空间用3 W@80 K脉冲管制冷机实验研究

张安阔 刘少帅 朱海峰 蒋珍华 阚安康

(中国科学院上海技术物理研究所 上海 200083)

空间用3 W@80 K脉冲管制冷机实验研究

张安阔 刘少帅 朱海峰 蒋珍华 阚安康

(中国科学院上海技术物理研究所 上海 200083)

为冷却某空间用红外探测器，研制了一台斯特林型脉冲管制冷机。该制冷机为单级同轴型结构，整机重量4.5 kg，设计寿命5年。系统介绍了脉冲管制冷机系统结构及实验装置，测试了制冷机性能及其与杜瓦耦合后的降温特性曲线，实验结果表明，脉冲管制冷机在80 K可提供0—3 W制冷量，比卡诺效率11%，其制冷量可充分满足杜瓦组件的低温和长寿命的工程需求。

脉冲管制冷机 3 W@80 K 杜瓦 红外 实验研究

1 引 言

红外探测器正常工作通常需要一个合适的温度环境，包括20 K以下的超长波温区、40 K附近的长波温区、90 K附近的红外温区以及200 K附近的紫外温区[1]。各类探测器尤其空间用红外探测器的迅猛发展，推动了小型低温制冷技术的快速进步。1963年，Gifford和Longsworth提出了脉冲管制冷机概念[2]，但此时的制冷性能较低，很难满足项目冷量需求。随着一些关键技术问题得到了解决，近年来,脉冲管制冷机制冷效率有了很大提升，促进了其工程应用的进展。星载脉冲管制冷机工作过程为逆向斯特林循环，即等温压缩、定容放热、等温膨胀和定容吸热4个基本过程，利用外部能量的输入，采用主动闭合回热式交变流动制冷循环，在冷端相应温区提供红外探测器所需冷量。脉冲管制冷机的显著特点就是在低温端没有机械运动部件，且其具有结构简单、效率高、体积小、重量轻、冷端低振动、高可靠性及长寿命等诸多优点[3-4]，能较好地满足空间工程应用需求。……