索尔文尔制冷机

[ 字号: ] [ 关闭 ] 2008-12-6 9:53:08 来自网络 作者:admin 浏览次数: 发表评论

关键词:换热器

SV循环是索尔文(Solver)提出的制冷循环,其工作原理与G-M制冷机原理相似,同样是利用绝热气体放气制冷。其单级制冷温度为(22--77)K,双级制冷温度可低到12K,制冷量(1--50)w。
 

索尔文制冷机循环流程
 

   图1为 制冷机的系统示意图。它由压缩机组1,进气阀2,排气阀3,回热器4,换热器5,膨胀机6和换热器7等组成。压缩机组包括往复式压缩机Ⅰ,冷却器Ⅱ,高压储气罐Ⅲ及低压储气罐Ⅳ四部分,彼此间以管道相连,保证供给膨胀机的气体是一定压力的清洁气体。进、排气阀都在室温下运行,由机械控制定时开启和关闭,以此控制进、出回热器,换热器5和膨胀机冷腔的气流。通过这两个阀门的气流和膨胀机热腔是不连通的,这与G-M 制冷机不同。回热器4,换热器5都与单级G-M制冷机的部件类似。膨胀机6由薄壁气缸a,推移活塞b和带节流元件d(小孔或毛细管)的气室c组成。推移活塞可在气缸内上下自由移动,并将气缸分为上、下两腔。上腔(1)称为热腔;下腔(2)膨胀腔亦称为冷腔。热腔(1)通过小孔d与压力几乎恒定的气室相通。气室的容积约为推移活塞排量的十倍,因而,当推移活塞上下移动时,气室c的压力 很少波动。 约等于进气压力 和排气压力 的平均值,即 。气室c和进、排气阀共同控制推移活塞的上下移动。

 

   
图1 SV制冷机的系统示意图            
 

工作过程分析

  单级SV制冷机正常工况的工作程序如下:
  起始时,推移活塞在气缸的最下端。此时,热腔(1)容积最大,其中的气体压力和气室压力 相同。进气阀开启后,高压气体通过进气阀、管路、回热器、换热器5进入推移活塞底部。推移活塞在上下压力差 的作用下迅速上移,冷腔体积增大,高压气体进入冷腔。与此同时,热腔气体很快被压缩。

  当推移活塞上移使热腔气体压力升到几乎等于进气压力时,热腔气体通过小孔等速地流入气室,故而推移活塞等速上移,高压气体继续进入冷腔,直至推移活塞运动至顶端位置,进气阀关闭,冷腔才停止进气。推移活塞上移速度,由小孔尺寸控制。此后,排气阀开启,冷腔的气体经换热器5,回热器4向低压排气管道及低压储气罐放气,产生冷效应。当冷腔压力降到后,推移活塞在热腔残余高压气体的作用下,迅速下降。与此同时,热腔压力也迅速降到,于是气室中压力为 的气体就通过小孔流入热腔,迫使推移活塞等速地向下移动,冷腔容积逐渐缩小。冷气体经换热器5、回热器4及连接管道排到低压储气罐,然后由压缩机吸入,压缩后,进入高压储气罐。冷气体流经换热器5时,向外输出冷量;流经回热器时,冷却回热器填料,自身温度升高。当推移活塞到达气缸的最下端位置时,排气阀关闭,推移活塞不动,而气室中的气体却继续通过小孔流入热腔,直至热腔中的压力逐渐回升到 为止。至此,系统中各部件都回到初始位置。周而复始,即可连续控制冷量。

  机器启动时,整个系统处于室温。在达到正常稳定工况之前,气体产生的冷量不向外输出,而是用来预冷系统本身。因而,随着时间的延长,冷腔、换热器5与回热器冷端的温度越来越低,直至系统达到热平衡进入正常工况为止。当进入系统的热气体在回热器中放出的热量,与从冷腔排出的冷气体在回热器中吸收的热量相等时,回热器便达到周期性的稳定。这时,气体在冷腔膨胀产生的冷量便通过换热器5输出。单级 SV制冷机能达到的最低温度为22K。



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