二级无磁制冷机的实验研究.pdfVIP

— 第 24卷 第 3期 低 温 与 超 导 Vo】24 No．3 l996年 8月 CRY()GENK AND SUPERC0NDUCTIVITY Aug 1995 二级无磁制冷机的实验研究 陈恒 良 镇松 张永清 孙 中章 (合肥低温电子研究所，23。。61 T8s‘-， 摘要】该文介绍丁一种分置式斯特林制冷循环二级无磁制冷机 ．该机在 77K 时有 。．36{w 的制冷量 这种低功率制冷机在无 负载时最低制冷温度为41．058K．工作温度为 50～8OK浣 台可 以满足高T 超导 电 子器件的冷却要求。 关键词：竺 堡 ，最低帝j冷堡量 垒呈 铂玲敝 1 前言 七十年代后期 ．美 国国家标准局齐默 尔曼 (J．Zimmerman)等人研制成功 了低功率无融 制冷机 ．用来配套高灵敏度的超导量子器件(SQUID)磁强仪和梯度仪。’ 近年来 ，由于高 T 超导体的发现，高T 超导薄膜及器件在液氮温区开始应用，国而需 要制冷温度为 60~80K 的制冷机 为此，我们在 “八 -五”期间进行了二级无磁制冷机的实 验研究 。 我们研制的二级无磁制冷机 ，膨胀气缸是我们所 自己绕制的玻璃钢管制成的，活塞是用 非金属材料尼龙加工而成 的，制冷机的转速低 、功率小、使用和维修方便 ，并且最低制冷温度 为 41．058K，制冷量在 76．97K时为0．364W ，其工作温度可在 50~80K范 围内，能满足超导 器件的低振动和抗干扰 的使用要求 。 2 二级无磁制冷机的工作原理及其结构 我们研制的二级无磁制冷机是分置式斯特林制玲机的一种特殊形式，基本原理也是斯 特林制冷循环，即两个等温过程和两个等容过程 ．等温压缩 ，等容冷却，然后在膨胀腔等温膨 胀 ，再穿过 回热器等容加热 。 该制冷机是 由电机、压缩机和膨胀机三部分组成 ，分置的压缩机和膨胀机通过氦气管道 连接 ，结构示意 图见 图 1。 电机是苏州 电讯 电机厂生产的低速 同步 电动机+以6o转 ／分的转数运转 。 压缩机的气缸用硬铅制成 ，外壁车有翅片散热器+中间用锖铜作衬套。压缩活塞 由硬铝 制成 ，用耐磨塑料作密封环，压缩腔与彩胀腔为 9O。的相位差。 膨胀机 由尼龙推移活塞和 自制非金属材料气缸组成 ，所 以减少了磁干扰，并且利用气缸 { 本文于 l996年 4月 l9日收 第 85期 陈恒 良等：二缎无磁制冷机的实验研究 内壁与尼龙活塞补表面及其环形 问隙 (氦气)梅成 了无磁制冷机 的回热器 。结构见图 2 图1 无磁制玲机结构示意图 圈中：l一玲端 ．2一第二级．3一辐射屏，4一多层绝热．5一排出器，6～第一缓 ． 7一真空套 ，8一O形环，9～导线管 ．10～进气．1l一抽气管，l2一连杆 圈2 无磁制冷机的膨胀机结构 这种 回热器则是 以气缸和活塞之间的环形缝 隙两边两 固体壁面为 回热材料 ，而不采用 专 门的填料。因此 ，结构简单，气体死容积非常小。并且，从浙江大学低温教研室所傲的实验 研究 已得出了结论，即在低功率的非金属制冷机 中采用缝隙回热器可获得较填料式更低的 制冷温度 3 关键件的研制 对于无磁制冷机来说，解决气缸低温下渗漏是一个很关键的问题 因为气体对有机材料 呈分子状态，渗透系数比较大，并且有机材料的结构 比较疏松，微观孔隙大于气体分子的直 径 ，可使气体分子向内扩散；另外材料中的增塑剂会使聚合物的链间距增大 ．使渗透系数加 大 所 以，玻璃钢制成的气缸在真空环境中会大量放气，气缸内氦工质分子也会通过器壁渗 透而破坏真空。另一方面，因为玻璃钢与铝、铜之间在低温下的收缩系数不同，也容易产生泄 低 温 与 超 导 1996年第 3期 漏 。因此，我们必须保证玻璃钢以及玻璃钢与铝、铜之间的粘接在压 力和低温