索尔文尔制冷机

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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