我国科学家实现无液氦极低温制冷

大约一个世纪前,人类首次将氦气液化,开启了利用液氦进行极低温制冷的新纪元。随后,极低温制冷技术被广泛应用于大科学装置、深空探测、材料科学和量子计算等国家安全和战略高技术领域。然而,用于极低温制冷的氦元素存在供应短缺等问题。如何才能不用氦元素实现极低温制冷,一直是科学家要着力突破的难题。

关于变频多联机APF能效试验中针对低温制冷实测时准确性的检讨和建议

目前我国多联机变频空调机组均采用全年性能系数(APF)替代IPLV作为评价指标。基于现有多联变频空调器的调节范围广的特点,指出了现有APF中对于选择性试验即低温制冷工况实测时,会出现不符合实际的情况,利用实测数据和理论分析产生的原因,水平展开,并给出了针对实测的改进建议。

超高效低温制冷空调器理论设计方案

目前有部分客户要求房间空调器具备低温制冷功能,让空调器在室外环境温度-30℃时仍可正常制冷。这种空调器主要用于北美、北欧的酒吧、酒窖、网吧、基站等场景。如果让普通空调器在如此低温情况下进行制冷运行,就会出现空调器频繁地防冻结降频、频繁达到设定温度停机、室内换热器结霜等问题;压缩机也会由于超过了耐受条件而出现超磨损或毁坏风险。为了解决这些问题,设计了一种除普通空调器的正常功能外,还能专门用于低温制冷的空调器,只需要在系统中增加一个液相制冷剂泵和两个电磁阀,再通过合理的控制,就可在低温制冷时不用启动压缩机即能达到足够的制冷量,并且可以让空调器在室外环境温度-30℃及更低的温度下正常运行,同时还可以获得较高能效比。

詹姆斯·韦伯太空望远镜低温制冷系统的发展历程

经过多次调整,计划将于2018年发射的詹姆斯·韦伯太空望远镜(James Webb Space Telescope,简称JWST)中的中红外仪(Mid-Infrared Instrument,简称MIRI)低温制冷系统最终选用三级脉管制冷机预冷J-T(Joule-Thomson)循环的复合型低温制冷技术。详细介绍了该技术的发展历程,表明该复合型低温制冷技术已在空间任务中逐渐替代固氢或液氦杜瓦技术,以期为国家未来空间计划的实施提供借鉴。

我国科学家实现无液氦极低温制冷

来自中国科学院大学、中国科学院物理研究所以及中国科学院理论物理研究所等单位的研究人员,在钴基三角晶格磁性晶体中首次发现量子自旋超固态存在的实验证据。他们利用该晶体材料,通过绝热去磁获得了94毫开(零下273.056摄氏度)的极低温,成功实现无液氦极低温制冷,并将该效应命名为“自旋超固态巨磁卡效应”。

低温制冷技术在反应堆冷中子源系统中的应用研究

基于国外有关冷中子源方面的资料 ,分析了近几年来国外冷中子源技术的应用与发展概况 ,并从技术上对采用不同慢化剂材料、制冷循环模式及冷却方法的系统进行分析与比较 ,指出了不同系统各自的优缺点。根据实际经验 ,归纳出建设冷中子源系统需解决的关键技术和问题 ,为我国下一步冷中子源系统的建设提供参考。

空间红外天文望远镜低温制冷技术综述

空间红外天文观测对于研究行星、恒星、星系以及宇宙的起源具有重要意义,空间红外天文观测载荷代表了一个国家空间红外遥感载荷技术的最高水平。文章对现有的空间低温制冷方式进行了分析总结,介绍了各种低温制冷方式的特点、技术成熟度及适用温度范围。文章对典型空间红外天文望远镜(HST、IRTS、SIRTF、ASTRO-F、Herschel、WISE、JWST)的低温制冷技术进行了研究与总结,介绍了先进空间红外天文望远镜的制冷系统指标参数、制冷方案,总结了空间红外天文望远镜制冷系统发展规律与发展趋势,为中国空间红外低温制冷技术的发展提出了几点建议。

斯特林低温制冷机的研究与发展

介绍了近40年来斯特林循环低温制冷机从整体式到分置式结构、从旋转式压缩机到直线式驱动、从普通轴承到板弹簧柔性支承、从机械驱动排出器到气动控制等一系列变化和发展,叙述了中国低温斯特林制冷机从无到有、从仿制国外产品到自主创新、从单件研制到批量生产的历程,展示了中国近年取得的最新成就,指出建立和发展一支具有国际前沿水平的研究队伍和研究基地的重要性。在新世纪,为了满足中国空间和地面红外技术不断增长的需要,研制各种类型的高质量线性驱动压缩机、开发低温制冷机用的精密电子控制技术、批量生产长寿命的微型斯特林制冷机,是一项重要任务。

逆布雷顿循环微型低温制冷机

在目前广泛采用的低温制冷循环中， 以透平机械为主的逆布雷顿循环制冷机有望能够满足卫星、宇宙飞船等航天器上低冷量、高性能、高效率的特殊要求，成为空间制冷的一种选择。总结了近几年空间用逆布雷顿循环制冷机的研究成果，表明由 Ｄ Ｃ Ａ Ｃ转换器、微型离心式压缩机、微型透平膨胀机及高效紧凑式换热器组成的微型逆布雷顿循环制冷机是一种有前途的微型低温制冷机。

低温制冷机用柔性板弹簧优化参数及型线分析

针对低温制冷机用板弹簧,提出同时考虑"径轴向刚度比"和"最大应力与轴向刚度比"为板弹簧的优化参数,在此基础上,基于有限元分析方法,比较分析了常见的3种不同涡旋型线的板弹簧,得到宜采用圆渐开线和阿基米德螺旋线来构造涡旋线且圆渐开线较优的结论;同时也比较了偏心型与同心型板弹簧的性能,结果显示偏心型板弹簧具有较稳定的径向刚度及较大的径轴向刚度比,有利于低温制冷机的稳定运行。最后通过实验测量了板弹簧的刚度,显示有限元计算值与实验结果的平均误差为11.6%,从而证明了有限元方法的可靠性。

低温制冷机与ZBO存储系统耦合数值模拟

介绍了基于低温液体压力控制技术搭建的一套小型实验装置,并针对实验中的一项关键内容-低温制冷机与零蒸发(ZBO)存储系统耦合建立了采用CFD软件的数学模型。根据实验装置中的已知参数以及设计计算结果,模拟了制冷机关闭状态下不同时刻液氮贮箱内流体分布、制冷机开启状态下分别采用紫铜箔与高温热解石墨传热元件时,低温贮箱内流体及导热带上温度分布情况。由模拟结果得知,石墨比紫铜具有更强的冷量传输能力,使贮箱内液氮温度和压力更低,体现了高效耦合性,从而在理论上验证了采用石墨传热元件的可行性。最后针对实际情况,提出了石墨与铜导热带相结合的传热结构。

低温制冷机用柔性弹簧的研究进展及分析

阐述了柔性弹簧的结构类型和评价指标,归纳和总结了国内外柔性弹簧的研究现状和发展趋势。针对低温制冷机的大冷量和长寿命需求,提出了我国研究发展柔性弹簧的一些关键技术,完善柔性弹簧的综合性能评价标准,加强柔性弹簧的动态性能分析和弹簧组件研究,开发适应大冷量低温制冷机的间隙密封用柔性弹簧组件,实现柔性弹簧的自主设计。

基于辨识的低温制冷系统控制率设计方法

为提高低温制冷控制系统的调试效率和控制效果,文章提出一种基于阶跃响应系统辨识的低温制冷机控制率设计方法。首先分析了控温点80K附近的制冷机杜瓦组件漏热情况,结果表明在控温点附近制冷机的漏热近乎恒定不变,可以用传统阶跃响应辨识方法对制冷机进行系统辨识;然后在控温点附近输入阶跃驱动信号并采集到制冷机的系统响应曲线,通过Matlab系统辨识工具箱进行系统辨识得到制冷机传递函数;再根据控制目标和被控对象特性设计了PI控制算法,并分析了控制算法参数变化对控制效果的影响;最后将控制算法进行离散数字化,得到可以在单片机程序中运行的时域离散数字算法,并进行了实验验证。实验结果和理论仿真结果吻合较好,证明了辨识结果的正确性及通过系统辨识进行控制率设计的可行性,为进一步深入研究低温制冷系统控制算法,提高低温制冷控制系统调试效率和控制效果提供了重要依据。

NH_3/CO_2低温制冷系统热力学分析

用(火用)分析的方法对一种NH_3/CO_2复叠式低温制冷系统进行了研究。通过对NH_3/CO_2复叠式低温制冷系统的性能进行的模拟计算,分析了不同中间温度下系统各部件(火用)损失情况及整个系统的(火用)效率随中间温度和冷凝温度的变化情况。结果表明,不同中间温度下系统各部件(火用)损失所占的比重各不相同:同一冷凝温度下,复叠式两级低温制冷系统存在一个最佳中间温度使系统的(火用)效率最高;高温级冷凝温度变化时,系统总的倪效率也要随之变化,随冷凝温度的增加,系统所能达到的最大(火用)效率并不是一直增高,在一定范围内先增高后降低。研究结果为系统的进一步优化设计和节能提供了理论的依据。

低温制冷机用线性压缩机效率的理论及实验研究

为了提高低温制冷机整机效率,基于力的平衡及电压平衡方程理论,分析了线性压缩机电机效率及电功转化为活塞表面声功效率的影响因素;并对线性压缩机效率进行了实验测量;理论与实验吻合较好;电机效率、电功转化为声功效率测量值与理论值偏差分别在3%及7%以内。最后对冷指确定时线性压缩机的优化设计方法进行了总结。

詹姆斯·韦伯太空望远镜中红外仪低温制冷系统的流程分析及优化

针对詹姆斯·韦伯太空望远镜的中红外仪冷却系统中J-T节流循环的热力学计算分析结果表明,适当地降低末级预冷温度、提高压比和提高末级间壁式换热器效率是J-T节流循环制冷性能提升的关键。考虑该复合型低温制冷机的整机效率,结合当前脉管制冷机和驱动J-T节流循环的线性压缩机的性能水平,探讨了预冷温度和J-T节流循环压力的优化方法。计算结果表明优化后的预冷温度和J-T节流循环压力使复合型低温制冷机的性能高于原预冷温度和J-T节流循环压力下性能的计算值,实际具体的脉管制冷机和J-T节流循环压缩机性能是实现准确优化的必要条件。

低温制冷机冷头焊接工艺研究

冷头是低温制冷机的关键零部件,是制冷机的重要结构件,同时也是制冷机与热载荷的接口部位。文中对冷头的焊接工艺进行研究,提出一种爆炸焊复合材料与激光焊结合的冷头焊接工艺。

超导磁共振低温制冷系统的原理及维护

低温制冷系统是超导磁共振系统维持超导状态的关键性部件,现就超导磁体的环境以及低温制冷系统的组成、工作原理及维护做一简要概述。

低温制冷机冷头换热器设计与分析

提出了一种低温制冷机冷头换热器新的结构形式,通过有限元软件分析计算,获得了换热器的温度场分布,并经过分析提出了改进方法,得到改进后的冷头换热器结构形式,通过有限元分析计算验证了改进后的换热器可以满足应用要求,证明了换热器结构的合理性。

低温制冷技术在高科技中的应用

低温制冷技术在高科技中的应用陈国邦（浙江大学制冷与低温研究所）第十五届国际低温工程会议（ＩＣＥＣ—１５）于１９９４年６月７日～１０日在意大利热那亚（Ｇｅｎｏｖａ）举行。来自３０多个国家和地区的３００多名代表参加了这二年一度的大会，发表了论文３８０余篇...