布雷顿反循环微型低温制冷机

Wen Engineering，1999年学术会议论文集低温制冷吴刚，陈春正（西安交通大学低温工程研究所，西安710049）摘要在广泛使用的低温制冷循环中. 主要基于涡轮机械的反向布雷顿循环冷却器有望满足卫星和航天器等航天器的低制冷量，高性能和高效率的特殊要求，并且已成为空冷的一种选择. 表1）由C〜AC转换器，微型离心压缩机，微型涡轮膨胀机和高效紧凑型换热器组成的微型反向布雷顿制冷机，总结了近年来空间用途的反向布雷顿循环制冷机的研究成果. 低温冰箱. 关键词逆布雷顿循环微型低温致冷机前言随着宇宙发展，核聚变，磁流体发电，磁悬浮列车，高速计算机，超导机器等尖端科学技术的发展，低温技术的重要性日益凸显. 变得更加突出和强大促进低温冰箱的发展. 为了克服低温冰箱寿命短，可靠性低，效率低和运行成本高的缺点，世界各国的低温领域的研究人员做了很多工作. 弹性气体轴承可减少摩擦阻力，提高涡轮机械的效率，并延长使用寿命；使用脉冲管式冰箱减少活动部件并提高可靠性；使用吸收式压缩机代替机械式压缩机；使用新的金属材料减少冷却能力的损失；发明新的制冷循环等.

这一切使得低温技术的应用领域越来越广泛. 近年来，为了满足卫星，航天器循环制冷机，雷达等红内工作. 在数量范围内达到上述要求，并已成为一种微型低温致冷器，用于冷却航空航天和军事领域的红外设备的传感元件. 反向Bauton循环制冷原理王瑾，反向Brayton循环32岁的女讲师（在职博士生）72低温工程1999制冷能力. 低压冷气输出制冷量后，进入逆流热交换器以冷却正流高压工作介质，然后在接近环境温度的情况下进入压缩机以完成循环. 因此，逆向布雷顿循环制冷机应由以下几部分组成: （1）压缩机正是因为逆向布雷顿循环制冷机是由上述部件与管道连接的，因此可以针对每个部件分别进行优化以改善每个部件. 各个组件的效率，从而提高了整个单元的效率.

当反向布雷顿循环用于小制冷量的空间冷却时，由于对设备尺寸和重量的严格要求，压缩机和膨胀机通常使用微型涡轮机和基于涡轮机的大型逆向压缩机. 布雷顿循环制冷机在理论和技术上已经成熟，但是在制造小型和微型反向布雷顿循环制冷机方面仍然存在一些困难. 1993年，美国国家航空航天局（NASA）等资助美国CREARE公司的Swift和其他公司在实验台上实制成. 流道采用火花电腐蚀技术处理. 工作轮有18个零件，出口角度为30.

，出口叶片的高度约为0.5ram，转子由动压气体轴承支撑. 热交换器是全金属孔板热交换器. 在实验台上的原始热交换器中，热交换元件的孔板由柔软的助焊剂结合在一起，这使得很难清洗通道中的助焊剂. 工程模型机适用于太空，采用真空钎焊. 克服了上述缺点，整个热交换器的直径为90 1 Tim，长度为533 mm，质量为6.2 kg，几乎占整个制造设备总重量的一半. 涡轮膨胀机的长度约为10 C1Tl，直径约60的工作轮和制动器的工作轮也通过火花腐蚀技术直接在钛合金轴上加工. 转子还由动压气场3压缩机总成的轴承支撑，膨胀机工作. 叶轮的直径约为3.2毫米. 顾文E33介绍说，该工程模型机正在美国空军菲利普斯实验室取得初步成果. 根据文献[5]，在目前的技术水平上，逆布雷顿循环可以在温度范围内满足航天器冷却的要求，并且该循环的卡诺效率为lo％或更高. 但是，如果冷却能力降低，则随着冷却能力的降低和冰箱的尺寸的减小，从膨胀机转子的热端到冷端的热泄漏的影响将增加. 以上述制冷量为w，温度为65℃的单级逆布雷顿循环制冷机为例，采用节流板式换热器，固定电枢异步电动机驱动压缩机，膨胀机输出的轴功率为整个制冷机的输入功率为280 W，温度仍为65 K，但当输入功率低至100时，从热传导传递到冷端的热量几乎占总制冷量的一半. 当膨胀机的几何尺寸和输出功率减小了d，nC时，但热泄漏的减小非常小.

1995年，Mc-Cormick等人. 为此提出了一种全新的涡轮机设计方法[n]，从而改善了循环中的压缩机和膨胀机. 他们用涡轮发电机代替了涡轮膨胀机. 叶轮的功率输出通过微型发电机回收，然后通过导热系数非常低的导线在环境温度下传递到电阻性负载，并且涡轮发电机可以完全运行. 在低温条件下，消除了转子的热传导，仅留下了由叶轮和轴承之间的摩擦引起的冷损失. 涡轮交流发电机的原理如图所示. 转子部分由叶轮和空心的钛合金轴组成，内部装有永磁体. 无齿定子提供高能量密度，同时避免了作用在气体轴承上的磁力. 类似地，使用具有与涡轮发电机完全相似的结构的同步发动机代替了原始的异步感应发动机，这大大提高了风扇4涡轮发电机和永磁同步发动机的效率. 该原理也显示在图中. . 根据文献[5]，McCormick等. 在1999年叶轮直接温度工程的第四阶段，使用氖气作为工作流体，使用了直径7.22毫米，轴直径3.56毫米的涡轮交流发电机. 在逆布雷顿循环中，温度降至52 K，实验速度从000转/秒开始. 同时〜永磁同步发动机也正在开发压缩机叶轮直径为12.7毫米，转子轴直径为4.32毫米.

设计速度000rev / s. 针对涡轮交流发电机和永磁同步发动机的特性和实验结果. 已经研究和计算出不同冷却能力，冷却温度和放热温度的十个循环，相信基于微涡轮机械的反向布雷顿循环制冷机完全适合航天器和其他航天器的低冷却能力. 制冷要求以氖气为工作流体，采用单级循环，制冷量为35，输入功率为75 w〜150 w，放热温度为260；如果将氦气用作工作流体，则单级或两级在温度下可获得100 mW的80K循环制冷机，输入功率需要W；如果放热温度为220 K〜260，则需要输入功率100 w〜150. 这对航空，航天和军事事业的发展具有重要意义. 在1990年代初期，中国对微型反向布雷顿循环制冷机的研究几乎是空白. 近年来，与我们相比仍存在一定差距，但毕竟我们已迈出了关键的第一步. Nn: 使用空气作为工作流体，设计并制造了小型反向布雷顿循环制冷机. 膨胀机转子由平箔箔动压气体轴承支撑. 最大速度为250,000 rpm. 转子的质量为100克，膨胀机出口的最低温度为67摄氏度. 到目前为止，我们已经设计，制造并成功运行了膨胀机，最大转速超过每分钟480,000转. ifeRe ver se Br ayto nCr yog eni冷却器的直径.

第七届世界大战—多纳}冰冷酷[er Con / e r @ nce. PL-CP-93-1001L. 单—slngeReverse布雷特工程模型. Cryoeoolers 8，全体会议Prenes DolanFX露丝·雷顿高性能微量营养素对Ree Brayt Cryocoolart Cr yoeoolers的影响，PlenumPres8A. 熊连友侯宇吴刚陈春正夏国栋71004摘要目前广泛使用的基于涡轮机的逆向布雷顿低温冷冻机需要低容量，高性能，高效率. 1的论文介绍了研究成果

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