Abstract
一般紅外線系統中的檢知器(detector)，必須冷卻到大約氮的液態飽合溫度時，才能避免外界干擾而正常工作。本文探討的焦耳湯姆遜致冷器(Joule-Thomson Cooler)因其體積小重量輕，快速致冷且無噪音震動等特點，故常運用在飛行器中。其主要原理是利用高壓氣體經過等焓膨脹降溫後，再流經由螺旋鰭管所構成的熱交換器，使得高壓氣體不斷的降溫，最後膨脹而產生相變化，再利用其潛熱來冷卻熱負載。本文擬針對現行國內自製生產的致冷器建立一套冷卻系統分析模式，同時配合文獻上致冷器系統暫態模擬程式，以瞭解影響降溫時間及系統操作控制之主 要設計因子，據以作為實際上設計及分析之用。本文以高壓氮氣作為實驗冷媒，在穩態下量得包括：致冷器熱交換組低壓管壓力損失與熱交換器總熱傳係數，流量與背壓之間的關係，及以暫態量得膨脹端玻璃外罩溫度對時間的變化，據以求得起始致冷時間對背壓的關係。發現致冷器的性能與外罩的配合關係密切，在絕熱效果不佳時，熱交換器高低壓管的熱阻並非如文獻上所載相等。最主要的影響在於由外界大氣中傳入測試段的熱損失，使得膨脹後的溫度無法達到預期的低溫，而影響實驗結果。在絕熱條件較好的外罩中，致冷器在背壓為1750psi時，約80秒便可達到液化溫度。