连续流动式低温泵的制冷方式及机理
发布时间：2016年04月18日 09:49 阅读：5360
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连续流动式低温泵是根据蒸发器原理来提供冷量。泵中低温板是一换热器，低温液体在换热器中汽化，其蒸发潜热和显热即可用来冷却。低温泵的低温面利用蒸发氦来冷却。氦由储存容器可调节地供给低温面，可连续工作在2．5～293K之间的任意可调温度下。这种低温泵体积庞大，管路复杂，管路冷损较大；优点是制冷功率大，最适宜于抽除大气量或大型真空室。它被广泛应用于空间环境模拟设备，受控热核反应装置，火箭发动机高空点火实验以及低压空气动力学实验等。
连续流动式低温泵通过液氦入口供给的液氦，冷却铜制内侧低温板，然后冷却圆筒形外侧低温板，氦气放出。内侧低温板冷却到2．5K时使氢冷凝，而外侧低温板冷却到18～20K时，沸点高的气体被冷凝。调节液氦的供给量可以控制温度。这种低温泵的液氮消耗量为1L/h，对于氢抽速为2000L/h，对于氮抽速为500L/h。这种低温泵的安装方向较自由，低温板可制成任意形状，并且辐射屏蔽不需用液氮，所以具有很多优点。
用于空间模拟室的储液式和连续流动式并用的低温泵。这种低温泵是为抽除20m3空间模拟室中水蒸气和空气而设计的。对氮抽速为12000L/s，对水蒸气抽速为25000L/s。低温板是螺旋状圆锥形铜管。低温板安装在液氮池中间的储液式低温泵上，在上、下端安装辐射屏蔽板。为了使光线不能进入20K的部位，在板的内侧涂有掺入石墨的涂料，外侧研磨成镜面状。温度的控制是用氢蒸气压温度计和控制阀来实现的。
连续流动式低温泵有蒸发制冷与冷气制冷两种制冷方式，根据低温面的温度丁所处的范围不同，制冷的机理也不同。
1)在温度T<4．2K时，氦以液氦的形式供给低温面。低温面的温度可低至T=2．5K并保持恒定。液氦的需求量随着温度丁的降低而增加。
2)在4·2K<T<15K时，液-气混合物流过真空室。热传递是这两相流参数的函数，并按照流动类型，有可能出现压强起伏和温度波动。这种波动与导管的尺寸和低温面的热负荷有关。
3)在T>15K时，真空室内实际是单相流，与冷气制冷一样，温度T可维持恒定，达到△T/T<10-5。
比较两种制冷方式，蒸发制冷比冷气制冷的液氦消耗量较小。在T<4·2K时，应采用蒸发制冷；在4．2K<T<15K时，蒸发制冷由于沸腾延迟和跳动而出现振动，因而稳定度差，在必须避免这种现象的场合下可以选择冷气制冷。
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