80K高频无磁非金属脉冲管制冷机

介绍了高频脉冲管制冷机冷指无磁非金属材料的选择、加工以及实验优化工作.制作的高频无磁脉冲管制冷机冷指在风冷,2.3 MPa 充气压力,44 Hz,70 W 电功率输入条件下,最低达到 73.4 K 的无负荷最低温度;60 W 电功率输入,最低温度为 74.0 K,在 80 K 时可以提供 0.1 W 的制冷量.本文为高频脉冲管制冷机直接冷却相关低温超导器件提供了坚实的基础.     

60K单级高频同轴脉冲管制冷机性能研究

设计出60 K温区2 W冷量级别惯性管型单级高频同轴脉冲管制冷机并进行了系统试验,分析研究并获取了最优工作频率和最佳的蓄冷器与脉冲管长度匹配及布置。制冷机典型试验性能为在91 W压缩机输入电功和300 K散热温度的条件下,在60 K获取2 W净制冷量,在60 K的比卡诺效率达到8.8%。     

0.2 W@20.6K单级高频脉冲管制冷机研究

本文介绍一台单级高频脉冲管制冷机的实验结果,研究了充气压力、运行频率、热端温度及冷头朝向等参数对制冷机性能的影响。该制冷机采用多路旁通方案、同轴结构,联合采用双向进气和惯性管气库进行调相。长颈管穿过压缩机内部后密封在气库里,气库、压缩机与脉冲管耦合成一体,结构紧凑。在充气压力1.7 MPa,输入电功260 W时,能够在20.6 K获得0.2 W,在24.1 K获得0.5 W的制冷量;在268 W输入电功,38 Hz运行频率条件F,无负荷最低温度18.6K是单级高频脉冲管制冷机在国际上首次获得的最低温度。     

高效脉冲管制冷机性能及冷头方向性影响研究

本文介绍了一套高频同轴脉冲制冷机在低功率输入条件下的性能特性,研究了减弱冷头方向性影响的方法.该制冷机采用中科院理化所自制的2 cc线性压缩机驱动,输入功率30 W,冷头垂直向下放置时,冷头的无负荷最低温度为58.9 K,在80 K可提供0.7 W的制冷量.     

300Hz级电驱动脉冲管制冷机特性研究

脉冲管制冷机在更高频率下运行能够大幅提高能量密度,有利于系统体积与质量的减小。据此本文开展了300Hz级超高频电驱动同轴脉冲管制冷机的研究。首先分析了直线压缩机与制冷机匹配特性,通过调节前腔体积,使得压缩机在280 Hz附近谐振,并能够提供制冷机运行所需压比。实验中取得了最低无负荷冷头温度63.3 K,在80 K获得了1.0W的制冷量,消耗声功约为44 W,以声功计算相对卡诺效率达到6.2%。实验中系统考察了整机性能随惯性管长度、运行频率和平均压力的变化趋势。     

高效同轴脉冲管制冷机性能的实验研究

同轴式脉冲管制冷机具有结构紧凑、与器件耦合简单的优点,在实际应用中得到了越来越广泛的采用.本文对一台经理论优化设计的高频同轴脉冲管制冷机进行了实验研究,采用自制的直线压缩机驱动,惯性管/气库作为调相机构,在输入电功150 W、冷端温度为77 K时得到了9.86 W的制冷量,相对卡诺效率达到18.4%,这是目前同轴脉冲管...     

单级高频脉冲管制冷机研究

采用单级高频脉冲管制冷机获得低于30 K的制冷温度是脉冲管应用的一个新方向.本文介绍了一套获得了26 K最低制冷温度的单级高频脉冲管制冷机,这是无多路旁通的单级高频脉冲管制冷机获得的最低温度.实验表明,即使对于惯性管作为主要调相结构的高频情况,双向进气方案在进一步调相和降低温度方面仍有很大作用.该工作为单级高频脉冲管制冷机在30～40 K温区的应用奠定了基础.该实验结果和模拟分析结果基本相符.通过和二级制冷机的比较说明了单级制冷机的优势,即较大的制冷量斜率.     

60 K脉冲管制冷机的最优设计计算

本文应用修正的一维数值计算模型对一扫气体积为10cm3的线性压缩机驱动的脉冲管制冷机进行了最优设计计算,计算结果表明10 cm3的线性压缩机可达到60 K时2 W的制冷量水平,并提供了三种供实验研究用的脉冲管制冷机尺寸.     

油润滑压缩机驱动高效脉冲管制冷机的研究

本文设计并加工了一台油润滑压缩机驱动的直线型脉冲管制冷机,压缩机和制冷机之间安装有弹性膜片,该弹性膜可以传递声功同时将压缩机侧工作气体与制冷机侧工作气体隔开,从而使油润滑压缩机作为斯特林型脉冲管制冷机的驱动成为可能,解决了使用传统无油直线压缩机成本昂贵的问题。经过系统实验,制冷机在以氦气为工质,充气压力2MPa,工频15Hz时,在80K获得28.5W制冷量,输入电功680W,电冷转化相对卡诺效率达到11.52%。     

液氮温区高频热驱动脉冲管制冷机实验研究

优化设计并研制了一小冷量液氮温区高频热驱动脉冲管制冷机,系统轴向长度仅为1.2 m.针对之前系统热效率较低问题,在数值计算的指导下,对高频驻波热声发动机的板叠流道尺寸和热腔进行了优化,并对声压放大器进行了调整.采用4.0 MPa氦气为工质,在发动机端加入750 W加热量获得了68.3 K的最低制冷温度,这是目前国际上报道的高频热驱动脉冲管制冷机的最低制冷温度.加入500 W加热量时,制冷机获得了76.9 K的无负荷最低制冷温度,在80 K时有0.2 W的制冷量.     

30 K单级高频同轴脉冲管制冷机

介绍了一套实用型单级高频同轴脉冲制冷机工作在深低温区的性能特性.输入功率为200 W时,冷头无负荷最低温度可达到29.35 K,输入功率为235 W时,冷头无负荷温度可稳定在28.55 K.这是目前国内无多路旁通的单级高频脉冲管制冷机获得的最低温度,国际上位于先进行列.200 W输入条件下,35.6 K可提供0.5 W制冷量,为30～40K温区相关的小冷量应用提供了一种简单有效的方法.     

用于高温超导器件冷却40～80K温区的脉冲管制冷机研制

随着HTS装置在诸如移动通信领域的商业化和应用于空间和军事的远红外线的装置的发展,亟需工作在40～60K结构紧凑,高可靠性的低温制冷机.线性压力波发生器驱动的脉冲管制冷机低温部分无运动部件,因此具有获得高可靠性和长寿命的潜力.我们早先的工作集中在线性驱动的小型同轴脉冲管制冷机上,在80K有几百毫瓦的制冷量,在此基础上,我们正在研究新型脉冲管制冷机装置,它能工作在更低温度,具有更大制冷量,目前在输入功率240W的情况下,最低制冷温度为43K(水冷)和48K(风冷), 60K时有1.5～2W的制冷量.此外我们实验室正在研究的压力波发生器通过板弹簧支撑的移动线性驱动线圈,它们的最大扫气容积为2、4、5和10cm3.两种类型的脉冲管冷头结构即同轴和U型结构正被采用,以满足不同的应用.这些制冷机的研究现状将在本文中介绍.     

一种新结构U型脉冲管制冷机

在U型脉冲管制冷机结构基础上,研制了一台带有一个蓄冷器和两个相同脉管的新结构U型脉冲管制冷机,并进行了实验研究和分析。制冷机采用惯性管调相,在压缩机输入电功率80 W,运行频率52 Hz下,获得了120 K@6 W的制冷量。重点对两种惯性管调相方法进行研究和分析,得出了对新结构U型脉冲管制冷机调相有益的结论,并对惯性管调相过程中产生的直流现象进行了验证分析。     

轻量化20K以下温区斯特林型脉管制冷机

本文介绍一台20 K以下温区斯特林型脉冲管制冷机的最新研制结果,制冷机采用压缩机与脉冲管耦合在一起的一体式结构,蓄冷器和脉冲管采用同轴布置形式,制冷机整机质量15.5 kg。实验发现分别以最低温度和最大制冷量为优化目标所对应的双向开度存在着略微的区别.在250 W的输入电功下,双向开度以最低温度为优化目标时,无负荷最低温度14.7 K,是目前单级结构斯特林型脉冲管制冷机最低温度的一个新纪录;当双向开度略微减小以后,无负荷最低温度上升到15.4 K,但在20 K的制冷量从365 mW提高至398 mW.     

液氦温区高频脉冲管制冷机研究

研制的一台高频脉冲管制冷机最低温度3.47 K,为目前高频制冷机的最低记录。首先基于相位调节的角度对多路旁通的工作机制进行分析,进一步设计了由单级同轴型多路旁通结构演变而成的气耦合多级结构。设计的制冷机三级温度分布为:77 K,20 K和4 K。研制的样机在输入电功250 W,液氮提供12.1 W预冷量时,能够在5.2 K获得20 mW制冷量。若使用77 K高效制冷机替代液氮,整机功耗有望在385 W以内,效率高于此温区已报道的其他高频脉冲管制冷机。     

2.2 W @ 80 K高效小型脉冲管制冷机性能的实验研究

同轴式脉冲管制冷机具有结构紧凑,与器件耦合简单等优点,在低温超导以及航空航天领域得到了广泛的运用。通过提高制冷机的工作频率,可减小制冷机的体积与重量。本文介绍了一套高效小型同轴脉冲管制冷机,该制冷机整机重量为1.6 kg,冷指直径14 mm,长度45 mm。采用实验室研制的小型化直线压缩机驱动(1.2 kg),惯性管气库为调相机构,在输入电功45 W,冷端温度80 K,热端温度为300 K时,冷指可获得2.2 W的制冷量,相对卡诺效率13.4%。     

液氮温区高效脉冲管制冷机的特性研究

本文介绍了由线性压缩机驱动直线型脉冲管制冷机的最新研究结果。根据压缩机参数,依靠线性热声计算程序,优化出10 W级直线型脉冲管制冷机,并使得制冷机入口阻抗能够与压缩机匹配。实验结果表明,由于制冷机与压缩机之间耦合较好,压缩机在达到较好的声电效率的同时,制冷机也拥有较高的相对卡诺效率。其中最好的结果为在输入电功为127 W、制冷温度为77 K的情况下获得了9.4 W的制冷量,整机相对卡诺效率达到了19.8%。文中给出了不同压力、不同调相机构下的压缩机及制冷机特性并对结果进行了分析。     

改进冷端换热器的大功率脉冲管制冷机

依据热力学非对称理论对脉冲管制冷机冷端的热力学过程进行分析 ,对脉冲管制冷机制冷功率的提高提出了改进方案 ,搭建了单级低频大功率脉冲管制冷机的实验台 ,在实验中首次采用新型的填料烧结型换热器作为脉冲管的冷头 ,对这种换热器的效率在不同实验条件下进行了计算 ,并通过实验验证了这种新型换热器在脉冲管制冷机中应用的可行性。实验表明 :改进冷端换热器是提高脉冲管制冷机制冷效率的关键问题。在使用烧结换热器的单级脉冲管制冷机实验台上 ,采用输出功率 3k W的压缩机在 80 K时得到了 35W的制冷量 ,在效率上属国内领先水平。     

热端温度对高频微型非金属脉冲管制冷机性能影响的实验研究

热端温度对小制冷量的微型脉冲管制冷机的性能有着较为显著的影响.本文针对所设计的两台高频微型同轴非金属脉冲管制冷机,实验研究了制冷机冷端无负荷最低温度和轴向导热损失随热端温度的变化规律.实验对其影响幅度进行了量化分析,并发现通过降低热端温度的方法可以对样机制冷机性能起到很好的促进作用.     

19.3K单级高频脉冲管制冷机的实验研究

本文介绍了小型台式20 K低温制冷机的最新研究进展。该研究的目标是提供结构简单、运行可靠、振动和噪声小的小型台式制冷机。现在已经研制了一台单级高频多路旁通型脉冲管制冷机,并在其基础上开展了实验研究。目前,该制冷机在200 W输入功率时无负荷最低温度19.3 K,在38 9 K提供1 W的制冷量,能够满足一些用户对于20 K温区的需求。