DE4135764C1

DE4135764C1 -

Info

Publication number: DE4135764C1
Application number: DE4135764A
Authority: DE
Inventors: Uwe Dipl-Ing. Dr. 7991 Oberteuringen De Hingst
Original assignee: Bodenseewerk Geratetechnik GmbH
Current assignee: Diehl BGT Defence GmbH and Co KG
Priority date: 1991-10-30
Filing date: 1991-10-30
Publication date: 1993-02-25
Anticipated expiration: 2011-10-31
Also published as: US5299425A

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung zum Kühlen eines Objekts durch Entspannen eines unter Druck stehenden, unter seinen Inversionspunkt vorgekühlten Gases über einen Entspannungsauslaß, bei welcher ein aus dem Entspannungsauslaß austretender Gasstrahl gegen eine Fläche des zu kühlenden Objekts gerichtet ist.

Zugrundeliegender Stand der Technik

Durch die GB-A-12 38 911 ist eine Kühlvorrichtung bekannt, bei welcher eine Kühlung durch die Entspannung eines unter Druck stehenden Gases durch eine Düse erreicht wird. Das Gas muß dabei vor der Entspannung auf einer Temperatur unterhalb seiner Inversionstemperatur sein. Die Kühlvor richtung nach der GB-A-12 38 911 weist dabei zwei Kühler auf. In einem ersten Kühler wird ein erstes Gas von einer Druckgasquelle in gasförmiger Form über einen ersten Weg eines Gegenstrom-Wärmetauschers geleitet, durch die Düse entspannt und über einen zweiten Weg des Wärmetauschers im Gegenstrom zurückgeleitet. Damit wird das vorlaufende, unter Druck stehende Gas gekühlt. Der zweite Kühler bewirkt eine Vorkühlung des ersten Gases bevor dieses den Gegenstrom- Wärmetauscher des ersten Kühlers erreicht. Der zweite Kühler erhält dabei eine Flüssigkeit unter Druck, welche durch eine Düse in eine Kammer gesprüht wird. Dabei verdampft die Flüssigkeit, wodurch die Kühlwirkung des zweiten Kühlers erreicht wird. Der erste Kühler kühlt dabei ein Objekt in Form eines Infrarotdetektors.

Die DE-A1-36 42 683 beschreibt einen auf dem Joule- Thomson-Effekt beruhenden Kryostaten zur Kühlung eines Infrarotdetektors. Ein Gegenstrom-Wärmetauscher sitzt mit einer Vorlaufleitung in einem Dewar-Gefäß. Die Vorlauf leitung endet in einer Entspannungsdüse. Der Infrarot detektor sitzt auf der Stirnwandung der Innenseite des Dewar-Gefäßes. Zur Verringerung der Wärmebelastung ist zwischen dem Dewar-Gefäß und einer Basis eine wärme isolierende Schicht angeordnet. Zur Verbesserung der mit einem vorgegebenen Druckgasmassestrom erzielbaren Kühl leistung des Joule-Thomson-Prozesses wird ein Einlaßende der Vorlaufleitung durch Peltier-Elemente gekühlt.

Die DE-A-15 01 715 zeigt eine Einrichtung zum Verflüssigen von Gasen mit zwei Expansionskühlern, von denen eine erste mit Wasserstoff und ein zweiter mit Luft oder Stickstoff betrieben wird. Beide Expansionskühler sind dabei als Joule-Thomson-Kühler ausgebildet, d. h. enthalten einen Gegenstrom-Wärmetauscher, in welchem das jeweilige expandierte und abgekühlte Gas mit dem vorlaufenden Gas in Wärmeaustausch tritt. Der durch den zweiten Joule- Thomson-Kühler erhaltene flüssige Stickstoff bzw. die flüssige Luft dienen zur Vorkühlung des Wasserstoffs in dem ersten Joule-Thomson-Kühler. Dadurch wird der Wasserstoff bis unter seine Inversionstemperatur abgekühlt. Der Stickstoff kann durch den Joule-Thomson- Kühler jedoch nur bis zu seinem Siedepunkt abgekühlt werden.

Eine ähnliche Anordnung zeigt die DE-A-15 01 106.

Die EP-A-02 71 989 beschreibt bei einem üblichen einstufigen Joule-Thomson-Kühler die Verwendung eines Kühlmittels in Form eines Gemisches aus Stickstoff, Argon oder Neon mit Methan, Ethan oder Propan unter Zusatz von verbrennungshemmenden Materialien wie Bromtrifluormethan.

Die DE-A-33 37 194, die DE-A-33 37 195, die GB-A-21 19 071 und die EP-A-02 34 644 zeigen die Verwendung einstufiger Joule-Thomson-Kühler zur Kühlung elektronischer oder opto-elektronischer Bauelemente.

Für kreiselstabilisierte Sucher mit einem bildauflösenden Detektor wird in der DE-A-39 25 942 vorgeschlagen, den Sucher auf einem Träger anzuordnen, der zur Achse des Kreiselrotors und damit der optischen Achse des abbildenden optischen Systems ausgerichtet ist, so daß auch bei einem "Schielen" des Suchers die Ebene des flächigen Detektors stets senkrecht zu dieser optischen Achse ist. Dabei ergibt sich das Problem, den Detektor zu kühlen. Bei den zur Kühlung von Detektoren üblicherweise verwendeten Joule-Thomson-Kühlern ist ein Gegenstrom- Wärmetauscher vorgesehen, über welchen das entspannte und abgekühlte Gas zurückströmt, wobei das zuströmende Gas von dem zurückströmenden Gas vorgekühlt wird. Dabei muß das entspannte Gas möglichst vollständig für die Vorkühlung ausgenutzt werden. Gas- und Wärmeverluste sind zu vermeiden. Das läßt sich erreichen, wenn ein Detektor stationär in einem Dewar-Gefäß angeordnet ist. Es ergeben sich aber Schwierigkeiten, wenn der Detektor an einem beweglichen Träger angeordnet wird.

Die DE-A-39 41 314 beschreibt eine Kühlvorrichtung zum Kühlen eines schwenkbaren Detektors mit einem ersten Kühler zum Kühlen des Detektors, wobei der erste Kühler einen Entspannungsauslaß aufweist, durch welchen unter seinen Inversionspunkt vorgekühltes, unter Druck stehendes Argon unter Abkühlung entspannt wird. Durch einen mit Methan arbeitenden zweiten Kühler wird eine Vorkühlung des Argons bewirkt. Der zweite Kühler ist ein Joule-Thomson- Kühler mit einem Entspannungsauslaß, über welchen das unter Druck stehende Methan unter Abkühlung entspannt wird, und einem dem Entspannungsauslaß vorgeschalteten Wärmetauscher, durch welchen das zugeführte Methan von dem abgekühlten, entspannten Methan vorkühlbar ist. Der erste Kühler ist dagegen ein Entspannungskühler mit einem Ent spannungsauslaß und einem dem Entspannungsauslaß vorge schalteten Wärmetauscher, in welchem das unter Druck stehende Argon nur in Wärmeaustausch mit dem entspannten und abgekühlten Methan ist. Das aus dem Entspannungsauslaß des ersten Kühlers austretende, entspannte und auf seinen Siedepunkt abgekühlte Argon wird als Strahl gegen das zu kühlende Objekt geleitet.

Offenbarung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Wirkungsgrad einer Kühlvorrichtung der eingangs genannten Art zu verbessern.

Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß die Fläche um einen zentralen, von dem Gasstrahl beaufschlagten Auftreffbereich herum eine Mehrzahl von spiralig nach außen verlaufenden Rippen aufweist.

Diese Rippen wirken in zweifacher Weise. Einmal wird der Wärmeübergang zwischen dem entspannten Gas und der Fläche verbessert. Außerdem wird aber das auf den Auftreffbereich der Fläche auftreffende Aerosol, also Gemisch von Gas und kondensierten Tröpfchen, bei dem radialen Abfließen in Rotation versetzt. Es bildet sich eine Art Zyklon. Dadurch werden die Tröpfchen von dem Gas getrennt. Die schwereren Tröpfchen streben nach außen, während das Gas nach innen abströmt. Die Tröpfchen können dann aufgefangen werden und verdampfen nachträglich, wobei sie dem Objekt durch ihre Verdampfungswärme weitere Wärme entziehen. Bei der Anordnung nach der DE-A-39 41 314 wird der überwiegende Teil der Tröpfchen des Aerosols mit dem Gasstrom mitge rissen und bleibt für die Kühlung des Objekts unwirksam.

Vorteilhaft ist es, wenn an dem zu kühlenden Objekt ein Mantel angebracht ist, der vor der besagten Fläche eine Kammer mit einer zentralen, dem Auftreffbereich gegenüber liegenden Öffnung bildet, und eine die Entspannungsöffnung bildende Hochdruckleitung durch diese Öffnung hindurch ragt. Die Hochdruckleitung kann von einer wärmeisolieren den Ummantelung umgeben sein. Die Öffnung kann von einem zu der Hochdruckleitung konzentrischen Kragen umgeben sein, wobei zwischen dem Kragen und der Hochdruckleitung eine Gasaustrittsöffnung gebildet ist. Die zu kühlende Fläche kann eine plane Fläche sein, wobei die Öffnung in einer zu dieser planen Fläche im wesentlichen parallelen Wandung gebildet ist, die mit der zu kühlenden planen Fläche und einem Mantel die besagte Kammer begrenzt. Auf der Innenseite der Wandung können von dem Mantel nach innen ragende, sekantial angeordnete Führungsflächen vorgesehen sein, die sich über einen Teil des Abstandes zwischen zu kühlender Fläche und Wandung erstrecken.

Bei einer bevorzugten Anwendung der Kühlvorrichtung ist die zu kühlende Fläche von der Rückseite eines Substrats gebildet, das einen zu kühlenden Infrarot detektor eines Infrarotsuchers trägt. Der Mantel ragt detektorseitig über das Substrat hinaus und bildet eine gekühlte Blende für den Strahlengang des Suchers.

Ähnlich wie bei der DE-A-39 41 314 kann das Objekt relativ zu dem Entspannungsauslaß verschwenkbar sein. Es kann auch das gegen die Fläche des zu kühlenden Objekts gerichtete Gas durch einen mit einem anderen Gas arbeitenden Joule- Thomson-Kühler vorkühlbar sein, der einen Entspannungs auslaß aufweist, über welchen das unter Druck stehende zweite Gas unter Abkühlung entspannt wird, und einen dem Entspannungsauslaß vorgeschalteten Gegenstrom-Wärme tauscher, durch welchen das zugeführte zweite Gas von dem abgekühlten, entspannten zweiten Gas vorkühlbar ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt schematisch einen konventionellen Joule- Thomson-Kühler in Verbindung mit einem Temperatur- Entropie-Diagramm von Argon zur Erläuterung der Wirkungsweise des Kühlers.

Fig. 2 ist eine schematische Darstellung einer Kühl vorrichtung mit einem zweiten Kühler zur alleinigen Vorkühlung des Gases in einem ersten Joule-Thomson-Kühler.

Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt eines Infrarotsuchers als zu kühlendes Objekt mit der Entspannungsdüse der Kühlvorrichtung.

Fig. 4 zeigt einen Schnitt längs der Linie A-A von Fig. 3.

Fig. 5 zeigt einen Schnitt längs der Linie B-B von Fig. 3.

Fig. 6 ist eine abgebrochen-perspektivische Darstellung und zeigt die Wirkung der Struktur des Suchers von Fig. 3 bis 5 auf die Aerosol- und Gasströme.

Bevorzugte Ausführung der Erfindung

In Fig. 1 ist schematisch ein konventioneller Joule- Thomson-Kühler 10 dargestellt. Druckgas, nämlich Argon, strömt aus einer Druckflasche 12 über einen Einlaß 14 zu dem Vorlaufweg 16 eines Gegenstrom-Wärmetauschers 18. Das Druckgas tritt durch eine Drossel oder Düse 20 in einen Entspannungsraum 22 aus. Dabei erfährt das Gas eine Abkühlung. Aus dem Entspannungsraum 22 fließt das entspannte und abgekühlte Gas über den Rücklaufweg 24 des Gegenstrom-Wärmetauschers 18 zurück und tritt an einem Auslaß 26 aus. In dem Gegenstrom-Wärmetauscher 18 wird das zuströmende Druckgas durch das rücklaufende Gas vorge kühlt. Mit 28 ist ein Infrarotdetektor bezeichnet, der durch den Joule-Thomson-Kühler 10 gekühlt werden soll. Der Infrarotdetektor 28 sitzt auf der Innenwandung 30 eines den Joule-Thomson-Kühler 10 umgebenden (nicht dargestellten) Dewar-Gefäßes.

Der Vorgang kann anhand des Temperatur-Entropie-Diagramms von Fig. 1 erläutert werden. In dem Diagramm sind die an den verschiedenen Punkten des Joule-Thomson-Kühlers 10 herrschenden Zustände mit Buchstaben "a" bis "g" gekennzeichnet. Entsprechend sind in der schematischen Darstellung des Joule-Thomson-Kühlers 10 die zugehörigen Punkte markiert.

Das Druckgas ist am Eingang 14 auf einer Temperatur von etwa 350 K bei einem Druck von 500 bar. Das ist der Punkt "b" in dem Diagramm. Längs des Vorlaufweges 16 des Gegenstrom-Wärmetauschers 18 bleibt der Druck im wesentlichen konstant, jedoch sinkt die Temperatur durch die Vorkühlung mittels des rückströmenden Gases. Der Zustand ändert sich also zu dem Zustand "c" hin, der räumlich unmittelbar vor der Düse 20 herrscht längs einer Kurve 32 konstanten Drucks. An der Düse 20 erfolgt eine Entspannung des Gases. Der Zustand ändert sich in dem Diagramm längs einer Kurve 33 konstanter Enthalpie bis zum Punkt "d". Der Punkt "d" liegt auf der Naßdampfgeraden 34. Das Gas ist teilweise kondensiert, so daß ein Gemisch von Gas und Dampf auftritt. Die Temperatur bleibt dabei konstant. In den Rücklaufweg 24 des Gegenstrom-Wärme tauschers tritt Gas im Zustand "d". Längs des Rücklauf weges 24 erwärmt sich das entspannte Gas wieder durch den Wärmeaustausch mit dem Druckgas im Vorlaufweg 16. Diese Erwärmung geschieht bei Atmosphärendruck, also P=1 bar. Der Zustand ändert sich also längs der Kurve 36 konstanten Druckes zum Punkt "a". Im Punkt "a" herrscht wieder die Umgebungstemperatur von etwa 350 K. Die Kühlleistung ist gegeben durch die Differenz der Enthalpien in den Punkten "a" und "b". Die Enthalpie im Punkt "b" ist gleich der Enthalpie im Punkt "e". Der Punkt "e" ist der Schnittpunkt der Kurve 36 konstanten Drucks mit der durch den Punkt "b" gehenden Kurve 38 konstanter Enthalpie.

Im Vergleich zu den im Gegenstrom-Wärmetauscher ausgetauschten Enthalpien ist die Enthalpiedifferenz zwischen den Punkten "a" und "e" recht gering.

In Fig. 2 ist schematisch eine Kühlvorrichtung mit zwei Kühlern 40 und 42 dargestellt.

Der erste Kühler 40 wird mit Argon aus einem Argon-Druck gasbehälter 44 betrieben. Das Argon in dem Druckgasbe hälter 44 hat Umgebungstemperatur und steht unter einem Druck von 200 bis 500 bar. Das Argon wird über ein Ventil 46 und eine gerade durch den Kühler 42 hindurchlaufende Leitung 48 zu einem Vorlaufweg 50 eines Wärmetauschers 51 des Kühlers 40 geleitet. Der erste Kühler 40 ist ein Expansionskühler mit einer Drossel 52. Die Drossel 52 ist mit dem Ausgang des Vorlaufweges 50 über eine Hockdruck leitung 54 verbunden. Die Hochdruckleitung 54 ist mit einer Wärmeisolation 56 versehen.

Der zweite Kühler 42 wird mit Methan CH₄ aus einem Methan- Druckgasbehälter 58 betrieben. Das Methan in dem Druckgas behälter hat ebenfalls Umgebungstemperatur und steht unter einem Druck von 200 bis 350 bar. Das Methan wird über ein Ventil zu dem Eingang 62 eines Vorlaufweges 64 eines Gegenstrom-Wärmetauschers 66 des zweiten Kühlers 42 geleitet. Von dem Ausgang 68 des Vorlaufweges 64 des Gegenstrom-Wärmetauschers 66 geht eine Leitung 70 gerade durch den zweiten Kühler 40 hindurch zu einer Drossel 72. Die Drossel 72 sitzt an dem dem zweiten Kühler 42 abgewandten Ende des ersten Kühlers 40. Aus der Drossel 72 tritt das unter Hochdruck stehende Methan aus. Dabei entspannt sich das Methan und kühlt sich ab. Das entspannte und abgekühlte Methan fließt nun durch einen Rücklaufweg 74 des Wärmetauschers 51 des ersten Kühlers 40 im Gegenstrom zu dem vorlaufenden Argon. In dem ersten Kühler 40 wird also das Argon durch den entspannten Methan-Naßdampf vorgekühlt, nicht durch das entspannte Argon. Das entspannte Methangas fließt dann durch einen Rücklaufweg 76 des Gegenstrom-Wärmetauschers 66 des zweiten Kühlers 42. Hier wird das vorlaufende, unter Hoch druck stehende Methan durch das entspannte und abgekühlte Methan vorgekühlt. Das Methan tritt aus dem Rücklaufweg 76 an einem Auslaß 78 aus.

Das ausströmende Argon ist in einem Strahl auf einen Infrarotdetektor 80 gerichtet, der in einem beweglichen Träger 82 angeordnet ist. Das Argon tritt dann durch einen Durchbruch 84 aus dem Träger 82 aus.

Die beiden Kühler 40 und 42 sind von einem gut wärmeiso lierenden Mantel 86 umschlossen, der objektseitig durch eine Stirnwand 88 abgeschlossen ist. Die wärmeisolierte Hochdruckleitung 54 ist durch die Stirnwand 88 hindurch geführt.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Anordnung ist nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 1 erläutert:

Das Methan wird durch den Kühler 42 und die Drossel 72 in einem Joule-Thomson-Prozeß bis auf den Siedepunkt des Methans abgekühlt. Es war schon oben erwähnt worden, daß das Methan eine wesentlich höhere Kühlleistung bringt als das Argon. Allerdings kann der Siedepunkt des Methans bei 118 K nicht unterschritten werden. In dem Mantel 86 bildet sich flüssiges Methan, wie bei 90 angedeutet ist. Durch den Wärmeaustausch mit dem Methan im Wärmetauscher 51 wird das Argon bis auf den Siedepunkt des Methans vorgekühlt. Der Zustand des Argons bewegt sich daher längs der Kurve 32 konstanten Drucks bis zum Punkt "f". Bei der Entspannung des Argons an der Drossel 52 gelangt der Zustand längs der Kurve 92 konstanter Enthalpie zum Punkt "g" auf der Naßdampfgeraden 34. Es tritt an der Drossel 52 ein Strahl mit einem Gemisch von gasförmigem und flüssigem Argon mit einer Temperatur von 87 K, dem Siedepunkt des Argons aus.

Dieses Argon braucht aber nicht wie bei dem Joule-Thomson- Prozeß das vorlaufende, unter Druck stehende Argon vorzukühlen. Es verdampft, wobei sich der den Zustand darstellende Punkt längs der Naßdampfgeraden nach rechts zum Punkt "d" bewegt. Dann erwärmt sich das Argon. Wenn das Objekt, also der Detektor 80, auf die Siedetemperatur des Argons, also 87 K abgekühlt ist, nimmt das sich erwärmende Argon dann natürlich keine Wärme mehr von dem Objekt auf. Das immer noch sehr kalte Argon kann aber noch ausgenutzt werden, um die Umgebung des Detektors 80 und dessen Zuleitungen zu kühlen und damit die Wärmezufuhr zu dem Detektor 80 zu reduzieren. Die Kühlleistung wird aber bestimmt durch die Differenz der Enthalpien im Punkt "g" und im Punkt "d". Diese ist um einen Faktor 2,5 höher als bei einem reinen Joule-Thomson-Prozeß mit Argon, wie er im Zusammenhang mit Fig. 1 zum Vergleich beschrieben wurde. Diese höhere Kühlleistung gestattet eine Reduzie rung der Gasströme, so daß trotz des zusätzlich erfor derlichen Stromes von Methan die Gesamtmenge an Gas gleich oder sogar geringer ist als für einen konventionellen, nur mit Argon arbeitenden Kühler erforderlich ist. Auch brauchen die Gase bei dem beschriebenen Prozeß nicht unter extrem hohen Drücken zu stehen.

Statt Methan kann auch Tetrafluorkohlenstoff CF₄ als Kühlgas verwendet werden. Dessen Siedepunkt liegt jedoch etwas höher, nämlich bei 145 K, wie in Fig. 1 dargestellt ist.

Fig. 3 zeigt im einzelnen die Anordnung und Kühlung des Infrarotdetektors 80. Der Detektor 80 sitzt auf einem Substrat 100. Das Substrat ist in einem Mantel 102 gehaltert. Der Mantel 102 weist einen zylindrischen Abschnitt 104 und einen sich daran anschließenden kegel stumpfförmigen Abschnitt 106 auf. Der kegelstumpfförmige Abschnitt 106 bildet eine Blendenöffnung 108 für den auf den Infrarotdetektor 80 fallenden Strahlengang. Das Substrat 100 sitzt im Übergangsbereich zwischen dem zylindrischen Abschnitt 104 und dem kegelstumpfförmigen Abschnitt 106 des Mantels 102. Auf der dem Substrat 100 abgewandten Seite sitzt in dem Mantel 100 eine Wandung 110, die etwa parallel zu der dem Infrarotdetektor 80 abgewandten Fläche 112 des Substrats 100 ist. Die Wandung 110 weist einen zentralen Durchbruch 114 auf. Durch diesen Durchbruch 114 ragt die Hochdruckleitung 54 mit der Drossel 52, die hier von einer als Düse ausgebildeten Entspannungsöffnung 116 gebildet ist. Die Hochdruckleitung 54 und der Durchbruch 114 sind von einem Kragen 118 umgeben. Der Kragen 118 erstreckt sich durch den Durchbruch 114 hindurch und endet in einer trichterförmigen Erweiterung 120. Durch die Fläche 112 des Substrats 100, den zylindrischen Abschnitt 104 des Mantels 102 und die Wandung 110 wird eine Kammer 122 begrenzt. In diese Kammer 122 ragt die Hochdruckleitung 54 mit der Entspannungs öffnung 116 hinein.

Der Mantel 102 ist in einem wärmeisolierenden Ring 124 gehaltert. Der Ring 124 sitzt in einem Innenrahmen 126 des Suchers. Der Innenrahmen 126 ist auf Zapfen 128 und 130 um eine Achse 132 schwenkbar gelagert. Auf dem Ring 124 sitzt eine zylindrische Fassung 134 mit einem Filter 136.

Wie am besten aus Fig. 4 ersichtlich ist, bildet die Fläche 112 des Substrats 100 einen zentralen, glatten Auftreff bereich 138, welcher der Entspannungsöffnung 116 gegenüberliegt. Der Auftreffbereich 138 ist umgeben von einer Mehrzahl von spiraligen Rippen 140. An der Innenseite der Wandung 110 und dem Mantel 102 sind vier sekantiale Führungsflächen 142 vorgesehen. Das ist in Fig. 5 dargestellt. Die Führungsflächen 142 erstrecken sich nur über einen Teil der Höhe des zylindrischen Ab schnitts 104 des Mantels 102. Das ist aus Fig. 3 erkennbar.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Anordnung kann am besten anhand von Fig. 6 erläutert werden. Wie vorstehend beschrieben, tritt aus der Entspannungsöffnung 116 ein Strahl von Naßdampf aus, also ein Aerosol mit Gas und Tröpfchen. Das ist in Fig. 6 durch den Strahl 144 ange deutet. Der Strahl 144 von Naßdampf trifft auf den Auftreffbereich 138 der Fläche 112 und wird dort radial nach außen umgelenkt. Der umgelenkte Gasstrahl 144 fließt nach außen in den zwischen den Rippen 140 gebildeten, ebenfalls spiraligen Kanälen. Das ist durch Pfeile 146 in Fig. 6 angedeutet. Dadurch erhält der Naßdampf einen Drall. Es bildet sich ein Zyklon aus. Die schwereren Tröpfchen des Aerosols sammeln sich an dem Mantel, während das von den Tröpfchen befreite Gas schließlich nach innen strömt und um den Kragen 118 herum über den Durchbruch 114 abfließt. Das ist in Fig. 6 durch Pfeile 148 dargestellt.

Durch die Führungsflächen wird ein Sekundärwirbel erzeugt. Dadurch wird wenigstens ein Teil des Gases noch einmal gegen die Fläche 112 gelenkt.

Durch die Rippen wird der Wärmeübergang zwischen dem Substrat 100 und dem Naßdampf verbessert. Durch die Zyklonwirkung werden die in dem Naßdampf enthaltenen Tröpfchen abgeschieden und nicht mit dem austretenden Gas (Argon) mitgerissen. Die Tröpfchen sammeln sich daher in der Kammer 122 und verdampfen in dieser. Diese Wirkung wird durch den Kragen 118 unterstützt. Die Verdampfungs wärme wird dem Substrat 100 und dem Mantel 102 entzogen. Der kegelstumpfförmige Abschnitt 106 bildet dadurch eine gekühlte Blende für den auf den Infrarotdetektor fallenden Strahlengang mit der Blendenöffnung 108. Diese gekühlte Blende schirmt den Infrarotdetektor 80 gegen Wärme strahlung von der warmen Umgebung ab. Schließlich sorgen die Führungsflächen 142 dafür, daß das Gas vor dem Austreten über den Durchbruch 114 noch einmal über die Fläche 112 des Substrats 100 geleitet wird.

Claims

1. Kühlvorrichtung zum Kühlen eines Objekts durch Entspannen eines unter Druck stehenden, unter seinen Inversionspunkt vorgekühlten Gases über einen Entspannungsauslaß (116), bei welcher ein aus dem Entspannungsauslaß austretender Gasstrahl (144) gegen eine Fläche (112) des zu kühlenden Objekts (100) gerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche (112) um einen zentralen, von dem Gasstrahl (144) beaufschlagten Auftreffbereich (138) herum eine Mehrzahl von spiralig nach außen verlaufenden Rippen (140) aufweist.

2. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet daß

a) an dem zu kühlenden Objekt (100) ein Mantel (102) angebracht ist, der vor der besagten Fläche (112) eine Kammer (122) mit einer zentralen, dem Auftreffbereich gegenüberliegenden Öffnung (114) bildet, und
b) eine die Entspannungsöffnung (116) bildende Hoch druckleitung (54) durch diese Öffnung (114) hindurchragt.

3. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Hochdruckleitung (54) von einer wärmeisolierenden Ummantelung (56) umgeben ist.

4. Kühlvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (114) von einem zu der Hochdruckleitung (54) koaxialen Kragen (118) umgeben ist, wobei zwischen dem Kragen (118) und der Hochdruckleitung (54) eine Gasaustrittsöffnung gebildet ist.

5. Kühlvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, daß die zu kühlende Fläche (112) eine plane Fläche ist und die Öffnung (114) in einer zu dieser planen Fläche im wesentlichen parallelen Wandung (110) gebildet ist, die mit der zu kühlenden planen Fläche und einem Mantel (102) die besagte Kammer (122) begrenzt.

6. Kühlvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, daß auf der Innenseite der Wandung (110) von dem Mantel (102) nach innen ragende, sekantial ange ordnete Führungsflächen (142) vorgesehen sind, die sich über einen Teil des Abstandes zwischen zu kühlender Fläche (112) und Wandung (110) erstrecken.

7. Kühlvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß

a) die zu kühlende Fläche (112) von der Rückseite eines Substrats (100) gebildet ist, das einen zu kühlenden Infrarotdetektor (80) eines Infrarot suchers trägt, und
b) der Mantel (102) detektorseitig über das Substrat (100) hinausragt und eine gekühlte Blende für den Strahlengang des Suchers bildet.

8. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das zu kühlende Objekt relativ zu dem Entspannungsauslaß (116) verschwenkbar ist.

9. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das gegen die Fläche des zu kühlenden Objekts gerichtete Gas durch einen mit einem anderen Gas arbeitenden Joule-Thomson-Kühler vorkühlbar ist, der einen Entspannungsauslaß (72) aufweist, über welchen das unter Druck stehende zweite Gas unter Abkühlung entspannt wird, und einen dem Entspannungsauslaß (72) vorgeschalteten Gegenstrom- Wärmetauscher (66), durch welchen das zugeführte zweite Gas von dem abgekühlten, entspannten zweiten Gas vorkühlbar ist.