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[低温泵入门 5 ]

制冷机构造及冷冻原理

制冷机构造及冷冻原理
1.冷冻原理

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图1:冷冻原理


低温泵所利用的代表性冷冻循环有以下两种。
①G-M循环方式
② M-Solvay循环方式
从信赖度方面考虑,大部分低温泵采用G-M循环。
敝公司采用了G-M循环。

图表示G―M循环的
工作原理和P-V图(表示
膨胀室的压力P与容积V的关系)。

2.G-M循环
G-M循环是1950年末由吉福特(Gifford)开发发明。活塞的驱动方式有机械驱动方式(UCI,CTI)和利用工作气体压力差的驱动方式。G-M循环效率高,不仅驱动速度慢,而且对内部密封件的负荷小,是具有高性能及高信赖性的制冷循环。下面就敝公司采用的机械驱动方式进行说明。

A 最初活塞在活塞筒体的最下部。
此时低压阀关闭,高压阀开启。

(a) 高压氦气进入活塞筒体的低温部(室温)填充。

B 活塞筒体内成高压状态。

(b) 活塞向上移动,室温状态的氦气在蓄冷器内冷却后进入低温部。

C 低温部呈最大容积。此时高压阀关闭,低压阀开启。

(c) 低温部的高压氦气经过蓄冷器而放出。此时通过膨胀,氦气的温度降低,
产生低温。

D 低温部呈最低压力状态。

(d) 活塞向下移动,被冷却的氦气边对蓄冷器进行冷却边移送到室温部。

A 回到原位,即循环完成。。
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由此可以看出,在理想的G-M循环里P-V图成四角形。把循环周期用t秒表示的话,理想的冷冻能力Qideal可由以下公式计算得出。

Q ideal =W/t
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为了获得15K以下极低温,实际制冷机为2段式结构。且为实现结构的简单化,把蓄冷器安装在活塞内。因1段密封件和2段密封件不存在压力差,故密封件的负担小,寿命长信赖度高。

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