回热式气体制冷机(卷名：机械工程)
regenerator gas refrigerator
以氦气或氢气为工质，在封闭系统中应用回热原理实现气体制冷机循环以获得低温和冷量的机械。致冷温度可在120K以下，属深低温设备。它在气体制冷机循环中增加一个回热器，利用回热原理降低膨胀前的工质温度，以提高循环的热效率。在机器内膨胀后的工质中的部分冷量回收于回热器中，在下次循环中再加以利用。回热式气体制冷机具有效率高、结构紧凑、起动快、操作方便和温度范围宽广等优点，适用于制冷量小的场合。它能使常温气体直接液化，也可配置空气精馏塔从空气中分离出氧和氮，或作为低温冷源。它广泛应用于小型空气分离设备、深低温冰箱，以及航天、超导、红外线探测和低温电子学等领域。
回热式气体制冷机有斯特林制冷机、维勒米尔制冷机、吉福特－麦克马洪制冷机、苏尔威制冷机和脉管等。
斯特林制冷机的理想工作过程是由两个定容过程和两个定温过程（见热力过程）组成的可逆循环（见热力循环）。工质在压缩腔被定温压缩后，经过回热器被定容冷却，然后在膨胀腔定温膨胀，再经过回热器被定容加热后返回压缩腔。要完成这样的理想循环，一个气缸内的两个活塞必须作间断运动。但实际上，两个活塞是利用同一根曲轴的转动作连续往复运动的；而且机器还存在余隙容器、工质流动阻力、换热器换热不完全和冷量损失等情况，故实际过程与理想过程有所差异。
图为单级斯特林制冷机的结构。压缩气缸和膨胀气缸组成一体。推移活塞把气缸工作空间分成膨胀腔和压缩腔。压缩活塞通过两个主连杆与曲轴上的两个曲拐相连；推移活塞由穿过压缩活塞的活塞杆和副连杆与曲轴的中间一个曲拐相连。这个曲拐与另两个曲拐保持一定的夹角。曲轴的转动使两活塞作差动往复运动，从而使气体压缩、膨胀和回热。气缸的周围装有水冷却器、回热器和冷凝器（即凝汽器）。在气体工质通道中设有阀门。当压缩活塞向上运动时，工质被压缩，从压缩腔排出，经水冷却器、回热器冷却和降温，然后经冷凝器内侧流入膨胀腔。推移活塞向下移动（此时压缩活塞仍向上，然后向下移动），工质在膨胀腔内膨胀后温度降低，即产生冷量。当推移活塞向上运动时（此时压缩活塞仍向下移动），工质继续膨胀后经冷凝器内侧对外输出冷量，依次进入回热器、水冷却器。低压低温的工质由膨胀腔回流至压缩腔时，在回热器填料中吸取热量而温度升高。气体经上述工作过程消耗了功，产生的热量由冷却水带走，消耗的功由电动机输入。冷凝器外侧的气体将热量传递给冷凝器，而使气体温度降低，直至冷凝成液化气体流下。斯特林制冷机已由单级发展到双级和三级。为了增加机器的制冷量，还有利用四个单级制冷机并联组成的四缸回热式气体制冷机。
单级斯特林制冷机的致冷温度范围为173～73K，适用于空气液化和气体分离等。双级的致冷温度范围为12～15K，适用于氢和氖气的液化。三级制冷机的致冷温度为7.8K，还能为更低温度的物理实验提供冷源。当工质处于气液两相区时，最低温度可到3.1K。
参考书目
边绍雄编著：《小型低温制冷机》，机械工业出版社，北京，1983。