Криостатирование
Cтраница 2
Рефрижератор является основным элементом системы. Его назначение - передавать отводимое от объекта криостатирования тепло на уровень температуры космического радиатора. В радиаторе должна быть выделена тепловая нагрузка и вся энергия, воспринятая рефрижератором. Проектные требования, предъявляемые к такому радиатору, те же самые, что и для криогенного радиатора, но, поскольку он работает при более высокой температуре, его размеры при том же количестве выделяемого тепла могут быть значительно меньше. Температура радиатора - один из показателей, который необходимо строго выдерживать. При более высоких температурах радиатора увеличивается количество тепла, выделяемого единицей поверхности радиатора, но при этом мощность, потребляемая рефрижератором, возрастает. При температуре радиатора ЗОО К его удельный вес будет примерно равен 5 кг на 1 кВт выделяемого тепла. [16]
В связи с перспективами применения электрических аппаратов и сверхпроводящих устройств, работающих при криогенных температурах, в последнее время осуществляются широкие исследования криогенных рефрижераторных систем. Значительная ноля усилий направлена на исследование и создание рефрижераторных систем малой мощности с большим ресурсом для криостатирования в области температур жидкого гелия. В статье рассматриваются результаты некоторых разработок и опытной оценки характеристик высоконадежных турбомашинных элементов системы. Особое внимание уделено вихревым компрессорам с высоким перепадом давлений, турбодетандерам с малыми потерями и результатам испытаний их элементов. [17]
Вторая группа включает системы расходного типа с твердыми, жидкими или сжатыми газообразными криоагентами. Они также просты и достаточно надежны в эксплуатации. Эти системы могут обеспечивать криостатирование во всем интервале криогенных температур при относительно невысоких тепловыделениях объекта, но срок их работы ограничен. [18]
Эти научно-технические решения, воплощенные в изделия, были запатентованы в США, Англии и других странах. В связи с необходимостью тщательного контроля режимов криостатирования сверхпроводящих обмоток в таких системах, как криоэлектрогенераторы, суперколлайдеры, криоэлектродвигатели и другие ( во избежание появления квенчей), а также в связи с необходимостью контроля потоков двухфазных криогенных продуктов в авиакосмической технике велись исследования по СВЧ-системам для диагностики двухфазных криогенных потоков. [19]
Сжатие в компрессоре по обратному циклу Брайтона и отвод тепла производятся при окружающей температуре. После сжатия газ высокого давления проходит через серию противоточных криогенных теплообменников, часть его расширяется в верхней турбине, где отводится энергия и газ подается для охлаждения обратного потока газа низкого давления. Оставшийся газ проходит через нижнюю турбину и поддерживает объект криостатирования при 20 К. [20]
Уменьшение размеров рефрижератора в случае отказа от опасных в работе водорода и метана можно осуществить использованием других криоагентов. В некоторых из таких систем применяются два криоагента - один с низкой температурой сублимации для обеспечения требуемой рабочей температуры датчика, другой - с более высокой температурой сублимации, который окружает и экранирует крио-агент с более низкой температурой. Рефрижератор на твердом аргоне, в котором для экранирования используется двуокись углерода, создан для криостатирования при 5О К, а рефрижератор на твердом неоне, экранированный твердым метаном, может быть предложен для охлаждения при температурах 15 - Ь20 К. Системы этого типа будут весить в 1 5 5 - 2 раза больше, чем те, к которым относятся данные фиг. В некоторых случаях уменьшение объема рефрижератора может быть важнее, чем увеличение веса. [21]
К ванне IV также неизбежно должно подводиться тепло QB. Тепло QB расходуется на дополнительный подогрев Не3 с Т4 до 1 и испарение жидкости в ванне IV. Дополнительную холодопроизводитель -: юсть QB на уровне около 0 6 К можно использовать для теплового экранирования и, если есть подходящий объект, для его криостатирования. [22]
 |
Волоконно-оптический кабель с соединителями ( ВОКС ( а и полупроводниковые лазеры ( б. [23] |
Функциональная микроэлектроника, как правило, использует эффекты, проявляющиеся при низких температурах, от десятков кельвинов до примерно 200 К. Создание таких температур в объеме прибора или узла в условиях лаборатории не является сложной задачей. Однако для РЭА, эксплуатируемой в реальных условиях передвижения и полета под воздействием вибраций, ударов, ускорений, при определенных ограничениях по периодичности обслуживания, по ресурсу, удобству эксплуатации, при жестких ограничениях массогаба-ритных характеристик, создание криогенных температур становится сложной конструкторской задачей. Задача криостатирования усложнена жестким требованием стабильности температуры ( 1 К) и юстировоч-ных перемещений камеры с охлаждаемым элементом, например лазерным диодом. [24]
Конструирование ГИМ на элементной базе функциональной микроэлектроники ( ГИМ ФМ) не имеет принципиальных отличий в компоновке ( размещение и трассировка) по сравнению с конструированием ГИМ на традиционной навесной элементной базе, поэтому в данном параграфе будет идти речь только об особенностях, связанных со спецификой элементной базы. Общим для всех составляющих элементной базы в функциональной микроэлектронике является сильная зависимость параметров элементов от температуры. Поэтому главной особенностью конструирования ГИМ ФМ является применение криостатирования. [25]
По существу, конструирование рефрижератора с твердым криоагентом сводится к конструированию криогенного сосуда Дьюара. Конструкция и технология изготовления криогенных сосудов Дьюара полностью применимы при создании рефрижератора. Самым важным является обеспечение минимума паразитных теплопритоков. Требуется большая изобретательность и техническая подготовка как при разработке конструкции креплений с малыми тешюпритоками, так и в монтаже устройства для криостатирования электронного прибора. Специальные эксплуатационные требования, относящиеся к процедуре заполнения системы, обеспечению надежности, контролю и безопасности являются чрезвычайно важными на окончательной стадии проектирования. [26]
Контроль за потоком энергии от изотопного источника тепла или от коллектора солнечных лучей также может быть связан со сложными инженерными задачами. Кроме того, необходимо создать условия для отвода тепла от криостатируемого объекта к холодному концу рефрижератора. Имеются две возможности обеспечения теплового контакта: установка объекта непосредственно на рефрижераторе и реализация отдельного цикла - либо тепловой трубки, либо замкнутого циркуляционного контура с жидким агентом. Это представляет собой определенное усложнение, которое, однако, не относится к рефрижераторам по циклу Брайтона и Клода, поскольку в этих системах газ цикла может иметь непосредственный контакт с объектом криостатирования. [27]
Страницы: 1 2