邓伟峰, 蒋珍华, 刘少帅, 张安阔, 吴亦农

化工学报 2019, 70 (1): 107-115. DOI:10.11949/j.issn.0438-1157.20180307

摘要（397）

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设计了一台名义制冷量为50 W/170 K的大冷量脉管制冷机，采用对置活塞式动磁线性压缩机驱动，冷指的蓄冷器和脉管部件为同轴布置，采用惯性管-气库组合的被动调相机构。根据电磁-机械-声耦合场原理，建立了脉管制冷机动力学模型，对负载下的压缩机特性进行了动态仿真。为达到整机的谐振状态，对压缩机质量-弹簧系统进行了调整。整机质量（不含电控部分）小于12 kg。在230 W输入电功下，能够获得50 W/170 K的制冷性能，电机效率92.7%，整机比卡诺效率16.5%。150～200 K温区范围内制冷机比功（输入电功/制冷量）小于5 W/W，额定输入功下，200 K温区能够获得90 W的最大制冷量，该制冷机可以用于航天大型红外焦平面阵列的冷却，同时为-60～-20℃制冷温区的商业低温冰箱低温冷源的选择提供了参考。

图15所示为冷头温度170 K时，制冷机在不同制冷量下的电声效率变化曲线，当制冷量增大时，效率随着下降，在50 W/170 K制冷性能下制冷机的电声效率为72.3%。相应地，在不同制冷量下铜损耗与其他损耗的占比如图16所示，可以看到，制冷量变化时，铜损耗所占比例基本不变，其他损耗（铁芯损耗、摩阻损耗以及气体工质压缩膨胀引起的不可逆损耗）比例随着制冷量的增大而增大，在50 W/170 K制冷性能下铜损耗占比7%，而其他损耗占比20.7%。对压缩机磁路结构进行优化，提高装配工艺精度和改进压缩机进排气孔结构能够进一步降低压缩机损耗，从而提高制冷机的电声效率。