連續流動式低溫泵的制冷方式及機理
發布時間：2016年04月18日 09:49 閱讀：6366
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澤德
連續流動式低溫泵是根據蒸發器原理來提供冷量。泵中低溫板是一換熱器，低溫液體在換熱器中汽化，其蒸發潛熱和顯熱即可用來冷卻。低溫泵的低溫面利用蒸發氦來冷卻。氦由儲存容器可調節地供給低溫面，可連續工作在2．5～293K之間的任意可調溫度下。這種低溫泵體積龐大，管路復雜，管路冷損較大；優點是制冷功率大，最適宜于抽除大氣量或大型真空室。它被廣泛應用于空間環境模擬設備，受控熱核反應裝置，火箭發動機高空點火實驗以及低壓空氣動力學實驗等。
連續流動式低溫泵通過液氦入口供給的液氦，冷卻銅制內側低溫板，然后冷卻圓筒形外側低溫板，氦氣放出。內側低溫板冷卻到2．5K時使氫冷凝，而外側低溫板冷卻到18～20K時，沸點高的氣體被冷凝。調節液氦的供給量可以控制溫度。這種低溫泵的液氮消耗量為1L/h，對于氫抽速為2000L/h，對于氮抽速為500L/h。這種低溫泵的安裝方向較自由，低溫板可制成任意形狀，并且輻射屏蔽不需用液氮，所以具有很多優點。
用于空間模擬室的儲液式和連續流動式并用的低溫泵。這種低溫泵是為抽除20m3空間模擬室中水蒸氣和空氣而設計的。對氮抽速為12000L/s，對水蒸氣抽速為25000L/s。低溫板是螺旋狀圓錐形銅管。低溫板安裝在液氮池中間的儲液式低溫泵上，在上、下端安裝輻射屏蔽板。為了使光線不能進入20K的部位，在板的內側涂有摻入石墨的涂料，外側研磨成鏡面狀。溫度的控制是用氫蒸氣壓溫度計和控制閥來實現的。
連續流動式低溫泵有蒸發制冷與冷氣制冷兩種制冷方式，根據低溫面的溫度丁所處的范圍不同，制冷的機理也不同。
1)在溫度T<4．2K時，氦以液氦的形式供給低溫面。低溫面的溫度可低至T=2．5K并保持恒定。液氦的需求量隨著溫度丁的降低而增加。
2)在4·2K<T<15K時，液-氣混合物流過真空室。熱傳遞是這兩相流參數的函數，并按照流動類型，有可能出現壓強起伏和溫度波動。這種波動與導管的尺寸和低溫面的熱負荷有關。
3)在T>15K時，真空室內實際是單相流，與冷氣制冷一樣，溫度T可維持恒定，達到△T/T<10-5。
比較兩種制冷方式，蒸發制冷比冷氣制冷的液氦消耗量較小。在T<4·2K時，應采用蒸發制冷；在4．2K<T<15K時，蒸發制冷由于沸騰延遲和跳動而出現振動，因而穩定度差，在必須避免這種現象的場合下可以選擇冷氣制冷。
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