FR2642510A1 - Regulateur de debit de gaz pour refroidisseur a effet joule-thomson - Google Patents

Regulateur de debit de gaz pour refroidisseur a effet joule-thomson Download PDF

Info

Publication number
FR2642510A1
FR2642510A1 FR8901360A FR8901360A FR2642510A1 FR 2642510 A1 FR2642510 A1 FR 2642510A1 FR 8901360 A FR8901360 A FR 8901360A FR 8901360 A FR8901360 A FR 8901360A FR 2642510 A1 FR2642510 A1 FR 2642510A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
needle
regulator
bis
expansion
gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
FR8901360A
Other languages
English (en)
Other versions
FR2642510B1 (fr
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to FR8901360A priority Critical patent/FR2642510B1/fr
Priority to EP19900912011 priority patent/EP0491716A1/fr
Priority to PCT/FR1990/000551 priority patent/WO1992001894A1/fr
Publication of FR2642510A1 publication Critical patent/FR2642510A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of FR2642510B1 publication Critical patent/FR2642510B1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
    • F25B9/02—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point using Joule-Thompson effect; using vortex effect
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2309/00—Gas cycle refrigeration machines
    • F25B2309/02—Gas cycle refrigeration machines using the Joule-Thompson effect
    • F25B2309/022—Gas cycle refrigeration machines using the Joule-Thompson effect characterised by the expansion element

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radiation Pyrometers (AREA)

Abstract

Régulateur de débit de gaz pour refroidisseur, à effet Joule-Thomson, associé à un cryostat, caractérisé par le fait que le pointeau bi-métallique 4 et 4 bis est interne et coaxial à l'élément tubulaire 1 à l'intérieur duquel il coulisse, que l'extrémité froide du pointeau cylindro-cônique comporte trois gorges calibrées dirigées longitudinalement, que l'extrémité chaude du pointeau 4 bis est fixée mécaniquement en un point hors effet de la zone de froid, que les éléments 1-4-4 bis concourent chacun pour partie à la régulation du débit, que le réglage du débit résulte de la position de l'élément 1 par rapport à l'élément 5.

Description

Régulateur de débit de gaz pour refroidissement à effet Joule-Thomson
i
L'invention concerne un refroidisseur miniaturisé à effet Joule-Thomson, dont le débit de gaz haute pression est régulé après un temps déterminé. Le but est d'obtenir de très basses températures en des temps très courts après détente du fluide frigorigène.
Parmi les dispositifs de régulation connus citons ceux décrits dans les brevets français 7210139, 8412098 et le brevet américain 7825152. Ces dispositifs font appel à un organe dilatable longitudinalement, dont le point d'encrage est attenant soit au point froid ; soit positionné entre le point froid et le point chaud.
Ces dispositifs présentent 3 inconvénients
a) phénomènes de pompage dû à un fonctionnement en tout ou rien pour certains,
b) inconvénients liés au fait que la régulation est trop rapidement sensibilisée par la baisse de température,
c) pénalisation dans le temps de mise en froid, découlant du-fait de la construction, de l'éloignement prohibitif entre l'orifice de détente et la partie sensible.
L'invention décrite ci-après pallie ces inconvénients, elle trouve pleinement son application dans le domaine militaire pour le refroidissement des détecteurs infra-rouge.
L'invention consiste à tirer parti des propriétés physiques que possèdent les métaux dans leur comportement, eu égard aux températures auxquelles ils sont soumis.
La figure 1 représente un refroidissement avec son régulateur de débit, monté dans un cryostat équipé d'un détecteur infra-rouge.
Sur le tube enveloppe (1) est bobiné un tube échangeur de chaleur (2) possédant une extrémité chaude et une extrémité froide.
Cet échangeur est constitué d'un tube capillaire dans lequel circule le gaz haute pression. Sur ce même tube est bobiné et soudé un élément métallique d'un pas déterminé et dont la fonction est d'augmenter la surface d'échange thermique. Dans les inter-spires prennent place les frettes (6) et (8).
Sur l'extrémité froide du tube (1) est fixée une pièce intermédiaire cylindrique (7) pourvue d'une saignée dans le sens longitudinal et destinée à recevoir l'extrémité froide du tube haute pression. La pièce (7) revoit une buse cylindrique (3) percée en son centre d'un orifice (10) et ménageant une chambre (9) de récupération du gaz haute pression. Les pièces (3) - (7), l'extrémité froide du tube (1) sont reliées entre-elles par la soudure étanche (21). La collerette de fixation (5) est percée dans son prolongement axial d'un trou (11) dans lequel vient s'insérer le tube (1), ménageant un espace de liberté (12) entre l'extrémité chaude du tube (1) et le fond du trou (11). Le trou (11) se prolonge par un perçage (13) débouchant d'un diamètre inférieur.
Le prolongement axial de la collerette (5) et le tube (1) sont réunis par la soudure étanche (14). L'extrémité chaude du tube haute pression est réunie par un raccord (18) à une source de gaz sous pression.
Le pointeau (4) et 4 bis) de révolution, est constitué de deux matériaux possédant, chacun un coefficient de dilatation différent. Les parties (4) et (4 bis) sont réunies entre-elles par la soudure (22) afin de former un seul élément. L'extrémité (4 bis) se termine par une partie cylindro-cônique comportant 3 gorges (23) disposées à 120 orientées longitudinalement et de dimensions déterminées. Le pointeau (4) et (4 bis) coulisse à l'intérieur du tube (1). L'extrémité cylindro-cônique du pointeau est disposée concentriquement à l'orifice (10) de la buse (3) ; l'autre extrémité du pointeau est centrée par le trou (13) et réuni par soudure étanche (19) à la collerette.
Dans une construction préférée, la partie (4) du pointeau sera réalisée dans le même matériau que le tube (1) tandis que la partie (4 bis) du meme pointeau sera réalisée dans un métal possédant un plus faible coefficient de dilatation.
La jonction du tube (1) avec le prolongement axial de la collerette (5) au niveau de la soudure (14) permet le réglage initial d'un débit de gaz par éloignement ou rapprochement de la buse (3) avec le cône du pointeau (4) quand le tube (2) est alimenté par un gaz sous pression constante.
Ainsi et conformément à l'invention, après détente du gaz frigorigène au travers de l'orifice calibre (10) dans la chambre de liquéfaction (16) du cryostat, dont la face côté vide porte le détecteur (17), le gaz basse pression s'évacue à contre-courant à l'intérieur du corps interne (20) du cryostat et refroidit le fluide haute pression en provenance de la source d'alimentation, ainsi que les divers éléments constituant le refroidisseur ; et en premier lieu les plus proches de l'orifice de détente.
La figure 1 représente une coupe des différents éléments de l'invention, et fait apparattre les avantages d'un tel système :
1) La proximité immédiate de l'orifice de détente avec la paroi qui supporte le détecteur < à 0,5 mm, assure une mise en froid extrêmement rapide de ce dernier, du fait de la concentration de la puissance frigorifique.
2) La réalisation d'un pointeau constitué de deux matériaux possédant des coefficients de dilatation différents et dont l'élément le plus inerte (4 bis) se trouve repoussé très en amont de la partie la plus froide du refroidisseur assure une alimentation maximale en gaz pendant un temps prolongé du fait que le tube (1) et la partie (4) du pointeau sont réalisés dans le même matériau conduisant ces deux éléments à suivre la même loi de rétreint.
3) De ce fait la régulation du débit, donc sa diminution, n'interviendra que lorsque le tube (1) sera intéressé par la progression du froid au-delà du niveau de jonction des éléments (4) et (4 bis) du pointeau du fait d'un rétreint plus important comparé à celui de l'élément (4 bis) du pointeau.
4) Cette diminution progressive du débit découlant du rapprochement du cône du pointeau (4) avec l'orifice de détente (10) tendra vers un point d'équilibre. Celui-ci sera atteint quand le tube (1) se sera stabilisé en température. Ce point d'équilibre est en corrélation étroite avec la température ambiante du gaz, l'angle du pointeau, avec le diamètre de l'orifice de détente, avec la pression d'alimentation.
5) Un fonctionnement dans une ambiance chaude fait apparaître une augmentation du débit du fait d'une élongation plus importante du tube (1) comparée à celle du pointeau, (4) et (4 bis) puisque celui-ci est pour partie composé d'un métal peu sensible aux variations de température.
Dans une ambiance froide ces réactions s'inversent.
6) Enfin les 3 gorges pratiquée sur ia partie cylindro-cônique du pointeau apportent un avantage supplémentaire dans la régulation du débit du fait que la somme des 3 surfaces de fuites qu'elles représentent, comparées à une seule gorge de surface equivalente introduisent un effet secondaire dans la régulation, dû à l'augmentation du nombre de Reynolds, ceci dans le cas d'un fonctionnement découlant d'une température ambiante très basse et qui conduirait la partie cylindro-cônique du pointeau (4) à venir en appui sur le siège de l'orifice (in).

Claims (7)

REVENDICATIONS
1. Régulateur de débit de gaz pour refroidisseur à effet Joule-Thomson comportant un élément tubulaire ((1) à dilatation longitudinale et un pointeau bi-métallique (4) et (4 bis) à dilatation longitudinale, l'élément tubulaire (1) sert de support à un échangeur de chaleur (2) dans lequel circule un gaz frigorigène sous haute pression, lequel après détente et liquéfaction dans une chambre (16) s'échappe à contre-courant au travers de l'échangeur.
2. Régulateur caractérisé par le fait que le pointeau est constitué de deux métaux ayant des coefficients de dilatation différents.
3. Régulateur selon les revendications 1 et 2 caractérisé par le fait que le choix des matériaux des éléments (1) - (4) - et (4 bis) n'est aucunement limitatif.
4. Régulateur caractérisé par le fait que la partie cylindro-cônique du pointeau (4) comporte 3 gorges calibrées dirigées longitudinalement
5. Régulateur caractérisé par le fait que le pointeau (4) et (4 bis) est interne et coaxial au tube (1) à l'intérieur duquel il coulisse librement.
6. Régulateur caractérisé en ce que le point d'ancrage du pointeau se situe hors effet de la zone de froid.
7. Régulateur caractérisé par le fait que l'élément (1) fait partie intégrante du régulateur de débit en association avec le pointeau.
FR8901360A 1989-02-02 1989-02-02 Regulateur de debit de gaz pour refroidisseur a effet joule-thomson Expired - Fee Related FR2642510B1 (fr)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR8901360A FR2642510B1 (fr) 1989-02-02 1989-02-02 Regulateur de debit de gaz pour refroidisseur a effet joule-thomson
EP19900912011 EP0491716A1 (fr) 1989-02-02 1990-07-20 Regulateur de debit de gaz pour refroidisseur a effet joule-thomson
PCT/FR1990/000551 WO1992001894A1 (fr) 1989-02-02 1990-07-20 Regulateur de debit de gaz pour refroidisseur a effet joule-thomson

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR8901360A FR2642510B1 (fr) 1989-02-02 1989-02-02 Regulateur de debit de gaz pour refroidisseur a effet joule-thomson

Publications (2)

Publication Number Publication Date
FR2642510A1 true FR2642510A1 (fr) 1990-08-03
FR2642510B1 FR2642510B1 (fr) 1995-06-16

Family

ID=9378417

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FR8901360A Expired - Fee Related FR2642510B1 (fr) 1989-02-02 1989-02-02 Regulateur de debit de gaz pour refroidisseur a effet joule-thomson

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP0491716A1 (fr)
FR (1) FR2642510B1 (fr)
WO (1) WO1992001894A1 (fr)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1992001894A1 (fr) * 1989-02-02 1992-02-06 Albagnac Rene Regulateur de debit de gaz pour refroidisseur a effet joule-thomson
DE4235752A1 (de) * 1992-10-23 1994-04-28 Licentia Gmbh Kryogene Kühlvorrichtung
EP0747644A2 (fr) * 1995-06-06 1996-12-11 Hughes Missile Systems Company Cryostat Joule-Thomson

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5638818A (en) 1991-03-21 1997-06-17 Masimo Corporation Low noise optical probe
US10188348B2 (en) 2006-06-05 2019-01-29 Masimo Corporation Parameter upgrade system
US7880626B2 (en) 2006-10-12 2011-02-01 Masimo Corporation System and method for monitoring the life of a physiological sensor
US8571619B2 (en) 2009-05-20 2013-10-29 Masimo Corporation Hemoglobin display and patient treatment

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1468862A (fr) * 1965-10-21 1967-02-10 Air Liquide Réfrigérateur miniature; notamment pour détecteur quantique
US3320755A (en) * 1965-11-08 1967-05-23 Air Prod & Chem Cryogenic refrigeration system
US3340893A (en) * 1964-11-20 1967-09-12 Heald Machine Co Throttle
FR1594598A (fr) * 1967-10-02 1970-06-08
US3613689A (en) * 1970-01-13 1971-10-19 Frigitronics Of Conn Inc Cryosurgical apparatus
FR2377588A1 (fr) * 1977-01-13 1978-08-11 Hymatic Eng Co Ltd Appareil de refroidissement cryogenique
EP0005048A1 (fr) * 1978-04-13 1979-10-31 Air Products And Chemicals, Inc. Cryostat
GB2112114A (en) * 1981-12-21 1983-07-13 British Aerospace Valve for cooling apparatus
EP0170948A1 (fr) * 1984-07-30 1986-02-12 Societe Anonyme De Telecommunications (S.A.T.) Régulateur de refroidisseur à effet Joule-Thomson
US4631928A (en) * 1985-10-31 1986-12-30 General Pneumatics Corporation Joule-Thomson apparatus with temperature sensitive annular expansion passageway
EP0245164A1 (fr) * 1986-05-05 1987-11-11 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Refroidisseur joule-thomson

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2150722A (en) * 1931-01-29 1939-03-14 Robertshaw Thermostat Co Thermostat
DE3619580A1 (de) * 1986-06-11 1987-12-17 Licentia Gmbh Kryogene kuehlvorrichtung
FR2642510B1 (fr) * 1989-02-02 1995-06-16 Albagnac Rene Regulateur de debit de gaz pour refroidisseur a effet joule-thomson

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3340893A (en) * 1964-11-20 1967-09-12 Heald Machine Co Throttle
FR1468862A (fr) * 1965-10-21 1967-02-10 Air Liquide Réfrigérateur miniature; notamment pour détecteur quantique
US3320755A (en) * 1965-11-08 1967-05-23 Air Prod & Chem Cryogenic refrigeration system
FR1594598A (fr) * 1967-10-02 1970-06-08
US3613689A (en) * 1970-01-13 1971-10-19 Frigitronics Of Conn Inc Cryosurgical apparatus
FR2377588A1 (fr) * 1977-01-13 1978-08-11 Hymatic Eng Co Ltd Appareil de refroidissement cryogenique
EP0005048A1 (fr) * 1978-04-13 1979-10-31 Air Products And Chemicals, Inc. Cryostat
GB2112114A (en) * 1981-12-21 1983-07-13 British Aerospace Valve for cooling apparatus
EP0170948A1 (fr) * 1984-07-30 1986-02-12 Societe Anonyme De Telecommunications (S.A.T.) Régulateur de refroidisseur à effet Joule-Thomson
US4631928A (en) * 1985-10-31 1986-12-30 General Pneumatics Corporation Joule-Thomson apparatus with temperature sensitive annular expansion passageway
EP0245164A1 (fr) * 1986-05-05 1987-11-11 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Refroidisseur joule-thomson

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1992001894A1 (fr) * 1989-02-02 1992-02-06 Albagnac Rene Regulateur de debit de gaz pour refroidisseur a effet joule-thomson
DE4235752A1 (de) * 1992-10-23 1994-04-28 Licentia Gmbh Kryogene Kühlvorrichtung
EP0747644A2 (fr) * 1995-06-06 1996-12-11 Hughes Missile Systems Company Cryostat Joule-Thomson
EP0747644A3 (fr) * 1995-06-06 1999-01-20 Hughes Missile Systems Company Cryostat Joule-Thomson

Also Published As

Publication number Publication date
FR2642510B1 (fr) 1995-06-16
EP0491716A1 (fr) 1992-07-01
WO1992001894A1 (fr) 1992-02-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5119637A (en) Ultra-high temperature stability Joule-Thomson cooler with capability to accommodate pressure variations
FR2642510A1 (fr) Regulateur de debit de gaz pour refroidisseur a effet joule-thomson
FR2807818A1 (fr) Dispositif pour refroidir et/ou faire tiedir de l&#39;huile
FR2553577A1 (fr) Boitier pour un composant optoelectronique a semi-conducteurs
FR2525331A1 (fr) Refrigerateur cryogenique a fluide
EP0388277B1 (fr) Refroidisseur Joule-Thomson
CA1197107A (fr) Dispositif de regulation d&#39;un refrigerateur a effet joule-thomson
EP1132590A1 (fr) Dispositif thermostatique à deux régimes de régulation commandés sélectivement
FR2875894A1 (fr) Dispositif combine d&#39;echangeur de chaleur interne et d&#39;accumulateur pour un circuit de climatisation
FR2878945A1 (fr) Dispositif de refroidissement
EP0170948B1 (fr) Régulateur de refroidisseur à effet Joule-Thomson
FR2672099A1 (fr) Vanne.
US5598711A (en) Fluid deflection method using a skirt
EP0069346B1 (fr) Dispositif de régulation d&#39;un réfrigérateur à effet Joule Thomson
FR2665753A1 (fr) Appareil de refroidissement cryogene utilisant l&#39;effet joule thompson.
EP1290380B1 (fr) Unite de chauffage de fluide caloporteur pour installation de chauffage central
FR2558735A1 (fr) Cryopiege
FR2963416A1 (fr) Condenseur pour chauffe-eau thermodynamique
WO2002001128A1 (fr) Dispositif de stabilisation thermique d&#39;un objet a refroidir
FR2568357A1 (fr) Procede et sonde de refroidissement par effet joule-thomson
EP0305257B1 (fr) Procédé et dispositif de refroidissement cryogénique d&#39;un objet
FR2540956A1 (fr) Perfectionnements apportes aux vannes vehiculant des fluides cryogeniques
WO2022128434A1 (fr) Dispositif et procédé de réfrigération à dilution
FR2558938A1 (fr) Appareil de refroidissement cryogenique
EP4264146A1 (fr) Dispositif et procédé de réfrigération à dilution

Legal Events

Date Code Title Description
ST Notification of lapse