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《微型斯特林制冷器与杜瓦瓶组件耦合漏热分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第24卷 第1期红 外 技 术Vol.24No.12002年1月InfraredTechnologyJan.2002〈材料与器件〉X微型斯特林制冷器与杜瓦瓶组件耦合漏热分析陈晓屏(昆明物理研究所,云南昆明650223)摘要:对杜瓦瓶漏热、微型斯特林制冷器冷指与杜瓦瓶组件耦合漏热进行了分析,得出斯特林制冷器与杜瓦瓶组件耦合时漏热量与微型节流制冷器和杜瓦瓶组件耦合时漏热量的区别,提出了斯特林制冷器与杜瓦瓶组件耦合时漏热量不但包括传统的三项漏热,而且应加上残余自由分子热传导引起的漏热量和穿梭漏热量。并给出了耦合时
2、应该根椐不同的制冷方式采取不同结构的建议。关键词:斯特林; 制冷器; 杜瓦; 漏热中图分类号:TB96;TN216 文献标识码:A 文章编号:100128891(2002)01200232041概述发明用双层真空绝热容器存放低温液体,人们经过几十年的努力使这种称之为杜瓦瓶的真空绝热容器自身近20年来,微型斯特林制冷技术在红外技术应用漏热不断减小、形状各异、使用范围不断扩大。特别是的牵引下,特别是在传热、电子、材料、加工技术飞速发近30年,随着红外技术的进步,微型制冷器的工程应展的条件下有了很大的进步。微
3、型斯特林制冷器独具用,微型非灌注式杜瓦瓶也随之发展起来,引起杜瓦瓶的体积小、重量轻,只需几十瓦、有的只需几瓦的输入自身漏热的主要因素有5个:功率就可产生红外探测器件所需的制冷量,几乎不需1)沿杜瓦瓶内壁由冷端与室温端形成的温差造成要后勤保障就能连续工作等特点,越来越多的红外系固体传热引起的漏热;统选用这种制冷方式。2)探测器必须的引线两端温差造成的固体热传红外探测器自身产生的热量很小,通常在100mW导、以及产生的焦尔热引起的漏热;以内,小的仅仅只有几十毫。32元光导器件产生的热3)杜瓦瓶外壁与内壁之间的温
4、差造成的热辐射所量在50mW左右,64元为70mW左右,2×8条SPIRTE引起的漏热;光伏器件产生的热量在70mW左右,主要是由传输电4)杜瓦瓶顶部内外温差造成的热辐射引起的漏路产生热量的焦平面器件也只有几十毫瓦。一般情况热;下,光导器件(如PbS、HgCdTe材料)每一元消耗大约105)由于真空度不够高,杜瓦瓶夹层残留气体导致mW的冷量,焦平面每一像素消耗0.1～10μW的冷量。漏热。器件与制冷器连接时中间环节还有引线、传热温差、纯上述引起漏热的原因是杜瓦瓶本身的结构和功能杜瓦漏热以及耦合过程会带来的热
5、损失,国外整机选上不可辟免的,但可以通过提高制造水平来减小这5个用制冷方式时对杜瓦都有严格的规定,如英国马拉德方面的漏热,如:在不影响杜瓦瓶其它参数条件下,尽公司2×8条SPIRTE光伏器件对节流和斯特林两种制可能减小内管的直径和内壁的厚度,采用热阻大的材冷器的制冷量都要求为500mW,但选用节流制冷时,允料,减少引线数目、线径与电流的优化设计,增加吸气许工作内径<7.24的杜瓦瓶组件静态漏热可以在180剂,提高杜瓦瓶的真空度,增加防辐射屏等方法来降低mW以内,特殊情况可以上升至200mW;而选用斯特林制冷
6、时,相同工作内径的杜瓦瓶组件静态漏热必须在杜瓦瓶自身的漏热。微型非灌注式杜瓦瓶有很多种类、150mW以内,由此可见,两种制冷器与杜瓦耦合时是有结构,相同种类和结构的杜瓦瓶自身漏热因素大体相很大的差异。同,但漏热不外乎以下3种类型由上述因素决定,自身漏热量为:2耦合分析Qs=Qc+Qr+Qt(1)2.1 杜瓦瓶自身漏热式中:Qs为杜瓦瓶自身漏热量;Qc为杜瓦瓶内壁和引自1892年,英国科学家詹姆斯·杜瓦(JamesDewar)线产生的导热(含焦尔热),通常这是主要热负载的来X收稿日期:200120521523
7、Vol.24No.1 红 外 技 术 Jan.2002源;Qr为杜瓦瓶内外温差引起的辐射漏热量;Qt为杜属杜瓦瓶两种结构,两种杜瓦瓶的区别在于:金属杜瓦瓦瓶内气体对流换热引起的漏热量。杜瓦瓶内气体对瓶基本上是金属材料制作,不易损坏,尺寸精度高,相-3同外形结构的杜瓦瓶真空容器大流换热引起的漏热量在杜瓦瓶真空优于10Pa时,可,能尽可能的包裹制以忽略对流传热,但环境温度和气压条件下,对流换热冷器的冷指,容易批量生产,特别是当今世界流行的集
8、2成杜瓦瓶与集成整体式斯特林制冷机结合成一体,可量大约在0.1至0.5WPcm左右,毫无疑问,对流换热会带来非常大的漏热,通常10-2Pa的真空环境会使对大大减少漏热量,缺点是防止材料放气的表面处理、不流换热降低一个数量级,故,一个存贮寿命超过5年以同性质材料的焊接及引线等技术不容易解决,导致杜上的杜瓦瓶在计算热负载时,可以不考虑对流引起的瓦存贮寿命较短。而玻璃杜瓦瓶制作工艺相对成熟,漏热。真空处理比较容易,与金
