文档介绍：关于制冷机低温回热式设备的研究
下图示出6种回热式低温制冷机循环图,图中a、b、c为没有配气阀的斯特林型制冷机,分别为斯特林制冷机、维勒米尔制冷机和斯特林型脉管制冷机;d、e、f是采用阀门的埃里克森型制冷机,分别为G-M制冷机、索尔凡制冷机和G-M型脉管制冷机
 
 
(1) 斯特林制冷机
下动画a为斯特林制冷机示意图,其工作原理如下:由外功W驱动的压缩机将工质在室温下压缩至高压,在级后冷却器中工质被冷却到温度Ta,向环境放出热量为Qa;排出器与压机活塞机械相联,但是它们的运动维持一定的相位差,以保证工质在处于环境温度下的压缩腔与处于低温下的膨胀腔之间流动;当工质从室温压缩腔经过回热器向低温膨胀腔流动时,回热填料从工质中吸取热量,当工质从低温膨胀腔返回室温压缩腔时,回热器向工质放热;膨胀腔下部的冷端换热器在低温下T
c从环境吸收热量,即输出的有效制冷量Qc。
 
机械驱动的斯特林制冷机的结构可分为整体式(上动画b)和分置式(上动画c)两种。整体式斯特林制冷机是将压缩部分(包括压缩气缸、压缩活塞和冷却器)与膨胀制冷部分(包括膨胀气缸、排出器、回热器和冷量换热器)集成一体,并通过曲轴或其它动力机构耦合而成完全独立运转的制冷机。分置式斯特林制冷机将压缩机与排出器完全独立地分开安置,在两者之间通过细管子相连接,可以避免或减少压缩机的振动对冷头的影响,使被冷却的器件远离振动源。下图a给出了整体式斯特林制冷机的结构示意图。下图b为采用线性压缩机驱动的斯特林制冷机的照片,该制冷机在180W输入功率下可在77K提供6W制冷量。
(2) 维勒米尔制冷机
下动画是一种与斯特林制冷机相类似的维勒米尔制冷机。有时,它也被称为以热压缩机代替机械压缩机的斯特林制冷机。比较斯特林制冷机和维勒米尔制冷机的流程示意图可知,这两个系统在膨胀机部分是完全相同的,二者主要的区别在于:维勒米尔制冷机没有采用机械式压缩机,而是代之以一个由高温排出器、高温回热器及一个附加的加热器组成的热压缩机系统。
 
 
对于热压缩机系统,高温排出器的运动使工质从高温排出器上部的高温腔通过高温回热器流向高温排出器下部的室温腔(或者是反向的流动),由于高温腔和室温腔的总容积是恒定的,工质在高温腔和室温腔之间的等容流动将导致系统压力的变化。由于高温腔的温度远高于室温,当工质聚集在高温腔时,系统压力达到最大值,而当工质聚集在室温腔时,系统压力则最小。维勒米尔制冷机的热压缩机部分与膨胀机部分通过冷却器直接相连,高温排出器的往复运动推动工质经由回热器在高温腔和室温腔之间等容的交变流动而产生的压力波直接驱动膨胀机部分实现制冷。为了使得热压缩机部分产生的压力波能够正确地驱动膨胀机部分实现上述斯特林循环制冷过程,热压缩机中的高温排出器与膨胀机中的低温排出器需要联合工作,在本节开头的图b中将二者用虚线连接,两者的运动是相互关联的。实际上,两个排出器的运动并非同步,而是存在约90°相位角,以使得高温腔的体积超前于膨胀机中低温腔体积约90°相位。
维勒米尔制冷机特别适用于有可供利用的高温热能场合,例如可以利用放射性同位素放出的热量、太阳能、废热能或焚烧矿物燃料和固体废物所产生的热能等来实现制冷。
 
(3) 索尔文制冷机
索尔文制冷机如下动画所示。由压缩机,回热器和膨胀机组成。压缩机在外功W的作用