RU170671U1 - Combined deep-cooling system for photodetectors - Google Patents
Combined deep-cooling system for photodetectors Download PDFInfo
- Publication number
- RU170671U1 RU170671U1 RU2016147373U RU2016147373U RU170671U1 RU 170671 U1 RU170671 U1 RU 170671U1 RU 2016147373 U RU2016147373 U RU 2016147373U RU 2016147373 U RU2016147373 U RU 2016147373U RU 170671 U1 RU170671 U1 RU 170671U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- iss
- cryostat
- photodetectors
- cryogenic
- heat
- Prior art date
Links
- 238000001816 cooling Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 17
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 12
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims abstract description 12
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 5
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 claims description 2
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 claims 1
- 230000005288 electromagnetic effect Effects 0.000 abstract description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 abstract description 2
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 abstract 1
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 2
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 2
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 description 2
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Images
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
- F25B9/14—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the cycle used, e.g. Stirling cycle
-
- G—PHYSICS
- G12—INSTRUMENT DETAILS
- G12B—CONSTRUCTIONAL DETAILS OF INSTRUMENTS, OR COMPARABLE DETAILS OF OTHER APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G12B15/00—Cooling
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/024—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation
Abstract
Полезная модель относится к области криогенной техники и криогенных холодильных машин, работающих по обратному циклу Стерлинга, может быть использована для охлаждения приемников инфракрасного излучения, лазеров, элементов радиоэлектронной аппаратуры и других объектов, выполняющих исследования в космосе.Комбинированная система глубокого охлаждения фотоприемных устройств (СГО ФПУ) содержит две микрокриогенные системы (МКС) по циклу Стерлинга хладопроизводительностью 10 Вт каждая, тепловые трубы от МКС к криостату, криостат с плавящимся веществом, закрепленный через теплоизолирующие втулки с герметичным корпусом, медные хладопроводы от криостата к фотоприемным устройствам, при этом две МКС циклически работают поочередно. В качестве криогенного вещества использован Аргон.Обеспечено продление общего ресурса активной работы аппаратуры системы глубокого охлаждения фотоприемных устройств порядка 7-10 лет, при этом уменьшено механическое (вибрационное) и электромагнитное воздействие, создаваемое при работе МКС, на работу аппаратуры космического аппарата. 1 з.п. ф-лы, фиг. 1The utility model relates to the field of cryogenic technology and cryogenic refrigerators operating on the reverse Stirling cycle, can be used to cool infrared radiation receivers, lasers, elements of electronic equipment and other objects performing research in space. A combined system of deep cooling of photodetector devices ) contains two microcryogenic systems (ISS) according to the Sterling cycle with a cooling capacity of 10 W each, heat pipes from the ISS to a cryostat, a cryostat with melting I am a substance fixed through heat-insulating sleeves with a sealed casing, copper cold pipes from the cryostat to photodetectors, while the two ISS cyclically work alternately. Argon was used as a cryogenic substance. The total resource of active work of the equipment of the deep cooling system of photodetector devices was prolonged for about 7-10 years, while the mechanical (vibrational) and electromagnetic effects created by the ISS during the operation of the spacecraft equipment were reduced. 1 s.p. f-ly, fig. one
Description
Полезная модель относится к области криогенной техники, криогенных холодильных машин, работающих по обратному циклу Стерлинга, и может быть использована для охлаждения приемников инфракрасного излучения, лазеров, элементов радиоэлектронной аппаратуры и других объектов, выполняющих исследования в космосе.The utility model relates to the field of cryogenic technology, cryogenic refrigerators operating in the reverse Sterling cycle, and can be used to cool infrared radiation receivers, lasers, electronic components and other objects performing research in space.
Известны комбинированные системы глубокого охлаждения фотоприемных устройств на основе аккумуляторов холода на плавящихся веществах при азотных температурах (см. Формозов Б.Н., Аэрокосмические фотоприемные устройства в видимом и инфракрасном диапазонах. Учеб. Пособие /СПб ГУАП. СПб., 2002 г., стр. 91-94). Известные системы имеют недостаточный ресурс использования, не более 3-5 лет.Known combined deep cooling systems for photodetectors based on cold accumulators on melting substances at nitrogen temperatures (see Formozov B.N., Aerospace photodetectors in the visible and infrared ranges. Textbook. Manual / SPb SUAI. St. Petersburg, 2002, p. . 91-94). Known systems have an insufficient resource of use, not more than 3-5 years.
Наиболее близкой по техническому уровню к заявленной полезной модели является криостатированная система глубокого охлаждения фотоприемного устройства (патент RU 2206027, МКИ F25B 9/14).The closest in technical level to the claimed utility model is a cryostatized deep cooling system of a photodetector (patent RU 2206027, MKI F25B 9/14).
Данная система глубокого охлаждения фотоприемного устройства (ФПУ) содержит охладитель Стерлинга, хладопровод с расположенным на нем твердотельным телевизионным фотоэлектрическим преобразователем, циркуляционный теплообменный контур и двухклапанный сильфонный мембранный насос с приводом, совершающим возвратно-поступательное движение. Контейнер с плавящимся криогенным веществом (криостат) закреплен на тепловом экране с помощью низкотеплопроводных опор из стеклопластиков и теплоизолирован от охладителя с помощью капилляров с низким значением коэффициента теплопроводности. Криогенная жидкость циркуляционного теплообменного контура имеет температуру тройной точки значительно ниже соответствующей температуры плавления плавящегося криогенного вещества, а температуру нормального кипения значительно выше температуры тройной точки плавящегося криогенного вещества. Хладопровод с твердотельным телевизионным фотоэлектрическим преобразователем также закреплен на тепловом экране с помощью низкотеплопроводных опор из стеклопластиков и теплоизолирован от контейнера с плавящимся криогенным веществом с помощью капилляров из материала с низкой теплопроводностью.This system of deep cooling of a photodetector (FPU) contains a Sterling cooler, a cold pipe with a solid-state television photoelectric converter located on it, a circulation heat exchange circuit and a two-valve bellows diaphragm pump with a reciprocating drive. A container with a melting cryogenic substance (cryostat) is mounted on a heat shield using low-conductive fiberglass supports and is insulated from the cooler using capillaries with a low value of thermal conductivity. The cryogenic liquid of the circulation heat exchange circuit has a triple point temperature significantly lower than the corresponding melting temperature of the melting cryogenic substance, and the normal boiling point is much higher than the triple point temperature of the melting cryogenic substance. A cold pipe with a solid-state television photoelectric converter is also mounted on a heat shield using low-conductive fiberglass supports and is insulated from a container with a melting cryogenic substance using capillaries made of a material with low thermal conductivity.
Данное устройство выбрано в качестве прототипа.This device is selected as a prototype.
Недостатками известного устройства являются ограниченный ресурс эксплуатации от 3 до 5 лет и часто повторяющаяся периодичность включения двигателя микрокриогенной системы (МКС), во время которого невозможна эксплуатация ФПУ по прямому назначению из-за электрических и вибрационных помех от работающего электродвигателя МКС.The disadvantages of the known device are the limited service life of 3 to 5 years and the often repeated frequency of turning on the engine of the microcryogenic system (ISS), during which the FPU cannot be used for its intended purpose due to electrical and vibration interference from the operating ISS electric motor.
Целью полезной модели является продление ресурса эксплуатации до 7-10 лет и сокращение периодичности времени работы микрокриогенных систем.The purpose of the utility model is to extend the service life to 7-10 years and reduce the frequency of operation of microcryogenic systems.
Цель достигается за счет того, что в комбинированную систему глубокого охлаждения ФПУ, содержащую первую микрокриогенную систему по циклу Стерлинга, тепловые трубы от МКС к криостату, криостат с плавящимся веществом, закрепленный через теплоизолирующие втулки с герметичным корпусом, медные хладопроводы от криостата к ФПУ, введена вторая микрокриогенная система, причем хладопроизводительность каждой МКС равна 10 Вт, а МКС включаются циклически и поочередно.The goal is achieved due to the fact that heat pipes from the ISS to the cryostat, a cryostat with fusible material, fixed through heat-insulating sleeves with a sealed casing, and copper refrigerant pipes from the cryostat to the FPU are introduced into the combined FPU deep cooling system containing the first microcryogenic system according to the Sterling cycle the second microcryogenic system, and the refrigerating capacity of each ISS is 10 W, and the ISS are turned on cyclically and alternately.
В качестве криогенного вещества может быть использован инертный газ Аргон (Ar), имеющий температуру плавления 83,8K, что соответствует минус 189,35°С.An inert gas Argon (Ar) having a melting point of 83.8 K, which corresponds to minus 189.35 ° C, can be used as a cryogenic substance.
Полезная модель - комбинированная система глубокого охлаждения ФПУ поясняется рисунком фиг. 1, где:Utility model — a combined FPU deep cooling system is illustrated by the figure in FIG. 1, where:
1 - контейнером с плавящимся криогенным веществом (криостат);1 - a container with a melting cryogenic substance (cryostat);
2 - первая микрокриогенная система;2 - the first microcryogenic system;
3 - диодные тепловые трубы;3 - diode heat pipes;
4 - медные хладопроводы;4 - copper cold lines;
5 - комплекс фотоприемных устройств;5 - a complex of photodetectors;
6 - ресивер;6 - receiver;
7 - теплоизолирующие втулки;7 - heat insulating bushings;
8 - герметичный корпус;8 - sealed housing;
9 - клапан разгерметизации;9 - depressurization valve;
10 - вторая микрокриогенная система;10 - the second microcryogenic system;
11 - тепловые трубы - отвод тепла от МКС.11 - heat pipes - heat removal from the ISS.
Комбинированная система глубокого охлаждения фотоприемного устройства содержит герметичный корпус 8, в котором установлена система охлаждаемых ФПУ 5 и контейнер с плавящимся веществом (криостат) 1, закрепленный внутри корпуса 8 теплоизолирующими втулками 7. Комплекс из двух микрокриогенных систем 2 и 10 на базе газовых криогенных машин типа Сплит-Стирлинга обеспечивает охлаждение криостата 1 до уровня рабочих температур (83±2)K через кислородные диодные тепловые трубы 3. Отвод тепла от фотоприемных устройств 5 к криостату 1 осуществляется через медные хладопроводы 4. Вся система размещается в герметичном корпусе 8. На корпусе 8 располагается клапан 9, предназначенный для разгерметизации изделия в космосе. Криостат 1 через трубопроводы соединен с ресивером 6, который служит для снижения давления в криостате 1, когда система находится в «теплом» состоянии и теплоаккумулирующее вещество переходит в газообразное состояние, что позволяет делать длительные перерывы в работе аппаратуры КА. Отвод тепла от микрокриогенных систем 2 и 10 в процессе работы происходит через тепловые трубы 11 в систему обеспечения теплового режима космического аппарата (СОТР КА).The combined deep-cooling system of the photodetector contains a sealed
Комбинированная система глубокого охлаждения фотоприемных устройств работает следующим образом.The combined deep cooling system of photodetectors works as follows.
После выведения КА на орбиту, для вакуумирования внутреннего объема системы, происходит открытие клапана разгерметизации 9 и начинает работать система обеспечения теплового режима СОТР КА, создавая рабочую температуру комплекса из двух МКС 2 и 10 в диапазоне температур от минус 20°С до плюс 35°С. При наземной эксплуатации и на этапе вывода КА на орбиту ресивер 6 и сообщающийся с ним криостат 1 заполнены теплоаккумулирующим веществом в газообразном состоянии, например, Аргоном. Комплекс из двух МКС 2 и 10 обеспечивает охлаждение криостата 1 до температуры кристаллизации теплоаккумулирующего вещества. После окончания процесса кристаллизации первая и вторая МКС 2 и 10 выключаются. Дальнейшее поддержание температуры для охлаждения фотоприемных устройств 5 осуществляется за счет фазового перехода теплоаккумулирующего вещества из твердой фазы в жидкую фазу (плавления). После того как все вещество перейдет в жидкую фазу, один из двух МКС 2 или 10 снова включается. Поддержание стабильных значений температуры фотоприемных устройств в заданном диапазоне температур обеспечивается поочередной циклической работой комплекса МКС. Циклограмма работы МКС подбирается таким образом, чтобы период активной работы аппаратуры КА совпадал с перерывом в работе МКС, что позволяет исключить механическое (вибрационное) и электромагнитное воздействие, создаваемое при работе МКС, на работу аппаратуры КА.After the spacecraft is put into orbit, to evacuate the internal volume of the system, the depressurization valve 9 opens and the system for providing thermal control of the SOTR spacecraft begins to work, creating the operating temperature of the complex from two ISS 2 and 10 in the temperature range from minus 20 ° С to plus 35 ° С . During ground operation and at the stage of launching the spacecraft into orbit, the receiver 6 and the cryostat 1 communicating with it are filled with a heat-accumulating substance in a gaseous state, for example, Argon. The complex of two
В состав изделия входят две микрокриогенные системы мощностью холодопроизводительность около 10 Вт каждая, причем ресурс каждой из них составляет порядка 10000 ч. Циклическая поочередная работа двух МКС значительно уменьшает влияние работы МКС на аппаратуру КА за счет более быстрого охлаждения криостата, что позволяет обеспечить общий ресурс активной работы аппаратуры КА порядка 7-10 лет.The structure of the product includes two microcryogenic systems with a cooling capacity of about 10 W each, and each of them has a life of about 10,000 hours. Cyclical alternate operation of two ISS significantly reduces the effect of the ISS operation on the spacecraft due to faster cooling of the cryostat, which allows providing a common active resource operation of spacecraft equipment for about 7-10 years.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016147373U RU170671U1 (en) | 2016-12-02 | 2016-12-02 | Combined deep-cooling system for photodetectors |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016147373U RU170671U1 (en) | 2016-12-02 | 2016-12-02 | Combined deep-cooling system for photodetectors |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU170671U1 true RU170671U1 (en) | 2017-05-03 |
Family
ID=58697188
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016147373U RU170671U1 (en) | 2016-12-02 | 2016-12-02 | Combined deep-cooling system for photodetectors |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU170671U1 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2702269A1 (en) * | 1993-03-02 | 1994-09-09 | Cryotechnologies | Chiller fitted with a cold finger of the pulsed tube type. |
RU2206027C2 (en) * | 2001-04-09 | 2003-06-10 | Формозов Борис Николаевич | Cryostatted photodetecting system for extra- atmospheric astronomy, space exploration, and remote earth sounding |
RU161595U1 (en) * | 2015-10-15 | 2016-04-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт машиностроения" (ФГУП ЦНИИмаш) | SYSTEM OF THERMAL STABILIZATION OF PHOTO RECEPTION DEVICE FOR INFRARED SPACE APPARATUS OF THE REMOTE SURVEILLANCE OF THE EARTH WITH A CYCLIC OPERATION MODE |
-
2016
- 2016-12-02 RU RU2016147373U patent/RU170671U1/en active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2702269A1 (en) * | 1993-03-02 | 1994-09-09 | Cryotechnologies | Chiller fitted with a cold finger of the pulsed tube type. |
RU2206027C2 (en) * | 2001-04-09 | 2003-06-10 | Формозов Борис Николаевич | Cryostatted photodetecting system for extra- atmospheric astronomy, space exploration, and remote earth sounding |
RU161595U1 (en) * | 2015-10-15 | 2016-04-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт машиностроения" (ФГУП ЦНИИмаш) | SYSTEM OF THERMAL STABILIZATION OF PHOTO RECEPTION DEVICE FOR INFRARED SPACE APPARATUS OF THE REMOTE SURVEILLANCE OF THE EARTH WITH A CYCLIC OPERATION MODE |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Грезин А.К., Зиновьев В.С., Микрокриогенная техника, Москва, Машиностроение, 1977. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN101307862B (en) | Conduction cooling superconducting magnet dewar convenient for loading and unloading | |
CN106679217B (en) | Mechanical vibration isolation liquid helium recondensation low-temperature refrigeration system | |
JP5665963B2 (en) | Superconducting cable cooling system | |
CN106461291B (en) | Refrigeration system | |
CN101692368B (en) | High-temperature superconductive magnet system for magnetically confined plasma propeller | |
EP3477225B1 (en) | Cryogenic system | |
CN102980321B (en) | Multi-stage pulse tube refrigerator adopting relay linear compressor | |
WO1997007368A1 (en) | Refrigerator with interior mounted heat pump | |
Kotsubo et al. | Compact 2.2 K cooling system for superconducting nanowire single photon detectors | |
ES2358356T3 (en) | REFRIGERATION SYSTEM FOR SUPERCONDUCTING DEVICES. | |
US10030919B2 (en) | Cooling apparatus for superconductor | |
CA2875270C (en) | Scalable apparatus and arrangement for storing and releasing energy | |
RU170671U1 (en) | Combined deep-cooling system for photodetectors | |
Penswick et al. | High-capacity and efficiency Stirling cycle cryocooler | |
US6640552B1 (en) | Cryogenic superconductor cooling system | |
JPWO2015002200A1 (en) | Superconducting power transmission system and cooling method | |
Shirron et al. | Salt pill design and fabrication for adiabatic demagnetization refrigerators | |
US3397549A (en) | Cyclic desorption refrigerator | |
Trollier et al. | Remote helium cooling loops for laboratory applications | |
Caughley et al. | Commercial pulse tube cryocoolers producing 330 W and 1000 W at 77 K for liquefaction | |
JP2007078310A (en) | Cryogenic cooling device | |
Agapov et al. | Cryogenics for the future accelerator complex NICA at JINR | |
JP2020056533A (en) | Cryogenic temperature cooling device | |
Cao et al. | Theoretical and experimental study on a pulse tube cryocooler driven with a linear compressor | |
Oguri et al. | Note: Sub-Kelvin refrigeration with dry-coolers on a rotating system |