氦制冷方式

氦制冷在空间制冷技术中的应用

氦制冷在空间制冷技术中的应用
1 基本介绍
氦制冷（Helium Cooling）是一种特殊的空间制冷技术，主要利用氦气在吸收和释放能量过程中产生膨胀和收缩现象来实现制冷或加热的效果，以满足空间固体颗粒、液体、气体或混合体状态物质的制冷或加热要求。

由于氦气的制冷性受到压力的限制，在制冷作用中必须进行复杂的控制和调整，使得这种制冷技术用在空间环境中十分有效，能够满足对制冷的特殊要求。

2 原理
氦制冷技术的原理主要是利用氦气溶液（helium solution）作为热传动介质，使氦迅速地沿着热路径传递热量，当氦气沿着热通道流动时，它会膨胀并吸收热量，然后又收缩并释放热量，从而实现制冷和加热的效果。

3 应用
氦制冷技术主要应用于卫星、航天器，以及其他航空器以及宇宙空间环境中。

它可用于制冷卫星和航天器上的空气，以改变器件的工作环境，使用这种技术可以有效降低工作环境温度，以支撑卫星和航天器上器件的正常运行，以及解决太空环境中因受高温辐射而造成的工作故障。

此外，氦制冷技术加上色散结构还可用于空间环境中的快速制冷和热散，以处理空间环境中出现的高温状况，也可以满足宇宙空间环境的特殊需求。

氦制冷系统透平膨胀机的测试

低温与超导第４１卷第１０期
低温技术
Ｃｒｙｏｇｅｎｉｃｓ
Ｃｒｙｏ．＆Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄ．Ｖｏ１．４统透平膨胀机的测试
孙郁，孙立佳，任小坤，高元景，张武
１引言
中国散裂中子源（ＣＳＮＳ）是国家“ 十一五 ” 期
反动式透平膨胀机，透平膨胀机由通流部分、制动部分和机体部分组成，其中通流部分是获得低温的主要部件。氦气从管道进入膨胀机的蜗壳，蜗壳把气流均匀的分配给喷嘴，气流在喷嘴中进行
（１．中国科学院理化技术研究所，北京１００１９０；２．航天低温推进剂技术国家重点实验室，北京１０００２８）摘要：为满足中国散裂中子源（ＣＳＮＳ）工程预期发展及未来工程升级需要，建立了一套氦制冷系统。该制冷系
２．ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｙｒｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｉｎＳｐａｃｅＣｙｏｒｇｅｎｉｃＰｒｏｐｅｌｌａｎｔｓ，Ｂｅｒｉｎｇ１０００２８，Ｃｈｉｎａ）
Ｔｅｓｔｉｎｇｆｏｒｔｕｒｂｉｎｅｏｆｈｅｌｉｕｍｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ
ＳｕｎＹｕ，ＳｕｎＬｉｊｉａ，ＲｅｎＸｉａｏｋｕｎ，ＧａｏＹｕａｎｊｉｎｇ，ＺｈａｎｇＷｕ，。（１．ＴｅｃｈｎｉｃａｌＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＰｈｙｓｉｃｓａｎｄＣｈｅｍｉｓｔｒｙ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｉｃｏｆＳｃｉｅｎｃｅ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００１９０，Ｃｈｉｎａ；

01-氦液化循环和氢液化循环PPT

西安交通大学
i制冷与低温i 技术原理
氦液化循环和氢液化循环
氨液化循环----------------
■标准沸点为4.2K ■临界温度为5.2K •转化温度46K, 7K以下节流可能产生液氨 ― 故：必须预冷+节流，或膨胀对外输出功+节流
氨液化循环
一.节流氦液化循环二,■带膨胀机的氨液化循环三■其它型式的氨液化循环
三■其它型式的氨液化循环
•双压力 •双膨胀机、两级节流 •附加制冷循环 • 利用夕陪B制冷机分级冷却
氨液化循环
氢液化循环
一■节流氢液化循环二,■带膨胀机的氢液化循环三■氨制冷的氢液化循环
氢液化循环
"H2
一■节流氢液化循环
•—次节流 •二次节流
•液氮预冷
Ill
预冷温度如何确定?
6
V
IV
氢液化循环
二■带膨胀机的氢液化循环 •液氮预冷 •中温膨胀
T-S图如何表示?
2 • ♦ 14 4 11
LN2
~n
1_
| 忡 |
I V
氢液化循环
二■带膨胀机的氢液化循环 •液氮预冷
•膨胀气中压返回
II I
I V
V
氢液化循环
三■氨制冷的氢液化循环一种安全可靠的氢液化循环
He
-<l|
I
H2
11
IV
思考
或氨气采用了哪种循环氢气T-S图如何表示
氨液化循环
一■节流液化循环
•预冷的必要性、重要性 •预冷温度，可分级预冷
•夕卜部预冷介质：LN2, LH2
Zpr (1-Zpr)
液N2 13 液H2
VI
氨液化循环

(完整版)氦稀释制冷机

稀释制冷机是1962年首先由Heinz London提出的，它的制冷过程中使用了氦的二种稳定同位素3He和4He的混合物作为制冷剂。

这个过程要依赖3He和4He特殊的热力学特征。

氦是所有气体中沸点最低的，是最难液化的气体。

氦在大气中含量极低，只有5×10-6体积分数左右。

在极低温下，液氦具有量子性质，即粘度很小，仅为10-12Pa•s左右，具有极好的超流动性, 流动几乎没有阻力。

同时，导热系数非常大，比铜大104倍，因此在超流液氦中不可能形成温度梯度。

氦由二种稳定同位素3He和4He组成。

正常的氦气里仅含1.3×10-6的3He，因此，除非特别说明，一般均指4He。

4He在2.172K以下，具有超流动性，而3He的超流动性要将温度降到0.003K时才显示出来。

在极低温下，液体3He和4He混合时具有吸热效应，这些特性被用于稀释制冷机中。

Heinz London, German (1907-1970)低温下3He和4He的液氦混合物相图显示，3He和4He的混合物可以是正常液体、超液体、正常液体和超流体的两相混合物，取决于混合物的浓度和温度。

稀释冷却只可能发生在低于三相点温度的地方。

低温下3He/4He液相混合物相图在低于三相点（0.87K）的温度下，3He/4He液相混合物将由相界面分成两个不同浓度的液相。

一个相主要含有3He，因此被称为3He的浓缩相，对应于从图的右下角至三相点的相平衡线。

一个相主要含有3He，因此被称为4He的浓缩相，对应于从图的左下角至三相点的相平衡线。

不论什么温度下，总是至少含有6％的3He。

油和水的混合物在一起是一个很好的例子，可以说明这种状态。

如果维持油水混合物在一个较高的温度，油和水将保持均匀混合。

但是，如果降低温度，油会与水分开且浮在上面，仔细分析后发现油中有少量水存在，反之，水中有少量油存在，即这是含有两个不同油水混合物浓度的两相混合物。

含有两个不同油/水混合物浓度的两相混合物如同液体蒸发相变制冷，需要额外的能源把3He原子从3He的浓缩相运输到3He 稀缺相（4He 的浓缩相）。

世界上最冷的冷知识

世界上最冷的冷知识在我们周围，有许多冷知识令人惊叹，其中最引人注目的是世界上最冷的事物。

今天，我将为大家介绍一些关于最冷的冷知识，让我们一起领略这些令人难以置信的寒冷现象。

1. 绝对零度：绝对零度是温度的下限，也是已知宇宙中最低的温度点。

在绝对零度下，分子运动停止，物体达到最低的能量状态。

绝对零度的温度是-273.15摄氏度或-459.67华氏度。

科学家们至今无法制造出绝对零度，但已成功将物体冷却到极接近绝对零度的温度。

2. 液氦：液氦是一种在极低温下变为液体的物质。

当氦气被冷却至-268.93摄氏度时，它会转化为液态。

液氦具有许多奇特的特性，如无粘性和无摩擦。

由于其极低的温度，液氦广泛应用于超导磁体、核磁共振成像等领域。

3. 卡尔文温标：卡尔文温标是国际单位制中温度的基本单位，以绝对零度为零点。

与摄氏度和华氏度相比，卡尔文温标更适合用于科学研究和工程领域。

在卡尔文温标下，水的沸点为373.15K，冰点为273.15K。

4. 超冷原子：超冷原子是一种经过冷却到接近绝对零度的原子。

在这种极低温下，原子的行为变得非常奇特，它们可以形成玻色-爱因斯坦凝聚态和费米-狄拉克凝聚态。

超冷原子的研究对于理解量子力学和凝聚态物理学有重要意义。

5. 地球上最冷的地方：位于俄罗斯的奥伊米亚康斯克（Oymyakon）被认为是地球上最冷的有人居住的地方。

这个小镇的气温常年低于零下50摄氏度，在寒冷的冬天甚至可能达到零下70摄氏度。

生活在这里的居民需要采取特殊的措施来应对严寒。

6. 宇宙背景辐射：宇宙背景辐射是宇宙中存在的微弱热辐射，它是宇宙大爆炸后残余的热能。

宇宙背景辐射的温度约为2.7K，非常接近绝对零度。

这个温度是通过对宇宙微波背景辐射的观测得出的，对于研究宇宙起源和演化具有重要意义。

7. 液态氢：液态氢是一种在极低温下变为液体的氢气。

液态氢的沸点为-252.87摄氏度，是已知最低的沸点之一。

液态氢广泛应用于火箭推进剂和超导磁体等领域。

磁共振液氦冷却原理

磁共振液氦冷却原理全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：磁共振成像技术是一种用于医学影像诊断的重要工具，它通过利用磁场和无害的无线电波来生成人体内部的高分辨率影像。

而磁共振成像技术中的核磁共振仪器需要使用液氦进行冷却以维持其运行温度，液氦冷却技术成为了磁共振成像技术中不可或缺的部分。

本文将介绍磁共振液氦冷却的原理及其在核磁共振仪器中的应用。

我们来了解一下液氦的特性。

液氦是一种无色、无臭、无味的惰性气体，在常温下是气态，但在绝对零度下（-269摄氏度）则可以转变为液态。

液氦具有很强的冷却能力，是目前常用的制冷剂之一。

在磁共振成像技术中，液氦用于冷却超导磁体，以确保超导磁体的稳定性和高性能运行。

磁共振成像技术中的核磁共振仪器通常由超导磁体、梯度线圈和射频线圈等部件组成。

超导磁体是核磁共振仪器的核心部件，它是由超导线圈组成的，当通电时可以产生非常强大的恒定磁场，用于激发人体组织中的核磁共振信号。

为了维持超导磁体的超导状态，需要将其冷却至液氦的温度。

通过将液氦注入超导磁体中，液氦的冷却效果可以有效地维持超导磁体的超导性能。

液氦冷却原理主要包括以下几个步骤：液氦通过外部制冷系统被制冷成液态，然后将液氦输送到超导磁体中。

在超导磁体内部，液氦的低温能够有效地降低超导线圈的电阻，使得超导磁体能够在零电阻状态下运行，从而产生稳定的磁场。

液氦的冷却效果还可以减少超导磁体在运行时因电流带来的热量，确保超导磁体不会过热。

除了冷却超导磁体，液氦在核磁共振仪器中还起到其他重要作用。

液氦可以用于冷却射频线圈和梯度线圈，以确保它们在长时间运行过程中保持稳定性和高性能。

液氦还可以用于冷却样品台和其它磁共振成像系统中的部件，保证整个系统的正常运行和影像质量。

磁共振液氦冷却技术是磁共振成像技术中不可或缺的部分，它为超导磁体和其他核磁共振仪器部件提供了稳定、持久的低温环境，保证了磁共振成像技术的高性能和高质量影像输出。

随着磁共振成像技术的不断发展和应用，磁共振液氦冷却技术也将不断完善和提高，为医学影像诊断领域带来更多的突破和进展。

氦制冷原理

氦制冷原理氦是一种常见的制冷剂，它在低温物理实验和工业制冷领域有着广泛的应用。

氦制冷原理是指利用氦气的特性来实现低温制冷的过程。

在这个过程中，氦气通过压缩、膨胀、吸热和放热等过程，将热量从被制冷物体中带走，从而使被制冷物体的温度降低。

下面将详细介绍氦制冷原理的相关知识。

首先，氦气具有良好的导热性能，这使得它在制冷过程中能够快速地吸收被制冷物体的热量。

其次，氦气在常温下是一种无色、无味、无毒的惰性气体，这使得它在制冷过程中不会对被制冷物体造成污染或损害。

此外，氦气的沸点非常低，仅为4.2K，在常压下，这使得它非常适合用于制冷超导体和其他需要极低温度的实验。

氦制冷原理的关键在于氦气的压缩和膨胀过程。

在制冷装置中，氦气首先被压缩成高压氦气，然后通过冷凝器散发热量，使氦气冷却成液态氦。

接着，液态氦通过膨胀阀膨胀成低压氦气，这个过程中液态氦吸收了大量的热量，使得被制冷物体的温度得以降低。

最后，低压氦气再次通过蒸发器吸收热量，变成高压氦气，完成一个制冷循环。

除了压缩和膨胀过程，氦制冷原理还涉及到氦气的传热过程。

在制冷装置中，冷凝器和蒸发器起着至关重要的作用。

冷凝器通过散发热量使氦气冷却成液态氦，而蒸发器则通过吸收热量使液态氦蒸发成气态氦。

这些过程需要精确的控制和设计，以确保制冷装置的稳定运行。

总的来说，氦制冷原理是利用氦气的特性，通过压缩、膨胀和传热过程，将热量从被制冷物体中带走，从而实现制冷的目的。

氦气的导热性能、低沸点和无毒无害的特性，使得它在低温制冷领域有着独特的优势和广泛的应用前景。

随着科学技术的不断发展，相信氦制冷技术将会得到进一步的改进和应用，为人类的科学研究和工业生产带来更多的便利和可能。

低温制冷机氦

低温制冷机氦低温制冷机是一种利用低温物质进行制冷的装置，而氦则是低温制冷机中常用的制冷介质之一。

本文将从氦的特性、低温制冷机的工作原理以及氦在低温制冷中的应用等方面进行探讨。

我们先来了解一下氦的特性。

氦是一种无色、无味、无毒的惰性气体，具有很低的沸点和凝固点，在常温下为气态。

它是宇宙中最丰富的元素之一，广泛存在于星际空间和地球大气中。

由于氦的低沸点和凝固点，使得它成为低温制冷的理想选择。

低温制冷机利用氦的特性进行制冷。

其工作原理主要基于热力学循环，通过氦气的膨胀和压缩来实现温度的降低。

低温制冷机通常由压缩机、膨胀阀、蒸发器和冷凝器等组成。

首先，氦气被压缩机压缩成高压气体，然后通过膨胀阀放松压力，使氦气膨胀成低温低压气体。

在蒸发器中，氦气吸收外界的热量并蒸发，将周围的物体冷却。

随后，氦气被冷凝器冷却并压缩回高压气体，循环再次开始。

氦在低温制冷中有着广泛的应用。

首先，氦被广泛应用于科学研究领域。

在低温物理实验中，需要将物体冷却到极低温以观察其特性，而氦制冷机则提供了可靠的制冷手段。

其次，氦还被应用于超导材料的制备和研究中。

超导材料在极低温下表现出良好的电导性能，而氦制冷机则能够提供足够低的温度来实现超导材料的制备和研究。

此外，氦还被应用于医学影像设备中，例如核磁共振成像仪，其需要低温来保持超导磁体的性能。

低温制冷机使用氦作为制冷介质，能够提供稳定可靠的低温环境，确保医学影像设备的正常工作。

除了氦，低温制冷机还可以使用其他制冷介质，如液氮和液氢。

液氮和液氢具有更低的沸点和凝固点，因此在更低温范围内能够提供更低的温度。

然而，液氮和液氢的制冷能力相对较强，使用起来也更加复杂和昂贵。

相比之下，氦作为一种常见的制冷介质，具有较高的制冷效果和较低的成本，因此在低温制冷中得到广泛应用。

低温制冷机利用氦作为制冷介质，通过氦气的膨胀和压缩实现温度的降低。

氦具有无毒、无味、无色的特性，是一种理想的低温制冷介质。

低温制冷机在科学研究、超导材料制备和医学影像设备等领域有着广泛的应用。