Рефрижераторы на базе пульсационной трубы
Охлаждение до температур жидкого гелия на базе пульсационной трубы достаточно новый метод. Первые разработки в этом направлении появились в 80-х годах прошлого столетия.
Технология таких рефрижераторов в настоящее время достаточно отработана, что позволяет считать ее передовым методом охлаждения до температурного уровня жидкого гелия (4К).
Криорефрижераторы на базе пульсационных трубок применяются в промышленности: при производстве полупроводников и военной техники, например, для охлаждения инфракрасных датчиков и детекторов, где обычно используется жидкий гелий. В настоящее время они нашли применение и в телескопах космического базирования, где отсутствует возможность пополнения криоагента по мере истощения его запаса.
На заводах компании SHI Cryogenics в Соединенных Штатах и Японии ведутся новые разработки в этом направлении для обеспечения непревзойденной холодопроизводительности и стабильности работы оборудования.
Как и у любой механической криомашины степень вибрации конечно выше чем при использовании жидкого криоагента, но применение машины на базе пульсационной трубы, которая не имеет движущихся частей на холодном конце, позволяет снизить вибрации до минимальных значений.
КПД холодильной машины на базе пульсационной трубы приближается к значению 40% от идеального цикла Карно. Кроме того, такие машины дешевле, чем традиционные рефрижераторы на основе цикла Стирлинга и Гиффорда-Макмагона.
На данный момент в ассортименте компании существует два основных типа рефрижераторов на основе пульсационной трубы.
- На температурный уровень 4К. Двухступенчатые рефрижераторы в основном применяются в установках ядерно-магнитного резонанса и МРТ-томографах, в сверхпроводящих магнитах научного и промышленного применения.
- На температурный уровень около 80 К. Используются в основном для охлаждения инфракрасных датчиков и детекторов.
Таблица холодопроизводительности
|
МОДЕЛЬ |
Холодопроизводительность 1-й ступени |
Холодопроизводительность 2-й ступени |
|
SRP-082B |
40 Вт при 45 К |
1.0 Вт при 4.2 К |
|
SRP-062B |
30 Вт при 65 К |
0.5 Вт при 4.2 К |
|
SRP-2620A |
10 Вт при 77 К |
--- |
|
SRP-1512A |
5 Вт при 80 К |
--- |
Сводная таблица совместимости компрессоров с типовыми моделями криорефрижераторов
|
|
SRP-062B |
SRP-082B |
SRP-1512A |
SRP-2620A |
|
CNA-11B |
--- |
--- |
+ |
--- |
|
CNA-11C |
--- |
--- |
+ |
--- |
|
CNA-21A |
--- |
--- |
--- |
+ |
|
F-50 |
+ |
--- |
--- |
--- |
|
F-70 |
--- |
+ |
--- |
--- |
Использование пульсационных труб для реконденсации газов
Исследования показали, что компании-потребители жидкого азота часто стремятся сократить расходы, связанные с пополнением сосудов Дьюара. Основной причиной является стоимость жидкого азота и стоимость технических работ.
В ассортименте продукции компании SHI Cryogenics имеются пульсационные трубки, которые позволят полностью отказаться от использования жидкого азота. Кроме того, в качестве альтернативы компания предлагает модель SRPC-2620A, специально для реконденсации жидкого азота.
Технические характеристики криорефрежираторов на базе пульсационной трубы
|
ХАРАКТЕРИСТИКИ/МОДЕЛЬ |
SRP-082B |
SRP-062B |
SRP-2620A |
SRP-1512A |
|
Холодопроизводительность 1-ой ступени, Вт при 50 Гц |
40.0 |
30.0 |
10.0 |
5.0 |
|
Холодопроизводительность 2-ой ступени, Вт при 50 Гц |
1 |
0.5 |
--- |
--- |
|
Нижняя граница температуры, К |
<3 |
<3 |
<55 |
<3.5 |
|
Время замораживания, мин |
<70 |
<80 |
<40 |
<60 |
|
Периодичность технического обслуживания криоголовки, ч |
20000 |
20000 |
20000 |
20000 |
|
Потребляемая мощность охлаждение, кВт при 50 Гц |
6.5 |
6.5 |
1.8 |
1.3 |
|
Рекомендуемые компрессоры |
F-70L, водяное охлаждение |
F-70L, водяное охлаждение |
СNA-21A воздушное охлаждение |
СNA-11B воздушное охлаждение |
|
Напряжение питания, В |
200 трехфазное 50Гц |
200-415 трехфазное50Гц |
200 трехфазное 50Гц |
100-120 однофазное (50/60 Гц) |
Примечание:
- Периодичность технического обслуживания гелиевых компрессоров составляет 20000-30000 часов в зависимости от модели и степени чистоты используемого гелия, влияющего на состояние абсорбента.