回热式低温制冷机及其 在超导电力技术中的应用 · stirling vuilleumier pulse tube...
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回热式低温制冷机及其
在超导电力技术中的应用
邱利民
浙江大学制冷与低温研究所
2014年11月
2014年中国电机工程学会年会
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说在最前面的感谢
感谢电工所、理化所等国内同行的支持
感谢美国、德国、荷兰、法国等国际同行的支持
感谢日本住友、美国CRYOMECH、万瑞冷电、中船鹏力(南京)超低温技术有限公司等国内外企业的大
力支持
… …
不当之处,敬请批评指证,谢谢!
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一、低温制冷机的应用需求一、低温制冷机的应用需求
二、GM制冷机发展状况二、GM制冷机发展状况
三、脉管制冷机发展状况三、脉管制冷机发展状况
四、回热式低温制冷机发展方向四、回热式低温制冷机发展方向
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低温外科
核磁共振
低温生物
红外制导
γ射线传感
红外侦查 磁谱仪
燃料存储
红外探测
超导输电 超导磁悬浮
粒子加速器
超导储能
国家重大需求
可靠、高效、低成本的低温制冷技术是工业、科学发展的基本支撑条件之一
直接冷却 液体浸泡 载冷剂冷却 热管冷却
低温制冷
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制冷量:0.01K-120K,数毫瓦到数千瓦、数十千瓦;
应用范围广、辐射性强、制冷工质种类少、性质特殊!
应用类 应用温度 所需冷量
军事航天 0.01-110K 0.01-10W
超导磁体 2-77K 0.01-20kW
医疗卫生 4.2-80K 1-1000W
小型液化 4.2-110K 1-1000W
科学实验 0.01-120K 0.1-1000W
国家重大需求
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应用类 应用温度 所需冷量
军事航天 0.01-110K 0.01-10W
超导磁体 2-77K 0.01-20kW
医疗卫生 4.2-80K 1-1000W
小型液化 4.2-110K 1-1000W
科学实验 0.01-120K 0.1-1000W
超导电力:大冷量,需求大——灵活、高可靠性低温制冷机
军事航天:要求苛刻——高效、紧凑、高可靠、长寿命低温制冷机
国家重大需求
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7低温制冷机的需求
Helium Supply and Demand Liquid Helium Price
- 为减少液氦的挥发,储备氦资源,推广基于液氦制冷机的氦气回收方法,需要4K低温制冷机!
1.氦资源战略储备—中国:氦资源贫乏,主要依赖进口
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2.超导行业需求
液氦消耗主要领域-超导领域
- 超导电力技术迅速发展,20-80K低温制冷机需求日益剧增!国内年产量
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9低温制冷技术族谱
Cryogenic Refrigeration
Open Cycle
Stored GasHigh pressureAmbient temp.
Stored CryogenAmbient pressureLow temperature
Closed CycleCryocoolerDynamic Static
Radiator
Sorptioncompressor
Solid stateMagneticThermoelectricLaser
Regenerative RecuperativeJoule-ThomsonBraytonClaude
StirlingVuilleumierPulse tube
Gifford-McMahonPulse tube
ValvelessValves
Joule-Thomson Solid Liquid Supercritical
Cryogenic Refrigeration
Open Cycle
Stored GasHigh pressureAmbient temp.
Stored CryogenAmbient pressureLow temperature
Closed CycleCryocoolerDynamic Static
Radiator
Sorptioncompressor
Solid stateMagneticThermoelectricLaser
Regenerative RecuperativeJoule-ThomsonBraytonClaude
StirlingVuilleumierPulse tube
Gifford-McMahonPulse tube
ValvelessValves
Joule-Thomson Solid Liquid Supercritical
回热式低温制冷机:体积小、重量轻、灵活、地面和空间应用方便,是应用面最广的低温制冷机
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10回热式低温制冷机
GM制冷机斯特林制冷机
GM脉管制冷机斯特林脉管制冷机
• 驱动高效,紧凑,可靠• 高频损失,匹配复杂,难以达到液氦
• 压缩机简单,远驱动,油污,电磁阀• 低频损失小,压比大,冷端膨胀充分
1、2:军事航天探测器,小型电子器件,磁谱仪,JT制冷机预冷
3、4:超导磁体,电子器件,小型液化器,低温真空泵
12
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核心技术过去长期被国外垄断,国外已产业化,我国起步晚,自主创新少,主要依赖进口,或一边研制一边使用
斯特林型脉管制冷机 GM型脉管制冷机
斯特林制冷机 GM制冷机
回热式低温制冷机
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数据来源:Web of Science Core Collection 核心合集;BIOSIS Citation Index(生命科学学术信息);Chinese Science Citation Database 中国科学引文数据库;Derwent Innovations Index(德温特专利检索);MEDLINE(医学索引); SciELO Citation Index(图书引文索引)12国家: USA, Germany,England,France,Netherland,Russia,Israel,Iran,Korea,Japan,India,China
常用小型低温制冷机的研究比例
回热式低温制冷机
1981 1985 1989 1993 1997 2001 2005 2009 20130.0
0.5
1.0J-T cooler 628项 G-M cooler 730项
Stirling cooler 1739项
Pulse Tube cooler 1991项
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1981 1985 1989 1993 1997 2001 2005 2009 20130.0
0.5
1.0J-T cooler 628项 G-M cooler 730项
Stirling cooler 1739项
Pulse Tube cooler 1991项
回热式低温制冷机
两类特殊制冷机
GM制冷机: 研究趋于成熟,惟一工业化大批量生产的低温制冷机,
社会需求量最大低温制冷机,年产过2万台。
脉管制冷机: 当前最大研究热点,应用潜力巨大,理想替代机型。
常用小型低温制冷机的研究比例
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一、低温制冷机的应用需求一、低温制冷机的应用需求
二、GM制冷机发展状况二、GM制冷机发展状况
三、脉管制冷机发展状况三、脉管制冷机发展状况
四、回热式低温制冷机发展方向四、回热式低温制冷机发展方向
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15GM制冷机发展状况
1.GM制冷机发展历史
快速发展与推广的主要原因:
压缩机由空调压缩机改造而成,制造简单,成本低,性
能稳定;远距离驱动,冷头振动干扰小;
低频换热充分,阻力损失小,压比较大,膨胀效率高,
易达到深低温。工作温度宽,冷量范围大
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16GM制冷机发展状况
1.GM制冷机发展历史
1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 20100
10
20
30
40
50
60
10kW 大压缩机 (1.8W/4.2 K冷量)
2013
1级GM100W/30K
多层填料技术 (获得2.09K制冷)
MRI发明(促进超导应用)
文献
专利
雏形机
整机优化:CFD模拟(多维定量)
整机优化:Sage模拟(一维定量)
核心部件优化:REGEN3.1(一维定量)
液氦温区商品化液氮温区商品化
GM制冷机发明(实现连续回热制冷)
2级GM3.0W/4.2K
GM制冷机研究文献数量
2013
3级GM 2.09K
热力学分析:西蒙膨胀原理(一维定性)
3级GM 6.5K
2级GM 7.5K
磁性填料发明(实现液氦制冷)
1级GM~700W/80K
1960 1970 1980 1990 2000 2010
理论发展
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公司 产品型号 最低温度 制冷量 输入功率
单级GM制冷机商品信息
CTI M1050 32K 80W/77K 5.5kW
CRYOMECH AL600 25K 620W/80K 15kW
CRYOMECH AL330
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2. GM制冷机商品化状况(技术指标)
国外 2)Cryomech
• 拥有30 K和77 K 温区最大制冷量的GM制冷机
AL330 AL600
特点:
• 20-40K温区大冷量
• Tc
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2. GM制冷机商品化状况(技术指标)
国内 1)万瑞冷电,20K,77K系列
• 已实现应用:
探测器冷却,电子器件冷却,低温泵,材料低温
测试,超导磁体测试,超导电缆等HTS冷却……
型号 双级制冷机 单级制冷机
GM205 GM210 GM150最低温度
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2. GM制冷机商品化状况(技术指标)
国内 2)中船超低温(南京柯德),4K,20K,40K,77K系列
氦压缩机 GM 制冷机KDC6000,KDC6000V 210,210S 410,410S,415 400S
GM制冷机发展状况
5项国内及全球核心专利
• 气体间隙调相低温制冷技术• 纳米过滤通道油分离技术
4K GM系列:[email protected];[email protected] GM系列:18W@20K, < 8K单级GM系列:54W@40K, < 30K
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2. GM制冷机商品化状况(技术指标)
国内 2)中船超低温(南京柯德)
GM制冷机发展状况
部分成功应用案例:
液氢温区大型低温系统:某军工单位;
MRI:丰盛超导、宁波某公司等;
低温内纯化系统:中科院理化所;
磁制冷:中科院 理化所;
科研用无液氦超导磁体:电工所;
低温测试装置: 中科院等离子所、国家脉冲强磁场科学中心等 ;
氦液化器:京安古贝(北京)公司;
选矿用超导除铁器:某单位。
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1.可靠性、寿命(维护~1年,寿命~5年) 压缩机润滑油失效、污染
材料放气污染
运动部件磨损、振动
高磁场环境运行干扰
生产商型号 机型 维护(h) 制冷量及温度
CryomechAL600 GM 10000 600 W@80 K
Cryomech AL325 GM 10000 230W@50K住友CH-110 GM 15000 200 W@77 K
住友CH-208L GM 15000 10 W@20 K
万瑞冷电GM150 GM 10000 35W@77K南京柯德400S GM 15000 35W@50K
Cryomech PT90 GM脉管 ~20000 48W@50K
Qdrive 2S362 斯特林脉管 无维护 1000@77K
GM制冷机存在问题
氦压缩机(5年)
电磁阀&排出器电控箱
进气
排气
摩擦密封(1-3年 )
冷头
旋转阀(3年 )
15 K
300 K
70 K
排出器(振动)
吸附筒(1年)
来自Ray.Radebaugh
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2.成本高 当前成本 80K: ~$100/W,20K: ~$800/W 理想成本 80K: ~$25/W, 20K:??
制造商/型号 机型 美元/W 制冷量
77K
StirlingC&R/LPC-1 斯特林 77 1000W
Cryomech/AL330 G-M 83 340W
Cryomech/PT-60 G-M脉管 285 60W
25K
StirlingC&R/SPC-1T 斯特林 1600 50W
StirlingC&R/SPC-4T 斯特林 800 200W
Leybold/120T G-M 720 25W
Cryomech/AL330 G-M 1000 50W
GM制冷机存在问题
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2.成本高1)效率低 电磁阀阻力损失大;
解决方法?
回热填料比热有限;
冷量传递损失
2)需求小,产量低
3)维护周期短
制冷温度(K)
比功
率(W
/W )
( 当前GM制冷机)
GM制冷机存在问题
(斯特林:27%,斯特林脉管:22%)
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2.成本高1)效率低 电磁阀阻力损失大;
解决方法?
回热填料比热有限;
冷量传递损失
2)需求小,产量低
3)维护周期短
制冷机产量和成本关系(60-80K)
每年产量/台
每台成本比
GM制冷机存在问题
10:1
(斯特林:27%,斯特林脉管:22%)
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一、低温制冷机的需求背景一、低温制冷机的需求背景
二、GM制冷机发展状况二、GM制冷机发展状况
三、脉管制冷机发展状况三、脉管制冷机发展状况
四、回热式低温制冷机发展方向四、回热式低温制冷机发展方向
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1级stirling型 165K1级GM型
124K
1984 1989 1994 1999 2004 20090
20
40
60
80
100
120
140
160
1802013
1级GM型 10.6K
3级stirling型 5.35K
雏形机
CFD模拟 (多维定量)
表面泵热原理 (一维定性)
整机优化:Sage模拟(一维定量)
热力学非对称原理、热声理论 (一维定性);核心部件优化:REGEN3.1模拟 (一维定量)
介观热力学方法(一维定性,拉格朗日视角)
焓流-调相原理(一维定性)
2级Stirling型 12.8K
液氦温区产业化液氮温区商品化
惯性管型
基本型(Tc=124K)
小孔型(Tc=60K)
双向进气型(Tc=42K)
1级stirling型 60K
1级stirling型 42K
3级GM型 3.6K
2级GM型 3.1K
2级GM型 1.27K
3级Stirling型 4.26K
研究文献数量
20131964 1974
文献
专利
1964 1974 1984 1989 1994 1999 2004 2009
随着理论研究的进展,脉管制冷机的性能迅速提高!
尤其GM型脉管制冷机:液氮、液氦温区产业化!
脉管的发展状况脉管发展历史
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1 10 10010-2
10-1
100
101
102
103
104
IR
制冷量
(W)
制冷温度 (K)5 50 300
LTSelectrinicsSQUIDs
MRI
Maglev
SMES
Transformer
H2ZBO
IRNbNElec.
FCL
Cryopumps
Motors
Generators
1JTMicro-SMES
HTSSQUIDs
VaccumH2O Cryotraps
CryosurgeryO2&CH4ZBO
Bearings
Wireless
SMESMRI
G-M型脉管制冷机
斯特林型脉管制冷机
液氮温区以斯特林脉管为主
脉管的发展状况
液氮温区脉管效率已经接近或超过传统低温制冷机;
开始逐步取代传统低温制冷机,并可望开拓新应用;
中国学者在脉管制冷机发展中起到了重要作用。
液氦温区以GM脉管为主
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型号 制冷量 输入
日本住友
两级脉管SRP-082B 1.0W @ 4.2K&40W @ 45K 7.8kW
SRP-062B 0.5W @ 4.2K&30W @ 65K 6.5kW
Cryomech
两级脉管PT815 22W @ 20K&100W @ 80K 10.7kW
PT415 [email protected]&40W@45K 10.7kW
单级脉管 PT90 90W @ 80K 4.3kW
1. GM脉管制冷机商品化状况(技术指标)
国外:日本住友重机械,Cryomech
GM脉管的发展状况
国内 :无产品线,供应空白
4.2K:最大制冷量1.5W,输入~10kW (GM制冷机:~8kW)
80K:相对卡诺效率~7%(GM制冷机:10-20%)
4.2K:最大制冷量1.5W,输入~10kW (GM制冷机:~8kW)
80K:相对卡诺效率~7%(GM制冷机:10-20%)
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方法创新:
分离型两级新结构
复合回热器优化方法
交变流动强化换热法新型分离型(热耦合)
级间干扰小制冷效率高
传统耦合型(气耦合)
级间干扰大制冷效率低
2. 浙江大学GM脉管制冷机研制情况
GM脉管的发展状况
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方法创新:
分离型两级新结构
复合回热器优化方法
交变流动强化换热法
2. 浙江大学GM脉管制冷机研制情况
GM脉管的发展状况
20 30 40 50 604
5
6
7
8
9
10
11
12
CASE1(HoCu2)
5.6K
7.9K
P0=1.0MPa, W
input=50W
T4 (K
)
(A) Frequency (Hz)
T2=10.6K T2=7.9K T2=5.6K
10.6K
30 35 40 454
5
6
7
8
9
10
CASE2(HoCu2+GOS )
T2=10.6K T2=7.9K T2=5.6K 5.6K
7.9K
P0=1.0MPa, Winput=50W
T4 (K
)
(B) Frequency (Hz)
10.6K
复合回热材料组合优化,回热器效率显著提高
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方法创新:
分离型两级新结构
复合回热器优化方法
交变流动强化换热法
2. 浙江大学GM脉管制冷机研制情况
GM脉管的发展状况
狭缝式层流换热器低温热导成倍提高
2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.00
200
400
600
800
1000
Coo
ling
pow
er (m
W)
Temperature (K)
Case 1 Case 2 Ideal heat exchange
2 3 4 5 6 7 8 90.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6 Simulation results Experimental results
Q2
@ 4
.2 K
(W)
2nd stage mass flux (g/s)
Case 2
Case 1
Case 3Case 4
首次提出导热、传热、整流三合一设计理念
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2. 浙江大学GM脉管制冷机研制情况
GM脉管的发展状况
实验突破:
连续8年,创造并保持单级脉管制冷机最低制冷温度纪录
两级分离型脉管制冷机获同类制
冷机国际最好结果
制冷效率提高50%(与2011年数据比较),性能达到应用要求
最低温度达10.6K的单级脉管制冷机
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2. 浙江大学GM脉管制冷机研制情况
GM脉管的发展状况
实验突破:
连续8年,创造并保持单级脉管制冷机最低制冷温度纪录
两级分离型脉管制冷机获同类制
冷机国际最好结果
制冷效率提高50%(与2011年数据比较),性能达到应用要求
两级分离型脉管制冷机,4.2K制冷量达1.1W
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首次采用单级GM脉管制冷机做冷源,开展了宽温区(20-80 K)泡沫材料低温吸湿性能研究。成果已应用于CZ-3系列和CZ-5火箭。
(合作单位:航天材料及工艺研究所、北京宇航系统工程研究所)
基于脉管制冷机的泡沫吸湿增重试验台
典型制冷机工作过程曲线
GM脉管的发展状况
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当前最主要研究的低温制冷机种,低振动、长寿命、高可靠性,
满足军事航天的苛刻要求!
2009 2010 2011 2012 20130
20
40
60
80
100
120
研究数量
G-M 脉管制冷机 斯特林脉管制冷机
斯特林脉管制冷机的研究现状
近5年内两种脉管制冷机的研究数量分布
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通过改变惯性管气库,调节冷头阻抗,实现压缩机与冷头高效匹配;
360W电功,27.7W@77 K,整机相对卡诺效率22%(斯特林最高~27%)
斯特林脉管制冷机的研究现状
1. 80K温区研究进展
1)高效率单级斯特林脉管制冷机,中科院理化所,2010
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效率高于大功率GM制冷机,具有高可靠性,满足超导电力需求
斯特林脉管制冷机的研究现状
1. 80K温区研究进展
2)大功率型斯特林脉管制冷机,国际各单位汇总
时间 单位 调相方式压缩机型号
制冷性能输入功率
/kW输入型式
2009University of Giessen
惯性管2S297
[email protected] 4.59 声功惯性管2010 12.9W@25K 4.5 电功
2007Praxair 惯性管 2S241
300W@80K 4.3电功2008 1000W@77K 24.6
2006 Air Liquide 惯性管 自制 100W@74K 4.4 声功2008 210W@65K 7.5 电功
2004 American Superconductor 惯性管 自制 140W@80K 3.4 电功
2007日本大学 惯性管 2S241 169W@80K 4 电功2008 180W@80K 3.8 电功
2012 Sumitomo Heavy Industries惯性管
自制210W@77K 3.8 电功
惯性管 191W@77K 3.8 电功2014 中科院理化所 惯性管 自制 520W@80K 7.4 电功
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39斯特林脉管制冷机的研究现状
1. 80K温区研究进展
2)大功率型斯特林脉管制冷机,中科院理化所,2014
充压: 2.7MPa
频率: 47Hz
活塞冲程:29mm
制冷量: 520W@80K
输入电功:7.6kW
相对卡诺:18.2%
技术突破:(1)自制10kW线性压缩机;(2)掌握阻抗匹配机理
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2. 20K以下深低温区研究进展
研究单位 级数 Tc/ K Qc/ W/K η / %LMATC 2 19.8 0.79/35 5.75
吉森 2 19.6 0.41/35 1.5
吉森 2 12.8 0.2/25 0.85吉森 2 13.7 12.9/25 3.8
理化所 2 16.1 0.6/35 2.2
理化所 2 15.6 0.75/25 3.2
浙江大学 2 14.2 1/35 1.46
浙江大学 2 13.8 1.5/20 2.9
LMATC 3 5.35 0.125/10 1.46
NGST 3 6.1 0.255/10 3.20
浙江大学 3 4.76 0.04/6 0.14LMATC 3 5.35 0.125/10 1.46
LMATC 4 4.85 0.05/6 0.79
浙江大学 预冷型 4.2 预冷:0.3/10.6 -
NIST 预冷型 10.6 预冷:1.23/19.7 -
2级最低12.8K
3、4级最低4.76K(2级GM型2.3K)
美国洛克希德马丁中心 美国国家标准局
中科院理化所 浙江大学
法国原子能署 德国吉森大学
斯特林脉管制冷机的研究现状
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研究单位 级数 Tc/ K Qc/ W/K η / %LMATC 2 19.8 0.79/35 5.75
吉森 2 19.6 0.41/35 1.5
吉森 2 12.8 0.2/25 0.85吉森 2 13.7 12.9/25 3.8
理化所 2 16.1 0.6/35 2.2
理化所 2 15.6 0.75/25 3.2
浙江大学 2 14.2 1/35 1.46
浙江大学 2 13.8 1.5/20 2.9
LMATC 3 5.35 0.125/10 1.46
NGST 3 6.1 0.255/10 3.20
浙江大学 3 4.76 0.04/6 0.14LMATC 3 5.35 0.125/10 1.46
LMATC 4 4.85 0.05/6 0.79
浙江大学 预冷型 4.2 预冷:0.3/10.6 -
NIST 预冷型 10.6 预冷:1.23/19.7 -
现状:
制冷性能差,多级结构复杂;
液氦温区制冷机细节多未公布
2. 20K以下深低温区研究进展
斯特林脉管制冷机的研究现状
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结合相角影响,对制冷机理进行统一、全面解释:
-30°~+60°(调相型):回热器制冷;~ +81°(基本型):脉管制冷
基于微团传热机理研究,提出减小回热器和脉管热损失的方法
斯特林脉管制冷机的研究现状
浙江大学—制冷机理研究:微团热力学循环可视化分析
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He-3: 4.03K, [email protected];He-4: 4.26K ,[email protected]首次以三级结构实现液氦温区制冷,国际上同类结构最低温度!
3. 浙江大学20K以下斯特林脉管制冷机
斯特林脉管制冷机的研究现状
0 50 100 150 200 250 300 350 4000
50
100
150
200
250
300For He-3:3rd stagef3=31.4Hzp3=1.15MPaWe3=64W
T3/ K
time/min
He-4 He-3
For He-4:3rd stagef3=28Hzp3=1.25MPaWe3=43W
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
5.5
6.0
21.5 22.0 22.5 23.0 23.5 24.0 24.5 25.0 25.53.5
4.0
4.5
5.0
5.5
6.0
6.5
T3/K
T23/K
Q3=0mW Q3=20mW Q3=40mW
For 3rd stage:f3=31.4Hzp3=1.13-1.15MPaWe3=64W
三级斯特林脉管
-
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3. 浙江大学20K以下斯特林脉管制冷机
斯特林脉管制冷机的研究现状
Qre
Qpt80K
0 50 100 150 200 250 300 350 40010
60
110
160
210
260
310
for 1st:f=40.5 HzP0=2.5 MPaWe=340 W
for 2nd:f=30 HzP0=1 MPaWe=400 W
预冷脉管
Tc2
(K)
时间 (min)
15.87 KTpt=76.10 KQpt=1.6 W
16 18 20 22 24 26 28 30 32 340.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
T21=73.0~74.5 K
Tpt =82.9~87.9 KT21=80.7~84.7 K
模拟值
预冷脉管
Qc2
(W)
Tc2 (K)
实验值 预冷脉管
Qpt:1.35~1.55 W
自预冷脉管方法:高温级冷量预冷低温级脉管,
仅消耗高温区(80 K)少量的制冷量就可以使低温区 (20 K) 性能得到较大的提升。
因双向开度漂移等稳定性问题,预冷脉管有望作为航天用纯惯性斯特
林脉管提高20 K以下性能的有效手段!
目前纯惯性2级结构的最低温度
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4.深低温区存在科学问题
回热器损失高孔隙率、高传热填料?高效填料组合?15-25Hz 高效压缩机?
实际气体损失如何利用负焓流?实际气体传热、流阻方程?
低温调相复杂预冷温度与各运行参数耦合?新的调相方式?
斯特林脉管制冷机的研究现状
4K-10K 10K-80K 80K-300K0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
各部
分能
量所
占比
例
Qnet
Qcond
Qreg
Qpt
Hp
Po=1MPaf=30Hz
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一、低温制冷机的需求背景一、低温制冷机的需求背景
二、GM制冷机发展状况二、GM制冷机发展状况
三、脉管制冷机发展状况三、脉管制冷机发展状况
四、回热式低温制冷机发展方向四、回热式低温制冷机发展方向
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1.小型低温制冷机大功率化(多台并行:效率低、成本高、体积大)
大功率氦压缩机大冷量换热器 气流非均匀性 高效回热填料
关键科学、技术难题
高热导、强整流换热器 & 新型均匀、高孔隙率、高传热回热材料
• 压缩热大、冷却难度高
• 滤油困难• 效率低下
• 压缩热大、冷却难度高
• 滤油困难• 效率低下
• 大尺度温度非均匀损失
• 过渡区射流、涡旋损失
• 大尺度温度非均匀损失
• 过渡区射流、涡旋损失
• 流道非均匀影响显著
• 阻力、换热损失显著
• 流道非均匀影响显著
• 阻力、换热损失显著
• 换热器导热损失显著
• 整流、传热耦合设计难
• 换热器导热损失显著
• 整流、传热耦合设计难
科学问题 科学问题 工程问题 工程问题
回热式低温制冷机发展方向
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2.大冷量高效传输方式
热管式• 热阻大• 需载冷剂• 传热效率低
直接接触• 振动影响• 温度非均匀• 接触面有限
流体浸泡• 系统复杂• 投资高• 冷损大
回热式低温制冷机发展方向
面向对象直接冷却
(专利号:201010141061.1)
主要优点:
1、结构紧凑
2、低振动
3、高效冷量传输
4、多对象同时冷却
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输入模块
控制系统和数据测量得到原始数据
制冷机信息和预期性能
制冷机各部件寿命和维护更新历史
分析模块
分析数据和数据间关系
诊断模块
制冷机的性能表现是否在正常运
行范围内
判断可能的失效原因
否
预测模块
根据诊断模块获得可能的失效机制,计算可靠的剩余使用寿命(RRUL)
输出模块
确定失效机理、剩余寿命和可靠性估计
是
3.可靠性监测系统基于制冷机性能快速预测技术、在线测控技术、互联网技术
等综合交叉的低温制冷机可靠性监测系统
回热式低温制冷机发展方向
-
脉管制冷研究范式即将发生根本转变,以多
维低温交变模型为代表的脉管制冷理论和新的制
冷机构型将应运而生,有力支撑脉管制冷机精细
化研究,向大功率、高效率、紧凑化方向发展
深低温可视化技术将在脉管制冷研究中快速
推广应用,推动脉管制冷机理的深入研究。与智
能控制、互联网等新技术相结合,i-Cryocooler的时代也许即将到来
说在最后的感想
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51衷心感谢!