DE2104095C3 - Device for cooling an IR detector - Google Patents
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Description
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (5) zum Zweck der Abdichtung mit Hilfe von Schrauben (7) über einen O-Ring (6) gegen das Gefäß (1) gepreßt wird.2. Device according to claim 1, characterized in that the cover (5) for the purpose of Sealing is pressed against the vessel (1) with the aid of screws (7) via an O-ring (6).
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Molekularsiebe (15) in einem Molekularsiebbehälter (14) gehaltert sind, der von außen zugänglich und mittels O-Ring (16) und Schrauben (17) abgedichtet ist.3. Device according to claim 1, characterized in that the molecular sieves (15) in one Molecular sieve container (14) are supported, accessible from the outside and by means of O-ring (16) and Screws (17) is sealed.
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The present invention relates to a device according to the preamble of claim 1.
Eine derartige Einrichtung mit einem evakuierten Gehäuse ist aus dem »Handbook of Military Infrared Technology«, 1965, bekannt. Es sind auch noch andere Kühleinrichtungen für IR-Detektoren bekannt, die sich eines thermoelektrischen Kühlers bedienen.Such a device with an evacuated housing is from the Handbook of Military Infrared Technology ”, 1965. There are also other cooling devices for IR detectors known that are a thermoelectric cooler.
Die DE-PS 5 22 002 beschreibt eine Einrichtung, bei der ein IR-Detektor in einem luftdichten Gehäuse untergebracht ist, in dem ein für IR-Strahlung so durchlässiges Fenster eingelassen ist. Die in dem Gehäuse befindliche Luft wird dabei mit Hilfe eines Trockenmittels, z. B. Phosphorpentoxyd, frei von Wasserdampf gehalten.DE-PS 5 22 002 describes a device in which an IR detector is in an airtight housing is housed in which one for IR radiation so permeable window is embedded. The air in the housing is with the help of a Desiccant, e.g. B. phosphorus pentoxide, kept free of water vapor.
Aus dem Prospekt »Kühlvorrichtungen für Elektronenvervielfacher« der Firma Alfred Neye-Enatechnik ergibt sich, daß eine Röhre zusammen mit einem Ihermoelektrischen Kühler in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sein kann. Der Gefahr des Festerbeschlags der Kühlkammern begegnet man durch die Verwendung von Thermopane-Fenstern. Diese werden laufend mit einem Laborgas gereinigt, dessen Taupunkt zwischen -62°C und -72°C liegt. Diesem Prospekt ist kein Hinweis darauf zu entnehmen, ob und gegebenenfalls auf welche Weise das Innere der beschriebenen Vorrichtung zugänglich ist und ob sie gegebenenfalls auch unter Normaldruck arbeitet.From the brochure "Cooling devices for electron multipliers" the company Alfred Neye-Enatechnik shows that a tube together with an Ihermoelectric cooler in a common Housing can be accommodated. The risk of seizing up the refrigeration chambers is countered by this the use of Thermopane windows. These are continuously cleaned with a laboratory gas, the Dew point is between -62 ° C and -72 ° C. This prospectus does not contain any information as to whether and possibly in which way the interior of the device described is accessible and whether it optionally also works under normal pressure.
Andere bekannte Einrichtungen weisen mit Stickstoff gefüllte oder evakuierte Gehäuse auf, die daher annähernd vakuumdicht abgeschlossen sein müssen. Bei der ersten Ausführungsart verhindert der Stickstoff, daß sich auf dem Detektor oder dem Durchtrittsfenster für die Infrarot-Strahlung Feuchtigkeit niederschlagen kann. Bei einem evakuierten Gehäuse ist das Beschlagen des IR-Fensters ebenfalls unterbunden; auch eine Wärmebelastung durch Gasmoleküle, wie sie das mit Stickstoff gefüllte Gehäuse aufweist, ist hier zunächst ausgeschlossen. Es läßt sich jedoch nicht vermeiden, daß die ihermoelektrischen Kühler auf Grund ihrer physikalischen Struktur im evakuierten Raum gasen, wodurch im Laufe der Zeit durch Anhäufung von Gasmolekülen eine stetig steigende thermische Belastung entsteht; d. h., die Leistungsfähigkeit des Kühlers geht ständig zurück.Other known devices have nitrogen-filled or evacuated housing, which therefore must be closed approximately vacuum-tight. In the first embodiment, the nitrogen prevents that Moisture condenses on the detector or the window for the infrared radiation can. In the case of an evacuated housing, fogging of the IR window is also prevented; also one First of all, there is heat load from gas molecules, as found in the nitrogen-filled housing locked out. However, it can not be avoided that the ihermoelectric cooler due to their physical structure in the evacuated space, causing over time by accumulation of Gas molecules a steadily increasing thermal load occurs; d. i.e., the efficiency of the cooler keeps going back.
Die mit vakuumdsehten Gehäusen arbeitenden Einrichtungen haben außerdem den großen Nachteil, daß eine Reparatur des Kühlers oder des Detektors fast unmöglich ist oder sehr hohe Kosten verursacht Fällt der Kühler oder der Detektor aus, wird die Einrichtung meist durch eine neue ersetztThe ones that work with vacuum-sealed housings Devices also have the major disadvantage that a repair of the cooler or the detector almost is impossible or causes very high costs If the cooler or detector fails, the device mostly replaced by a new one
Weiterhin wird bei den bekannten Kühleinrichtungen ein Wärmeableiter aus Kupfer verwendet, um das Verlöten des Kühlers mit dem Wärmeableiter zu ermöglichen. Auf diese Weise werden zwar Temperaturgefälle zwischen der warmen Seite des thermoelektrischen Kühlers und dem Wärmeableiter weitgehend vermieden, doch weisen derartig ausgebildete Einrichtungen ein beträchtliches Gewicht auf und sind daher für viele Anwendungsfälle nicht brauchbar.Furthermore, a heat sink made of copper is used in the known cooling devices to the Allow soldering the cooler to the heat sink. In this way there are temperature gradients between the warm side of the thermoelectric cooler and the heat sink to a large extent avoided, but devices designed in this way have a considerable weight and are therefore not usable for many applications.
Es sind auch schon Kühleinrichtungen bekanntgeworden, die diesen Nachteil dadurch zu umgehen suchen, daß ein Wärmeableiter aus Aluminium verwendet wird, der mit dem Kühler entweder verklebt oder mittels einer wärmeleitenden Paste verbunden ist. Diese Einrichtungen sind ebenfalls nur in beschränktem Umfang einsatzfähig, da ihre Vibrationsfestigkeit sehr zu wünschen übrig läßt Bei Anwendung der Klebemethode muß noch in Kauf genommen werden, daß zwischen thermoelektrischem Kühler und Wärmeableiter ein Temperaturgefälle entsteht.Cooling devices have also become known that try to circumvent this disadvantage by that a heat sink made of aluminum is used, which is either glued to the cooler or by means of a thermally conductive paste is connected. These facilities are also limited Extensive use, as its vibration resistance leaves a lot to be desired. When using the adhesive method must still be accepted that between the thermoelectric cooler and heat sink a temperature gradient arises.
Aufgabe der Erfindung ist es, die eingangs genannte Einrichtung so auszubilden, daß sie für Umbau- und/oder Reparaturfälle leicht zugänglich ist und sich innenseitig trotzdem keine Feuchtigkeitsbeschläge bilden, daß sie ferner gute Stabilitäts- und Wärmeableiteigenschaften sowie ein geringes Gewicht aufweist. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.The object of the invention is to design the device mentioned above so that it can be used for conversion and / or repairs are easily accessible and there are still no moisture deposits on the inside form that they also have good stability and heat dissipation properties as well as being light in weight. This object is achieved by the features specified in claim 1.
Da das Innere des Gefäßes durch Abnehmen des Deckels zugänglich gemacht werden kann, ist eine Reparatur an dem Detektor oder an dem thermoelektrischen Kühler leicht durchzuführen. In dem Gefäß herrscht Normalluftdruck, so daß es nicht vakuumdicht ausgebildet zu sein braucht. Für den Wärmeableiter wird Aluminium verwendet, das eine gute Wärmeleitfähigkeit und ein relativ geringes spezifisches Gewicht besitzt. Letzteres trägt dazu bei, daß das Gewicht der gesamten Einrichtung eine bestimmte Grjße nicht überschreitet.Since the inside of the vessel can be accessed by removing the lid, there is one Repair to the detector or to the thermoelectric cooler can be carried out easily. In the jar normal air pressure prevails so that it does not need to be vacuum-tight. For the heat sink aluminum is used, which has good thermal conductivity and a relatively low specific weight owns. The latter contributes to the fact that the weight of the entire device does not have a certain size exceeds.
Durch das Ausgießen mit einem wärmeisolierenden Medium besitzt die ganze Einrichtung eine hervorragende Stabilität bei Vibration.By pouring a heat-insulating medium, the whole facility has an excellent quality Vibration stability.
Zweckmäßig ist zur Abdichtung zwischen Deckel und Gefäß ein O-Ring angeordnet, der durch Schrauben zusammengepreßt wird.An O-ring is expediently arranged for sealing between the lid and the vessel, which is secured by screws is compressed.
Die in dem Gefäß angebrachten auswechselbarenThe replaceable ones placed in the vessel
Molekularsiebe, deren Taupunkt bei etwa —85° C liegt, haben die Aufgabe, etwa vorhandene Feuchtigkeitsspuren zu binden, damit das Beschlagen des Detektors oder IR-Fensters mit höchster Sicherheit verhindert wird. Sie bewirken, daß eine Sättigung der Luft mit dem vorhandenen Wasserdampf erst bei - 85° C eintritt; d. h. der gesamte vorhandene Wasserdampf wird in den Molekularsieben festgehalten.Molecular sieves with a dew point of around -85 ° C have the task of removing any traces of moisture that may be present to bind so that fogging of the detector or IR window is prevented with the highest degree of security. she cause the air to become saturated with the existing water vapor only at - 85 ° C; d. H. all of the water vapor present is retained in the molecular sieves.
Die Molekularsiebe sind in einem Molekularsiebbehälter geha'tert, der von außen zugänglich ist, so daß verbrauchte Molekularsiebe bei Bedarf ohne Schwierigkeit durch frisch aktivierte Siebe ersetzt werden können. Der Molekularsiebbehälter ist durch Schrauben und einen O-Ring abgedichtet.The molecular sieves are held in a molecular sieve container, which is accessible from the outside, so that Used molecular sieves can be replaced with freshly activated sieves if necessary without difficulty can. The molecular sieve container is sealed by screws and an O-ring.
Um einen Wärmeübergang vom Gefäß zum IR-Küh- is ler auszuschalten, ist der Zwischenraum zwischen beiden mit einem wärmeisolierenden Medium ausgegossen. Beispielsweise kann dazu ein Zweikomponenten-Hartschaumstoff verwendet werden. Das hat den Vorteil, daß außer einer guten Wärmeisolierung auch eine zusätzliche Verbesserung der Vibrationsfestigkeit der Kühleinrichtung erzielt wird.About a heat transfer from the vessel to the IR cooler ler switch off, the space between the two is filled with a heat-insulating medium. For example, a two-component rigid foam can be used for this purpose. That has Advantage that, in addition to good thermal insulation, there is also an additional improvement in vibration resistance the cooling device is achieved.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Einrichtung gemäß der Erfindung schematisch dargestellt In the drawing, an embodiment of the device according to the invention is shown schematically
Ein aus Aluminium bestehendes, zur Aufnahme von trockenem Gas (Luft) geeignetes Gefäß 1 weist einen mittels Schrauben 7 zu befestigenden Deckel 5 auf, der durch einen O-Ring 6 abgedichtet ist Der innerhalb des Gefäßes 1 anstehende Druck entspricht dem Normaldruck. In dem Deckel 5 ist ein für IR-Strahlen durchlässiges Fenster 8 vorgesehen, das entweder eingekittet oder mittels eines O-Ringes (nicht dargestellt) gegen den Deckel abgedichtet ist Unterhalb des Fensters 8 ist in dem Gefäß 1 ein IR-Detektor 2 angeordnet, der in thermischem Kontakt mit einem aus zwei Stufen 3,4 aufgebauten thermoelektrischen Kühler steht Zur Kontrolle der Temperatur des Detektors 2 ist an dem thermoelektrischen Kühler ein Thermofühler 9 angebracht Nach Entfernen des Deckels 5 lassen sich Reparaturen an dem IR-Detektor 2 sowie an dem thermoelektrischen Kühler 3, 4 ohne Schwierigkeiten durchführen.A vessel 1 made of aluminum and suitable for receiving dry gas (air) has a by means of screws 7 to be fastened cover 5, which is sealed by an O-ring 6 inside the The pressure present in vessel 1 corresponds to normal pressure. In the cover 5 is one for IR rays permeable window 8 is provided, which is either cemented in or by means of an O-ring (not shown) is sealed against the lid. An IR detector 2 is located in the vessel 1 below the window 8 arranged, which is in thermal contact with a thermoelectric cooler constructed from two stages 3, 4 To control the temperature of the detector 2 there is a thermal sensor 9 on the thermoelectric cooler attached After removing the cover 5, repairs to the IR detector 2 as well as to the perform thermoelectric cooler 3, 4 without difficulty.
Unterhalb des thermoelektrischen Kühlers 3,4 ist ein Plättchen 10 aus wärmeleitendem, aber elektrisch isolierenden Material vorgesehen, durch das der thermoelektrische Kühler unter Zwischenschaltung einer Kupferplatte 12 in thermischem Kontakt mit dem Gefäß 1 steht, dessen Innenfläche 11 verkupfert ist Die Kupferplatte 12 ist mit der Innenfläche 11 verlötet um das Entstehen eines Temperaturgefälles zwischen der warmen Seite des thermoelektrischen Kühlers und dem Gefäß 1 zu vermeiden. Letzteres dient gleichzeitig als Wärmeableiter und ist zu diesem Zweck mit einer Anzahl von Kühlrippen 13 versehen. Der Raum zwischen dem thermoelektrischen Kühler 3,4 und dem Gefäß 1 ist zur Wärmeisolation mit einem Zweikomponenten-Hartschaumstoff ausgegossen, so daß die Wärme von dem Kühler nur über die Platte 10 abgeführt wird.Below the thermoelectric cooler 3.4 is a Plate 10 made of thermally conductive, but electrically insulating material is provided through which the thermoelectric cooler with the interposition of a copper plate 12 in thermal contact with the The vessel 1 is standing, the inner surface 11 of which is copper-plated. The copper plate 12 is soldered to the inner surface 11 the creation of a temperature gradient between the warm side of the thermoelectric cooler and the Avoid vessel 1. The latter also serves as a heat sink and is equipped with a for this purpose Number of cooling fins 13 is provided. The space between the thermoelectric cooler 3.4 and the Vessel 1 is filled with a two-component rigid foam for thermal insulation, so that the heat is discharged from the cooler only via the plate 10.
Innerhalb des Gefäßes 1 ist ein Molekularsiebbehälter 14 derart untergebracht, daß er nach Lösen einer Schraube 17 von außen leicht zugänglich ist. Die Abdichtung des Molekularsiebbehälters 14 erfolgt mittels eines O-Ringes 16. Der Molekularsiebbehälter 14 kann eine große Anzahl von Molekularsieben 15 aufnehmen, die einen Taupunkt von etwa -85°C aufweisen und den in dem Gefäß 1 etwa vorhandenen Wasserdampf festhalten. Nach Entfernen der Schraube 17 können die Molekularsiebe 15 leicht durch frische Siebe ersetzt werden.Within the vessel 1, a molecular sieve container 14 is housed in such a way that it can after loosening a Screw 17 is easily accessible from the outside. The sealing of the molecular sieve container 14 takes place by means of an O-ring 16. The molecular sieve container 14 can hold a large number of molecular sieves 15 record, which have a dew point of about -85 ° C and those in the vessel 1, if any Hold water vapor. After removing the screw 17, the molecular sieves 15 can easily be replaced with fresh ones Sieves to be replaced.
Die elektrischen Zuleitungen für den Kühler, Detektor und Thermofühler sind in der Zeichnung nicht dargestellt; sie werden in bekannter Weise mittels lötbarer Vakuumdurchführungen durch die Wandung des Gefäßes 1 geführt.The electrical leads for the cooler, detector and thermal sensor are not in the drawing shown; they are in a known manner by means of solderable vacuum feedthroughs through the wall of the vessel 1 out.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
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