1、Institute of Refrigeration and Cryogenics小型低温制冷机技术(93)Institute of Refrigeration and Cryogenics研究背景和意义研究背景和意义回热式制冷循环回热式制冷循环回热式低温制冷机回热式低温制冷机斯特林制机（维勒米尔制冷机）斯特林制机（维勒米尔制冷机）G-MG-M制冷机（索尔文制冷机）制冷机（索尔文制冷机）脉管制冷机脉管制冷机热声驱动制冷机热声驱动制冷机主要内容主要内容Institute of Refrigeration and Cryogenics获得和维持低温的机械（装置）获得和维持低温的机械（装置）由于简单
2、、方便灵活得到了重视和迅速发展。由于简单、方便灵活得到了重视和迅速发展。它省去了它省去了低温液体储运低温液体储运、充注充注等麻烦，已在很等麻烦，已在很多方面获得应用多方面获得应用1 1、低温制冷机、低温制冷机Institute of Refrigeration and CryogenicsCryogenic RefrigerationOpen CycleS to re d G a sHigh pressureAmbient temp.Stored CryogenAmbient pressureLow temperatureClosed CycleC ryo co o le rDynamicSt
3、aticR a d ia torSorptioncompressorSolid stateMagneticThermoelectricLaserRegenerativeRecuperativeJo u le-T h o m so nB ra yto nC la u d eStirlingVuilleumierPulse tubeGifford-McMahonPulse tubeValvelessValvesJoule-ThomsonSolidLiquidSupercritical分类分类Institute of Refrigeration and Cryogenics1510101010101
4、01010101050100300-1012345-26REFRIGERATION POWER(W)TEMPERATURE(K)MaglevLTSelectronicsSQUIDsNbNElect.TransmissionlinesTransformersGeneratorsWirelessBearingsHTSSQUIDsIRH ZBOO&CHZBOIRIR1 GJMid-size1 TJLarge-sizeSM ES1MJMicro-SM ESMRIasc 3ca1.cd rAir liquefactionCryopumpsSMES,Mag.Sep.,MRIFCLFCLAccelerato
5、rs&FusionLNGCryosurgeryV acuumH O cryotraps2Radebaugh 2003224LiquidH2M otors红外探测红外探测红外制导红外制导卫星遥感遥测卫星遥感遥测大气环境检测大气环境检测低温真空泵低温真空泵LNGLNG，LO2LO2，LH2LH2磁悬浮磁悬浮超导器件超导器件低温保存低温保存低温外科低温外科低温恒温器低温恒温器应用背景应用背景Institute of Refrigeration and Cryogenics热机（发动机和制冷机）热机（发动机和制冷机）热力学原理和工作特点热力学原理和工作特点2 2、回热式制冷循环、回热式制冷循环Inst
6、itute of Refrigeration and Cryogenics最基本的热机有两类：发动机和制冷机最基本的热机有两类：发动机和制冷机 (a)a)发动机发动机 (b)b)制冷机制冷机HTQHTQRefrigeratorWQHQWTHTEngineCCCC热机简介热机简介Institute of Refrigeration and CryogenicsWQQchCarnotchccCOPTTTWQCOPCarnothchhTTTQW热力学第一定律热力学第一定律:热力学第二定律热力学第二定律:热力学第一，二定律规定了能量平衡关系与热功转热力学第一，二定律规定了能量平衡关系与热功转换效率的上
7、限换效率的上限发动机发动机制冷机制冷机是同温限卡诺循环热机的工作系数，它在是同温限卡诺循环热机的工作系数，它在T-ST-S图上图上由两个等温过程和两个等熵过程组成的，具有最高由两个等温过程和两个等熵过程组成的，具有最高的热力学完善度。但实际循环不可能是完全可逆的，的热力学完善度。但实际循环不可能是完全可逆的，而且实际工质的性质也不适合采用卡诺循环而且实际工质的性质也不适合采用卡诺循环CarnotCarnotCOP热力学原理热力学原理Institute of Refrigeration and CryogenicsTST0TcCarnotTST0TcStirlingTST0TcEricssonV
8、1V2P2P1TSBraytonTSJoule-ThomsondQ TdSdQ=TdS(可逆可逆)Heat transferT0TcT0Tc回热式热力循环（理想）回热式热力循环（理想）Institute of Refrigeration and Cryogenics实际上，换热是在一定的温差下进行的，且各气体微元的热实际上，换热是在一定的温差下进行的，且各气体微元的热力循环是不完整的。但是，可以认为在力循环是不完整的。但是，可以认为在T-ST-S图上一个完整图上一个完整的热力循环是由许多在不同温差下的微小卡诺循环组合成的热力循环是由许多在不同温差下的微小卡诺循环组合成的。实际循环效率是许多微小
9、卡诺循环的平均值。的。实际循环效率是许多微小卡诺循环的平均值。TSTT312HLPHPL4回热式热力循环（实际）回热式热力循环（实际）Institute of Refrigeration and Cryogenics斯特林制机（斯特林制机（Stirling）制冷机）制冷机维勒米尔（维勒米尔（Vuillenmier）制冷机）制冷机G-M制冷机制冷机索尔文（索尔文（Solvay）制冷机）制冷机脉管制冷机脉管制冷机热声制冷机热声制冷机3 3、回热式低温制冷机、回热式低温制冷机Institute of Refrigeration and CryogenicsW.W.W.000Q.,TQ.,TQ.,TQ
10、.,TQ.,TQ.,T000ccc000cccQ.,Thh(a)(a)斯特林斯特林(b)(b)脉冲管脉冲管(c)G-M(c)G-M蓄冷器蓄冷器排出器排出器脉冲管脉冲管小孔小孔气库气库回热式低温制冷机回热式低温制冷机(Regenerative)Institute of Refrigeration and Cryogenics压力波发生器（压缩机）：提供系统容积或压力变化压力波发生器（压缩机）：提供系统容积或压力变化回热器回热器(蓄冷器蓄冷器)：在回热过程中存储和释放热量：在回热过程中存储和释放热量(冷量冷量)热端和冷端换热器：实现与不同温度下外热源的热量交换热端和冷端换热器：实现与不同温度下外热
11、源的热量交换p,V,T,mp d Vd QC ylin d e rH e a t e xch a n g e rR e g e n e ra to rC o n tro l vo lu m em h d tS ch e m a tic d ia g ra m o f re g e n e ra tive cryo co o le r结构特点结构特点Institute of Refrigeration and Cryogenics 发展历史发展历史 结构特点结构特点 工作过程和原理工作过程和原理1.1.进展和应用实例进展和应用实例4 4、斯特林制冷机、斯特林制冷机(Stirling)Instit
12、ute of Refrigeration and Cryogenics1816,1816,苏格兰人苏格兰人 Robert Robert Stirling,Stirling,发明了斯特林循环发明了斯特林循环并获得了专利，它主要是作为并获得了专利，它主要是作为热机热机 采用空气作为工质，通过工作采用空气作为工质，通过工作在不同温度之间空气的压缩和在不同温度之间空气的压缩和膨胀过程将热能转换成功，或膨胀过程将热能转换成功，或将功转化为热能将功转化为热能 发展历史发展历史Institute of Refrigeration and Cryogenics18161816年，第一台斯特林热机的气缸高为年，
13、第一台斯特林热机的气缸高为3.053.05米米18341834年年,John HershelJohn Hershel提出将斯特林热机循环作为制冷循环提出将斯特林热机循环作为制冷循环来制作冰来制作冰18611861年年,Alexander Kirk Alexander Kirk 将它变为现实将它变为现实发展历史发展历史Institute of Refrigeration and Cryogenics 发展非常缓慢，直到发展非常缓慢，直到19461946年荷兰的年荷兰的Philips Philips CompanyCompany研制出第一台液化空气的斯特林制冷机研制出第一台液化空气的斯特林制冷机，
14、采用氦气作为工作介质，极大的提高了性能，采用氦气作为工作介质，极大的提高了性能 1010年后，斯特林制冷机被用来冷却红外探测器件年后，斯特林制冷机被用来冷却红外探测器件 近近100100年的发展过程中，斯特林热机的基本结构年的发展过程中，斯特林热机的基本结构没有发生大的变化没有发生大的变化 但是，蓄冷材料，密封技术，柔性板弹簧支撑技但是，蓄冷材料，密封技术，柔性板弹簧支撑技术的发展使它已经成为一种非常高效，紧凑，可术的发展使它已经成为一种非常高效，紧凑，可靠的制冷机，得到了广泛的应用靠的制冷机，得到了广泛的应用发展历史发展历史Institute of Refrigeration and Cry
15、ogenics大型斯特林制冷机大型斯特林制冷机（7 70000W/80KW/80K，12kW 12kW 输入功）输入功）微型斯特林制冷机微型斯特林制冷机(0.15W/80K,3W 0.15W/80K,3W 输入功输入功)商业的斯特林制冷机商业的斯特林制冷机Institute of Refrigeration and Cryogenics优点：优点：高效（卡诺循环效率）高效（卡诺循环效率）紧凑，易于微型化紧凑，易于微型化缺点：缺点：活塞密封，磨损活塞密封，磨损 机械振动，电磁干扰机械振动，电磁干扰 精确的相位控制精确的相位控制优缺点优缺点Institute of Refrigeration an
16、d Cryogenics压缩腔压缩腔活塞活塞排出器排出器回热器回热器膨胀腔膨胀腔结构特点结构特点Institute of Refrigeration and Cryogenicsstirling3c.cdrW.0Q.,TccQ.,T00P isto nR e ge nera to rW.0Q.,TccTQ.,T000DisplacerR e ge ne ra to rPistonE xtern al R egen e rato rInternal RegeneratorTwo Moving Parts活塞活塞-排出器排出器制冷性能取决于体积流量与压力的振幅以及它们之间的相位差制冷性能取决于体积
17、流量与压力的振幅以及它们之间的相位差由冷端运动活塞由冷端运动活塞(排出器排出器)与压缩机活塞以一定相位关系的相对与压缩机活塞以一定相位关系的相对运动来实现制冷运动来实现制冷Institute of Refrigeration and Cryogenics旋转旋转(机械机械)压缩机驱动压缩机驱动Institute of Refrigeration and Cryogenics线性线性(电磁电磁)压缩机驱动压缩机驱动Institute of Refrigeration and CryogenicsTTTTT0cc00aaabbbcccdddaabcdaTim eDisplacem entRegen
18、eratorCompressionspaceExpansionspaceCompressionExpansionRegenerativecoolingRegenerativeheatingVolum eEntropyPressureTemperatureStirling ideal 1c.cdr工作过程工作过程Institute of Refrigeration and Cryogenics制冷系数：制冷系数：理想理想StirlingStirling制冷机具有卡诺效率制冷机具有卡诺效率 实际效率主要取决于控制电源，回热器，换热器实际效率主要取决于控制电源，回热器，换热器，连接管等不可逆损失。，
19、连接管等不可逆损失。chccarnotTTTCOPWQCOPc效率效率Institute of Refrigeration and Cryogenics研究进展和应用实例研究进展和应用实例新型低阻力、大热容、高比表面积回热器填料新型低阻力、大热容、高比表面积回热器填料间隙密封技术间隙密封技术电磁轴承支撑技术电磁轴承支撑技术柔性板弹簧支撑技术柔性板弹簧支撑技术对置式布置减小机械振动对置式布置减小机械振动在效率、可靠性、小型轻量、寿命等方面取得了重在效率、可靠性、小型轻量、寿命等方面取得了重大进展，寿命可达大进展，寿命可达5 51010年。得到了广泛的应用年。得到了广泛的应用美国宇航局和欧洲航天局
20、从八十年代末至今发射的美国宇航局和欧洲航天局从八十年代末至今发射的探测卫星，大部分采用斯特林制冷机提供冷源探测卫星，大部分采用斯特林制冷机提供冷源Institute of Refrigeration and Cryogenics牛津型板弹簧支撑牛津型板弹簧支撑To cold headPermanentmagnetMovingcoilPositionsensorClearancegapFlexure bearingPistonLinearflexurebearingSpiralflexurebearingabMoving rigidspiderStationaryrigidclampFlexin
21、gelementLinearcompressorBack iron特点：特点：活塞和气缸活塞和气缸之间无摩擦之间无摩擦寿命：寿命：1010年年 螺旋线挠性螺旋线挠性板弹簧板弹簧直线直线挠性挠性板板弹簧弹簧Institute of Refrigeration and Cryogenics牛津仪器公司牛津仪器公司ISAMSISAMSInstitute of Refrigeration and CryogenicssunpowerM87schem.cdrSunpower webPistonLinear MotorDisplacer/regeneratorGas bearingAftercoolerD
22、isplacer flexureC oldtipBalancer美国美国SunpowerSunpower公司公司Institute of Refrigeration and Cryogenics美国美国TexasTexas仪器公司仪器公司Institute of Refrigeration and CryogenicsCFIC CFIC 输入功输入功:650 W:650 W PV PV功功:450 W:450 W 频率频率:60 Hz:60 Hz 长长:504 mm:504 mm 高高:216 mm:216 mm 重量重量:28 kg:28 kg 充气压力充气压力:2MPa:2MPa美国美国C
23、FICCFIC公司公司Institute of Refrigeration and Cryogenics荷兰荷兰ThalesThales公司公司 旋转旋转,线性压缩机线性压缩机 0.5-6W/80K 0.5-6W/80K 输入功输入功:40-160W:40-160WInstitute of Refrigeration and Cryogenics斯特林制冷机应用斯特林制冷机应用Institute of Refrigeration and Cryogenics军事夜视仪军事夜视仪 军事夜视仪军事夜视仪 自自19801980年至今约年至今约140,000140,000台台 0.3-1.75W at
24、 65-80 K 0.3-1.75W at 65-80 KInstitute of Refrigeration and Cryogenics红外摄像仪红外摄像仪 制冷量制冷量0.15 W/80 K0.15 W/80 K输入功输入功:3W:3W14%14%卡诺效率卡诺效率Inframetric-01.jpgInstitute of Refrigeration and Cryogenics与与SADASADA（军用标准先进杜瓦）配合军用标准先进杜瓦）配合Institute of Refrigeration and Cryogenics超导量子干涉仪（超导量子干涉仪（SQUIDSQUID）Insti
25、tute of Refrigeration and Cryogenics高温超导滤波器件高温超导滤波器件移动通讯基站移动通讯基站Institute of Refrigeration and Cryogenicsl结构特点结构特点l工作原理和过程工作原理和过程l研究现状和发展趋势研究现状和发展趋势l应用实例应用实例5 5、G-MG-M制冷机制冷机Institute of Refrigeration and Cryogenics19561956年年,美国人美国人GiffordGifford和和 McMahon,McMahon,发明发明了了Gifford-McMahon(G-M)Gifford-Mc
26、Mahon(G-M)制冷机。制冷机。运用绝热气体放气膨胀原理运用绝热气体放气膨胀原理(西蒙膨胀原理西蒙膨胀原理)获得低温获得低温 压缩机压缩机,进气阀进气阀,排气阀排气阀,回热器回热器,换热器和膨换热器和膨胀机组成胀机组成进排气阀由机械控制其开启和关闭进排气阀由机械控制其开启和关闭,用来控用来控制通过回热器与膨胀机的气流和压力制通过回热器与膨胀机的气流和压力推移活塞在气缸中的上下移动和进、排气阀推移活塞在气缸中的上下移动和进、排气阀的控制机构组合在一起，由电机带动的控制机构组合在一起，由电机带动结构特点结构特点Ic e c 2 8 c.c drADVANTAGESHigh reliabilit
27、y(1-3 yrs)Moderate costGood serviceOver 20,000/yr madeLarge and heavyIntrinsic vibration from displacerLow efficiencyDISADVANTAGESInstitute of Refrigeration and CryogenicsG-MG-M制冷机组成制冷机组成10-20010-200W/80KW/80K0.5-3.0W/4.2K0.5-3.0W/4.2KInstitute of Refrigeration and Cryogenics优点：优点：高可靠、运行稳定、寿命长高可靠、运行
28、稳定、寿命长 商业化、中等价格商业化、中等价格 25,000/25,000/年年(40,00040,000美元美元/台台,1 1亿美元）亿美元）缺点：缺点：重量和体积重量和体积 机械振动机械振动 效率效率优缺点优缺点Institute of Refrigeration and Cryogenics工作原理及过程工作原理及过程G-MG-M制冷机制冷机工作过程工作过程Q c,T cQ h,T hWWQ h,T hQ c,T cQ h t,T h tWQ h,T hQ c,T c(a)S tir lin g(b)P u ls e tu b e(c)G iffo r d-M a c M a h o n
29、膨胀制冷蓄冷器换热活塞往复膨胀制冷蓄冷器换热活塞往复移动以实现冷腔体积的循环变化。移动以实现冷腔体积的循环变化。其工作过程主要分为四阶段，其中其工作过程主要分为四阶段，其中膨胀过程产生冷量膨胀过程产生冷量热力循环是回热式热力循环，制冷热力循环是回热式热力循环，制冷性能取决于气体压力和冷腔体积的性能取决于气体压力和冷腔体积的振幅以及它们之间的合适的相位差，振幅以及它们之间的合适的相位差，由冷端运动活塞由冷端运动活塞(排出器排出器)与压缩机与压缩机活塞以一定相位关系的相对运动来活塞以一定相位关系的相对运动来实现实现 Institute of Refrigeration and Cryogenics
30、P PV V1a假设：假设：1.1.理想气体；理想气体；2.2.死容积忽略不计；死容积忽略不计；3.3.蓄冷器及换热器蓄冷器及换热器没有换热损失；没有换热损失；4.4.不计流阻损失；不计流阻损失；5.5.汽缸体与活塞绝热良好汽缸体与活塞绝热良好；6.6.无泄漏损失；无泄漏损失；7.7.进排气阀提前关闭和开启的影响不计进排气阀提前关闭和开启的影响不计理想理想P-VP-V图图bcd这时的这时的G GM M循环可视为理想循环可视为理想循环。以冷腔为研究对象，循环。以冷腔为研究对象，以冷腔和换热器做为一个热以冷腔和换热器做为一个热力系统，稳定工况下，一个力系统，稳定工况下，一个循环的理想制冷量为循环的
31、理想制冷量为clhcVPPPdVQ)(Institute of Refrigeration and Cryogenics实际情况实际情况实际气体（氦）热物性变化实际气体（氦）热物性变化制冷机内死隙容积存在制冷机内死隙容积存在蓄冷器、阀门管道及换热器的阻力蓄冷器、阀门管道及换热器的阻力蓄冷器、换热器换热损失，纵向热漏蓄冷器、换热器换热损失，纵向热漏汽缸体与活塞之间摩擦汽缸体与活塞之间摩擦气体泄漏损失气体泄漏损失进、排气阀提前关闭和开启进、排气阀提前关闭和开启理想理想P PV V图的形状发生了变化，直接影响了图的形状发生了变化，直接影响了GMGM制冷机制冷机P PV V图效率。实际制冷量远小于理想
32、制图效率。实际制冷量远小于理想制冷量。冷量。P PV V图面积已经不能代表制冷量大小，图面积已经不能代表制冷量大小，只能表示制冷量的变化趋势。只能表示制冷量的变化趋势。Institute of Refrigeration and Cryogenics发展趋势发展趋势l进一步提高制冷机效率和制冷量进一步提高制冷机效率和制冷量高比热磁性蓄冷填料高比热磁性蓄冷填料改进蓄冷器填料结构改进蓄冷器填料结构优化运行参数优化运行参数阀门优化控制阀门优化控制l向应用方向拓展向应用方向拓展Institute of Refrigeration and Cryogenics通常两级通常两级G GM M制冷机中第二级蓄
33、冷器都用铅为制冷机中第二级蓄冷器都用铅为填料，其填料，其体积比热在体积比热在2020K K以下迅速降低以下迅速降低，因此，因此，蓄冷器效率大大降低，这就导致了蓄冷器效率大大降低，这就导致了G GM M制冷机制冷机性能恶化，制约了所能达到的最低制冷温度，性能恶化，制约了所能达到的最低制冷温度，当时，当时，双级双级G GM M机最低制冷温度只有机最低制冷温度只有7.57.5K K，三三级级G GM M机最低制冷温度只有机最低制冷温度只有6.56.5K K 为了降低温度，从七十年代初就开始寻找为了降低温度，从七十年代初就开始寻找2020K K以以下高比热的蓄冷材料下高比热的蓄冷材料蓄冷材料蓄冷材料I
34、nstitute of Refrigeration and Cryogenics19881988年，年，T.HashimotoT.Hashimoto等研究了等研究了Er(NiEr(Ni1-x1-xCoCox x)2 2材料，发现材料，发现当当x0.2x0.2时，由于磁相变在时，由于磁相变在2020K K以下有较大的比热以下有较大的比热，可以用，可以用做蓄冷材料蓄冷填料做蓄冷材料蓄冷填料19891989年，日本东芝公司和东京工业大学发展了一种新型磁年，日本东芝公司和东京工业大学发展了一种新型磁性材料性材料R R3 3T T,R,R代表代表ErEr、NdNd，T T代表代表NiNi、CoCo。这种
35、材料不仅在这种材料不仅在4 41212K K有较大的比热，而且从有较大的比热，而且从2020K K到室温也有很大的比热到室温也有很大的比热，这个特性使其在，这个特性使其在2020K K以上易与铅填料相匹配以上易与铅填料相匹配8080年代中后期，液氦温区高比热的磁性蓄冷材料年代中后期，液氦温区高比热的磁性蓄冷材料(ErEr3 3NiNi、ErNiErNi、GdRhGdRh等等)的发现，的发现，G-MG-M制冷机得以向液氦温区发展制冷机得以向液氦温区发展迄今为止，迄今为止，G GM M制冷机最低制冷温度为制冷机最低制冷温度为2.092.09K K，4.2K4.2K最大最大制冷量达到制冷量达到3 3
36、W W左右（左右（1212KWKW输入）输入）磁性蓄冷材料磁性蓄冷材料Institute of Refrigeration and Cryogenics应用实例应用实例低温恒温器低温恒温器高清洁真空低温泵高清洁真空低温泵小型液氮机，液氦机，氦冷凝器小型液氮机，液氦机，氦冷凝器高低温超导器件（超导高低温超导器件（超导MRIMRI，SQUIDSQUID磁强计）磁强计）低温保存，器官移植，低温外科等低温保存，器官移植，低温外科等Institute of Refrigeration and Cryogenics低温恒温器低温恒温器Institute of Refrigeration and Cryog
37、enics高清洁真空低温泵高清洁真空低温泵Institute of Refrigeration and Cryogenics小型液氮机，液氦机，氦冷凝器小型液氮机，液氦机，氦冷凝器Institute of Refrigeration and Cryogenics磁共振成像仪（磁共振成像仪（MRIMRI）0.2-1.5T0.2-1.5TNbTiNbTi磁体磁体NbNb3 3SnSn磁体磁体LHeLHe浸泡浸泡第一级制冷量：第一级制冷量：4040W/40KW/40K第二级制冷量：第二级制冷量：1 1W/4.2KW/4.2KInstitute of Refrigeration and Cryogen
38、icsl特点和工作原理特点和工作原理l研究背景和意义研究背景和意义l研究现状和问题研究现状和问题l应用实例应用实例6 6、脉管制冷机、脉管制冷机Institute of Refrigeration and Cryogenics冷端无机械运动部件，无低温活塞密封，磨损冷端无机械运动部件，无低温活塞密封，磨损振动和电磁干扰小振动和电磁干扰小结构简单，整机控制方便结构简单，整机控制方便失效率低，可靠性高失效率低，可靠性高工作寿命长工作寿命长结构特点结构特点Institute of Refrigeration and Cryogenics基本型基本型小孔气库型小孔气库型双向进气型双向进气型基本形式基本
39、形式基本型（基本型（19631963）Gifford,LongsworthGifford,Longsworth小孔型（小孔型（19841984）Mikulin et alMikulin et al双向进气型（双向进气型（19901990）朱绍伟等朱绍伟等Institute of Refrigeration and CryogenicsPulse tubeOrificeBufferOrifice pulse tubeHeat transferTemperatureExpansion/compressionBasic pulse tubedue to flow through orificebet
40、ween gas and solid wallTube positionTemperature31241243制冷原理制冷原理Institute of Refrigeration and Cryogenics斯特林型：压缩机直接与制冷机相连，两者频率相同，运行斯特林型：压缩机直接与制冷机相连，两者频率相同，运行频率较高（频率较高（10-7010-70Hz)Hz)，体积较小，常用于微型和液氮温区体积较小，常用于微型和液氮温区 G-MG-M型：通过旋转阀型：通过旋转阀(或电磁阀或电磁阀)交替与压缩机高低压端相连，交替与压缩机高低压端相连，频率由旋转阀控制，而不是压缩机频率。一般频率较低频率由旋转阀
41、控制，而不是压缩机频率。一般频率较低（0.5-40.5-4HzHz），），扫气体积较大，常用于极低温区（扫气体积较大，常用于极低温区（20-320-3K K）PHPLRegeneratorPulse tubeGas bufferCold HxDouble-inletOrificeHot HxPctPPoAftercoolerRotary valveMulti-bypassStirling compressorG-M compressor分类分类Institute of Refrigeration and Cryogenics结构形式结构形式O rific eOrificeReservoirvo
42、lumeReservoirvolumeReservoirvolumePulsetubePulsetubePulsetubeR e g en era to rRegeneratorPistonPistonC o ldWarmU-tubeCoaxialWarmWarmColdIn-lineInstitute of Refrigeration and CryogenicsW.oQ.,TccOrificeQ.,TQ.,Th0h0ReservoirvolumePulsetubeRegeneratorPistonOne moving partIcec25c.cdrW.0Q.,TccTQ.,T000Disp
43、lacerRegeneratorPistonTwo moving parts斯特林斯特林脉管脉管与斯特林制冷机区别与斯特林制冷机区别Institute of Refrigeration and Cryogenics斯特林型脉管制冷机（整体）斯特林型脉管制冷机（整体）Com pressorGas bufferCold headRegeneratorPulse tubeControl unitInstitute of Refrigeration and CryogenicsC om presso rG as bu ffe rR egenera to r C old h e a dP ulse tu
44、 b eC ontrol u n itof g as flo wC onnectio ntub e斯特林型脉管制冷机（分置）斯特林型脉管制冷机（分置）Institute of Refrigeration and CryogenicsG-MG-M脉管制冷机（单级）脉管制冷机（单级）Institute of Refrigeration and CryogenicsG-MG-M脉管制冷机（单级）脉管制冷机（单级）Institute of Refrigeration and Cryogenics效率比较效率比较9 90K0K：比功耗比功耗1010W/WW/W，卡诺效率卡诺效率:24:248080K K
45、：比功耗比功耗1515W/WW/W，卡诺效率卡诺效率:18:1860K60K：比功耗比功耗30W/W30W/W，卡诺效率卡诺效率:14:14Institute of Refrigeration and Cryogenics新型低阻力、大热容、高比表面积回热器填料新型低阻力、大热容、高比表面积回热器填料（如新材料，光刻，腐蚀，激光加工等技术）（如新材料，光刻，腐蚀，激光加工等技术）直流现象直流现象(DC-flow or Streaming)DC-flow or Streaming)的机理，对的机理，对制冷性能的影响和抑制制冷性能的影响和抑制二次环流二次环流(Acoustic Streaming)
46、Acoustic Streaming)对制冷性能的对制冷性能的和冷头方向影响和冷头方向影响Inertance tube(Inertance tube(惯性管惯性管)，第二小孔等新型，第二小孔等新型相位调节机构相位调节机构膨胀活塞，非对称喷嘴等回收功装置膨胀活塞，非对称喷嘴等回收功装置热声驱动压缩机热声驱动压缩机最新进展最新进展Institute of Refrigeration and Cryogenics科研，资源，商业，医疗等民用科研，资源，商业，医疗等民用国防，军事，空间技术等应用国防，军事，空间技术等应用应用实例应用实例Institute of Refrigeration and Cr
47、yogenics科研，资源，商业，医疗等民用科研，资源，商业，医疗等民用低温恒温器低温恒温器高清洁真空低温泵高清洁真空低温泵小型液氮机，液氦机，氦冷凝器小型液氮机，液氦机，氦冷凝器高低温超导器件（超导高低温超导器件（超导MRIMRI，SQUIDSQUID磁强计）磁强计）低温保存，器官移植，低温外科等低温保存，器官移植，低温外科等Institute of Refrigeration and Cryogenics低温恒温器低温恒温器Institute of Refrigeration and Cryogenics高清洁真空低温泵高清洁真空低温泵Institute of Refrigeration
48、and Cryogenics小型液氮机，液氦机，氦冷凝器小型液氮机，液氦机，氦冷凝器Institute of Refrigeration and Cryogenics磁共振成像仪（磁共振成像仪（MRIMRI）0.2-1.5T0.2-1.5TNbTiNbTi磁体磁体NbNb3 3SnSn磁体磁体LHeLHe浸泡浸泡第一级制冷量：第一级制冷量：4040W/40KW/40K第二级制冷量：第二级制冷量：1 1W/4.2KW/4.2KInstitute of Refrigeration and Cryogenics液化氧和氖装置液化氧和氖装置Transport of O2 to Mars too hea
49、vyMars atmosphere 95%CO2CO2 O2 chemicallyLiquefy gaseous O22007 flight goalFunded by NASAInstitute of Refrigeration and Cryogenics国防，军事，空间技术等应用国防，军事，空间技术等应用红外制导，预警红外制导，预警军事夜视装置军事夜视装置卫星遥感遥测卫星遥感遥测红外线探测器，红外线探测器，-射线探测仪等射线探测仪等红外热像仪，红外光镨仪红外热像仪，红外光镨仪Institute of Refrigeration and CryogenicsLMAT ULMAT U型脉管制
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