小型低温制冷机技术(93)
微型斯特林制冷机的研究进展
温 医 学 和 低 温 生 物 学 等 现代 科 学 技 术 迅 速 发 展
的年 代 。 由于 与 这 些 技 术 相 关 的许 多 科 学 仪 器 在 低 温 条 件 下 性 能 更 好 、运 行 速 度 更 快 、效 率
和 灵 敏 度 更 高 ， 因此 推 动 了 低 温 技 术 中 的 一 个
维普资讯
第 ８期
《 红
外 》 月 刊
微 型 斯 特 林 制 冷 机 的 研 究 进 展
陈 永 生
（ 中国科 学院 上海 技术物 理研 究所 ，上 海， ２ ０８ ） ００ ３
破 性 的 提 高 ，为 斯 特 林 制 冷 机 的 进 一 步 发 展开 创 了 广 阔 的道 路 。 、英 、法 、 、日等 发 达 国 美 德
重 要 分 支 一 小 型 低 温 制 冷 机 的蓬 勃 发 展 ，其 一 应 从 国 防 、军 事 、 航 部 门 向交 通 、 息 、医 宇 信 疗 、 子 等 商 业 领 域 渗 透 。 许 多 场 是 作 为 产 品开 发 过 程 中 的 辅 助 手 段 ，但
冷设 备 的 经 济 性 比较 差 ，未 能 得 到 推 广 ，直 到
世 纪 ８ 年 代 初 ，各 国纷 纷 选 择 斯 特 林 制 冷 机 作 ０ 为 研 制 的重 点 。经过 近 ２ 年 的 努 力 ，微 型斯 特 ０
林 制 冷 机 的性 能 得 到 了进 一 步 提 高 ，制 冷 温 度
最近 ３ ０年 是 航 天 技 术 、红 外 技 术 、原 子 能 技 术 、 导 技 术 以及 低 温 电子 学 、 温 物 理 、 超 低 低
家 纷纷加入 了斯特林制冷 机研发 的行列 。 斯 特林制冷 机的热 力过程是 变质量 过程 ，
中国电子科技集团民用产品名录
中国电子科技集团民用产品名录,内部资料供参考,中国电子科技集团公司产业发展部CETC序技术/单位类型专业方向主要产品 1. 中国电子科技设备研究所电子专用设备 1、液晶生产设备,2、非ODS清洗设备,3、表面贴装设备,4、集团公司第二研,太原, 真空处理设备,5、片式元器件生产设备,6、电镀设备,7、究所粉末冶金制品;8、HGL系列工业炉等 2. 中国电子科技集电视电声研究所电视电声技术研究、产品开发、1、数字广播传输系统,标准清晰度电视机顶盒,高清晰度电团公司第三研究,北京, 标准制修订、产品检测视机顶盒,条件接收系统,电视监控数字录像系统,数字所会议系统,2、警用声学心理战装备,3、轨道交通多媒体显示系统 3. 中国电子科技集通信、系统工程、通信网络设计, 1、环境保护在线实时监测信息系统与设备, 团公司第七研究元器件研究所无线测控系统, 2、无线/有线遥测、遥信、遥控,三遥,系统及自动化系统与所 ,广州, 元器件及加工类设备,3、技术安全防范系统与设备,区域联网防盗报警系统,4、CDMA、GSM蜂窝通信直放站系列产品、直放站网管系统及室内分布系统,5、移动通信各频段基站天线及馈电系列产品, 4. 中国电子科技集光缆传输与通各种光缆及连接器, 1、光缆产品:各类特种光缆团公司第八研究信、元器件、设各种光纤传感器, 2、光缆设备: 光缆制造专用设备所备研究所,淮南, 光纤光缆传输系统及专用设备。
5. 中国电子科技集应用磁学、元器磁性材料与器件的研制、开发、1、微波、毫米波铁氧体器件系列、器件系列～集成电路,MIC,- 1 -CETC 序技术/单位类型专业方向主要产品团公司第九研究件、材料研究所生产、以及应用磁学基础研究。
组件系列～单晶与多晶材料系列,稀土永磁材料与器件系所 ,绵阳, 列,EMI材料与器件系列,磁敏感元件及传感器系列,薄膜磁存储、磁记录材料与器件系列,磁性测量仪器与专用设备系列。
小型制冷装置(制冰机冷藏柜)
图5—12平式风幕结构示意图 • 1一玻璃；2—风扇；3一融霜加热器；4-保温层；5一 蒸发器；6一出风口； 7_回风口；8—风幕气流
• 立式风幕是向内弯曲的弓形空间 形成的气流，带动柜内冷空气的 循环。 • 立式风幕的气流不如平式风幕的 平稳，它与外界空气的动量、热 量交换较大，所以一般采用二层 或三层风幕。 • 内层风幕是经过蒸发器的冷风幕， 主要起到对陈列商品的冷却作用； 外层风幕是不经过蒸发器的循环 风幕，主要起隔绝内外空气的作 用。 • 过高或过低的风速都将降低立式 风幕的性能。但多层风幕各层的 风速和方向都有差异，外层风幕 风道长，阻力大，风速低，以减 少对外界空气的卷吸和内层冷空 气的外溢；内层风幕风道短，阻 力小，风速高，以增强对柜内商 品的冷却和防止柜内冷量的外溢
立式冷柜
• 立式冷柜通常使用搁架存放食品， 如图5—5所示。搁架用金属制造 并用合成树脂进行表面处理。架 子的高度要可以调节。由于食品 堆积会阻碍冷气的循环，必须考 虑在食品之间留有空隙。 • 冷柜柜内的冷却方式：立式冷 柜可以是自然对流方式或强迫对 流方式。目前倾向于采用强迫对 流方式。强迫对流方式的冷柜， 打开门时风机停止运转冷柜可以 使用冷水作间接冷却介质。
2
冷柜总体结构
• 冷柜主要由柜体、制冷系统和电气控制设备等 组成。 • 立式冷柜还具有搁架或吊钩等设施；而卧式冷 柜则随贮存食品的不同在结构上也差别较大。 • 低温冷柜通常还具有融霜及排水等功能。因而 冷柜的总体结构依冷柜的种类、形式和功能的 不同而不同，满足不同用户对冷柜功能和档次 的需要。 • 冷柜的柜体通常采用两种结构：一种是柜体采 用整体发泡，另一种是柜体采用预制聚氨酯泡 沫塑料板拼装。
7. 除霜方式
8风幕
• 敞开式陈列柜的风幕对其制冷性能有很大影响，通常 应保证风幕气流平稳流动，减少柜内食品与外部空气 的热、质交换及消除冷气溢流。按照陈列柜型式的不 同，有平式和立式风幕两种。 • 良好的平式风幕会在陈列柜的敞口处形成一层稳定的 积存空气，使外部空气与柜内空气的热、质交换减小。 另外，平式陈列柜容易受店堂辐射热的影响，为减少 陈列商品表面的辐射热，最好使风幕略带波动 。 • 注：平式风幕出风口风速不能太大，也不能太小。风 速太大会使部分冷风不能回到吸风口，形成冷气外溢， 造成冷损失，同时增强风幕与外界空气的质交换，增 大风幕热负荷。风速太小时敞口处形不成完整的风幕， 起不到隔热的作用。
微型斯特林制冷机的进展
〈制冷技术〉微型斯特林制冷机的进展胡白楠1，陈晓屏2，夏明2(1.中国北方工业公司，北京 100053；2.昆明物理研究所，云南昆明 650223）摘要：随着高温超导和空间技术的发展对微型低温制冷机的制冷量、效率和可靠性提出了更高的要求。
新出现的技术如柔性支撑和脉管将对未来的制冷机产生巨大的影响。
介绍了最近几十年里各种微型制冷机的发展状况，特别是重点介绍了微型斯特林制冷机的发展，给出了世界各大制冷机生产厂家的生产水平。
同时本文介绍了目前国内的微型斯特林制冷机发展状况。
关键词：斯特林；制冷机；进展中图分类号：TB66 文献标识码：A 文章编号：1001-8891(2006)12-0730-04The Development of Low-Power Stirling CryocoolerHU Bai-nan1，CHEN Xiao-Ping2，XIA Ming2(1.China North Industries Corporation, Beijing 100053, China; 2.Kunming Institute of Physics, Kunming Yunnan 650223, China)Abstract：With the development of high temperature superconduct and space technology, the requirements for the high efficiency, reliability and cooling max of the low-power cryocoolers will be higher. The new technologies of flexure and pulse tube have enormous effect on future cryocoolers. The development of the low-power stirling cryocooler in several decades is proposed, and many high-power cryocooler companies are presented. The development stirling cryocooler in our country is introduced.Key words：Stirling；cryocooler；development引言在过去的三四十年里微型斯特林制冷机在军事和空间技术上得到了极大的发展。
微型斯特林制冷机可靠性现状及趋势
微型斯特林制冷机可靠性现状及趋势陈晓屏【摘要】制冷机的可靠性一直是军用微型斯特林制冷机最重要的性能指标.首先阐述了可靠性的一些基本知识,之后介绍了RICOR、Thales Cryogenics和BAE等几家公司的斯特林制冷机可靠性预测方法.同时还详细介绍了从上个世纪50年代至今国内外军用微型制冷机可靠性水平的增长情况及其发展趋势,最后介绍了一些制冷机常用的可靠性加速方法.【期刊名称】《真空与低温》【年(卷),期】2010(016)004【总页数】5页(P198-202)【关键词】微型斯特林制冷机;可靠性;趋势;加速【作者】陈晓屏【作者单位】昆明物理研究所,云南,昆明,650223【正文语种】中文【中图分类】TB6611 引言微型斯特林制冷机具有效率高、体积小、质量轻、启动较快、振动低、工作温度宽等优点，广泛应用于车载、机载、舰载军事红外系统。
随着红外探测器的快速发展，热像系统对制冷机的性能及可靠性提出了更高要求，各国制冷机制造商都在努力提高其产品可靠性水平。
作者首先阐述了可靠性的一些基本知识，之后介绍了RICOR、Thales Cryogenics和BAE等几家公司对斯特林制冷机可靠性预测方法。
同时还详细介绍了从上个世纪50年代至今国内外军用微型制冷机可靠性水平的增长情况及其发展趋势。
最后介绍了一些制冷机常用的可靠性加速方法。
对于高成本、高可靠性的航天用微型斯特林制冷机本文不予讨论。
2 微型斯特林制冷机可靠性基本概念2.1 基本概念可靠性的技术指标主要有置信度、失效率、平均无故障工作时间、平均失效前时间、有效度等。
考核斯特林制冷机可靠性最基本指标就是MTBF（Mean Time Between Failures平均无故障工作时间）或MTTF（Mean Time To Failure平均失效前时间）。
MTBF是针对可修复系统而言的，而MTTF主要针对不可修复系统。
对应于浴盆曲线，MTBF描述偶然失效区的失效，而MTTF描述耗损区的失效情况。
中电科技研究所介绍
所
、以及应用磁学基础研究。
（MIC）组件系列，单晶与多晶材料系列；稀土永磁材料与器件
（绵阳）
系列；EMI材料与器件系列；磁敏感元件及传感器系列；薄膜磁
系统工程、元器件研究所
电子系统工程、软件产品、数字视听 1、 数字音频功放类系列产品；2、 石英晶体系列产品；
（成都）
产品以及信息类产品、石英晶体系列 3、 机载电子系列产品（通信、雷达、识别）；4、船载电子系
5、 卷烟机组电气控制设备；
6、 GG-2时间频率同步系统；
7、 远程图像监控及智能图像报警系统；
8、 PASSIM、PROTOS、890电控系统；
9、 数字卫星电视接收设备；
10、
冶金工业光电在线测控系统；
11、
冶金测控设备。
电子系统工程；
电子系统工程总体；
1、空中交通管制系统；
系统工程研究所
空中交通管制系统的研制；
1、 医疗电子设备；医用加速器；
所
所
（北京）
微波能应用；
2、 机电一体化设备；彩管生产检测设备；
医疗电子设备；
3、 提供真空电子束焊接机；
保安监控和智能建筑
4、 优质电子陶瓷材料；
5、 新型高亮度高分辨率双束投影管等。
13所河北半导体研究所
半导体元器件、材料研究所 集成电路器件、材料、设备
1.
微波分立器件、单片电路、微封装集成电路、混合集成
统工程建设为主要目标，为用户提供 程接入、安全路由器、安全交换机
构建安全信息系统所需的全面的、动 l
计算机应用安全系列产品：数据密码机/桌面密码机
态的解决方案和整体服务，包括安全 （RS232、USB）、数据密码卡（PCI/PCMCIA）、USB-KEY
低温冷却液循环泵的使用方法 低温冷却液循环泵技术指标
低温冷却液循环泵的使用方法低温冷却液循环泵技术指标（1）用把该设备的进、出液口分别与试验设备的出、进口对应连接好。
（保温软管是设备所带配件）2）将电源接头插入专用的插座上，插座必需有牢靠的接地线）打开漏电保护开关及电源开关。
在试验中，如需搅拌，请先将磁力搅拌子放到储液槽底部或将磁力搅拌子放入烧瓶，再把烧瓶放到储液槽内（烧瓶底与储液槽底之间距离应在25mm以内），然后按下搅拌开关，其相应指示灯亮，顺时针调整调速旋钮达到用户所需速度。
（1）先关闭需冷却的设备，然后依次关闭循环泵开关、搅拌开关、制冷机开关、电源开关，最后拉下安全开关，拔下电源插头。
低温冷却液循环泵使用中的注意事项低温冷却液循环泵可与多种仪器相配套（旋转蒸发器、发酵罐、化学反应釜、冷冻干燥设备、生物制药反应釜等）；制冷量大，制冷速度快，极大地提高了工作效率；本机循环泵的流量可调亦可定制，极大充分不同用户的实际需要；本机全部型号均可依据用户要求在低温与制冷量，低温与容器量之间合理搭配低温冷却液循环泵注意事项1.在使用低温冷却液循环泵之前在槽内应加入液体介质（纯水，酒精，防冻液也可），介质液面应没过槽内制冷盘管并低于工作台20mm为宜。
2.电源：220V50Hz，电源功率应大于仪器的总功率，电源必需有良好“接地”装置；3.避开酸碱类的物质进入槽内腐蚀盘管以及内胆。
4.仪器应安置于干燥通风处，仪器四周300mm内无障碍物；5.常常注意察看槽内液面高处与低处，当液面过低时，应适时添加液体介质6.当低温冷却液循环泵工作温度较低时，应注意不要开启上盖，手勿进入槽内，以防冻伤；7.使用完毕，全部开关置于关闭状态，切断电源；8.仪器应做好常常性清洁工作，长期不用，清空槽内的介质，并且擦拭干净，保持工作台面和操作面板的乾净；9.液体外循环时，客户应特别注意引出管连接处的坚固性，严防脱落，以免液体漏出。
低温冷却液循环泵怎么实现冷却1）冷却循环回路的有效部件可通过电动方式进行调整。
低温技术
G-M 制 冷 循 环
G-M 制 冷 机
（a）系统图
（b）P-V图 （c）四个工作阶段
G-M 制 冷 机
G-M制冷机中 单位质量气体 的T-s图
G-M 制 冷 机
系统所需净功：
W / m [T1 (s1 s2 ) (h1 h2 )]/co
m — 压缩气体总质量
co — 压缩机的总效率
斯特林制冷机
斯 特 林 制 冷 机
由于斯特林制冷机的高效性和可靠 性，它被广泛的应用于航天航空，导弹 制导，遥感遥测等诸多低温领域。 现在斯特林制冷机是小型低温制冷 机中应用最广，机型最多，技术最成熟 的一种。
斯特林制冷机
斯特林制冷机：冷量换热器C，回热器R， 冷却器A，两个汽缸，两个活塞
斯特林制冷机
低温技术与真空技术的关系
低温泵简介
获得低温的基本方法
低温技术与真空技术的关系
低温技术和真空技术之间存在着密不可分 的关系： 两者之间的关系主要以气体与固体 或液体表面之间的相互作用为基础。 在极低温下可以获得真空；为了获 得和保持低温，必须应用真空技术。
低温技术与真空技术的关系
低温凝聚 排氢
T 0 2.5K .3K
低温泵
低温泵：利用低温（低于100k）表面冷凝 气体的真空泵。 低温泵是获得清洁真空时的极限压力最 低、抽气速率最大的真空泵，广泛应用于半 导体和集成电路的研究和生产，以及分子束 研究、真空镀膜设备、真空表面分析仪器、 离子注入机和空间模拟装置等方面。
低温泵
低 温 泵
低温泵的抽气原理与分类
低温泵的结构
低 温 泵 的 结 构
三部分： 低温介质冷却的 抽气表面、各种 形状和温度的辐 射屏、泵体
低温试验讲义_小型制冷实验
实验8—2 小型制冷机及其制冷技术引言小型制冷装置通常指家用电冰箱、冷藏箱以及小型空调器等。
利用半导体热电效应制冷的装置，因其制冷功率一般地说比较小，也可看作是小型制冷装置。
由于小型制冷装置与人们的日常生活及工作密切相关，已经形成需求量很大的产业。
另一方面，目前广泛用于小型制冷装置中压缩式制冷循环的制冷剂主要是卤化烃类（氟里昂），这类制冷剂对大气层的臭氧层有破坏作用。
特别是普遍用于家用电冰箱的氟里昂-12（R12）对大气臭氧层的破坏以及由之而产生的温室效应相当严重。
为保护大气环境，1985年3月有关缔约国政府签订了《保护臭氧层维也纳公约》。
1989年5月，由联合国环境规划署召集有56个国家全权代表参加的会议上通过了《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》。
随后，1990年6月在英国伦敦召开了有55个缔约国、41个非缔约国、8个国际组织以及44个非政府组织的代表参加的会议，对该议定书进行了全面修订，并于1992年1月1日生效。
因此，从节能的角度看，小型制冷装置制冷功率和效率的测量，对其制冷性能的检测及改进无疑是至关重要的。
而从各国为执行蒙特利尔议定书而努力探索新的制冷原理及寻求新的制冷剂这一发展趋势看，各种新型制冷循环的设计与制冷剂的开发，最终都离不开对不同条件下制冷机制冷功率及制冷效率的检测。
参考资料［１］吴业正、韩宝琦等编，制冷原理及设备，西安交通大学出版社，1987。
［２］孙大坤、高学奎等，氟里昂灌注量影响电冰箱制冷效率的实验研究及其结果的初步应用，制冷学报，1990，No. 3。
实验目的1．利用加热补偿法测量不同温度下小型制冷机模拟系统的制冷功率。
2．通过对制冷系统压缩机排气口和回气口温度及压力的测量估测制冷效率。
3．通过以上测量学习和掌握对不同制冷剂及不同灌注量的制冷剂对制冷功率与效率的影响进行研究的原理与方法。
实验原理1．热力学第二定律在自然界中，热量是可以互相传递的。
把两个温度不同的物体放在一起，原来温度高的物体，温度将逐渐下降，而原来温度低的物体，温度将逐渐升高，最终两物体的温度趋于相等。
5W@80K自由活塞斯特林制冷机工况及重力特性实验研究
5W@80K自由活塞斯特林制冷机工况及重力特性实验研究贾红书;洪国同;陈厚磊;刘彦杰【摘要】In order to find out the Stirling cryocooler's performace, water cooler of the hot end was designed and performance testing was conducted on an existing pulse tube refrigerator performance tester. The influences of operating frequency, filling pressure, input power on Stirling cryocooler were investigated during experiments, so as to determine the optimized operating conditions. The results show that the optimized operating condition was 2.0 MPa of filling pressure and 42 Hz of working frequency. The gravity characteristic was done by changing the cold head arrangement direction and result showed that the cooling performance under the condition of vertical downward cold head was better than horrizon and upward, however, the difference was only 1.2 K, which indicated that the ratio of spring plate axial stiffness to mass was large enough to ignore the effect of gravitation on the displacer static displacement. The cooling performance had little change when cold head was at different circumference position in horizontal direction, which indicated that the displacer had a excellent clearance seal.%利用现有的脉冲管制冷机性能测试实验台,针对某型号自由活塞斯特林制冷机,设计了热端水冷器并进行了性能测试.实验研究了工作频率、充气压力、输入功率等参数对制冷机性能的影响规律,结果表明斯特林制冷机的最佳运行工况为充气压力2.0 MPa,频率42 Hz.改变冷头在竖直方向和水平面不同的朝向,实验结果表明冷头竖直向下时最低制冷温度低于冷头水平布置和冷头向上的情况,但差距最大1.2 K,证明板弹簧的轴向刚度与排出器质量的比值较大,排出器重力产生的静位移较小;冷头水平放置处于不同圆周方位的制冷性能变化很小,证明排出器的密封间隙保持较好.【期刊名称】《低温工程》【年(卷),期】2011(000)003【总页数】5页(P6-10)【关键词】斯特林制冷机;性能测试;重力特性【作者】贾红书;洪国同;陈厚磊;刘彦杰【作者单位】中国科学院理化技术研究所,北京100190;中国科学院研究生院,北京100049;中国科学院理化技术研究所,北京100190;中国科学院理化技术研究所,北京100190;中国科学院理化技术研究所,北京100190;中国科学院研究生院,北京100049【正文语种】中文【中图分类】TB6511 引言低温技术是为适应尖端技术与工农业生产的发展而迅速发展起来的一门重要学科，小型低温制冷机是低温技术在特殊条件下的重要分支［1－3］。
低温制冷技术在食品保鲜中的应用
低温制冷技术在食品保鲜中的应用一、引言食品保鲜一直是人类面临的一个问题。
在传统的食品保鲜技术中，温度控制是最重要的一个方面。
为了更好地保护食品，人们研究出了一些新的和更加高效的技术，其中之一就是低温制冷技术。
本文将探讨低温制冷技术如何在食品保鲜中应用，并探讨这一技术的优缺点。
二、低温制冷技术（一）原理低温制冷技术利用液化气体在减压时吸收空气中的热量，通过循环往复压缩和膨胀这些气体，从而实现对制冷空间的温度控制。
该技术可通过不同的机制实现制冷，包括恒温除湿、制冷机匹配等方法。
（二）分类低温制冷技术可分为两类：制冷机和吸附式制冷机。
制冷机通常使用氨或氟利昂等化学物质。
在吸附式制冷机中，吸附剂通常是柿子植物或二氧化石墨。
三、低温制冷技术在食品保鲜中的应用（一）奶制品低温制冷技术可使奶制品在高温下更长时间保持新鲜和味道，同时保持其材料营养。
此外，采用低温制冷技术制作的奶制品质量更优，口感更好，更具观感和使用价值。
（二）蔬菜低温制冷技术可在控制冷却温度的同时，将空气中的水分去除。
在这种方法下蔬菜的速度变慢，从而减缓了它们的分解和腐烂，使蔬菜在更长时间内保持新鲜和美味。
（三）肉类低温制冷技术可在合适的温度下，将肉类加工、保存、展示。
它不仅可使肉类保持其鲜味，而且还可使肉类在颜色、形状、质地和外观等方面更优。
（四）水产品低温制冷技术在生产、运输和食用阶段均可应用于水产品，如鱼、虾、蟹等。
同时它们还可以保持营养价值和口感，实现更高的产值。
四、低温制冷技术在食品保鲜中的优缺点（一）优点1. 低温制冷技术可以延长食品的使用寿命并保持其味道和外观2. 新鲜食品实现了更好的保护3. 对于食品加工和运输有更好的效果4. 节省能源5. 环保6. 在食品保鲜方面应用广泛（二）缺点1. 制冷设备的成本高昂2. 对于冷藏和贮藏设备有较高的温度要求3. 在贮藏和运输过程中，设备的维护成本很高五、结论一些新的保鲜食品的技术，如低温制冷技术的应用，改变了传统食品保鲜方式的局限性。
制冷设计 书籍
制冷设计书籍
以下是一些关于制冷设计的书籍：
《制冷与空气调节技术》（第五版）：这本书是采暖、空调与冷冻行业的
经典教材，适合采暖、空调和制冷专业的各级各类院校的学生作为教材使用，也适合职业院校、职业培训机构中高级技工、技师培训使用。
《小型低温制冷机原理》：这本书主要介绍了小型低温制冷机的基本原理
和应用，对于从事低温制冷领域的研究和开发人员来说是一本非常有价值的参考书籍。
《深冷混合工质配比》：这本书主要介绍了深冷混合工质配比的相关知识，对于从事深冷制冷剂研究和开发的人员来说是一本非常有价值的参考书籍。
此外，还可以参考《制冷技术及其应用》、《制冷原理与技术》、《制冷装置设计》、《制冷与空调技术》等书籍。
以上书籍仅供参考，建议根据自身需求选择合适的书籍。
回热式低温制冷机技术
发动机
COP =
Qc T ≤ c = COP 制冷机 Carnot W Th − Tc
η Carnot
COP Carnot
是同温限卡诺循环热机的工作系数，它在T-S图上 由两个等温过程和两个等熵过程组成的，具有最高 的热力学完善度。但实际循环不可能是完全可逆 的，而且实际工质的性质也不适合采用卡诺循环
Cv ∝ (T / θ D )
几种间壁式制冷机 (Recuperative cryocooler)
采用间壁式换热器 工质运动是定常的 工质压缩和膨胀工 作过程是在不同的 通道内进行的 两侧通道内的压力 和流速不等，换热 系数不同，效率较 低
第四部分
脉管制冷机
特点和工作原理 研究背景和意义 研究现状和问题
回热式低温制冷机
巨永林
Columbia University，Nevis Laboratories Department of Physics, New York 上海交通大学，制冷与低温工程研究所 机械与动力工程学院，上海
主要内容
低温研究背景和意义 回热式制冷循环 回热式低温制冷机 脉管制冷机 热声驱动制冷机 应用，问题和发展趋势 结束语
Stirling Gifford-McMahon Pulse tube
机构示意图
W W W
Qh, Th Qh, Th Qh, Th Qht, Tht
Qc, Tc
Qc, Tc
Qc, Tc
回热式制冷机结构特点
压力波发生器（压缩机）：提供系统容积或压力变化 回热器(蓄冷器)：在回热过程中存储和释放热量(冷量) 热端和冷端换热器：实现与不同温度下外热源的热量交换
制冷机低温泵的常见再生方式
书山有路勤为径，学海无涯苦作舟制冷机低温泵的常见再生方式小型制冷机低温泵是依靠制冷机获取冷量, 利用低温表面冷凝和吸附气体来获得和保持真空的装置, 它具有清洁无炭氢污染、极限真空度高等优点, 广泛应用于微电子、材料科学等研究和生产领域。
低温泵的再生是使泵内贮存的气体解析和脱附的过程, 再生的方式有多种, 其所需时间和再生效果也有差别。
再生方式的选择、冷头温度测量方法以及再生起点终点的判断对低温泵系统自动化有着重要意义。
目前国外的低温泵生产厂家都推出了自动化程度很高的低温泵产品, 国内有关研究单位也在积极开展相关工作。
本文从我国国情出发, 讨论了低温泵再生过程中的一些问题, 并提出了一些个人观点以供低温泵用户参考。
从原理上讲, 低温泵捕集的气体可以以固态、气态或液态方式除去, 由于以固态方式除去冷凝物存在很多技术难题, 目前商品低温泵采用的都是后两种方式。
根据加热方式的不同, 再生方式通常分为:自然加热再生、气体冲洗再生、电加热再生三类。
自然加热再生是最简单的低温泵再生方法, 它是利用泵壁与周围空气的热交换来使泵升温的, 在刚开始再生时, 由于泵内真空度较高, 因此主要是依靠泵壁的热辐射和泵内的热传导使冷板逐渐升温,这个升温过程相当缓慢。
当压强升高到10-1～10Pa 范围后, 对流换热才开始起比较大的作用。
自然加热再生需要的时间很长, 通常需十几个小时。
由于自然加热再生通常利用过压保护阀排气, 在这种情况下,假如泵能够和其环境达到完全平衡, 那么泵内融化的冰水会留在底板上, 而且室温下活性炭将吸附高分压的水蒸气, 因而泵在使用过程中需要进行长时间的初抽, 而且泵的极限压强也会受到影响。
自然加热再生通常只用于一些。
低温技术——精选推荐
第六章低温技术6.1获得低温的方法一、低温的获得途径：1、热电制冷2、气体绝热膨胀3、相变制冷4、绝热去磁获得低温的主要方法方法名称可达到温度/K 方法名称可达到温度/K一半半导体制冷二级级联半导体制冷气体节液一般气体做外功的绝热膨胀带氮两相膨胀机气体二级非利滤制冷机三级非利滤制冷机气体部分绝热膨胀的三级脉管制冷机气体部分绝热膨胀的六级脉管制冷机-15077-4.2-10-4.2127.880.020.0气体部分绝热膨胀二级沙尔凡制冷机气体部分膨胀三级G-M制冷机气体部分制冷绝热膨胀西蒙氮液化器液体减压蒸发逐级冷冻液体减压蒸发（4He）液体减压蒸发（3He）3He绝热压缩相变制冷3He-4He稀释制冷绝热去磁126.5-4.2-634.2-0.73.2-0.30.0021-0.0011-10-6相变制冷：物质集态的改变称之为相变。
相变过程中，由于物质分子的重新排列和分子热运动速度的改变，会吸收或放出热量→潜热。
物质发生从质密态到质稀态的相变,将吸收潜热；当它发生从质稀态向质密态的相变时,放出潜热。
参考文献：[1] W.O.Keeping,黄佩铭. 低温装置及设备运转中杂质的限制[J]. .[2] Helmut Springmann. 制取氧、氮和稀有气体的现代化低温装置的设计[J] . [3] 侯登录,聂向富. 简易液氮低温装置[J]. .[4] 陈允恺. 低温装置节能及混合工质制冷学术讨论会在上海召开[J].[5] 刘作斌,张佐云,崔苏,徐亦青,魏汉东,邢桂春. 冷冻装置、冷冻速度和低温保存袋的研究[J]. .[6] 耿昌婉. 小容量变压吸附装置[J]. .[7] 周华,刘桂莲,冯霄. 考虑效率的功交换网络问题表格法[J]. .[8] 耿昌婉. 低廉的VSA制氧装置[J]. .[9] 耿昌婉. 高纯HBr和NF3[J]. .6.2低温源（1）冰盐共熔体系将冰块和盐尽量弄细并充分混合（通常用冰磨将其磨碎）可以达到计较低的温度，例如下面一些冰盐混合物可达到不同温度三份冰+一份NaCL(-21℃)三份冰+三份CaCL2(-40℃)两份冰+一份浓HNO3(-56℃)。
真空技术制冷机低温泵
真空技术制冷机低温泵真空技术制冷机低温泵，这个名字听上去就像是从科幻片里蹦出来的。
你有没有想过，为什么冰箱里能把东西冻得那么冰爽？这一切都离不开那些神奇的低温泵。
说到低温泵，首先就得提到真空技术。
这玩意儿就像是给物体施了个魔法，把里面的空气抽得干干净净，剩下的就是让人觉得冷得打哆嗦的液体了。
真空技术就好比是你在喝冰水的时候，冰块在杯子里慢慢融化，没过多久，水就变得透心凉。
想象一下，低温泵就像是这个过程中的小帮手，把热量从液体里拿走，确保我们的食物和饮料都能保持新鲜。
它的工作原理其实很简单。
先把内部的空气抽走，再通过循环把热量排出。
这一切都在悄无声息中进行，仿佛魔术一样。
嘿，听起来是不是有点复杂？其实想象一下，你在厨房里搞大餐，最后一刻发现牛肉不够冷，那可就糟了。
这个时候，低温泵就像是你的救星，立马让食材冷却。
更有趣的是，这些泵的工作效率非常高。
它们能在短时间内把温度降到我们想要的程度，简直像是给食物打了个寒冷的电话，让它们乖乖地待在冰箱里。
再说说真空，这个概念在生活中其实也不少见。
你有没有用过真空包装的食物？那种密封的感觉真是让人安心，吃的时候总觉得新鲜。
低温泵的真空技术就有点像这种包装，把环境给隔绝开，保持食材的最佳状态。
这可是科学的魅力啊，真让人惊叹。
低温泵的应用可不止冰箱哦。
在工业领域，这种技术也大显身手。
比如说，某些制造高科技产品的公司，特别需要低温泵来保持材料的稳定性。
想象一下，冷冷的环境能让产品的质量更有保障。
真是一举多得，合着这玩意儿是个万金油。
有趣的是，低温泵的设计也越来越高科技，现代的泵不仅仅是个金属盒子。
它们里边的材料可讲究了。
现在的低温泵采用了许多新材料，不仅耐用，还能有效降低能耗。
省电又环保，简直是新时代的英雄。
咱们还得说说日常生活中的冷却应用。
你有没有在夏天的炎热中，喝到一杯冰镇的饮料，瞬间清凉的感觉？这就是低温泵默默付出的结果。
不仅仅是饮料，冰淇淋、冷冻食品、甚至是一些医疗设备，都离不开这种技术。
制冷设备维修工初级理论考试题(B)
职业技能鉴定国家题库 制冷设备维修工（初级工）理论知识试卷(B) 注意事项 1.考试时间：120分钟。
2.请首先按要求在试卷的标封处填写姓名、准考证号和所在单位的名称。
3.请仔细阅读各种题目的回答要求，在规定的位置填写答案。
4.不要在试卷上乱写乱画，不要在标封区填写无关的内容。
一、单项选择题(第1题～第70题。
选择一个正确的答案，将相应的字母填入题内的括号中。
每题1分，满分70分) 1. 化工生产中强化职业责任是( )职业道德规范的具体要求。
A. 团结协作 B. 诚实守信 C. 勤劳节俭 D. 爱岗敬业 2. 化工行业从业人员要具备特殊的职业能力这是对从业者的( )要求。
A. 职业素质 B. 职业性格 C. 职业兴趣 D. 职业能力 3. 乐业、勤业、精业所体现的化工职业道德规范( ) A. 热情周到 B. 奉献社会 C. 爱岗敬业 D. 服务群众 4. 从氨的结构可知，氨不具有的性质是( )。
A. 可发生中和反应 B. 可发生取代反应 C. 可发生氧化反应 D. 可发生加成反应 5. 不利于合成氨N2+3H2＝2NH3+92.4kJ 的条件是( )。
A. 加正催化剂 B. 升高温度 C. 增大压强 D. 不断地让氨气分离出来，并及时补充氮气和氢气 6. 除去混在NaaCO3粉末中的少量NaHCO3最合理的方法是( )。
A. 加热 B. 加NaOH 溶液 C. 加盐酸 D. 加CaCl2溶液 7. 电解食盐水，在阴、阳电极上产生的是( )。
A. 金属钠、氯气 B. 氢气、氯气 C. 氢氧化钠、氯气 D. 氢氧化钠、氧气 8. 对于真实气体，下列与理想气体相近的条件是( )。
A. 高温高压 B. 高温低压 C. 低温高压 D. 低温低压 9. 设备分类代号中表示容器的字母为( )。
A. T B. V C. P D. R 10. 用阻力系数法计算局部阻力时出口阻力系数为( )。
低温制冷机
Qa,ideal
3.2.4 维尔米勒制冷机
制 冷 原 理 与 技 术
图3-80 理想维尔米勒制冷机 的热力循环T 的热力循环T-s图
图3-79 维尔米勒制冷机示意图
制 冷 原 理 与 技 术
高温热源加热为: 高温热源加热为:
Qa / m = (h1 − h2 ) − (1 − ε )(h1 − hg )
(3.80)
系统所需功为: 系统所需功为: −W = T2 (s1 − s2 ) − (h1 − h2 ) (3.81)
m
ηc,o
林德-汉普森制冷机的COP为 林德-汉普森制冷机的COP为: COP
−Qa ηc,o[(h1 − h2 ) − (1− ε)(h1 − hg )] COP = = (3.82) W T(s1 − s2 ) − (h1 − h2 )
第二节
制 冷 原 理 与 技 术
低温制冷机
焦耳3.2.1 焦耳-汤姆逊制冷系统 3.2.2 膨胀机制冷系统 3.2.3 斯特林制冷机 3.2.4 维尔米勒制冷机 3.2.5 索尔凡制冷机 吉福特3.2.6 吉福特-麦克马洪制冷机 3.2.7 脉冲管制冷机 3.2.8 热声制冷机 3.2.9 吸附式制冷机 3.2.10 磁制冷 3.2.11 稀释制冷机
图3-69
林德-汉普森制冷的热力循环图 林德-
制 冷 原 理 与 技 术
制 冷 原 理 与 技 术
预冷的重要作 用:对于比液氮所 能得的温度更低 的场合， 的场合，合适可 行的工质只能为 氢和氦。 氖、氢和氦。由 于常温下节流会 产生热效应， 产生热效应，为 了系统能够起动 降温， 降温，必须将气 体温度降低到转 化温度以下以保 证节流制冷。 证节流制冷。
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分类
Solid
Open Cycle
Liquid Supercritical
Stored Cryogen
Ambient pressure Low temperature
Cryogenic Refrigeration
Closed Cycle
Dynamic
Cryocooler
Static
Regenerative
效率
▪ 制冷系数： COP Qc
W
▪ 理想Stirling制冷机具有卡诺效率
COcParnot ThTcTc
▪ 实际效率主要取决于控制电源，回热器，换热器， 连接管等不可逆损失。
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研究进展和应用实例
➢ 新型低阻力、大热容、高比表面积回热器填料 ➢ 间隙密封技术 ➢ 电磁轴承支撑技术 ➢ 柔性板弹簧支撑技术 ➢ 对置式布置减小机械振动
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热机简介
最基本的热机有两类：发动机和制冷机
TH
TH
QH W
Engine
QC
QH W
Refrigerator
QC
TC (a)发动机
TC (b)制冷机
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5
10
IR HTS SQUIDs
50 100
Radebaugh 2003
TEMPERATURE (K)
低温保存
低温外科
300
低温恒温器
as c3 c a1.c dr
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2、回热式制冷循环
➢ 热机（发动机和制冷机） ➢ 热力学原理和工作特点
小型低温制冷机技术(93)
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主要内容
1. 研究背景和意义 2. 回热式制冷循环 3. 回热式低温制冷机 4. 斯特林制机（维勒米尔制冷机） 5. G-M制冷机（索尔文制冷机） 6. 脉管制冷机 7. 热声驱动制冷机
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商业的斯特林制冷机
大型斯特林制冷机 （700W/80K，12kW 输入功）
微型斯特林制冷机 (0.15W/80K,3W 输入功)
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优缺点 优点：
➢ 高效（卡诺循环效率） ➢ 紧凑，易于微型化
缺点：
➢ 活塞密封，磨损 ➢ 机械振动，电磁干扰 ➢ 精确的相位控制
Magnetic Thermoefrigeration and Cryogenics
REFRIGERATION POWER (W)
应用背景
10 6
10 5
Accelerators & Fusion
10 4 10 3
1 TJ Largesize
T0
.
Q
0
,T0
Regen erator
Displacer Regen erator
. Qc ,Tc
. Qc ,Tc
External Regenerator
Internal Regenerator
制冷性能取决于体积流量与压力的振幅以及它们之st间irling3c的.cdr 相位差 由冷端运动活塞(排出器)与压缩机活塞以一定相位关系的相对 运动来实现制冷
Regenerative
c
cooling
Pressure
b
c
a
d
d
Expansion
Volume
Tc
Regenerative
a T0
heating T0
ba
Temperature
Displacement
a b c d
Time
Tc
cd
Entropy
a
Stirling ideal 1c.cdr
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Clearance gap
Piston
Spiral flexure beari ng
Flexure bearing
Back iron
Permanent magnet
Moving coil
Stationary rigid clamp
Position sensor
a
Linear
compressor
Moving rigid spider
发展历史
1816, 苏格兰人 Robert Stirling, 发明了斯特林循环并 获得了专利，它主要是作为热 机 采用空气作为工质，通过工作 在不同温度之间空气的压缩和 膨胀过程将热能转换成功，或 将功转化为热能
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发展历史
在效率、可靠性、小型轻量、寿命等方面取得了重 大进展，寿命可达5～10年。得到了广泛的应用 美国宇航局和欧洲航天局从八十年代末至今发射的 探测卫星，大部分采用斯特林制冷机提供冷源
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牛津型板弹簧支撑
To cold head
Expansion space
Dynamic seals
Expanderregenerator
Expansion space
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Compression Space
Piston
Linear motor
线性(电磁)压缩机驱动
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3、回热式低温制冷机
✓ 斯特林制机（Stirling）制冷机 ✓ 维勒米尔（Vuillenmier）制冷机 ✓ G-M制冷机 ✓ 索尔文（Solvay）制冷机 ✓ 脉管制冷机 ✓ 热声制冷机
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Valves Valveless
Gifford-McMahon Pulse tube
Stirling Vuilleumier Pulse tube
Recuperative
Joule-Thomson Brayton Claude
Radiator
Sorption compressor Solid state
Dynamic seals
Expanderregenerator
Expansion space
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工作过程
Compression
Expansion
space Regenerator space
a
T0
b
Compression
➢ 10年后，斯特林制冷机被用来冷却红外探测器件 ➢ 近100年的发展过程中，斯特林热机的基本结构
没有发生大的变化 ➢ 但是，蓄冷材料，密封技术，柔性板弹簧支撑技
术的发展使它已经成为一种非常高效，紧凑，可 靠的制冷机，得到了广泛的应用
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. Q 0 ,T 0
回热式低温制冷机(Regenerative)
. W0
. W0
. W0
气库
.
. Q 0 ,T 0
小. 孔 Q 0 ,T 0 Q h ,T h
排出器
脉冲管
. Q c ,T c
蓄冷器
(a)斯特林
. Q c ,T c
(b)脉冲管
. Q c ,T c
(c)G-M
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S chem atic diagram of regenerative cryocooler
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4、斯特林制冷机(Stirling)
1. 发展历史 2. 结构特点 3. 工作过程和原理 4. 进展和应用实例
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1、低温制冷机
获得和维持低温的机械（装置）
▪ 由于简单、方便灵活得到了重视和迅速发展。 它省去了低温液体储运、充注等麻烦，已在很 多方面获得应用
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Joule-Thomson
Stored Gas
High pressure Ambient temp.
热力学原理
热力学第一，二定律规定了能量平衡关系与热功转 换效率的上限
热力学第一定律: QhQc W
热力学第二定律:
WTh Tc
Qh
Th
Carno发t 动机
COPQ Wc ThTcTc COCaPrno制t 冷机
Carnot
是同温限卡诺循环热机的工作系数，它在T-S图上
COP Carnot 由两个等温过程和两个等熵过程组成的，具有最高 的热力学完善度。但实际循环不可能是完全可逆的，
而且实际工质的性质也不适合采用卡诺循环
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