Газовая криогенная машина

Газовая криогенная машина
Предлагаемая полезная модель относится к газовым криогенным машинам, предназначенным для создания криогенных температур в приборах с низкой рабочей температурой, например, инфракрасных приемниках излучения, полупроводниковых квантовых генераторах и других.
Известна газовая криогенная машина (ГКМ), состоящая из компрессора и детандера с расположенными в нем регенератором и поршнем-вытеснителем, внутренний объем которой заполнен рабочим телом, например, гелием (см. А.К.Грезин, В.С.Зиновьев Микрокриогенная техника, М, Машиностроение, 1977 г., с. 21, 111113, 168-172). В таких ГКМ движение поршня компрессора и поршня-вытеснителя осуществляется с помощью кривошипно-ползункового механизма или линейного двигателя. В процессе работы ГКМ происходит загрязнение рабочего тела (хладагента) продуктами износа уплотнений, газовыделениями смазки и элементов конструкции, которые при охлаждении вымораживаюся на деталях детандера и приводят к потере работоспособности машины. Поэтому после определенного времени работы необходимо проводить замену хладагента, что, помимо временного выхода из строя прибора, нежелательно из-за большой трудоемкости операцией, требующих соблюдения условий герметичности при вакуумировании и заполнении системы рабочим телом, и использования специального оборудования.
Известна выбранная за прототип газовая криогенная машина, состоящая из компрессора и модуля расширителя (детандера) с расположенными в нем регенератором и поршнем-вытеснителем, внутренний объем которой заполнен рабочим газом (рабочим телом) - гелием, водородом или неоном (см. пат. Великобритании № 2219384, МКИ F 25 В 9/00, опубл. 06.12.1989 г.). Регенератор состоит из набора сеток, между которыми
MI1K7F25D19/00
размещен поглощающий материал, в частности, активированный древесный уголь. В такой конструкции мешающие работе ГКМ остаточные газы типа водяных паров и загрязняющие рабочее тело продукты износа уплотнений, газовыделения смазки и др. абсорбируются на поглощающем материале. Однако, размещение активированного угля в охлаждаемой зоне, исключает возможность его регенерации и повторного использования, а также уменьшает в регенераторе используемое для охлаждения полезное пространство, что в целом снижает эффективность работы ГКМ.
Техническим результатом при использовании предложенной полезной модели является повышение эффективности работы ГКМ.
Указанный технический результат достигается тем, что в газовой криогенной машине, состоящей из компрессора и детандера с расположенными в нем регенератором и поршнем-вытеснителем, внутренний объем которой заполнен рабочим телом, например, гелием, и снабженной геттером, геттер установлен на корпусе компрессора и снабжен восстанавливающим элементом, например, встроенным электронагревателем.
Размещение геттера в неохлаждаемой зоне ГКМ позволит освободить часть пространства регенератора в детандере под обеспечивающие передачу тепла сетчатые элементы, таким образом, уменьшается паразитный объем регенератора и увеличивается эффективность работы ГКМ.
Сущность полезной модели поясняется чертежом.
Газовая криогенная машина состоит из компрессора 1 и детандера 2, в котором расположены регенератор 3 со слоями сетчатых элементов (на чертеже не показаны) и поршнем-вытеснителем 4. Объем ГКМ заполнен рабочим телом (газом), например, гелием. К внутреннему объему машины подсоединен геттер 5, установленный на корпусе компрессора 1, который снабжен восстанавливающим элементом, например, встроенным электронагревателем 6.
Поскольку работа ГКМ осуществляется без изменения фазового состояния рабочего тела, в качестве последнего выбирается гелий, так как обладает низкой температурой конденсации (-4,5 К), может использоваться также водород (-20 К), но он взрывоопасен.
Устройство работает следующим образом. Во время работы ГКМ во внутреннем объеме машины, заполненном рабочим телом, помимо остаточных атмосферных газов (паров воды, СО, ССЬ) и газов, образующихся в результате очистки деталей конструкции (спирт, ацетон), происходит накопление появляющихся от механического движения элементов компрессора продуктов износа уплотнений, газовыделений смазки, которые абсорбируются установленным на корпусе компрессора геттером. Такое местонахождение геттера позволяет максимально заполнить регенератор сетчатыми элементами, что повышает теплообмен и эффективность работы ГКМ в целом. Кроме того, размещение геттера в неохлаждаемой зоне, позволяет использовать геттеры с высокой поглощающей способностью, что увеличивает срок работы ГКМ до перезаправки и также улучшает эффективность ее работы. Во время перезаправки рабочего тела проводят вакуумирование внутреннего объема ГКМ с одновременной активацией геттера путем нагрева встроенным нагревателем до полной десорбции газов, после чего производится заправка внутреннего объема гелием, и рабочий цикл повторяется.
Для обеспечения высокой поглощающей способности целесообразно использовать геттеры на основе циркониевых соединений, например, геттеры фирмы SAES Getters серии St 171, которые крепятся на корпусе компрессора, например, привариванием, а электрическая коммутация осуществляется посредством электрогермовыводов.
Газовая криогенная машина, состоящая из компрессора и детандера с расположенными в нем регенератором и поршнем-вытеснителем, внутренний объем которой заполнен рабочим телом, например, гелием, и снабженная геттером, отличающаяся тем, что геттер установлен на корпусе компрессора и снабжен восстанавливающим элементом, например, встроенным электронагревателем.
Газовая криогенная машина