Довгялло Александр Иванович Некрасова Светлана Олеговна

(Баллон, объем 80 л, эксплуатационное давление 31,2 МПа, наружный диаметр 0,377 
м, толщина стенки 19,6 мм, масса заправки 26,75 кг азота, температура заправки 72 К, 
давление заправки 0,1 МПа. Время прогрева до равновесного состояния температура 181 
К, давление 2,12 МПа – 44 часа.) 
 
 

---

101 
Глава 4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ДРОССЕЛЬНОЙ 
СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ НА БАЗЕ БАЛЛОНА ВЫСОКОГО 
ДАВЛЕНИЯ И БАЛЛОНА С КРИОГЕННОЙ ЗАПРАВКОЙ 
Как уже выше было описано баллонные дроссельные системы охлаждения 
(рисунок 4.1), устанавливаемые на борту наземного транспортного средства 
или летательного аппарата, которые используются для термостатирования ИК–
приемников излучения и других элементов радиоэлектронной аппаратуры, 
работают за счёт расхода газа (или смесей газов) из баллонов высокого 
давления. Они обеспечивают температурный уровень охлаждения 80К при 
использовании в качестве рабочего тела азота. Такие системы также могут 
работать и на газовых смесях, обеспечивая тем самым другую температуру 
термостатирования. К рабочим телам баллонных дроссельных систем 
предъявляются повышенные требования по их чистоте, что осуществляется за 
счёт их регазификации из криогенно–жидкого состояния, после чего они 
заправляются в баллон компримированием или перепуском из аккумуляторов 
высокого давления. 
Рисунок 4.1 – Схема дроссельной системы охлаждения 
б – баллон; т – теплообменник–регенератор; дв – дроссельный вентиль; с –объект 
охлаждения

---

102 
Время функционирования дроссельных систем охлаждения зависит от 
массы заправки и потребной холодопроизводительности. 
Как следует из цели диссертации, существует возможность увеличить время 
работы таких систем за счёт использования в их составе, так называемого,
баллона с криогенной заправкой. Особенностью его является заправка, жидким 
криопродуктом, которая позволяет при тех же объёмах баллона и массе 
заправляемого рабочего тела увеличить время функционирования дроссельной 
системы в 2–2,5раза. 
 
Для подтверждения данного предположения был выполнен анализ работы 
дроссельной системы охлаждения при различных параметрах рабочего тела в 
исходном состоянии. В первом случае в дроссельной системе используется
стандартный баллон, заправленный азотом с исходным давлением
р
o
=
30МПа и 
температурой 
Т
o
=
293К. Во втором случае в составе дроссельной системы 
используется указанный выше БКЗ. Термодинамические расчёты показали, что 
в случае заправки такого баллона криопродуктом (азотом) через некоторое 
время наступает равновесное состояние системы баллон – рабочее тело. 
Температура 
последнего 
составляет 
величину 
Т
o
=130–135К 
при 
давлении
р
o
=
3МПа. В обоих случаях начальная масса рабочего тела одинакова. 
На рисунках 5.2 а,б представлены циклы работы для двух вариантов 
дроссельной системы охлаждения.
Пусть стандартный и БКЗ имеют равные объёмы
V
б
=
10л. Начальная масса 
рабочего тела равна соответственно
m
o
=
3кг. Холодопроизводительность 
системы должна составлять величину
Q
х
=
10Вт. 
Расчёт для дроссельной системы первого вида выполняется следующим 
образом в соответствии с [25]. 
Используя данные о температуре азота до и после дросселирования, 
определяются соответствующие значения энтальпии 
i
5
, i
6
и 
i
2 
[26]: 
По условию баланса в теплообменнике теоретически: 
5
6
3
2
i
i
i
i
q
T
теор
T




, 
(4.1) 

---

103 
т.е. 
5
6
2
3
i
i
i
i
T



(4.2) 
Если принять эффективность теплообменника в 95%, то за счёт 
теплопритоков из окружающей среды в теплообменник поступит 
q
c
=0,05
теор
T
q
; 
соответственно действительное значение энтальпии в точке 3 рассчитывается с 
помощью выражения: 
i
з
 = i
3T
 +q
с 
 
 
 
 
(4.3) 
Удельная холодопроизводительность составит: 
q
х
 = i
5
–i
4
= 
i
5
 –i
3
. 
(4.4)