[發明專利]一種低溫制冷系統

有效

• 申請號: 201710990783.6
• 申請日: 2017-10-20
• 公開（公告）號: CN107830651B
• 公開（公告）日: 2020-04-10
• 發明（設計）人: 楊少柒;謝秀娟;鄧筆財;李青;龔領會;李來風
• 申請（專利權）人: 中國科學院理化技術研究所
• 主分類號: F25B9/00
• 分類號: F25B9/00;F25B9/06;F25B9/10
• 代理公司: 深圳市科進知識產權代理事務所(普通合伙) 44316
• 代理人: 趙勍毅

技術領域

本發明涉及低溫制冷技術領域，尤其涉及一種低溫制冷系統。

背景技術

液氫到液氦溫區大型低溫制冷系統是指制冷溫度在4.5～20K(-268.5～ -253℃)范圍，制冷量幾百乃至萬瓦以上的低溫制冷系統。

中國科學院理化技術研究所經過幾十年研究積累，突破了液氫溫區制冷系統的一系列關鍵技術，成功完成了2000W@20K中型低溫制冷系統、 10000W@20K大型低溫制冷系統以及40L/h氦液化器的研制。在此基礎上，為滿足國家重大科技基礎設施建設項目(ADS和HIAF等)對液氦到超流氦溫區大型低溫制冷系統的急需和國家戰略氦資源現狀和需求，結合國內低溫工業制造能力，研制二套液氦到超流氦溫區大型低溫制冷系統，制冷量分別達到 2500W@4.5K/500W@2.0K和250W@4.5K。

上述中型及大型制冷機及氦液化器以氦氣為制冷工質，其主要組成部件為大功率壓縮機、透平膨脹機、多級換熱器及JT節流閥、儲罐或用戶負載。

氦氣節流時的最高轉化溫度為46K，液氦的標準大氣壓下的沸點為4.23K。在這種制冷溫度下獲取較大制冷量或較高液化率的大中型低溫制冷系統通常換熱器及液氦儲罐或用戶負載熱容很大；按照主流程工作，系統從常溫啟動降溫，逐步將換熱器及液氦儲罐或用戶負載冷卻至設計運行工況耗時較長，通常須二十幾個小時以上。

發明內容

鑒于此，有必要提供一種能夠快速降溫的低溫制冷系統。

一種低溫制冷系統，包括壓縮機、冷箱、旁通閥以及低溫儲罐或用戶負載；

所述冷箱內設有液氮預冷換熱器和低溫組件，所述壓縮機、所述液氮預冷換熱器、所述低溫組件和所述低溫儲罐或用戶負載依次連接并形成一個循環，所述壓縮機的出口和所述液氮預冷換熱器的高壓進口連通，所述液氮預冷換熱器的高壓出口和所述低溫組件的高壓進口連通，所述低溫組件的高壓出口和所述低溫儲罐或用戶負載的進口連通，所述低溫儲罐或用戶負載的出口和所述低溫組件的低壓進口連通，所述低溫組件的低壓出口和所述液氮預冷換熱器的低壓進口連通，所述液氮預冷換熱器的低壓出口和所述壓縮機的進口連通，所述液氮預冷換熱器還設有液氮進口和液氮出口；

所述旁通閥的進口和所述低溫儲罐或用戶負載的出口連通，所述旁通閥的出口和所述液氮預冷換熱器的低壓進口或所述液氮預冷換熱器的低壓出口連通。

在一個實施例中，所述旁通閥為手動、電動或氣動的開關閥，或所述旁通閥為手動、電動或氣動的調節閥。

在一個實施例中，當所述旁通閥的出口和所述液氮預冷換熱器的低壓出口連通時，所述旁通閥和所述液氮預冷換熱器的連接管路上設有加熱器。

在一個實施例中，所述低溫組件包括第一換熱器、第二換熱器、第三換熱器、透平膨脹機和JT節流閥，所述第一換熱器、所述第二換熱器和所述第三換熱器依次設于所述液氮預冷換熱器和所述低溫儲罐或用戶負載之間，所述透平膨脹機的進口設于所述第一換熱器至所述第二換熱器的進氣管路上，所述透平膨脹機的出口設于所述第三換熱器至所述第二換熱器的回氣管路上，所述JT 節流閥設于所述第三換熱器至所述低溫儲罐或用戶負載的進氣管路上。

在一個實施例中，所述低溫組件包括第一換熱器、第二換熱器、第三換熱器、第四換熱器、第五換熱器、第一透平膨脹機、第二透平膨脹機和JT節流閥，所述第一換熱器、第二換熱器、第三換熱器、第四換熱器、第五換熱器依次設于所述液氮預冷換熱器和所述低溫儲罐或用戶負載之間，所述第三換熱器還設有膨脹氣進口和膨脹氣出口，所述第一透平膨脹機的進口設于所述第一換熱器至所述第二換熱器的進氣管路上，所述第一透平膨脹機的出口和所述第三換熱器的膨脹氣進口連通，所述第三換熱器的膨脹氣出口和所述第二透平膨脹機的進口連通，所述第二透平膨脹機的出口設于所述第五換熱器至所述第四換熱器的回氣管路上，所述JT節流閥設于所述第五換熱器至所述低溫儲罐或用戶負載的進氣管路上。