[發明專利]一種氦低溫制冷系統以及制冷方法

在審

• 申請號: 202310275716.1
• 申請日: 2023-03-20
• 公開（公告）號: CN116558198A
• 公開（公告）日: 2023-08-08
• 發明（設計）人: 杜軍軍;李正宇;劉立強;龔領會;徐向東;王炳明
• 申請（專利權）人: 中國科學院理化技術研究所
• 主分類號: F25D16/00
• 分類號: F25D16/00;F25D3/10;F25D19/00;F25J1/00;F25D31/00
• 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: 麥穗

本發明提供一種氦低溫制冷系統以及制冷方法，氦低溫制冷系統包括制冷裝置以及杜瓦，所述制冷裝置的高壓出口通過混流通道與杜瓦連通，所述制冷裝置的低壓入口通過回流通道連通所述杜瓦，還包括預冷通道，所述預冷通道一端與制冷裝置的高壓出口連通，另一端延伸至所述杜瓦內側底部，于所述混流通道、回流通道以及預冷通道上均設置有控制閥。本發明中，通過預冷通道將低溫流體直接導至杜瓦的底部，增加杜瓦內流體的擾動以及換熱效果，進而加速了杜瓦降溫的過程，杜瓦降溫的時間大大縮短。

技術領域

本發明涉及低溫制冷以及液化領域，尤其涉及一種氦低溫制冷系統以及制冷方法。

背景技術

液氦因其沸點低至4.2K，可作為4～20K的深低溫環境冷源，常采用液氦浸泡蒸發或強迫流動傳熱帶走熱量的方式，使被冷卻對象得到冷卻并保持在低溫狀態。故液氦冷卻技術被廣泛應用于低溫超導技術、低溫物性測量和低溫電子學等方面，而獲得低溫氦氣及液氦的氦低溫制冷及液化設備成為前沿科學、高新技術應用等領域無法替代的基礎支撐設備。隨著液氦需求量的增大，氦低溫制冷及液化設備由小型化向著大型甚至超大型方向發展，液氦杜瓦的容積也同步增加。

由于杜瓦內沒有相應的制冷原件，因此，在杜瓦由常溫降到使用溫度時，需要依靠氦制冷機及液化器的冷量將其冷卻。但現有杜瓦的降溫方法，往往依靠節流使用的輸液管路對杜瓦進行降溫，實現杜瓦對氣液混合物的自然分離，節流通道在杜瓦中布置位置偏中上部，同時，隨著大型氦液化器產液量及大型制冷機制冷量不斷增加的需求，對系統穩定起到緩沖作用的杜瓦，體積也不斷增大。由于無法實現杜瓦的快速降溫，使杜瓦降溫時間延長，增加了系統運行時間。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術之缺陷，提供了氦低溫制冷系統以及制冷方法，以至少解決上述部分技術問題。

本發明是這樣實現的：

本發明實施例提供一種氦低溫制冷系統，包括制冷裝置以及杜瓦，所述制冷裝置的高壓出口通過混流通道與杜瓦連通，所述制冷裝置的低壓入口通過回流通道連通所述杜瓦，還包括預冷通道，所述預冷通道一端與制冷裝置的高壓出口連通，另一端延伸至所述杜瓦內側底部，于所述混流通道、回流通道以及預冷通道上均設置有控制閥。

進一步地，所述制冷裝置的高壓出口與節流閥連通，所述混流通道與預冷通道均連接至節流閥的出口端。

進一步地，所述混流通道伸入杜瓦的端口低于所述回流通道伸入杜瓦的端口，且均位于所述杜瓦的上端。

進一步地，所述混流通道上的控制閥為流量調節閥或者低溫開關閥。

進一步地，所述制冷裝置為氦液化器或者制冷機。

進一步地，還包括控制器，各所述控制閥均電連接至所述控制器，且于所述杜瓦達到預設溫度時，所述控制器控制預冷通道對應的控制閥自動關閉。

本發明實施例還提供一種氦低溫制冷方法，低溫流體通過預冷通道導入杜瓦的底部，低溫流體通過杜瓦流動到上部低壓回流通道，使杜瓦上部高溫流體與下部低溫流體通過對流換熱實現杜瓦的快速降溫，且當杜瓦降溫到使用溫度后，關閉預冷通道，通過混流通道向杜瓦內導入低溫流體，杜瓦開始正常工作。

進一步地，隨著降溫到杜瓦使用溫度時，緩慢打開混流通道；或在杜瓦降溫過程中始終小開度打開混流通道，使混流通道降溫，當降溫穩定后，打開混流通道的控制閥到合適開度，關閉預冷通道控制閥，完成杜瓦的降溫。

本發明具有以下有益效果：

本發明中，增設預冷通道，在對杜瓦進行降溫時，通過預冷通道將低溫流體導至杜瓦的底部，增加杜瓦內流體的擾動以及換熱效果，進而加速了杜瓦降溫的過程，相較于現有杜瓦僅依靠節流閥及低壓回氣閥實現杜瓦降溫，縮短杜瓦降溫時間。可通過此方法使氦低溫制冷機或液化器與杜瓦同步降溫，進而減少杜瓦單獨降溫所消耗的時間，且隨著杜瓦降溫的時間的縮短，氦低溫制冷機或液化器的有效工作時間得到提高。