Криоохладитель Гиффорда-Макмагона, часть I: сборка гелиевого компрессора

Radiacode – научные гаджеты для любознательных умов. Получите скидку 5% по коду PIRATE2026 на сайте https://radiacode.com/100-series. В этом видео я продолжу свои попытки создания жидкого азота из самодельных деталей, собирая гелиевый компрессор, который можно использовать для криоохладителя типа Гиффорда-Макмахона (или импульсной трубки). Предыдущее видео о криоохладителе типа Гиффорда-Макмахона: https://www.youtube.com/watch?v=Jj7Q7OqaW4A Компрессор должен обеспечивать давление гелия около ~300-400 psi в холодной головке криоохладителя, но он также должен обеспечивать абсолютно чистый, безмасляный поток газа, поэтому, помимо стандартного маслоотделителя, имеется также угольный фильтр, который адсорбирует следы масла, которые могут просачиваться мимо сепаратора. Гелий обладает очень высокой теплопроводностью по сравнению с воздухом, поэтому его сжатие вызывает значительно больший нагрев, чем сжатие воздуха. Из-за этого компрессор должен быть погружен в ванну с водой, которая активно охлаждается с помощью насоса, циркулирующего воду через радиатор с вентилятором. При давлении около 300 psi на стороне высокого давления, 100 psi на стороне низкого давления и потребляемой мощности 1 кВт корпус компрессора достиг установившейся температуры чуть ниже 65°C при температуре окружающей среды 30°C. Таким образом, он довольно сильно нагревается, но температура все еще достаточно низкая, чтобы с ней можно было справиться. Более крупные гелиевые компрессоры требуют, чтобы охлаждающая вода проходила через чиллер. Для управления электромагнитным клапаном возврата масла и впускными/выпускными клапанами для холодной головки я разработал плату драйвера, которая принимает цифровой выход микроконтроллера (в данном случае Arduino, но это может быть ESP32, Raspberry Pi и т. д.) и управляет катушками электромагнитных клапанов на 24 В. В каждом канале используются два полевых транзистора (FET), чтобы обеспечить надежную работу клапана даже при крайне слабом сигнале от микроконтроллера, например, 2-3 В. В следующей части видео я соберу и запущу охлаждающую головку и, надеюсь, добьюсь достаточно низкой температуры для получения жидкого воздуха.