低溫制冷機(jī)

低溫制冷機(jī)采用了兩種工作原理：一種是兩級(jí)壓縮制冷；一種是多元復(fù)迭式制冷。根據(jù)制冷劑的性質(zhì)，單級(jí)壓縮制冷系統(tǒng)一般只能制取-25~-35℃左右的溫度，若要進(jìn)一步降低溫度，采用單級(jí)壓縮制冷系統(tǒng)是不能實(shí)現(xiàn)的。其主要原因是它的吸、排氣壓力都取決于蒸發(fā)溫度與冷凝溫度，如果要制取較低的溫度就必然會(huì)使蒸發(fā)壓力降低，這樣就會(huì)造成壓力比的提高，壓力比的提高又會(huì)減少壓縮機(jī)的排氣量。制冷壓縮機(jī)的壓力比是有限度的，一般來說，吸、排氣的壓力比不應(yīng)大于10。

低溫制冷機(jī)的分類方法很多，例如可以按其用途、制冷工質(zhì)或機(jī)器結(jié)構(gòu)來分類；也可按其工作溫區(qū)，制冷量大小和換熱方式來分類。要是按制冷溫度分類，低溫制冷機(jī)指的是一種在低于120K的溫度下產(chǎn)生制冷量的機(jī)器或裝置。低溫制冷機(jī)的制冷量的大小，與其提供制冷量的溫度有很大的關(guān)系。例如，基于卡諾循環(huán)的理想制冷機(jī)，在120K提供1W制冷量，只需29W能量輸入；若在0.5K提供lW制冷量，則需20多倍即600W的能量。而且實(shí)際制冷機(jī)需求的能量，往往比理論值大幾十倍，甚至數(shù)百倍，因?yàn)橹评錂C(jī)在實(shí)際工作過程中，要克服多項(xiàng)不可逆損失，這些損失將由制冷機(jī)的理論制冷量來補(bǔ)償。因此，低溫制冷機(jī)實(shí)際輸出的可用制冷量，是其理論制冷量與實(shí)際工作過程中所有損失能量之和的差值。

由于斯特林制冷機(jī)的高效性和可靠性，它被廣泛地應(yīng)用于航空航天、導(dǎo)彈制導(dǎo)、遙感遙測等諸多低溫領(lǐng)域。斯特林制冷機(jī)是小型制冷機(jī)中應(yīng)用最廣、機(jī)型最多、技術(shù)最成熟的一種。斯特林制冷機(jī)按其結(jié)構(gòu)可分為整體式和分置式兩種。整體式斯特林制冷機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、啟動(dòng)快、重量輕、工作溫度范圍寬、效率高、操作簡便；存在的問題是振動(dòng)較大、噪聲大，壽命相對短。分置式斯特林制冷機(jī)是在整體式斯特林制冷機(jī)研究的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，由于它的壓縮機(jī)與冷頭用細(xì)管連接，克服了整體式斯特林制冷機(jī)產(chǎn)生的振動(dòng)和熱量對紅外探測器的影響，在軍事領(lǐng)域得到了廣泛的關(guān)注。斯特林循環(huán)由兩個(gè)等溫過程和兩個(gè)等容回?zé)徇^程組成。定質(zhì)量工質(zhì)在該封閉循環(huán)中，在不同溫度下重復(fù)壓縮和膨脹，實(shí)現(xiàn)熱功轉(zhuǎn)換。斯特林循環(huán)最初用于熱力發(fā)動(dòng)機(jī)。其逆循環(huán)被稱為逆向斯特林循環(huán)或斯特林制冷循環(huán)，1864年前后，Alexander Kirk成功制造了世界上第一臺(tái)斯特林制冷機(jī)。斯特林制冷機(jī)的制冷溫度可以從普冷到深冷，冷量也可實(shí)現(xiàn)毫瓦級(jí)直至千瓦級(jí)。

1、用于液化空氣、氧、氮的裝置：單級(jí)斯特林制冷機(jī)可制取77K低溫，可用來在常壓下直接液化空氣、氧氣及氮?dú)?。這種機(jī)器在制冷機(jī)冷頭的外側(cè)裝有用來凈化和液化氣體的凈化冷卻冷凝器及保溫層。當(dāng)機(jī)器正常工作后，冷頭的溫度降到77K，在冷凝器的外空間造成一定的真空度，這時(shí)將頂部的軟木塞拔掉，空氣(與氧、氮?dú)馄肯噙B接時(shí)則為氧、氮?dú)?便被吸入，并按圖中箭頭方向逐步被冷卻并凈化，然后經(jīng)冷凝器外側(cè)被液化。最后，液化氣體沿箭頭方向經(jīng)導(dǎo)出管流出。

2、用于液化包，氖、氦的裝置：雙級(jí)St，G-M及SV制冷機(jī)均可用來直接液化常壓下的氫、氖等氣體。一般用于這種場合的裝置以St機(jī)較多，當(dāng)要求振動(dòng)極小且冷晝又較小時(shí)則用G-M或SV制冷機(jī)。

3、低溫泵裝置：低溫泵裝置是利用低溫冷凝，冷捕集和低溫吸附原理來抽除氣體，從而獲得清潔無污染高真空的設(shè)備。

利用高低壓氣體對脈管腔的充放氣而獲得制冷效果的微型低溫制冷機(jī)。