低温制冷机
低温制冷机用柔性弹簧的研究进展及分析
低温冷水机原理介绍
制冷范围超低温制冷：小于 -253℃；深度制冷：-120～-253℃；普通制冷：大于-120℃。
主要特点（1）、机组压缩机选用原装进口品牌法国Maneurop(美优乐)，美国Copeland(谷轮)/Carrier(开利)，德国BITZER(比泽尔)等中低温型压缩机；（2）、使用冷媒如R404A，R410a，R22/R407C等，满足制冷温度和环保要求；（3）、温度选择范围：可提供-5℃～-60℃之间工艺冷冻水（用户根据不同的生产需要，选择不同出水温度的机组规格）（4）、根据用户的需求，可选用多种载冷剂（冷冻水）：乙二醇水溶液、酒精、三元混合溶液等醇类载冷剂，也可将蒸发器按防腐要求设计，采用氯化钙水溶液；（5）、按24小时不停机运行设计，可满足各类连续性生产工艺用冷源；（6）、机组可按冷量自带水箱及循环水泵，无需冷却塔及冷却水泵，安装及维护简单方便；（7）、配备各类安全保护装置，性能稳定、噪音低、使用寿命长、操作简单；采用液晶显示人机界面，操作简单便捷，运行状况一目了然；低温冷水机组工作原理制冷是采用一定的方法，在一定的时间和空间内，使某一物体或空间达到比周围环境介质更低的温度，并维持在给定的温度范围内。
为了使某一物体或空间达到或维持一定的低温，就必须采用一定的技术手段和方法，连续不断地取出物体或空间内的热量，所采用的技术术称为制冷技术。
通常将环境介质或物体中吸取热量，并将其转移给高于环境温度的加热对象的过程，称为热泵供热。
对于从环境介质中吸取热量而向高温处排出热量的制冷系统，可交替或同时实现制冷与供热两种功能的机器称为制冷与供热泵。
从能量利用的观点来看，这是一种有效利用能量的方法，既利用了冷量，又利用了热量。
制冷循环和热泵循环是原理和计算方法是相似的。
深圳市凯德利冷机设备有限公司（以下简称凯德利）是以生产、设计、研发、经营“凯德利”牌冷水机、热回收机组、环保冷水机、激光冷水机、冷油机、模温冷水机、低温冷冻机等制冷设备及以及厂房舒适中央空调工程、无尘室车间、冷冻工程所需配套产品加工制造、制冷空调系统设计制造安装维修调试和技术服务等为主业的国家一级企业。
低温超导用低温制冷机组
低温超导用低温制冷机组
低温超导是一种在极低温下（通常在液氦温度以下）表现出无
电阻和完全抗磁性的现象。
为了维持这种超导状态，需要使用低温
制冷机组来提供足够低的温度。
低温制冷机组通常包括制冷剂、压
缩机、膨胀阀和换热器等组件，通过循环制冷剂来降低系统温度。
在低温超导领域，低温制冷机组扮演着至关重要的角色。
首先，它们能够提供足够低的温度，使超导体能够保持在超导态。
其次，
低温制冷机组的稳定性和可靠性对于长时间运行至关重要，因为超
导体通常需要在稳定的低温环境下进行实验或应用。
在实际应用中，低温超导技术被广泛应用于磁共振成像（MRI）、粒子加速器、磁浮列车、超导磁能储存等领域。
这些应用对低温制
冷机组提出了更高的要求，需要它们能够在长时间内稳定地提供极
低的温度，并且具有较高的能效。
除了稳定性和可靠性，低温制冷机组的能效也是一个重要的考
量因素。
随着能源问题日益突出，设计更节能高效的低温制冷机组
成为了一个研究热点。
一些新型制冷技术，如基于气体的制冷循环、磁制冷等，也在不断发展，以期提高低温制冷机组的能效。
总的来说，低温制冷机组在低温超导领域扮演着至关重要的角色，它们需要具备稳定性、可靠性和能效等特点，以满足不同领域对低温超导技术的需求。
随着科学技术的不断发展，相信低温制冷机组也会迎来新的突破和进步。
冷冻机用途
冷冻机用途一、制冷方面冷冻机在制冷方面可太厉害了呢。
比如说在一些大型的食品加工厂，像那种生产冰淇淋的地方。
大家都知道冰淇淋要是化了可就不好吃啦，冷冻机就能让制作冰淇淋的原料在合适的低温下保存和加工。
它可以把温度降到很低，让奶油啊、水果啊这些原料保持新鲜，这样做出来的冰淇淋口感才会好。
还有在肉类加工厂，冷冻机可以快速冷冻刚宰杀的猪肉、牛肉等，这样能延长肉的保质期，而且能防止细菌滋生。
在超市里那些冷冻的饺子、汤圆啥的，也都是靠冷冻机来保持冷冻状态的。
要是没有冷冻机，这些冷冻食品估计都没法正常售卖了。
二、化工行业在化工行业里，冷冻机也是个不可或缺的存在。
很多化工原料的生产过程需要特定的低温环境。
比如说某些化学反应，在高温下可能会产生一些不需要的副产物，或者反应速度太快不好控制，这时候冷冻机就派上用场啦。
它可以把反应环境的温度降低到合适的范围，让反应按照我们期望的方向进行。
而且在化工产品的储存过程中，冷冻机也能帮忙保持低温，防止一些化工产品因为温度过高而发生变质或者危险的化学反应。
三、医疗领域在医疗领域，冷冻机也有着重要的意义。
在一些药品的生产过程中，部分药品成分需要在低温下保存或者加工，冷冻机就能满足这个需求。
还有在医院的一些科室，比如检验科。
一些检验样本需要在低温下保存，如果温度不合适，样本可能就会失效，影响检测结果。
冷冻机可以精确地控制温度，确保这些样本的活性和准确性。
另外，在一些特殊的医疗手术中，像冷冻治疗，冷冻机提供的低温可以用来杀死病变的细胞，对治疗一些疾病有着独特的作用。
四、建筑工程建筑工程里冷冻机也有用武之地呢。
在一些大型的建筑物建设中，有时候需要对混凝土进行特殊处理。
冷冻机可以降低混凝土周围的温度，这样可以调整混凝土的凝固时间，让建筑工人有更多的时间来进行施工操作。
而且在一些特殊的建筑材料储存方面，冷冻机也能帮忙维持合适的温度，保证建筑材料的性能不会因为温度的影响而下降。
五、科研工作在科研工作中，冷冻机那可真是科研人员的好帮手。
制冷机的工作原理
制冷机的工作原理制冷机是一种能够将热量从低温区域转移到高温区域的设备，常用于制冷、空调和冷冻等领域。
它基于热力学原理，通过循环工作流体来实现热量的传递和转移。
下面将详细介绍制冷机的工作原理。
1. 压缩机（Compressor）：压缩机是制冷机的核心部件，负责将制冷剂气体压缩成高压气体。
当制冷剂通过压缩机时，其压力和温度均会升高。
2. 冷凝器（Condenser）：冷凝器是将高温高压的制冷剂气体冷却并转化为高压液体的部件。
冷凝器通常采用散热片或冷却水来降低制冷剂的温度，使其冷凝成液体。
3. 膨胀阀（Expansion Valve）：膨胀阀是控制制冷剂流量的装置，它通过限制制冷剂的流动来降低其压力。
当制冷剂通过膨胀阀时，其压力和温度均会降低。
4. 蒸发器（Evaporator）：蒸发器是将低温低压的制冷剂液体吸收外部热量并蒸发为气体的部件。
蒸发器通常采用散热片或冷却空气来吸收热量，使制冷剂从液态转化为气态。
制冷机的工作循环如下：1. 压缩：制冷剂从蒸发器进入压缩机，被压缩成高压高温气体。
2. 冷凝：高压高温的制冷剂气体通过冷凝器，与外界环境交换热量，冷却并转化为高压液体。
3. 膨胀：高压液体制冷剂通过膨胀阀，压力降低，温度降低。
4. 蒸发：低温低压的制冷剂液体通过蒸发器，吸收外部热量，蒸发为低温低压的制冷剂气体。
这个循环过程不断重复，制冷机能够持续地将热量从低温区域转移到高温区域，从而实现制冷效果。
制冷机的工作原理基于热力学的两个基本原理：1. 热量传递：热量会自然地从高温物体传递到低温物体，直到两者温度达到平衡。
2. 相变：物质在相变时吸收或释放热量。
例如，当制冷剂从液态转化为气态时，会吸收外部热量；反之，当制冷剂从气态转化为液态时，会释放热量。
制冷机的性能参数主要包括制冷量、制冷效率和制冷剂的选择。
制冷量是指制冷机每单位时间内能够吸收的热量，通常以千瓦（kW）或英吨（TR）为单位。
制冷效率是指制冷机在单位能量消耗下能够提供的制冷量，常用指标是能效比（COP）。
低温冷库螺杆机参数
低温冷库螺杆机参数低温冷库螺杆机是一种通过螺杆压缩机工作原理来实现低温冷却的设备。
它主要由螺杆压缩机、电动机、冷凝器、蒸发器等部件组成，通过螺杆机的工作可以将低温冷媒从蒸发器中吸收，然后通过压缩机对其进行压缩，再经过冷凝器进行冷却，最终形成低温制冷效果。
1.制冷量：低温冷库螺杆机的制冷量是其冷却能力的重要指标，通常以千瓦（KW）为单位进行表示。
制冷量的大小会直接影响到低温冷库的冷却效果，它取决于螺杆机的工作能力和设计参数。
2.功率：低温冷库螺杆机的功率是指其电动机的额定功率，通常以千瓦（KW）为单位进行表示。
功率的大小会直接影响到低温冷库螺杆机的能耗和制冷效果，过大的功率可能会造成能源浪费，过小的功率则会影响到制冷效果。
3. 进口压力和出口压力：低温冷库螺杆机的进口压力和出口压力是制冷循环过程中的两个重要参数，它们的大小和平衡直接影响到制冷效果。
这些压力通常以巴（bar）为单位进行表示，进口压力一般较低，出口压力一般较高。
4. 转速：低温冷库螺杆机的转速是指螺杆机主轴的旋转速度，通常以转/分钟（rpm）为单位进行表示。
转速的大小与制冷效果、能耗等指标密切相关，一般来说，转速越高，制冷效果越好，但能耗也会相应增加。
5.螺杆机温度：低温冷库螺杆机的温度是指其压缩机和蒸发器的工作温度。
螺杆机温度的大小直接关系到制冷效果，一般情况下，低温冷库需要较低的温度才能实现最佳制冷效果。
6.噪音：低温冷库螺杆机的噪音是指其工作时产生的噪音水平。
噪音大小直接关系到设备的使用安全和环境的影响，一般来说，低温冷库螺杆机的噪音应尽量控制在合理范围内。
以上是低温冷库螺杆机的一些常见参数，不同厂家和型号的低温冷库螺杆机具体参数可能有所不同。
在选择低温冷库螺杆机时，需要根据具体的使用需求和制冷效果要求来确定合适的型号和参数。
低温冷冻机产品参数
低温冷冻机产品参数1.温度范围：低温冷冻机通常能够提供-10℃至-150℃的温度范围，根据实际需求可选择不同的型号。
2.制冷能力：制冷能力是指低温冷冻机能够吸收热量的能力，一般以单位时间内的冷却功率来表示。
不同型号的低温冷冻机制冷能力不同，一般在100瓦至10千瓦之间。
3.冷却速率：冷却速率是指低温冷冻机从室温降至设定温度所需的时间。
通常以分钟或小时计算，冷却速率越快，工作效率就越高。
4.控温精度：控温精度是指低温冷冻机能够稳定维持设定温度的能力。
它通常以摄氏度为单位，并且越小表示控温精度越高。
5.制冷剂：低温冷冻机通常采用制冷剂作为热量的传递介质。
常见的制冷剂包括氟利昂、氨气、二氧化碳等，不同的制冷剂有不同的性能和使用范围。
6.供电要求：低温冷冻机通常需要接入电源才能正常工作。
供电要求包括电压、频率、功率等，根据需求和实际情况选择适当的供电方式。
7.外观尺寸：不同型号的低温冷冻机外观尺寸各不相同，有些型号较小巧便携，适合实验室使用，而有些型号较大，适用于工业生产。
8.噪音水平：低温冷冻机在工作过程中可能产生噪音，噪音水平的高低直接影响到设备的使用环境和使用者的舒适度，一般要求噪音尽量低于60分贝。
9.安全性能：低温冷冻机在工作过程中需要注意安全问题，如电气防护、液氮泄漏保护等，一些高端产品还具备故障自检、自动报警等安全功能。
10.控制系统：低温冷冻机通常配备有控制系统，可以设置温度、湿度、压力等参数，调节设备的工作状态和保护设备的安全。
以上是一些常见的低温冷冻机产品参数，不同厂家和型号的产品可能存在差异。
在购买低温冷冻机时，需要根据实际需求和预算选择适合自己的产品。
制冷机工作原理
制冷机工作原理制冷机是一种能够将低温物质传递到高温环境中的机器。
它的工作原理是通过压缩和膨胀制冷剂来实现。
制冷机的应用范围非常广泛，从家用冰箱到工业制冷系统都有应用。
本文将深入探讨制冷机的工作原理及其应用。
一、制冷剂的工作原理制冷机的核心是制冷剂，它是一种能够在低温下汽化和在高温下液化的物质。
制冷剂的工作原理基于其在压缩和膨胀过程中的物理特性。
当制冷剂被压缩时，它的温度和压力都会升高。
当制冷剂被释放时，它的温度和压力都会下降。
在制冷机中，制冷剂被压缩成高压气体，然后通过换热器传递热量，使其冷却并液化。
液化的制冷剂随后被送到蒸发器中，通过膨胀阀降压。
膨胀阀的作用是将高压制冷剂变成低压制冷剂，使其温度降低并变成低温蒸汽。
低温蒸汽通过蒸发器吸热蒸发，从而吸收热量，使其温度升高。
这个过程循环往复，从而实现了制冷的效果。
二、制冷机的类型制冷机的类型根据其工作原理和应用范围的不同而有所不同。
最常见的制冷机类型包括压缩式制冷机、吸收式制冷机、磁制式制冷机和热泵制冷机。
1. 压缩式制冷机压缩式制冷机是最常见的制冷机类型。
它通过压缩制冷剂来提高其温度和压力。
压缩后的制冷剂通过换热器散热，使其液化。
液化的制冷剂随后通过膨胀阀降压，变成低温蒸汽，从而吸收热量。
这个过程循环往复，实现制冷的效果。
2. 吸收式制冷机吸收式制冷机是一种使用热力学循环原理的制冷机。
它使用吸收剂和制冷剂的组合来实现制冷效果。
吸收剂通过吸收制冷剂的蒸汽来实现制冷效果。
吸收式制冷机通常使用天然气或石油为燃料，通过燃烧产生的热量来提供制冷剂的蒸汽。
3. 磁制式制冷机磁制式制冷机是一种使用磁力来实现制冷效果的制冷机。
它使用磁场来控制制冷剂的温度和压力，从而实现制冷的效果。
磁制式制冷机通常用于高温环境下的制冷，如电子设备、电子元件等领域。
4. 热泵制冷机热泵制冷机是一种使用热泵技术来实现制冷效果的制冷机。
它通过热泵循环来传递热量，从而实现制冷的效果。
热泵制冷机通常用于家庭冰箱、空调等领域。
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
小型低温制冷机工作原理
小型低温制冷机工作原理
小型低温制冷机工作原理是基于热力学的制冷循环原理。
它通常由四个部分组成：压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器。
1. 压缩机：压缩机是整个制冷循环中的关键部分，它将低温、低压的制冷剂气体吸入，并通过压缩使其温度和压力升高，从而提高制冷剂的热能。
2. 冷凝器：在冷凝器中，制冷剂气体通过与外界环境接触，在高温高压的状态下，释放出热量并冷却下来。
这使得制冷剂从气体状态转变为液体状态。
3. 膨胀阀：膨胀阀是制冷循环中的节流装置，它降低制冷剂的压力。
当制冷剂通过膨胀阀时，其压力快速下降，从而使得它的温度降低。
4. 蒸发器：在蒸发器中，制冷剂液体通过与外界接触，吸收外界的热量，从而使得制冷剂从液体状态转变为气体状态。
这样就实现了对被制冷物体的制冷作用。
以上四个部分形成了一个完整的循环，通过不断的压缩、冷却、膨胀和蒸发过程，使得制冷剂在不断循环流动的过程中，从低温区吸收热量，然后在高温区释放热量，从而实现对被制冷物体降低温度的制冷效果。
现代低温制冷技术
•33
按照经典连续型设计的25K吸附制冷机系统
•34
四.SH2金属吸氢材料吸氢化学吸附式制冷机 （7K~10K）
低压下吸氢材料（钯）吸氢，可将 氢气的饱和压力降得很低。
金属吸氢材料在0°C对氢气吸附， 可将氢气的压力降至226Pa，液氢 可在10K下固化并升华。
采用两支液氢杜瓦，可通过热开关 切换，是低温器件连续保持在10K 温度下。
由于采用J-T节流制冷方式，解吸出的气体必须 先经过预冷至转化温度以下，否则不可能实现 低温气体工质的液化。
•9
•10
➢ 液氮温区以上，常采用活 性炭（或分子筛）对制冷 工质（Kr ，CH4 ， N2 ）的 物理吸附。
➢ 采用O2作工质，则采用金 属氧化物PCO-O2化学吸附 方式制冷。
➢ 液氮温区以下，只能采用
➢ 低温吸附式制冷机
吸附床的保温措施和换热措施完全不同， 否则会造成流体热容和金属热容的增大， 以及由于保温层而造成的体积增大。
•16
需要加热时，抽去气体维持0.1Pa的真空度，再利用电加热器加热。 需要冷却时，先切断加热器，再充入传热气体，维持约1000Pa的压
力，以冷却吸附筒。 为保证热开关的良好通/断特性，气隙间还设有一层或几层辐射屏，以
通过固态氢的升华，达到10K的低温
•36
五. LH2金属吸氢材料吸氢+氦机械压缩式系统 的复合制冷 机（4~5K）
液氢固化升华制冷得不到7K以 下的低温
获得7K以下的低温，C-He吸 附式制冷机能耗太大
获得4~5K的低温，方法有： （1）磁制冷，采用顺磁盐材 料绝热去磁；（2）氦机械压 缩机，使氦在室温下排气
充分利用了换热流体的热量，使得外部输入热量或向外 界耗散热量有较大幅度减小，此种回热型多床系统制冷 系数可显著提高。
制冷机的工作原理
制冷机的工作原理制冷机是一种能够将热量从低温区域转移到高温区域的设备。
它主要通过循环工作介质的压缩、膨胀和蒸发等过程来实现制冷效果。
下面将详细介绍制冷机的工作原理。
1. 压缩过程：制冷机中的工作介质通常为制冷剂，最常用的制冷剂是氟利昂。
在制冷循环中，制冷剂首先被压缩成高压气体。
这一过程通常是通过压缩机来完成的。
压缩机将制冷剂压缩，使其温度和压力升高。
2. 冷凝过程：高压气体进入冷凝器，冷凝器是一个换热器，通过与外界的冷却介质接触，使高温高压气体散发出热量，从而使气体冷却并转变为高压液体。
这个过程中，制冷剂的温度和压力都会下降。
3. 膨胀过程：高压液体通过膨胀阀进入蒸发器，膨胀阀起到限制制冷剂流量的作用。
在蒸发器中，制冷剂的压力迅速下降，使其变成低压液体。
在这个过程中，制冷剂吸收周围的热量，从而使蒸发器中的温度降低。
4. 蒸发过程：低压液体进入蒸发器后，通过与外界空气或者其他物体的接触，制冷剂吸收外界的热量，从而蒸发为低压蒸汽。
这个过程中，制冷剂的温度和压力都会上升。
通过上述循环过程，制冷机能够将热量从低温区域转移到高温区域。
具体来说，制冷机从低温物体或者空间吸收热量，然后通过压缩、冷凝、膨胀和蒸发等过程将热量释放到高温区域，从而实现制冷效果。
制冷机的工作原理基于热力学和热传导的原理。
通过改变制冷剂的压力和温度，制冷机能够实现热量的传递和转移。
制冷机广泛应用于家用空调、商用冷藏设备、工业冷却系统等领域，为人们提供了舒适的生活和工作环境。
需要注意的是，制冷机的工作原理可能会因不同类型的制冷机而有所差异。
例如，吸收式制冷机和压缩式制冷机的工作原理有所不同。
吸收式制冷机利用吸收剂和制冷剂的化学反应来实现制冷效果，而压缩式制冷机则主要通过机械压缩来实现制冷效果。
这里我们主要介绍了压缩式制冷机的工作原理。
总结起来，制冷机的工作原理主要包括压缩、冷凝、膨胀和蒸发等过程。
通过这些过程，制冷机能够将热量从低温区域转移到高温区域，实现制冷效果。
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。
现代低温制冷技术第二章 斯特林循环制冷机讲课教案
➢ 斯特林制冷机是小型低温制冷机中研究最深入、应用最广泛、发展最成熟、 变型最多的一种，特点是结构紧凑、工作温度范围宽、起动快、效率高、 操作简便。
➢ 斯特林制冷机的发展变化主要有以下几方面： 1）制冷温度从普冷到深冷，最低温度达到3K； 2）冷量同时向微型（毫瓦级）和大型（46.8Kw）发展； 3）发展了多缸制冷机； 4）由单级发展到多级，已有5级制冷机出现； 5）从单作用发展到多作用式制冷机； 6）从整体式发展到分置式； 7）发展了多种驱动方式。如曲柄－连杆机构、摇盘驱动、斜盘驱动、菱 形驱动、液压驱动、电磁驱动、气动等； 8）形式多样，如双活塞式、推移活塞式、平行排列、角形排列、同轴排 列等。
有几种结构可以近似地实现连续斯特 林制冷循环,如曲柄连杆机构带动的双 活塞结构，通常作为热力分析的基本 形式。
右图表示了当曲轴以匀角速度转动时 两工作腔容积变化曲线（实线），该 活塞的运动是简谐运动。可见活塞作 简谐运动时的容积变化与理想折线式 的容积变化是近似的，因而能够近似 实现斯特林制冷循环。
2.工作过程
等温压缩过程1－2：压缩活塞向左移动而膨胀 活塞不动。气体被等温压缩，压缩热经冷却器 A传给冷却介质（水或空气），温度保持恒值 Ta，压力升高到P2，容积减小到V2。
定容放热过程2－3：两个活塞同时向左移动， 气体的容积保持不变，直至压缩活塞到达左止 点。当气体通过回热器R时，将热量传给填料， 因而温度由Ta降低到Tc0，同时压力由P2降低 到P3。
➢ 室温腔的P－V图是逆时针，说明该腔 内气体吸收功而被压缩。
➢ 在制冷机的情况下，室温腔大于冷腔。 两幅图中曲线所围的面积分别是两个 腔内的气体所作的功或者所吸收的功， 两者之差为制冷机所消耗的理论功。 在等温膨胀和压缩的情况下， P－V图 的封闭面积则分别代表冷腔气体所吸 收的热量和室温腔气体所排出（向冷 却器）的热量。
低温制冷机与ZBO存储系统耦合数值模拟
Ｙ ｅ Ｗｅ ｎ ｌ ｉ ａ ｎ，Ｗ ａ ｎ ｇ Ｌ ｉ ｈ ｏ ｎ ｇ ，Ｗ ａ ｎ ｇ Ｔ ｉ ａ ｎ ｇ ａ ｎ ｇ ，Ｓ ｕ ｎ Ｓ ｈ ｕ ｚ ｅ
（ 兰州空 间技 术物理研究所 ， 真空低温技术与物理重点实验室 ，兰州 ７ ３ ０ ０ ０ ０ ）
摘要： 介绍 了基 于低 温液体压力控制技术搭建 的一 套小 型实验装 置 ， 并 针对 实验 中的一项关 键 内容 一低温制 冷机与零蒸发 （ Ｚ Ｂ Ｏ） 存储 系统 耦合建立 了采用 Ｃ Ｆ Ｄ软件 的数 学模 型。根据 实验装置 中的 已知参 数以及设 计计算 结果 ， 模 拟 了制冷机关闭状态下不 同时刻液氮贮箱 内流体 分布 、 制冷机 开启状 态下分 别采用 紫铜箔 与高温 热解石 墨传热元件时 ， 低温贮箱 内流体及导热 带上 温度分布情 况。 由模 拟结果 得知 ， 石墨 比紫铜具 有更强 的冷量 传输能 力， 使贮 箱 内液氮温度和压力更低 ， 体现 了高效耦合性 ， 从而在理论上验证 了采用石 墨传热元 件的可行 性。最后针 对实际情况 ， 提 出了石墨与铜导热带相 结合的传热结构 。 关键词 ： 耦合 ； 低温 制冷 机 ； 实验装 置 ； 数值模拟
Ｃ Ａ Ｓ Ｔ ，Ｌ ａ ｎ ｚ ｈ ｏ ｕ ７ ３ ０ ０ ０ ０， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ａ ｐ ｉ ｎ ｔ —ｓ ｉ ｚ ｅ ｅ ｘ ｐ ｅ ｉ ｒ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｌ ｅ ｑ ｕ ｉ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｃ ｙｏ ｒ ｇ ｅ ｎ ｉ ｃ ｆ ｌ ｕ ｉ ｄ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｗ ａ ｓ ｉ ｎ ｔ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄ，ａ ｎ ｄ ａ ｎ ｕ ｍｅ ｉｃ ｒ ａ ｌ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ ＣＦ Ｄ ｓ ｏ ｆ ｔ ｗ ａ ｒ ｅ ｏ ｆ ｅ ｒ ｙ ｏ ｃ ｏ ｏ ｌ ｅ ｒ ａ ｎ ｄ ｚ ｅ ｒ ｏ ｂ ｏ ｉ ｌ — — ｏ ｆ ｓ ｔ ｏ ｒ ａ ｇ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｃ ｏ ｕ ｐ ｌ ｉ ｎ ｇ ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｗ ａ ｓ ａ ｋ ｅ ｙ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｙ ｇ ｆ ｏ ｔ ｈ ｅ ｅ ｘ ｐ ｅ ｒ ｉ ・ － ｍｅ ｎ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｗａ ｓ ｍａ ｄ ｅ ．Ａｃ ｃ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎ ｇ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｅ ｘ ｐ ｅ ｉ ｒ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｌ ｅ ｑ ｕ ｉ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｃ ｌｃ ａ ｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ，ｔ ｈ ｅ ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｄ ｉ ｓ — ｔ ｒ ｉ ｂ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ｆ ｏ ｔ ｈ ｅ ｌ ｉ ｑ ｕ ｉ ｄ ｏ ｆ ｎ ｉ ｔ ｒ ｏ ｇ ｅ ｎ ｓ ｔ ｏ ｒ ａ ｇ ｅ ｔ ａ ｎ ｋ ｗ ａ ｓ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ｒ ｅ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｌ ｙ ｗ ｈ ｅ ｎ ｃ ｒ ｙ ｏ ｃ ｏ ｏ ｌ ｅ ｒ ｗ ａ ｓ ｃ ｌ ｏ ｓ ｅ ｄ ｏ ｒ ｒ ｕ ｎ ｎ ｉ ｎ ｇ ．Ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｉ ｎ ｄ ｉ — ｃ ａ ｔ ｅ ｄ ｔ ｈ ａ ｔ ｇ ｒ ａ ｐ ｈ ｉ ｔ ｅ ｍａ ｄ ｅ ｔ ｈ ｅ ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ａ ｎ ｄ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｃ ｙｏ ｒ ｇ ｅ ｎ ｉ ｃ ｓ ｔ ｏ ｒ ａ ｇ ｅ ｔ ａ ｎ ｋ ｌ ｏ ｗｅ ｒ ｗ ｈ ｉ ｌ ｅ ｉ ｔ ｈ ａ ｄ ａ ｂ ｅ ｔ ｔ ｅ ｒ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｆ ｅ ｒ ｃ ａ ｐ ａ ｃ ｉ ｔ ｙ ｃ ｏ ｍｐ ａ ｒ ｉ ｎ ｇ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｐ ｐ ｅ ｒ ，ｗ ｈ ｉ ｃ ｈ ｍｅ ａ ｎ ｔ ｈ ｉ ｇ ｈ ｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｙ ｃ ｏ ｕ ｐ ｌ ｉ ｎ ｇ ．Ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｈ ｓ ａ ｂ ｏ ｖ ｅ ｉ ｎ ｄ ｉ ｃ ａ ｔ ｅ ｄ ｔ ｈ ｅ ｆ ｅ ａ ｓ ｉ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｈ ｅ ａ ｔ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｆ ｅ ｒ ｃ ｏ ｍｐ ｏ ｎ ｅ ｎ ｔ ｆ ｏ ｇ ｒ ａ ｐ ｈ ｉ ｔ ｅ ｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ｅ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｌ ｙ ．Ｔ ｈ ｅ ｈ ｅ ａ ｔ —ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｆ ｅ ｒ ｓ ｔ ｕｃ ｒ ｔ ｕ ｒ ｅ ｏ ｆ ｃ ｏ ｍｂ ｉ ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｒａ ｇ ｐ ｈ ｉ ｔ ｅ ａ ｎ ｄ ｃ ｏ ｐ ｐ ｅ ｒ ｗ ａ ｓ ｃ ｏ ｎ ｃ ｅ ｒ ｎ ｅ ｄ ａ ｃ ｃ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎ ｇ
低温制冷机项目实施方案
低温制冷机项目实施方案规划设计/投资方案/产业运营摘要该低温制冷机项目计划总投资19256.38万元，其中：固定资产投资13364.44万元，占项目总投资的69.40%；流动资金5891.94万元，占项目总投资的30.60%。
达产年营业收入43987.00万元，总成本费用34275.95万元，税金及附加346.88万元，利润总额9711.05万元，利税总额11397.39万元，税后净利润7283.29万元，达产年纳税总额4114.10万元；达产年投资利润率50.43%，投资利税率59.19%，投资回报率37.82%，全部投资回收期4.14年，提供就业职位822个。
认真贯彻执行“三高、三少”的原则。
“三高”即：高起点、高水平、高投资回报率；“三少”即：少占地、少能耗、少排放。
低温制冷机是指在低温下可以提供冷量的封闭制冷机。
低温制冷机是近几十年才发展起来的，随着低温物理的发展，电子工业、宇航技术的发展，使低温制冷机在中、小型、特别是在小型和微型低温制冷技术中获得了十分重要的地位。
全球低温制冷机产业市场规模将从2020年的24亿美元增长到2025年的33亿美元，复合年增长率为6.6%。
半导体行业、超导磁体和电源系统中低温冷却器的采用率不断上升，以及在MRI、NMR设备和质子治疗领域中急速采用低温冷却器的情况，是推动全球低温冷却器市场增长的主要因素。
推动市场增长的其他关键因素包括在太空应用中对低温冷却器的需求不断增长，以及在微卫星军事应用中对低温冷却器的发展等。
报告主要内容：项目基本信息、背景及必要性、项目市场前景分析、项目建设方案、选址分析、项目工程方案分析、工艺方案说明、项目环境影响分析、项目生产安全、项目风险应对说明、节能可行性分析、进度说明、投资估算与资金筹措、经济收益、项目综合结论等。
低温制冷机项目实施方案目录第一章项目基本信息第二章背景及必要性第三章项目建设方案第四章选址分析第五章项目工程方案分析第六章工艺方案说明第七章项目环境影响分析第八章项目生产安全第九章项目风险应对说明第十章节能可行性分析第十一章进度说明第十二章投资估算与资金筹措第十三章经济收益第十四章项目招投标方案第十五章项目综合结论第一章项目基本信息一、项目承办单位基本情况（一）公司名称xxx有限责任公司（二）公司简介公司坚持以科技创新为动力，建立了基础设施较为先进的技术中心，建成了较为完善的科技创新体系。
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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3.2.5 索尔凡制冷机
索尔凡(Solvay) 制冷机:是计划采用膨胀机实现 空气液化的第一个系统。
制 冷 原 理 与 技 术
图3-82 索尔凡制冷机中单 位质量气体在T-s图上的流程
图3-81
索尔凡制冷机
制 冷 原 理 与 技 术
假设膨胀过程输出的功用于压缩过程，则 系统所需净功为:
制 冷 原 理 与 技 术
位移器两端压差小，所以在G-M系统中经位移 器的泄漏很少； 在G-M系统中位移器和曲柄不用承受很大的力， 因此驱动机构可以十分简单，很少有振动的问题。
G-M系统的突出优点之一是它可实现多级化。多 级系统中的所有阀门都在室温下工作，三个位移器 由一个驱动机构操纵。
制 冷 原 理 与 技 术
图3-87 脉冲管制冷机 的演变与发展
本节内容:
1. 基本型脉冲管制冷机
制 冷 原 理 与 技 术
2.
3. 4. 5. 6.
小孔型脉冲管制冷机
双向进气脉冲管制冷机 多路旁通脉冲管制冷机 双活塞脉冲管制冷机 四阀式脉冲管制冷机
7． 多级脉管制冷机
1.
基本型脉冲管制冷机
制 冷 原 理 与 技 术
最初的基本型脉冲管制冷机的制冷流程由压缩机、 切换阀、回热器、冷端换热器、导流器、脉冲管本体以 及脉冲管封闭端的水冷却器所组成。
理想斯特林制冷机的性能系数为:
COP
T3 T1 T3
(3.95)
斯特林制冷机的成功，绝大部分是依靠系统中所 使用的回热器的效能。若回热器效率低于100％，这就 意味着，气体制冷机在冷源的制冷量将有一部分消耗 在将制冷机气体冷却到冷源温度的过程中。
低温源吸收的实际的热量为:
Qideal
制 冷 原 理 与 技 术
h1 ' hg h1 hg
ha 'he p ha he
(3.85,3.86)
Qa / m (h1 h2 ) (1 )(h1 hg ) z[(ha hb ) (1 p )(ha he )]
由低温换热器和蒸发器得: (3.87)
Wnet / m [T2 ( s1 s2 ) (h1 h2 )] / c,o e,m ad (h3 h4 )
(3.103)
压缩机耗功
膨胀过程的输出功
从低温源取走的热量为:
Qa / m h5 h4 ' h5 h4 (1 ad )(h3 h4 )
阀门和位移器活塞密封可在室温下实现，因 此不存在低温密封问题。 通过使用回热器代替通常的换热器，可得到 很高的换热效率，系统可使用稍稍不纯的气 体为工质。 由于气体在回热器中来回流动，回热器中的 杂质可在吸入过程中积存下来，在排气过程 中清除出去。 相同表面积下，回热器的造价比换热器低。
制 冷 原 理 与 技 术
第二节
制 冷 原 理 与 技 术
低温制冷机
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 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
基本型脉冲管制冷机与西蒙膨胀过程的不同 点:
脉冲管制冷机运行时，脉冲管气体轴向存在 一温度梯度，入口端温度低，封闭端温度高；而西 蒙膨胀的容器内气体温度均匀； 充气完毕后，脉冲管取走热量的方式是靠封 闭端的水冷换热器；而西蒙膨胀的热量是靠整个容 器表面与外部环境的对流换热。 基本型脉冲管制冷机除了压缩气源和切换阀是 室温运动部件外，在低温处无任何运动部件，因此 其结构简单、运行可靠，但是其制冷效率低。
Solvay系统与G-M系统相比有两大优点:
Solvay系统COP总是比G-M系统高，因为工质 在对外作功过程中，可带走更多能量； G-M系统中，需要一个小马达来移动位移器， 而在Solvay系统中，由膨胀气体来移动活塞。
制 冷 原 理 与 技 术
G-M系统与Solvay系统相比也有优点:
3.2.1 焦耳-汤姆逊制冷系统
焦耳-汤姆逊(Joule-Thomson, 简写为J-T)制 冷机:不使用膨胀机的液化系统，依赖于焦耳汤姆逊效应来产生低温。
制 冷 原 理 与 技 术
图3-68 林德-汉普森制冷机
制 冷 原 理 与 技 术
运用热力学第一定律:
Qa m( h1' h2 )
因为系统的净传热量为零: Qh Qc Qa 0
mh RTh ln(v2 / v1) mc RTc ln(v2 / v1) (mh mc ) RTa ln(v2 / v1) 0 mc / mh (Th Ta ) / (Ta Tc )
COP:
COP Qc / Qh mcTc / mhTh Tc (Th Ta ) (3.102) Th (Ta Tc )
图3-86 三级G-M制冷机 三个位移器由同 一个驱动机构驱 动，在此制冷机 中可同时制取三 种不同的温度。
3.2.7 脉冲管制冷机
脉冲管制冷机省去了常规气体制冷机中的冷腔膨胀 活塞，采用一根低热导的管子来代替，具有结构简单、 运转可靠、冷头振动小、寿命长、成本低等优势。
制 冷 原 理 与 技 术
Qa Qa ,ideal Q
换热器效率定义为: Qactual Q2 3,ideal Q
Q2 3,ideal
制 冷 原 理 与 技 术
Q (1 )Q2 3,ideal (1 )mcv (T2 T3 ) (3.96)
假定工质为理想气体，在理想情况下从冷负荷中取 走的热量为:
(3.80) (3.81)
Qa c ,o [(h1 h2 ) (1 )(h1 hg )] COP (3.82) W T ( s1 s2 ) (h1 h2 )
图3-69
林德-汉普森制冷的热力循环图
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，合适可 行的工质只能为 氖、氢和氦。由 于常温下节流会 产生热效应，为 了系统能够起动 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。
Qa / m h7 h4
引入低温换热器的效率: 制冷量可表示为:
c
h7 'hg h7 hg
(3.88) (3.89)
Qa / m (h7 h4 ) (1 c )(h7 hg ) (3.90)
制 冷 原 理 与 技 术
更低的温度 可用三级复迭 制冷机得到， 以氮（或氩）， 氢（或氖）和 氦为工质。
制 冷 原 理 与 技 术
换热器效率定义为:
h1' hg h1 hg
(3.78)
(3.79)
制冷量可由工质物性与热交换器效率来表示：
Qa / m (h1 h2 ) (1 )(h1 hg )
系统所需功为: W T2 ( s1 s2 ) (h1 h2 ) m c ,o 林德-汉普森制冷机的COP为:
(3.104)
3.2.6 吉福特-麦克马洪制冷机
系统包括压缩机、两端密封的气缸、气缸中的位移 器，和回热器。
制 冷 原 理 与 技 术
图3-84 G-M制冷机中单位 质量气体在T-S图上的流程
图3-83 G-M制冷机示意图
制 冷 原 理 与 技 术
系统所需净功为: W / m [T1 ( s1 s2 ) ( h1 h2 )] / c ,o
e 4 3
机影 性响 能 的 因制 素冷
回热器效率 沿着位移器的导热和壳体漏热 气体与回热器往复换热 回热器中存在的一定容积
G-M
在Solvay和G-M制冷机中，回热器是关键部件。一台 较好的制冷机，其回热器效率需高达98%以上。
制 冷 原 理 与 技 术
图3-85 回热器示意图
Solvay和G-M制冷机有共同的优点
Qa ,ideal mT3 ( s4 s3 ) mRT3 ln(v4 / v3 )
7) 换热器效率的不完善性而致理想制冷量损耗所占的 比重: Q 1 (T2 /T3 ) 1 (3.98)
Qa ,ideal ( 1)mcv T3 ln(v 4 / v 3 ) (3.9
制 冷 原 理 与 技 术
图3-74 克劳特制冷机的热力循环
制 冷 原 理 与 技 术
对基本型克劳德系统的两大改进是: 采用带液膨胀机（即湿膨胀机）在两相区工作而 代替膨胀阀 采用低温压缩机
制 冷 原 理 与 技 术
图3-76
图3-75所示系统的热力循环
制 冷 原 理 与 技 术
3.2.3 斯特林制冷机
Qa / m (h1 'h2 ) x ad (h3 he )
(3.92)
若假设膨胀功用来压缩气体，则所需净功为:
Wnet / m [T2 ( s1 s2 ) (h1 h2 )] / c,o x e,m ad (h3 he )
(3.93)
图3-73克劳特制冷机
图3-88 基本型脉冲管制冷机原理图 1—切换阀；2—回热器；3—冷端换热器； 4—脉冲管；5—水冷却器；6—导流器。 基本原理是利用高低压气体对脉冲管腔的充放气 而获得制冷效果的。
制 冷 原 理 与 技 术
基本型脉冲管制冷机利用充放气获得低温的 方法实质上是西蒙膨胀制冷的一种型式。
制 冷 原 理 与 技 术
n(v4 /v3 ) 1 l
Qa,ideal
3.2.4 维尔米勒制冷机