深度冷凍

詳細説明

深度冷凍和 普通冷凍的工作原理是相同的，都是利用氣體在膨脹過程中的自冷作用來取得低温，差別僅在於製冷温度不同。臨界温度(見p－V－T關係)低於150K的氣體,須在深度冷凍下才能液化，在某些氣體液化過程中,直接利用待液化氣體的一部分作為深冷的製冷劑,這時深冷技術也就是氣體液化技術。

深度冷凍液化氣體的過程,可用簡單的林德循環(見圖)説明:狀態A的氣體(p1、T1)經多級壓縮，壓力增到p2，温度經冷卻後回覆到T1；狀態B(p2、T1)的氣體,在換熱器中預冷到T2,成為狀態C(p2、T2)；再經節流閥膨脹到蒸發温度T3的濕蒸氣區（狀態D）;用氣液分離器分出飽和液體（狀態E）,分離後的幹飽和蒸氣（狀態F）送至換熱器中作為冷卻流體，去預冷狀態B的高壓氣體，本身則被加熱回覆成狀態 A的氣體，和補充的氣體一起再次進入壓縮機，完成循環過程。在此流程中，氣體被分為兩部分：液化部分 （分率為x）沿路線A-B-C-D-E 進行，作為產品分離出來；未液化部分(分率為1-x)沿A-B-C-D-F-A路線循環,起着製冷劑的作用。採用能作外功的膨脹機代替節流閥，可以降低能耗，因此，工業深冷裝置的流程中，多用膨脹機。

在化學工業中，從合成氨尾氣中分離回收氫，從焦爐氣中分離製取氫，石油裂解氣的分離，液氧、液氮、液氫、液氦的製造，需要深冷技術；空間科學、磁流體發電和核聚變等方面的研究，需要極低温度的環境；在基本粒子和核物理的研究中，也需要接近絕對零度的低温，現已能達到2×10-7K。

近20年來,由於空間技術和國防工業的需要,深度冷凍技術發展很快。液氧和液氫可作火箭推進劑中的氧化劑和燃燒劑，液氦的產量迅速增長。為了實現天然氣的液化和大噸位液化天然氣的運輸，研製了每小時能處理幾十萬立方米氣體、工作温度低於130K的大型機組。