回熱式氣體制冷機
定義
以氦氣或氫氣為工質,在封閉系統中套用回熱原理實現氣體制冷機循環以獲得低溫和冷量的機械。致冷溫度可在120K以下,屬深低溫設備。它在氣體制冷機循環中增加一個回熱器,利用回熱原理降低膨脹前的工質溫度,以提高循環的熱效率。在機器內膨脹後的工質中的部分冷量回收於回熱器中,在下次循環中再加以利用。回熱式氣體制冷機具有效率高、結構緊湊、起動快、操作方便和溫度範圍寬廣等優點,適用於製冷量小的場合。它能使常溫氣體直接液化,也可配置空氣精餾塔從空氣中分離出氧和氮,或作為低溫冷源。它廣泛套用於小型空氣分離設備、深低溫冰櫃,以及航天、超導、紅外線探測和低溫電子學等領域。分類
回熱式氣體制冷機有斯特林制冷機、維勒米爾制冷機、吉福特-麥克馬洪制冷機、蘇爾威制冷機和脈管等。原理
斯特林制冷機的理想工作過程是由兩個定容過程和兩個定溫過程(見熱力過程)組成的可逆循環(見熱力循環)。工質在壓縮腔被定溫壓縮後,經過回熱器被定容冷卻,然後在膨脹腔定溫膨脹,再經過回熱器被定容加熱後返回壓縮腔。要完成這樣的理想循環,一個氣缸內的兩個活塞必須作間斷運動。但實際上,兩個活塞是利用同一根曲軸的轉動作連續往復運動的;而且機器還存在余隙容器、工質流動阻力、換熱器換熱不完全和冷量損失等情況,故實際過程與理想過程有所差異。![回熱式氣體制冷機](/img/9/816/nBnauM3X1ADO3QzN2IDNxgDM5ETMwADMwADMwADMwADMxAzL0EzL1AzLt92YucmbvRWdo5Cd0FmLxE2LvoDc0RHa.jpg)
斯特林制冷機已由單級發展到雙級和三級。為了增加機器的製冷量,還有利用四個單級制冷機並聯組成的四缸回熱式氣體制冷機。
單級斯特林制冷機的致冷溫度範圍為173~73K,適用於空氣液化和氣體分離等。雙級的致冷溫度範圍為12~15K,適用於氫和氖氣的液化。三級制冷機的致冷溫度為7.8K,還能為更低溫度的物理實驗提供冷源。當工質處於氣液兩相區時,最低溫度可到3.1K。
配圖
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