EP0388277A2 - Refroidisseur Joule-Thomson - Google Patents

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EP0388277A2
EP0388277A2 EP90400656A EP90400656A EP0388277A2 EP 0388277 A2 EP0388277 A2 EP 0388277A2 EP 90400656 A EP90400656 A EP 90400656A EP 90400656 A EP90400656 A EP 90400656A EP 0388277 A2 EP0388277 A2 EP 0388277A2
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EP
European Patent Office
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shutter
cooler
cooler according
working gas
chamber
Prior art date
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EP90400656A
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German (de)
English (en)
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EP0388277A3 (en
EP0388277B1 (fr
Inventor
Serge Reale
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.)
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Original Assignee
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Publication date
Application filed by Air Liquide SA, LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude filed Critical Air Liquide SA
Publication of EP0388277A2 publication Critical patent/EP0388277A2/fr
Publication of EP0388277A3 publication Critical patent/EP0388277A3/fr
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Publication of EP0388277B1 publication Critical patent/EP0388277B1/fr
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    • 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

Definitions

  • the present invention relates to Joule-Thomson coolers of the type comprising a high-pressure working gas line terminating in an expansion orifice formed in a shutter seat and opening into a low-pressure discharge circuit in heat exchange relationship. with the high pressure line, a shutter adapted to reduce the cross section of the expanded gas at the end of the cooling of the cooler, and actuating means for suddenly moving the shutter from a first position, where the orifice of trigger is free, in a second position where this orifice is at least partially hidden.
  • a cooler of this type, with electrical actuation means is described in document EP-A-0245164 in the name of the applicant.
  • the present invention aims to provide a cooler of this type with rapid actuation, which is particularly reliable and simple to produce.
  • the actuation means comprise a bulb actuator including an auxiliary gas capacity disposed in the cold part of the cooler, in heat exchange relationship, direct or indirect, with a zone of the circuit of low pressure return of the working gas, and connected to a chamber of much larger volume arranged in the hot part of the cooler.
  • a bulb actuator including an auxiliary gas capacity disposed in the cold part of the cooler, in heat exchange relationship, direct or indirect, with a zone of the circuit of low pressure return of the working gas, and connected to a chamber of much larger volume arranged in the hot part of the cooler.
  • the chamber is delimited by a bellows to which is linked the actuating rod of the shutter, the bellows exerting a bias in the direction tending to close the shutter;
  • the auxiliary gas is liquefiable at a temperature above the start temperature of liquefaction of the working gas and relatively close to this temperature.
  • relatively similar temperature is meant a temperature reached at an instant very close to the instant when the working gas begins to liquefy.
  • the Joule-Thomson cooler shown in Figure 1 is combined with a U-section Dewar 1 comprising an outer casing 2 and a central well 3 open upwards and closed at its lower part by an element 4 to be refrigerated, which is by example a disk-shaped infrared detector.
  • the cooler itself comprises a head 5, a tubular core 6, a winding 7 for circulating working gas, and a two-flow valve 8.
  • This cooler is miniaturized to reduce its thermal inertia, the internal diameter of the well 3 being on the order of 4 to 5 mm.
  • the head 5 forms a cylindrical housing which is extended downwards by a peripheral collar 9 fixed on the upper face of the Dewar.
  • the housing has in its lower face a central opening 10 from which the core 6 leaves, which carries at its lower end a shutter seat 11.
  • the winding 7 comprises a high pressure working gas line 12 whose upstream end passes through the head 5 and is connected to a source 13 of a working gas under high pressure, and which is helically wound between the core 6 and the well 13, in a conventional manner in the art.
  • This winding 7 ends in the vicinity of the lower end of the core 6 and defines between these turns a return path of the working gas after expansion, which opens into the surrounding atmosphere by lights 14 pierced in the flange 9.
  • the pipe 12 ends with a short section 12 ′ fitted into the seat 11 and communicating with an expansion orifice 15 formed in the seat 11.
  • the valve 8 comprises a shutter 16 fixed to the lower end of an actuating rod 17, and a bulb actuator 18.
  • the seat 11 has a transverse bore 110 into which the expansion orifice 15 opens out centrally and into which the end of the pipe section 12 'is fitted.
  • the shutter is produced in the form of a conical needle 16 secured to a tubular extension 170 of the rod 17.
  • the end of the transverse bore 110 is provided with a restriction 30 providing a very low permanent leakage rate f (of the order of 5 to 10 times) at the nominal flow rate F of the orifice 15.
  • the restriction can be ensured by a pin 31 threaded with clearance in a section of tube 120 fitted into the bore 110.
  • the leakage rate can be ensured by planar grinding 32 in the conical end portion of the needle 16, providing a clearance j.
  • the rod 17 extends upwards through the entire core 6 and into the head 5, where it is suspended from a horizontal plate 19.
  • An annular chamber 21 is thus defined in the head 5 around the bellows 20.
  • a capillary tube 22 starting from the chamber 21 crosses the sealed wall of the lower wall of this chamber, crosses radially in leaktight manner an orifice 23 provided at the upper end of the core 6, extends downwards along this core , between the latter and the rod 17, and ends with a small capacity forming a heat exchanger 24 constituted by a small number of turns (3 turns in the example shown) brazed on the internal face of the core 6 and adjacent to the seat 11.
  • the lower end of the capillary 22 is hermetically closed.
  • the volume of the heat exchanger 24 is much less than that of the chamber 21, for example 2 mm3 for the exchanger and from 50 mm3 to 150 mm3 for the chamber 21.
  • the chamber 21 and the capillary 22 are filled with an auxiliary gas meeting the following conditions: - start temperature of liquefaction higher than the start temperature of liquefaction of the working gas taking into account the pressure drops of the low pressure circuit and relatively close to this temperature, and triple point relatively close to the same temperature; - critical temperature below the minimum ambient temperature, for example below - 40 ° C, to guarantee that the auxiliary gas remains in the gaseous state as long as the appliance is not cold; - preferably, absence of toxicity, instability and reaction with helium (this to allow leakage tests by mixing a few% of helium).
  • the bellows 20 is produced, during manufacture, so as to have an elasticity tending to close the shutter 16, this closing force being compensated by the inflation pressure of the auxiliary gas on the active surface of the bellows 20.
  • the stressing force in extension (of the order of 200 grams) is provided by a spring 200 disposed around the bellows 20 between the plate 19 and the bottom of the chamber 21.
  • the spring also makes it possible to increase the closing force, thus helping to increase the closing speed of the shutter, and to obtain variable performance by playing on the inflation pressure of the bulb with different types of condensable gas and / or by positioning the heat exchanger 24 higher or lower in the core 6, or by placing it, outside the core 6, in the circuit low pressure return of the working gas, in the coil 7, which improves the heat exchange between the cryogenic working liquid and the auxiliary gas driving the bulb.
  • the working gas is preferably argon or nitrogen and the auxiliary gas is methane, CO2, ethylene or krypton.
  • the pressure of the working gas is chosen so as to allow the actuator 18 to operate, which will be described below, whatever the temperature of the environment and whatever the pressure drops of the low pressure circuit, which may reach 6 to 8 bars at the end of cooling and lead to the establishment of a similar pressure inside the bellows 20.
  • the pressure of the auxiliary gas compresses the bellows, which lowers the rod 17 until a stop 25 carried by it rests on the bottom wall of the chamber 21.
  • the shutter 16 is then lifted off from its seat, over an axial distance of the order of a tenth of a millimeter.
  • the high pressure gas can be considered as flowing freely, after its expansion, in the lower space 26 of the well 3 adjacent to the element 4.
  • a solenoid valve 27 controlling the pipe 12 When the device is cooled, a solenoid valve 27 controlling the pipe 12 is opened.
  • the high pressure gas flows in the pipe 12 and is expanded at a high flow rate as the orifice 15 passes.
  • the expanded gas and, as a result, cooled, rises between the turns of the winding 7 until it is discharged into the surrounding atmosphere through the ports 14, by cooling against the current the high pressure working gas.
  • the temperature of the expanded gas decreases more and more, until the appearance of liquid in the chamber 26.
  • the temperature in chamber 26 is then approximately 120 ° K and is obtained after a cooling time of the order of 1 second. Very shortly before this instant, the temperature passes through the liquefaction or solidification temperature of the working gas under the inflation pressure of the actuator 18.
  • the small volume of working gas contained in the exchanger 24 liquefies or then suddenly solidifies, which causes the pressure in the chamber 21 to drop below the pressure prevailing in the chamber 26 and therefore in the bellows, thus releasing the mechanical action of the bellows: the plate 19 therefore rises suddenly and causes l application of the shutter 16 on its seat, closing the orifice 15 and leaving only a minimal leak rate.
  • the expanded gas flow is thus suddenly reduced to a low value but sufficient to keep the device cold; the pressure drop of the low pressure circuit is reduced by the same amount, and the temperature of the liquid contained in the chamber 26 drops to a value close to the boiling point at atmospheric pressure of the working gas.
  • the gas flow rate is very low, the device can be kept cold for an extended period of time.
  • the device thus described allows both: - obtain a very short cooling time, thanks to the high flow of working gas maintained until the end of cooling; - obtain a very low final temperature, thanks to the maximum reduction of the exchange loss of the low pressure circuit after cooling down; - ensure an extremely fast and reliable response from the actuator; - to have a very long operating autonomy, thanks to the low flow rate of working gas maintained after cooling down; - to agree with different working gases, in particular argon and nitrogen, thanks to the choice of properties of changes of state of the auxiliary gas.
  • the chamber 21, being located in the hot part can have relatively large dimensions, and it is the same for the plate 19, which allows a large range of choice for the characteristics of the actuator according to the gases used.
  • the seat 11, formed at the end of the rod 17, has a conical shape extending downwards.
  • the section 12 ′ is fitted into a conduit 121 extended by a nozzle 122 forming the restriction 30 and communicating via a conduit 150 with the expansion orifice 15 opening into the frustoconical wall of the seat.
  • the shutter 16, formed in the extension of the rod 17 is advantageously shaped as a double truncated cone of the same conicity as the seat 11, the lower part having a smaller thickness so as to provide, in the closed position shown, a peripheral clearance j providing a leakage rate parallel to that of the restriction 30 and limiting the risks of occlusion of the orifice 15.

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Abstract

L'obturateur (16) de ce refroidisseur est commandé par un actionneur à bulbe (18) qui comprend une capacité (24) de gaz auxiliaire disposée dans la partie froide du refroidisseur et reliée à une chambre (21) de volume très supérieur disposée dans la partie chaude du refroidisseur.
Application au refroidissement des détecteurs infra-rouge.

Description

  • La présente invention concerne les refroidisseurs Joule-Thomson du type comprenant une conduite de gaz de travail haute pression se terminant par un orifice de détente formé dans un siège d'obturateur et débouchant dans un circuit d'évacuation basse pression en relation d'échange thermique avec la conduite haute pression, un obturateur adapté pour réduire la section de passage du gaz détendu en fin de mise en froid du refroidisseur, et des moyens d'actionnement pour déplacer brusquement l'obturateur d'une première position, où l'orifice de détente est libre, à une seconde position où cet orifice est au moins partiellement masqué. Un refroidisseur de ce type, avec des moyens d'actionnenent électriques, est décrit dans le document EP-A-0245164 au nom de la demanderesse.
  • La présente invention a pour but de fournir un refroidisseur de ce type à actionnenent rapide, qui soit particulièrement fiable et simple à réaliser.
  • A cet effet, selon l'invention, les moyens d'actionnement comprennent un actionneur à bulbe incluant une capacité de gaz auxiliaire disposée dans la partie froide du refroidisseur, en relation d'échange thermique, direct ou indirect, avec une zone du circuit de retour basse pression du gaz de travail, et reliée à une chambre de volume très supérieur disposée dans la partie chaude du refroidisseur. - Le docunent FR-A-2039956 décrit un refroidisseur Joule-Thomson à actionnement progressif au fur et à mesure que l'extrémité du conduit de gaz auxiliaire est immergée dans le réfrigérant liquide en fonds de cuve. D'autre part, l'actionneur de ce document fonctionne par aspiration lorsque la pression de bulbe devient inférieure à la pression ambiante , ce qui pose des problèmes pour des utilisations en haute altitude, notamment en aéronautique.
    Selon des caractéristiques particulières de l'invention :
    - la chambre est délimitée par un soufflet auquel est liée la tige d'actionnement de l'obturateur, le soufflet exerçant une sollicitation dans le sens tendant à fermer l'obturateur ;
    - le gaz auxiliaire est liquéfiable à une température supérieure à la température de début de liquéfaction du gaz de travail et relativement voisine de cette température.
  • Par "température relativement voisine", comme on le comprendra par la suite, on entend une température atteinte à un instant très voisin de l'instant où le gaz de travail commence à se liquéfier.
  • Des exemples de réalisation de l'invention vont maintenant être décrits en relation avec les dessins annexés, sur lesquels :
    • - la figure 1 est une vue schématique en coupe longitudinale d'un refroidisseur Joule-Thomson selon l'invention;
    • - la figure 2 représente schématiquement, à plus grande échelle, l'obturateur du refroidisseur de la Figure 1 ; et
    • - la figure 3 est une vue analogue d'une variante d'obturateur.
  • Le refroidisseur Joule-Thomson représenté à la figure 1 est combiné à un Dewar 1 à section en U comprenant une enveloppe extérieure 2 et un puits central 3 ouvert vers le haut et obturé à sa partie inférieure par un élément 4 à réfrigérer, qui est par exemple un détecteur infra-rouge en forme de disque.
  • Le refroidisseur comprend lui-même une tête 5, un noyau tubulaire 6, un bobinage 7 de circulation de gaz de travail, et une vanne à deux débits 8. Ce refroidisseur est miniaturisé pour diminuer son inertie thermique, le diamètre intérieur du puits 3 étant de l'ordre de 4 à 5 mm.
  • La tête 5 forme un boîtier cylindrique qui est prolongé vers le bas par une collerette périphérique 9 fixée sur la face supérieure du Dewar. Le boîtier présente dans sa face inférieure une ouverture centrale 10 d'où part le noyau 6, lequel porte à son extrémité inférieure un siège d'obturateur 11.
  • Le bobinage 7 comprend une conduite de gaz de travail haute pression 12 dont l'extrémité amont traverse la tête 5 et est reliée à une source 13 d'un gaz de travail sous pression élevée, et qui est bobiné en hélice entre le noyau 6 et le puits 13, d'une manière classique dans la technique. Ce bobinage 7 se termine au voisinage de l'extrémité inférieure du noyau 6 et définit entre ces spires un trajet de retour du gaz de travail après détente, lequel débouche dans l'atmosphère environnante par des lumières 14 perçées dans la collerette 9. La conduite 12 se termine par un court tronçon 12′ emmanché dans le siège 11 et communiquant avec un orifice de détente 15 formé dans le siège 11.
  • La vanne 8 comprend un obturateur 16 fixé à l'extrémité inferieure d'une tige d'actionnement 17, et un actionneur à bulbe 18.
  • Dans le mode de réalisation des figures 1 et 2, le siège 11 comporte un alésage transversal 110 dans lequel débouche centralement l'orifice de détente 15 et dans lequel est emmanché l'extrémité du tronçon de conduite 12′. L'obturateur est réalisé sous la forme d'un pointeau conique 16 solidarisé à une extension tubulaire 170 de la tige 17. L'extrêmité de l'alésage transversal 110 est pourvue d'une restriction 30 ménageant un débit de fuite permanent f très inférieur (de l'ordre de 5 à 10 fois) au débit nominal F de l'orifice 15. Comme représenté sur le figure 2, la restriction peut être assurée par une épingle 31 enfilée avec jeu dans un tronçon de tube 120 emmanché dans l'alésage 110. En variante, comme représenté schématiquement sur la figure 2, le débit de fuite peut être assuré par un meulage plan 32 dans la partie d'extrémité conique du pointeau 16, ménageant un jeu j de fuite.
  • La tige 17 s'étend vers le haut à travers tout le noyau 6 et jusque dans la tête 5, où elle est suspendue à un plateau horizontal 19. Un soufflet métallique 20, typiquement en acier inoxydable, relie à joint étanche la périphérie de ce plateau à celle de l'ouverture 10. Une chambre annulaire 21 est ainsi définie dans la tête 5 autour du soufflet 20.
  • Un tube capillaire 22 partant de la chambre 21 traverse à joint étanche la paroi inférieure de cette chambre, traverse radialement de façon étanche un orifice 23 prévu à l'extrémité supérieure du noyau 6, s'étend vers le bas tout le long de ce noyau, entre celui-ci et la tige 17, et se termine par une petite capacité formant échangeur de chaleur 24 constitué par un petit nombre de spires (3 spires dans l'exemple représenté) brasées sur la face interne du noyau 6 et adjacentes au siège 11. L'extrémité inférieure du capillaire 22 est hermétiquement fermée.
  • Le volume de l'échangeur de chaleur 24 est très inférieur à celui de la chambre 21, par exemple 2 mm³ pour l'échangeur et de 50 mm³ à 150 mm³ pour la chambre 21. La chambre 21 et le capillaire 22 sont emplis d'un gaz auxiliaire répondant aux conditions suivantes :
    - température de début de liquéfaction supérieure à la température de début de liquéfaction du gaz de travail compte-tenu des pertes de charge du circuit basse pression et relativement voisine de cette température, et point triple relativement voisin de la même température ;
    - température critique inférieure à la température minimale de l'environnement, par exemple inférieure à - 40°C, pour garantir que le gaz auxiliaire reste à l'état gazeux tant que l'appareil n'est pas en froid ;
    - de préférence, absence de toxicité, d'instabilité et de réaction avec l'hélium (ceci pour permettre d'effectuer des tests d'étanchéité en lui mélangeant quelques % d'hélium).
  • Selon un aspect de l'invention, le soufflet 20 est réalisé, en fabrication, de façon à présenter une élasticité tendant à fermer l'obturateur 16, cet effort de fermeture étant compensé par la pression de gonflage du gaz auxiliaire sur la surface active du soufflet 20.
  • Selon une caractéristique particulière de l'invention, pour éviter les problèmes de fluage en vieillissement du matériau de soufflet, l'effort de sollicitation en extension (de l'ordre de 200 grammes) est assuré par un ressort 200 disposé autour du soufflet 20 entre le plateau 19 et le fond de la chambre 21. Le ressort permet d'autre part d'augmenter l'effort de fermeture, en contribuant donc à augmenter la rapidité de fermeture de l'obturateur, et d'obtenir des performances variables en jouant sur la pression de gonflage du bulbe avec différents types de gaz condensables et/ou en positionnant l'échangeur de chaleur 24 plus ou moins haut dans le noyau 6, ou en le disposant, à l'extérieur du noyau 6, dans le circuit de retour basse pression du gaz de travail, dans le bobinage 7, ce qui permet d'améliorer les échanges thermiques entre le liquide cryogénique de travail et le gaz auxiliaire pilotant le bulbe.
  • Le gaz de travail est de préférence de l'argon ou de l'azote et le gaz auxiliaire du méthane, du CO₂, de l'éthylène ou du krypton.
  • La pression du gaz de travail est choisie de façon à permettre le fonctionnement de l'actionneur 18, qui sera décrit plus loin, quelle que soit la température de l'environnement et quelles que soient les pertes de charge du circuit basse pression, lesquelles peuvent atteindre 6 à 8 bars en fin de mise en froid et conduisent à l'établissement d'une pression analogue à l'intérieur du soufflet 20. peut par exemple choisir une pression de gonflage du gaz de travail de l'ordre de 5 à 30 bars absolus, selon la température de début de liquéfaction ou de solidification du gaz de travail.
  • Au repos, la pression du gaz auxiliaire comprime le soufflet, ce qui fait descendre la tige 17 jusqu'à ce qu'une butée 25 portée par celle-ci s'appuie sur la paroi inférieure de la chambre 21. L'obturateur 16 est alors décollé de son siège, sur une distance axiale de l'ordre du dixième de millimètre. Le gaz haute pression peut être considéré comme s'écoulant librement, après sa détente, dans l'espace inférieur 26 du puits 3 adjacent à l'élément 4.
  • Lors de la mise en froid du dispositif, on ouvre une électrovanne 27 commandant la conduite 12. Le gaz haute pression s'écoule dans la conduite 12 et est détendu à fort débit au passage de l'orifice 15. Le gaz détendu, et, par suite, refroidi, remonte entre les spires du bobinage 7 jusqu'à être évacué dans l'atmosphère environnante à travers les lumières 14, en refroidissant à contre courant le gaz de travail haute pression. Ainsi, la température du gaz détendu décroît de plus en plus, jusqu'à apparition de liquide dans la chambre 26.
  • Compte-tenu des pertes de charge du circuit basse pression, la température dans la chambre 26 est alors de 120°K environ et est obtenue après un temps de mise en froid de l'ordre de 1 seconde. Très peu de temps avant cet instant, la température passe par la température de liquéfaction ou de solidification du gaz de travail sous la pression de gonflage de l'actionneur 18. Le faible volume de gaz de travail contenu dans l'échangeur 24 se liquéfie ou se solidifie alors brusquement, ce qui fait chuter la pression dans la chambre 21 au-dessous de la pression régnant dans la chambre 26 et donc dans le soufflet, libérant ainsi l'action mécanique du soufflet : le plateau 19 remonte donc brusquement et provoque l'application de l'obturateur 16 sur son siège, en obturant l'orifice 15 et en ne laissant qu'un débit de fuite minime. Le débit de gaz détendu est ainsi réduit brusquement à une valeur faible mais suffisante pour assurer le maintien en froid du dispositif ; la perte de charge du circuit basse pression est réduite d'autant, et la température du liquide contenu dans la chambre 26 descend jusqu'à une valeur voisine du point d'ébullition à la pression atmosphérique du gaz de travail. De plus, comme le débit de gaz est très faible, le dispositif peut être maintenu en froid pendant une période de temps prolongée.
  • Il est à noter qu'avant la liquéfaction ou la solidification du gaz auxiliaire, seul un petit volume de ce gaz se refroidit, ce qui n'influence pratiquement pas la pression dans la chambre 21, située en partie chaude, de sorte que l'obturateur 16 reste jusqu'à lors en position de pleine ouverture.
  • Le dispositif ainsi décrit permet à la fois :
    - d'obtenir un temps de mise en froid très court, grâce au fort débit de gaz de travail maintenu jusqu'en fin de mise en froid ;
    - d'obtenir une température finale très basse, grâce à la réduction maximale de la perte de change du circuit basse pression après la mise en froid ;
    - d'assurer une réponse de l'actionneur extrêmement rapide et fiable ;
    - d'avoir une très grande autonomie de fonctionnement, grâce au faible débit de gaz de travail maintenu après la mise en froid ;
    - de convenir avec différents gaz de travail, notamment l'argon et l'azote, grâce au choix des propriétés de changements d'état du gaz auxiliaire.
    - d'autre part, la chambre 21, étant située en partie chaude, peut avoir des dimensions relativement grandes, et il en est de même du plateau 19, ce qui permet une plage importante de choix pour les caractéristiques de l'actionneur selon les gaz utilisés.
  • Dans la variante de la figure 3, le siège 11, formé à l'extrémité de la tige 17, présente une forme conique s'étendant vers le bas. Le tronçon 12′ est emmanché dans un conduit 121 prolongé par un embout 122 formant la restriction 30 et communiquant par un conduit 150 avec l'orifice de détente 15 débouchant dans la paroi tronconique du siège. L'obturateur 16, formé dans le prolongement de la tige 17 est avantageusement conformé en double tronc de cône étagé de même conicité que le siège 11, la partie inférieure présentant une épaisseur moindre de façon à ménager, dans la position de fermeture représentée, un jeu périphérique j ménageant un débit de fuite en parallèle à celui de la restriction 30 et limitant les risques d'occlusion de l'orifice 15.

Claims (10)

1- Refroidisseur Joule-Thomson, du type comprenant une condui­te de gaz de travail haute pression (12) se terminant par un orifice de détente (15) formé dans siège d'obturateur (8) et débouchant dans un circuit d'évacuation basse pression en relation d'échange thermique avec la conduite haute pression, un obturateur (16 ; 16A) adapté pour réduire la section de passage du gaz de travail détendu en fin de mise en froid du refroidisseur, et des moyens d'actionnement (18) pour déplacer brusquement l'obturateur d'une première position, où l'orifice de détente est libre, à une seconde position où cet orifice est au moins partiellement masqué , caractérisé en ce que les moyens d'actionnement comprennent un actionneur à bulbe (18) incluant une capacité (24) de gaz auxiliaire disposée dans la partie froide du refroidisseur, en relation d'échange thermique direct ou indirect avec une zone du circuit de retour basse pression du gaz de travail et reliée à une chambre (21) de volume très supérieur disposée dans la partie chaude du refroidisseur.
2- Refroidisseur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre (21) est délimitée par un soufflet (20) auquel est lié l'obturateur (16) par une tige 5 s'étendant dans un noyau (6) autour duquel est bobinée la conduite de gaz de travail (12).
3- Refroidisseur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le soufflet (20) exerce une sollicitation élastique tendant à amener l'obturateur (16) dans sa seconde position.
4- Refroidisseur selon la revendication 3, caractérisé en ce que la sollicitation du soufflet (20) est au moins partiellement assurée par un ressort (200) disposé dans la chambre (21).
5- Refroidisseur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la capacité (24) est constituée par un enroulement disposé au voisinage du siège d'obturateur (11).
6- Refroidisseur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le siège d'oburateur (11) et/ou l'obturateur (16) comporte un moyen (30 ; 32) d'établissement de débit de fuite du gaz de travail.
7- Refroidisseur selon la revendication 6, caractérisé en ce que le moyen d'établissement de débit de fuite est constitué par un conduit (120 ; 122) muni d'une restriction (30), en parallèle avec l'orifice de détente (15).
8- Refroidisseur selon la revendication 6, caractérisé en ce que le moyen d'établissement de débit de fuite est constitué par un évidement(32) de l'obturateur (16).
9- Refroidisseur selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'obturateur est un pointeau (16).
10- Refroidisseur selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'obturateur (16) présente une forme doublement tronconique et coopère avec un siège annulaire (11) de forme tronconique.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0582817A1 (fr) * 1992-08-13 1994-02-16 BODENSEEWERK GERÄTETECHNIK GmbH Système frigorifique pour refroidissement d'un objet à des basses températures par un refroidisseur Joule Thomson
WO2012052278A1 (fr) * 2010-10-18 2012-04-26 Kryoz Technologies B.V. Dispositif de micro-refroidissement

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5249425A (en) * 1992-07-01 1993-10-05 Apd Cryogenics Inc. Venting control system for cryostats
GB9406348D0 (en) * 1994-03-30 1994-05-25 Oxford Instr Uk Ltd Sample holding device
US5548963A (en) * 1995-06-08 1996-08-27 Hughes Missile Systems Company Joule-Thompson cryostat for use with multiple coolants
US5918471A (en) * 1997-11-21 1999-07-06 Raytheon Company Joule-Thomson cryostat in-line valve flow controller
US6374619B1 (en) * 1999-11-18 2002-04-23 Raytheon Company Adiabatic micro-cryostat system and method of making same
US6889763B1 (en) 2000-10-23 2005-05-10 Advanced Micro Devices, Inc. System for rapidly and uniformly cooling resist
RU2245497C2 (ru) * 2001-02-21 2005-01-27 Синтос Системс ОЮ Способ преобразования энергии и вихревая труба грицкевича для его осуществления
US10082319B2 (en) * 2015-10-15 2018-09-25 Raytheon Company Joule Thomson aided Stirling cycle cooler
CN110274404A (zh) * 2019-05-15 2019-09-24 中国电子科技集团公司第十一研究所 波纹管型自调式j-t制冷器
CN110195995B (zh) * 2019-05-15 2020-12-18 中国电子科技集团公司第十一研究所 制冷器的自调机构及其装配方法、自调式j-t制冷器

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR597993A (fr) * 1925-05-12 1925-12-03 Procédé et appareil de refroidissement par détente de gaz
US1831861A (en) * 1928-04-30 1931-11-17 Frigidaire Corp Refrigerating apparatus
FR1294808A (fr) * 1961-04-17 1962-06-01 Utilisation Ration Gaz Vanne de régulation pneumatique tout ou rien
US3257823A (en) * 1964-06-17 1966-06-28 Little Inc A Expansion and liquefying apparatus employing the joule-thomson effect
US3413819A (en) * 1966-05-09 1968-12-03 Hughes Aircraft Co Flow rate control for a joule-thomson refrigerator
SE349137B (fr) * 1968-05-03 1972-09-18 Hymatic Eng Co Ltd
US3704601A (en) * 1969-03-25 1972-12-05 Hymatic Eng Co Ltd Cryogenic cooling apparatus
US3704598A (en) * 1969-03-25 1972-12-05 Hymatic Eng Co Ltd Cryogenic cooling apparatus
US3691784A (en) * 1970-02-03 1972-09-19 Hymatic Eng Co Ltd Cryogenic refrigerating apparatus
GB1318023A (en) * 1970-06-17 1973-05-23 Hymatic Eng Co Ltd Cryogenic cooling apparatus
US3728868A (en) * 1971-12-06 1973-04-24 Air Prod & Chem Cryogenic refrigeration system
FR2176544B1 (fr) * 1972-03-23 1982-02-19 Air Liquide
DE2547999A1 (de) * 1975-10-27 1977-04-28 Siemens Ag Steuereinheit fuer die stroemung eines kryogenen mediums
SU757814A1 (ru) * 1978-11-10 1980-08-23 Gennadij N Anikeev Микрохолодильник
US4237699A (en) * 1979-05-23 1980-12-09 Air Products And Chemicals, Inc. Variable flow cryostat with dual orifice
US4381652A (en) * 1982-01-15 1983-05-03 Santa Barbara Research Center Demand flow cryostat
GB2153509B (en) * 1984-01-26 1986-11-12 Hymatic Eng Co Ltd Cryogenic cooling apparatus
FR2568385B1 (fr) * 1984-07-30 1986-09-26 Telecommunications Sa Regulateur de refroidisseur a effet joule-thomson
US4631928A (en) * 1985-10-31 1986-12-30 General Pneumatics Corporation Joule-Thomson apparatus with temperature sensitive annular expansion passageway
FR2598206B1 (fr) * 1986-05-05 1988-07-08 Air Liquide Refroidisseur joule-thomson.

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0582817A1 (fr) * 1992-08-13 1994-02-16 BODENSEEWERK GERÄTETECHNIK GmbH Système frigorifique pour refroidissement d'un objet à des basses températures par un refroidisseur Joule Thomson
WO2012052278A1 (fr) * 2010-10-18 2012-04-26 Kryoz Technologies B.V. Dispositif de micro-refroidissement

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