Создание криокулера Гиффорда-Макмагона с использованием деталей, напечатанных на 3D-принтере

Перейдите по ссылке https://protonvpn.com/hyperspacepirate, чтобы зарегистрироваться и получить скидку до 70% на двухлетний план Proton VPN! В этом видео я продемонстрирую два прототипа самодельного криоохладителя типа «Гиффорд-Макмахон» или «ГМ». Криоохладитель ГМ использует ту же концепцию поршня-вытеснителя, что и цикл Стирлинга, но вместо прямого соединения с поршнем, создающим колебания давления, камера вытеснителя соединена с высоковольтной и низковольтной сторонами пневматической цепи с помощью обычного компрессора. Обычно это делается в замкнутом контуре с использованием гелия в качестве хладагента (хотя теоретически можно использовать водород, но с риском охрупчивания материала). В моем прототипе я буду использовать сжатый воздух в разомкнутом контуре для простоты, поскольку модели в этом видео предназначены только для демонстрации концепции. Мой воздушный компрессор подключен к охладителю с ловушкой для жидкости, собирающей конденсированную из воздуха влагу, а воздух дополнительно осушается адсорбентом, расположенным после ловушки. Однако температура, достигаемая моим охладителем, была значительно ниже точки росы сжатого воздуха, даже с учетом осушения, поэтому внутри всё равно образовывался лёд, что в конечном итоге привело к заклиниванию поршня вытеснителя. Самая низкая достигнутая температура составила -84°C при использовании компрессора мощностью 1 кВт, работающего примерно на 27% мощности, что означает среднее энергопотребление 270 Вт. Это было достигнуто с помощью модели, изготовленной из ПВХ, и поршня вытеснителя, напечатанного на 3D-принтере, с резиновыми уплотнительными кольцами и силиконовой смазкой для герметизации к стенке цилиндра. Сетка регенератора была изготовлена ​​из свинцовой дроби. Я также пробовал использовать сетку регенератора из шариков из нержавеющей стали, но скорость охлаждения была ниже, и система заклинила из-за льда, прежде чем я смог достичь более низкой температуры. В моей первой модели для цилиндра использовалась ПВХ-труба диаметром 1 дюйм, но я также построил модель из ПВХ-трубы диаметром 1,5 дюйма, чтобы проверить, приведет ли большее потребление сжатого воздуха — и, следовательно, более высокая мощность охлаждения — к снижению температуры. Модель с трубой 1,5 дюйма работала с моим воздушным компрессором мощностью 1 кВт при 63% рабочем цикле (средняя потребляемая мощность 630 Вт). Температура падала значительно быстрее на модели с трубой 1,5 дюйма, что указывает на более высокую мощность охлаждения, но она достигла лишь -52°C, прежде чем относительно быстро заклинила из-за большего расхода воздуха. Таким образом, ясно, что следующий этап этого проекта потребует замкнутой системы с использованием гелия в качестве хладагента. Цилиндр также должен быть изготовлен из тонкостенной нержавеющей стали (для минимизации осевой теплопроводности), а зоны теплообменника для холодного и горячего воздуха должны быть изготовлены из меди. Однако, хотите верьте, хотите нет, в 1960-х годах существовал коммерческий криоохладитель GM, работавший на сжатом воздухе от обычного цехового воздушного компрессора и достигавший температуры около -175°C. Это был прибор Welch Scientific Model 3150. Вот видео, демонстрирующее его работу:    • Air Powered GM Cryocooler - How Cold Will ...   А вот ссылка на очень старое руководство по техническому обслуживанию ВВС, содержащее более подробную информацию об этом устройстве: https://apps.dtic.mil/sti/tr/pdf/AD07...