[发明专利]实施“焦耳-汤姆逊”膨胀原理的制冷装置

说明书

本发明涉及使用“焦耳‑汤姆逊”膨胀原理的制冷装置。该制冷装置包括热交换器，高压流体和低压流体在热交换器内以逆流方式循环。热交换器由堆叠的芯块(5)构成，芯块(5)由多孔材料制成，特别地，芯块(5)由烧结材料制成，堆叠的芯块(5)形成圆柱状芯轴，毛细管(10)在圆柱状芯轴的周缘处缠绕并与圆柱状芯轴接触，毛细管内循环有高压流体，在以这种方式形成的多孔芯轴的内部的逆流中循环有低压流体。

技术领域

本发明属于制冷机的一般领域，特别地，属于旨在允许特定类型的检测器(特别地，为冷却型的红外检测器，也称为量子红外检测器)的操作的制冷设备。

本发明更特别地针对如下类型的装置：该装置作为冷源实施所谓“焦耳-汤姆逊”膨胀原理(the principle of“Joule-Thomson”expansion)。

背景技术

在红外检测器的特定背景中，由于显然的尺寸原因，期望的是限制低温源的体积。实际上，微型低温机经常使用“焦耳-汤姆逊”膨胀原理，因此能够具有高的低温动力(cryogenic power)，于是，能够快速冷却特别是红外检测器或为了红外冷却器的操作需要在相对低的温度下操作的电子部件。

已知这种低温机的性能取决于在流体的膨胀发生之前在高压流体与低压流体之间发生的热交换的效率。因此，热交换的效率是关键的。

为此，现有技术装置使用汉普森型逆流交换器(Hampson-type counterflowexchanger)，其中高压流体在围绕圆柱状套筒或圆柱状芯轴并由绝缘泡沫封闭的毛细管中流动。热交换在套筒的周缘处进行，其中低压流体在套筒处在逆流中循环。

为了优化这种热交换，通过设置具有径向散热片(fin)的毛细管提供在高压流体与低压流体之间的增加的交换表面积。然而，如果由此确实增加了热交换表面积，则归因于散热片的厚度，散热片的存在增加了两个连续螺旋之间的间隔，由此对于给定长度的芯轴减少了毛细管的螺旋数量，至少部分地中和了所期望的交换优化。

为了相同的目的，已经提供了增加的交换器长度，特别地，提供了增加的毛细管长度。然后，出现了所述交换器的尺寸问题，因此出现制冷机的尺寸问题。

已经提供了使交换器中的轴向传导减少，交换器中的轴向传导是芯轴的使用所固有的并且是效率损失的源头。

本发明旨在提供如下类型的装置：该装置能够在不改变现有装置的尺寸的情况下特别地通过减小装置的冷却时间来增加这种装置的效率，或者相反地，该装置能够在冷却时间恒定的情况下减小这种装置的尺寸。

发明内容

为此，本发明提供实施“焦耳-汤姆逊”膨胀原理的制冷装置，制冷装置包括热交换器，高压流体和低压流体在热交换器中以逆流方式循环。

根据本发明，热交换器由堆叠的芯块(pellets)形成，芯块由多孔材料制成，特别地，芯块由烧结材料制成，堆叠的芯块形成圆柱状芯轴，毛细管与圆柱状芯轴接触地缠绕圆柱状芯轴，高压流体循环通过毛细管，在由此形成的多孔芯轴的内部的逆流中循环有低压流体。

此外，典型地由玻璃纤维制成的热绝缘多孔织物插于由烧结材料制成的的各芯块之间。

换言之，本发明基本上包括以堆叠的多孔烧结材料代替现有技术的芯轴和散热片，帮助低压流体与高压流体之间的热交换，其中高压流体在与所述材料接触的周缘毛细管中循环。

这种交换的优化源自于形成芯轴的材料的本质，并且这种交换的优化还能够消除使现有技术的热交换优化的散热片，于是能够优化其中循环有高压流体的毛细管的螺旋集中度(spiral concentration)，于是能够优化制冷装置的紧凑性。

此外，由于在烧结材料的芯块之间插有典型地由玻璃纤维制成因而不导热的热绝缘栅格，所以轴向传导被减少，于是优化了制冷装置的操作。