祁 云 孙大明* 乔 鑫 沈 惬 章 杰 汪乘红 丁海威

(1 浙江大学能源工程学院 杭州 310027)

(2 江苏克劳特低温技术有限公司 常州 213000)

1 引言

斯特林制冷机具有制冷效率高、结构紧凑、运行可靠、降温速率快以及制冷温度范围广等特点,具有广阔的应用前景。其中,针对红外探测、高温超导、医疗卫生和小型气体液化等应用场合的特殊要求,10 W@77 K 斯特林制冷机的需求尤为迫切[1]。国外的相关研究工作起步较早,目前已有多种直线电机驱动的斯特林制冷机可满足工程应用:美国Sunpower 公司研发了CryoTel CT 以及CryoTel GT 两种机型,均可在液氮温区达到10 W 以上的制冷量,效率接近7%,而且由于采用了气体轴承技术,所以具有较高的工作可靠性[2];以色列Ricor 公司研发了K535 机型,制冷量达5 W@65 K,由于压缩机采用双活塞对置结构,所以可在一定程度上降低设备振动[3];德国Leybold公司研发的SC-7com 制冷机,制冷量可达6 W@77 K;法国Thales 公司研发的LSF9340 型斯特林制冷机,制冷量可达7.3 W@75 K[4]。国内的研究工作由于起步较晚,所以可成熟应用的机型相对较少。中国电子科技集团公司16 所研发的10 W@80 K 气体轴承斯特林制冷机,可基本满足大冷量红外光学、冷光学系统的应用需求[1,5-8]。中国科学院理化技术研究所在10 W@ 77 K 斯特林制冷机的研制及其内部机理研究方面做了大量工作,同时在千瓦级制冷机方面也取得了很大的研究进展[9-12]。

在此研究背景下,为了满足国内对于高效率、高可靠性、长寿命低温制冷机的迫切需求,本文对10 W@77 K 自由活塞斯特林制冷机进行了深入研究。……