斯特林制冷机

摘要： 随着空间红外探测器向大面阵和长线阵列方向发展,探测器的低温平台难以被制冷机直接冷却,传统的单点热耦合方式也无法满足低温阵列的温度均匀性要求。提出一种新型的大面阵探测器与斯特林制冷机之间的桥板式热耦合结构,利用Workbench软件对耦合结构的温度分布进行了仿真分析,并进行实验验证。结果表明:冷平台的温度均匀性达到0.2 K,优于设计要求。验证了斯特林制冷机与大面阵探测器通过桥板式耦合结构进行冷量传输的合理性与可行性,为大面阵红外探测器热耦合技术的后续发展提供了参考。

摘要： 斯特林制冷机具有结构紧凑、效率高等优点,广泛应用于红外芯片冷却。红外探测器系统通常采用恒压电源对斯特林制冷机供电。针对红外探测器多温区制冷需求,研究了多个独立工作的斯特林制冷机对系统恒压电源输出特性的影响。通过搭建斯特林制冷机驱动控制试验系统,发现制冷机驱动控制电路会使恒压电源输出电流产生较大波动,影响电源的可靠性。提出采用两台制冷机反相驱动的控制策略,明显降低了电流波动,可为红外探测器多制冷机多温区制冷设计提供依据。

摘要： 自由活塞斯特林制冷机是一种结构紧凑、效率高、噪声低、可靠性高的回热式低温制冷机。为了降低回热器的生产成本、简化回热器的加工流程,分别使用随机不锈钢丝绵和卷绕聚酰亚胺薄膜填充回热器,并基于Sage软件对整机进行仿真计算。首先研究了回热器填充参数对制冷机性能的影响;其次估算了两种填料的生产成本并对其流动和换热等特征进行了对比;接着分析了制冷机部件各项㶲损失;最后对卷绕薄膜填充的回热器进行尺寸参数优化。结果表明,与随机不锈钢丝绵相比,卷绕聚酰亚胺薄膜填充回热器具有明显的性能优势,在30 W@77 K条件下,制冷机最终获得56.2%的声功计相对卡诺效率,比采用随机不锈钢丝绵填充回热器的制冷机高16%。

摘要： 间隙传热以及气体泄漏问题,容易使制冷机运行效率进一步降低,影响制冷性能和制冷效果,为此间隙密封属于气动分置斯特林制冷机实际运行中的重要技术。文章先分析了间隙密封特点和间隙密封整体结构设计,随后介绍了间隙密封相关数值模拟,希望能给相关人士提供有效参考。

摘要： 为解决空间用大功率机械式斯特林制冷机系统的高精度控温问题,针对这一类具有时延特性的大时间常数温度控制系统,首先,文章提出一种基于继电模型辨识的闭环辨识方法,通过设计合理的辨识参数,采集系统的输入输出响应数据并通过最小二乘法拟合获得了系统的辨识模型,克服了传统开环辨识方法无法获得固定控温点附近辨识模型的不足;其次,基于辨识模型的阶跃响应数据建立预测模型,采用动态矩阵预测控制,通过滚动优化和反馈校正机制,对温度控制系统性能指标实现了最优控制。最后,通过搭建模型辨识及实验平台,验证了系统模型辨识的准确性可达到94%,对长波红外探测器60K控温点的控温稳定性可达到±10mK(3σ)的水平,该模型辨识与控制方法已经成功应用于多台星载红外相机的焦面制冷机控温系统并获得在轨验证。

摘要： 设计了一套超导波荡器样机(Superconducting Undulator Prototype,SCUP)冷屏冷却系统,通过对斯特林制冷机制冷量和氦循环风扇转速进行分析,论证了冷却系统的可行性。实验数据表明,冷屏在斯特林制冷机运行约6小时后冷却至50 K以下,且冷屏上最大温差不超过1.6 K,温度分布较为均匀;氦循环风扇质量流量为35.7 g/s,满足设计要求。

摘要： 斯特林制冷机作为红外探测器的重要组成部分,可为红外探测器提供必需的低温工作环境,确保红外探测器正常工作,有效的斯特林制冷机散热设计,可提高红外探测器的工作性能。本文基于Ansys有限元软件,对不同制冷机驱动盖板结构的红外探测器组件进行了热仿真计算,结果表明,红外探测器组件内制冷机驱动板和电机外壳的温度较高,其最高温度出现在驱动板的驱动元器件位置。制冷机驱动盖板由平板式结构改为凸台式结构、增大驱动盖板和导热垫的导热系数可有效改善红外探测器组件的散热性能,红外探测器组件的最高温度可减小8.5%。

摘要： 介绍了斯特林制冷机里使用的一种新型空心金属C型密封圈的制作工艺与选材、密封特点和使用优势。针对传统的橡胶密封圈、PTFE、金属实心银丝密封圈等泄漏率高、易失效等特点,金属C型密封圈制造精度高,经过多年的测试使用和论证,该密封产品在抗强冲击和耐强辐射的环境下,依然可以实现较高的可靠性和较低的泄漏率,漏率最低则可以达到10^(-9) atm.cm^(3)/s.m,可以满足斯特林制冷机泄漏率的要求。

摘要： 以一款制冷量为0.4 W/77 K的小型化旋转集成式斯特林制冷机为研究对象,优化其结构,将定子隔离技术应用于该款制冷机中。优化后的制冷机避免了定子外壳玻璃-金属封接处气体泄漏的风险,同时也降低了制冷工质气体污染导致制冷机失效的可能性。通过制冷机与探测器联试数据,表明该样机性能可满足红外探测器组件应用需求,达到了预期优化研究目的。

摘要： 气体泄漏及间隙传热会导致制冷机性能恶化,因此间隙密封技术是气动分置式斯特林制冷机的一项关键技术.对三种不同间隙密封结构展开研究,搭建Sage模型分析结构参数对制冷机性能的影响,模拟结果显示:间隙高度H不仅影响泄漏率,还与穿梭损失及泵气损失相关;双段式间隙密封的密封1长度比例越大,制冷量越大.当长度比例及密封1、间隙1高度分别为0.7-0.3,10 μm,500 μm时,双段式间隙密封结构性能达到最优.与单段式间隙密封相比,双段式间隙密封结构的制冷量与COP提高9％和21％;与三段式间隙密封相比,双段式间隙密封结构简单,加工方便,因此在设计膨胀气缸与活塞间隙密封时,优选该结构作为斯特林制冷机密封结构.

摘要： 介绍了一台由中国电子科技集团公司第十六研究所研制的高效气动型膜片弹簧支撑斯特林制冷机样机,主要包括高效动磁式压缩机和膜片弹簧支撑的气动型膨胀机.为满足膜片弹簧支撑的斯特林制冷机热力学性能,对动磁式压缩机进行了优化改进.设计了膜片弹簧支撑型气动膨胀机结构,对膨胀机动力学进行了分析.实验研究了充气压力、膜片弹簧轴向刚度对气动型膜片弹簧支撑斯特林制冷机性能影响.经过优化,制冷机制冷性能可达3W/80K@60WAC,制冷机效率5％.

摘要： 间隙密封技术在完成密封作用的同时消除磨损成为为长寿命型斯特林制冷机关键技术之一.但是由于密封间隙的存在产生了泄漏损失、泵气损失、穿梭损失等,旱致制冷量降低.文中分析了层流工况下膨胀机内部密封间隙对上述各损失的影响.针对60K斯特林制冷机结构,分析了工程中影响密封间隙的因素,提出了冷、热端不同位置间隙密封设计要求.开展了膨胀机密封间隙专题实验,获得了最佳密封间隙.通过膨胀机密封间隙优化,制冷机制冷量提升14％.质量小于2.0kg,95W输入功率时获得1.8W/60K@23°C制冷量.

摘要： 新世纪以来,随着红外探测器工作温度的提高以及像元间距的进一步减小,斯特林制冷机进入更小尺寸、更低重量、更高性能、更低功耗和更低成本的发展路线,即超小型斯特林制冷机.文章总结了近十年国内外超小型线性斯特林制冷机的发展概况,并对超小型线性斯特林的设计理念进行了介绍.文章展示了昆明物理研究所研制的一款新型超小型线性斯特林制冷机.

摘要： 气体轴承斯特林制冷机是相同制冷量下体积最小、重量最轻、效率最高和可靠性最高的制冷机.为了满足高温超导器件、光学器件冷却、小型液氮系统等系统对斯特林制冷机需求,开展了5W@77K、10W@77K、15W@77K和30W@80K气体轴承斯特林制冷机研究,先后进行了初样样机、正样样机、鉴定批次验证以及第三方检验测试等阶段,实现了气体轴承斯特林制冷机的谱系化和产品化.在环境温度为23±2°C、风冷散热的条件下,5W气体轴承斯特林制冷机可获得5.40W@77K的制冷量,输入功率为89.1W,制冷系数为6.06％,制冷机的重量仅为2.1kg,冷量重量比为2.57W/kg;10W气体轴承斯特林制冷机获得10.71W@77K的制冷量,输入功率为169.5W,制冷系数为6.32％,制冷机的重量仅为3.1kg,冷量重量比为3.45Wkg;15W气体轴承斯特林制冷机获得15.89W@77K的制冷量,输入功率为240.2W,制冷系数为6.62％,制冷机的重量仍然与10W@77K制冷机一致(仅为3.1kg),冷量重量比为4.61W/kg;30W气体轴承斯特林制冷机获得30.87W@80K的制冷量,输入功率为454.4W,制冷系数为6.79％,该制冷机的重量仅为7.3kg,冷量重量比为4.23W/kg.为了满足工程化应用的要求,制冷机在环境适应性、工艺固化、可靠性方面进行大量的提升和验证工作,通过了国军标要求的环境适应性和可靠性测试,解决了工程化应用中的各种问题.

摘要： 超导技术的大规模应用极大促进了低温技术的进展,其中小型低温制冷机的发展尤为突出.本文介绍了一台整体式大冷量斯特林制冷机及其性能,并对其应用在超导磁体冷却的可行性进行了分析.计算发现,理想情况下该斯特林制冷机在59.7小时内可以将30冷吨超导磁体从77K冷至40K,较目前应用广泛的Cryomech公司ALA600制冷机以及Stirling公司SPC1制冷机的时间要短,说明该斯特林制冷机在超导磁体冷却应用中具有优势.如果采用氦气载冷循环冷却超导磁体,考虑换热温差与漏热,该制冷机需15天将30冷吨的超导磁体从300K冷至50K,需23天冷至40K.这一研究工作为将该型斯特林低温制冷机应用于超导磁体冷却奠定了理论基础.

摘要： 在回热式低温制冷机中,回热器填料的材料特性,填充方式对其制冷性能具有决定性的影响.本文采用实验方法探究了轻质回热器填料涤纶(PET)纤维作为斯特林制冷机回热器的填充材料可行性,实验研究了不同充气压力下的制冷机性能,与采用传统不锈钢丝网作为回热器填料的斯特林制冷机相比,采用PET纤维填充回热器的制冷机,1W@80K时其输入PV功从22W增大至27.3W,仅仅增大了5W左右,该研究证明了采用PET纤维新材料作为回热器填料可行.

摘要： 文章从数值计算和试验研究两个方面分析了连接管的长度和直径参数对分置式斯特林制冷机制冷量等性能的影响,并通过设计软件对由两种不同管径的组合而成的连接管对性能参数的影响进行了分析计算.试验结果与理论计算结论较为符合.文章在验证模型准确性的同时,也为分置式斯特林制冷机的性能优化提供了途经和依据.

摘要： 针对超长线列焦平面器件对制冷机性能的要求,开展了斯特林制冷机与超长线列焦平面探测器耦合过程中冷量损失的研究.实验结果表明耦合过程中在导热损失一定情况下,热辐射损失在不同结构中对斯特林制冷机的降温时间和制冷量有较大影响,模拟计算与实验结果一致,为以后耦合优化指明方向.

摘要： 昆明物理研究所低温制冷组件研制生产团队,结合兵器集团“全价值链体系化精益管理战略”,以大批量生产的集成整体式斯特林制冷机为主线,以提高质量、降低成本为目的,推行实施了“精品制冷机工程”,大幅提高了多型集成整体式制冷机的质量一致性和稳定性,多型产品检测合格率超过99％,关键工序能力指数稳步提升.

摘要： 随着导引头、无人机、热瞄具、地面手持热像等高新武器系统对制冷机可靠性要求的不断提高,昆明物理研究所对研制的多型集成整体式斯特林制冷机进行了长期而系统的可靠性工程研究,针对主要的失效机理,开展了富有成效的工艺技术攻关.可靠性加速试验结果说明昆明物理研究所制冷机的可靠性水平获得很大提升.

摘要： 本发明公开了一种斯特林/脉管复合型制冷机预冷的低温J‑T节流制冷机，包括斯特林/脉管预冷单元和J‑T节流制冷单元，所述斯特林/脉管预冷单元包括至少一个斯特林级制冷机和至少一个采用电涡流阻尼调相机构的脉管级制冷机，该电涡流阻尼调相机构利用电涡流阻尼力为脉管级制冷机调相。本发明的斯特林/脉管复合型制冷机预冷的低温J‑T节流制冷机，其中脉管级制冷机采用了电涡流阻尼调相机构，该机构可为脉管级制冷机提供更优的相位，而且电涡流阻尼调相机构通过改变磁场强度实现相位的主动调节，从而使斯特林/脉管预冷单元可以高效的获得10K及以下的制冷温度，更高效地为制冷级J‑T节流制冷循环提供预冷。

摘要： 本发明公开了一种斯特林/脉管复合型制冷机预冷的低温J-T节流制冷机，包括预冷单元和制冷单元，制冷单元包括J-T压缩机、第一级回热式换热器、第二级回热式换热器、节流前换热器、节流阀和蒸发器；预冷单元为二级或二级以上的斯特林/脉管复合制冷机机构，用于对J-T节流制冷循环工质氦在进入节流前换热器的高温侧管路前由斯特林/脉管复合型制冷机进行多级预冷的制冷剂进行预冷。本发明的斯特林/脉管复合型制冷机预冷的J-T节流制冷循环的制冷性能也会比现有采用单一回热式制冷机预冷的J-T节流制冷循环高，而且可靠性更高，寿命更长，同时具备结构紧凑等优点。

摘要： 本发明公开了一种斯特林/脉管复合型制冷机预冷的低温J‑T节流制冷机，包括斯特林/脉管预冷单元和J‑T节流制冷单元，所述斯特林/脉管预冷单元包括至少一个斯特林级制冷机和至少一个采用电涡流阻尼调相机构的脉管级制冷机，该电涡流阻尼调相机构利用电涡流阻尼力为脉管级制冷机调相。本发明的斯特林/脉管复合型制冷机预冷的低温J‑T节流制冷机，其中脉管级制冷机采用了电涡流阻尼调相机构，该机构可为脉管级制冷机提供更优的相位，而且电涡流阻尼调相机构通过改变磁场强度实现相位的主动调节，从而使斯特林/脉管预冷单元可以高效的获得10K及以下的制冷温度，更高效地为制冷级J‑T节流制冷循环提供预冷。

摘要： 本发明公开了一种斯特林/脉管复合型制冷机预冷的低温J-T节流制冷机，包括预冷单元和制冷单元，制冷单元包括J-T压缩机、第一级回热式换热器、第二级回热式换热器、节流前换热器、节流阀和蒸发器；预冷单元为二级或二级以上的斯特林/脉管复合制冷机机构，用于对J-T节流制冷循环工质氦在进入节流前换热器的高温侧管路前由斯特林/脉管复合型制冷机进行多级预冷的制冷剂进行预冷。本发明的斯特林/脉管复合型制冷机预冷的J-T节流制冷循环的制冷性能也会比现有采用单一回热式制冷机预冷的J-T节流制冷循环高，而且可靠性更高，寿命更长，同时具备结构紧凑等优点。

摘要： 本实用新型公开了一种斯特林/脉管复合型制冷机预冷的低温J-T节流制冷机，包括预冷单元和制冷单元，制冷单元包括J-T压缩机、第一级回热式换热器、第二级回热式换热器、节流前换热器、节流阀和蒸发器；预冷单元为二级或二级以上的斯特林/脉管复合制冷机机构，用于对J-T节流制冷循环工质氦在进入节流前换热器的高温侧管路前由斯特林/脉管复合型制冷机进行多级预冷的制冷剂进行预冷。本实用新型的斯特林/脉管复合型制冷机预冷的J-T节流制冷循环的制冷性能也会比现有采用单一回热式制冷机预冷的J-T节流制冷循环高，而且可靠性更高，寿命更长，同时具备结构紧凑等优点。

摘要： 本发明涉及一种斯特林电机的软启动控制系统及斯特林制冷机，该软启动控制系统包括：用于产生设定序列的SPWM波的脉冲发生器；用于驱动斯特林电机工作的H桥控制单元，该H桥控制单元包括驱动电机的活塞上行的第一通路和驱动电机的活塞下行的第二通路，所述第一通路和第二通路均与脉冲发生器电连接;脉冲发生器分别输出施加于第一通路的第一SPWM波和施加于第二通路的第二SPWM波，在相同脉冲周期内，第一通路和第二通路交替导通或关断。该控制系统应用在斯特林制冷机的控制，具有本发明的斯特林电机及斯特林制冷机可以显著降低启动时的振动冲击，实现了软启动。

摘要： 本发明提供一种对置式斯特林压缩机，包含机壳和两斯特林压缩单元，两斯特林压缩单元呈对置状态设置，并且在同一安装轴线上；两斯特林压缩单元的前端部通过间隙保持机构刚性连接为一体，间隙保持机构包括活塞通道和气体通道，两斯特林压缩单元的压缩活塞分别由间隙保持机构对置的两端部伸入活塞通道中，并在活塞通道中依照设定的周期相互靠近或远离以压缩气体，气体通道与该活塞通道连通以输出压缩气体；两斯特林压缩单元的后端部分别通过弹性悬架机构连接于机壳上，以使得两斯特林压缩单元架设在机壳中。本申请的对置式斯特林压缩机能够减少机械振动，降低噪音，减少能耗。本申请另提供一种分置式斯特林制冷机。

摘要： 本发明涉及一种斯特林电机的软启动控制系统及斯特林制冷机，该软启动控制系统包括：用于产生设定序列的SPWM波的脉冲发生器；用于驱动斯特林电机工作的H桥控制单元，该H桥控制单元包括驱动电机的活塞上行的第一通路和驱动电机的活塞下行的第二通路，所述第一通路和第二通路均与脉冲发生器电连接;脉冲发生器分别输出施加于第一通路的第一SPWM波和施加于第二通路的第二SPWM波，在相同脉冲周期内，第一通路和第二通路交替导通或关断。该控制系统应用在斯特林制冷机的控制，具有本发明的斯特林电机及斯特林制冷机可以显著降低启动时的振动冲击，实现了软启动。

摘要： 本申请涉及低温制冷技术领域，公开一种用于斯特林制冷机的变频器，包括：H桥电路，输出端连接斯特林制冷机；过流故障保护模块，连接H桥电路的输出端和H桥电路的母线，采集斯特林制冷机的电流信号及H桥电路的母线电流信号；第一微控制单元MCU，电流信号接收端连接过流故障保护模块的电流信号输出端，接收过流故障保护模块采集的斯特林制冷机的电流信号及H桥电路的母线电流信号；第一MCU的控制输出端连接H桥电路的控制输入端。该变频器采用过流故障保护模块检测斯特林制冷机的电流及H桥电路的母线电流两个电流信号，第一MCU基于接收到的两个电流信号控制H桥电路的通断，提升了过流保护的可靠性。本申请还公开一种斯特林制冷机和斯特林冰箱。

摘要： 根据本实用新型所涉及的一种斯特林制冷机双层环形换热器及制冷机，斯特林制冷机双层环形换热器包括螺旋换热板、上封板以及下封板，其中，螺旋换热板的一面设置有以中心为起点的上螺旋渐开线沟槽，螺旋换热器的另一面也设置有以中心为起点的下螺旋渐开线沟槽，上下两层螺旋渐开线，形状相同而螺旋线方向相反。换热介质从上导流口进入，经过上螺旋渐开线沟槽到达中心处的导流孔，再通过导流孔到达下螺旋渐开线沟槽的起点，经过下螺旋渐开线沟槽从下导流口流出，因此换热面积较大，比表面积高，所以换热效率较高，特别适合应用于大制冷量斯特林制冷机。