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深低温设备的概念与应用(上)

深低温设备是指能产生和维持深低温，使原料气液化或分离，并提纯其组分的设备，又称深度冷冻设备。

深低温是指远低于普通制控制精度高冷工程所达到和应用的温度，其范围一般为120K儿童家具到接近绝对零度。深低温设备的用途很广，例如氧液化设备和氢液化设备能生产液氧和液氢，可作为火箭的推进剂；氦液化设备可生产液氦，用于研究超导材料、超导电技术、空间技术等；又如用深低温天然气分离设备可将原料气分离，生产出乙烷、乙烯等轻烃化工原料；深低温空气分离设备可生产氧气和氮气，效力子体系的作业原理供冶炼钢铁、制造合成氨等之用等等。

20世纪70～8O年代，空气分离设备在煤的气化、可谓1片红火污水处理、纸浆漂白、石油蛋白的发酵和集成电路板生产等新领域得到了应用和推广。

地球上并不存在天然的深低温环境和深低温物质，因此必须利用深低温设备，才能获得这样的低温。1877年，法国的凯泰和瑞士的三亚皮克特分别用实验室的制冷设备，达到了90.2K以下的深低温、获得了雾状液态氧。

1893年，英国的杜瓦首先制成能保存深低温液化气3G手机体的真空瓶，被称为杜瓦瓶；1895年，德随州国的林德应用焦耳-汤姆森等焓节流效应，以压缩机、管式换热器和节流阀组成原始深低温设备，并用它液化空气，使温度达到8O.9K；1898年，杜瓦在林德工作基础上，用液态空气预冷氢气，再经节流阀等焓膨胀，将温度降到20.4K以下而获得液氢。1902年，法国的G.克劳德在林德液化设备基础上加上活塞式膨胀机，以等熵膨胀制冷方法为主，也制成液化空气的设备。

1903年出现了第一台商品制氧机；1908年,荷兰的卡默林 昂内斯将液氢预冷氦气，并在绝热条件下等焓膨胀，将温度降到4.2K以下，而获得液氦；1965年，苏联的涅加诺夫等人发明稀释制冷机，使温度达到0.025K；70年代以来，人们应用退磁制冷技术，使设备致冷温度进一步降低。

深低温设备的工作原理主要有气体液化和气体分离两个方面。气体液化是根据液化循环，组织液化设备实现的。主要的液化循环方式有林德液化循环和克劳德液化循环，其他尚有在此基础上发展的液化循环，如带附加制冷循环的节流液化循环或等熵膨胀液化循环，带外加制冷循环等熵膨胀的液化循环、回热式气体制冷循环和多级等熵膨胀的液化循环等。