理化所kW級(jí)大功率脈沖管低溫制冷研究獲進(jìn)展

在國家自然科學(xué)基金委、科技部“973”項(xiàng)目等支持下，由中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所熱聲課題組羅二倉研究團(tuán)隊(duì)以及中科力函（深圳）熱聲技術(shù)有限責(zé)任公司聯(lián)合研發(fā)的kW級(jí)大功率脈沖管低溫制冷技術(shù)取得新進(jìn)展,相關(guān)文章發(fā)表在國際低溫刊物Cryogenics上 (J.Y.Hu, L.M.Zhang, J.Zhu, et al., A high-efficiency coaxial pulse tube cryocooler with 500W cooling capacity at 80K, Cryogenics, 2014, Online available)。

該大功率脈沖管低溫制冷機(jī)采用自主研發(fā)的10kW級(jí)往復(fù)直線壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)一個(gè)結(jié)構(gòu)緊湊的同軸型kW級(jí)制冷量低溫脈沖管制冷機(jī)，在120K可以達(dá)到1200W以上的制冷量，在77K可以達(dá)到600W以上制冷量。在77K獲得500W以上時(shí)的相對(duì)卡諾效率為19%，在120K獲得1000W級(jí)制冷量時(shí)的相對(duì)卡諾效率則超過了20%。

目前，包括美國、德國、法國、日本以及中國等許多國家在內(nèi)的著名研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)都競(jìng)相開展了大功率脈沖管制冷機(jī)的研究，但僅有美國的Praxair公司與CFIC公司合作研制出在77K超過500W制冷量的大功率脈沖管低溫?zé)崧曋评錂C(jī)，其相對(duì)卡諾效率在kW級(jí)時(shí)為14%左右，理化所研制的大功率脈沖管低溫制冷機(jī)比美國的效率高出30%，是目前報(bào)道的最高效率的大功率脈沖管熱聲低溫制冷機(jī)。

該研究工作是在課題組前期研制出國際上最高效率小功率脈沖管低溫?zé)崧曋评錂C(jī)（J.Y.Hu?, W.Dai，E.C.Luo,et al, Development of high efficiency Stirling-type pulse tube cryocoolers, Cryogenics(2010),50(9):603-607）的基礎(chǔ)上，提出了解決大尺度回?zé)崞骱兔}管不均勻流動(dòng)和傳熱損失的新方案，并以自主創(chuàng)新研制的大功率氣浮支撐直線壓縮機(jī)與脈沖管制冷熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)的優(yōu)化匹配為基礎(chǔ)，從而在該大功率脈沖管制冷熱力特性研究方面取得了重要進(jìn)展和突破。

該大功率脈沖管低溫制冷機(jī)在天然氣液化（小型天然氣液化、LNG加氣站BOG氣體再冷凝）、高溫超導(dǎo)強(qiáng)電冷卻（高溫超導(dǎo)限流器、超導(dǎo)儲(chǔ)能、超導(dǎo)變壓器冷卻等）以及小型液氮機(jī)等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景。小功率制冷機(jī)已由中科力函熱聲技術(shù)公司實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，在高溫超導(dǎo)濾波器、高溫超導(dǎo)SQUID、鍺探測(cè)器、紅外氣體分析儀上獲得應(yīng)用。

500W@77K大功率脈沖管低溫制冷機(jī)

10W@77K小功率脈沖管低溫制冷機(jī)