давлении 6 ати и адиабатическом к. п. д. = 0,6).

ZZO /. к

Рис. 7.12. Зависимость полезной тепловой нагрузки от температуры охлаждения для малогабаритной холодильной машины.

<

ч la <

>> S

о я я н о

>> а

о ч о

ш \о >1 р< ч п

о. о н о

as §§

ч д о ч

О) О н X

S §

ei2°°

см - о о

о S - с с

m о п. о о

о о со см

1 м m

о о я

4j t-

га я н

о £

R я я

Я Я И m

~ о

со о СП я О)

©sis

- ю см

s е. S

см см

л с;

s о. S

©