一种氦低温制冷系统以及制冷方法

本发明涉及低温制冷以及液化领域，尤其涉及一种氦低温制冷系统以及制冷方法。

背景技术：

1、液氦因其沸点低至4.2k，可作为4～20k的深低温环境冷源，常采用液氦浸泡蒸发或强迫流动传热带走热量的方式，使被冷却对象得到冷却并保持在低温状态。故液氦冷却技术被广泛应用于低温超导技术、低温物性测量和低温电子学等方面，而获得低温氦气及液氦的氦低温制冷及液化设备成为前沿科学、高新技术应用等领域无法替代的基础支撑设备。随着液氦需求量的增大，氦低温制冷及液化设备由小型化向着大型甚至超大型方向发展，液氦杜瓦的容积也同步增加。

2、由于杜瓦内没有相应的制冷原件，因此，在杜瓦由常温降到使用温度时，需要依靠氦制冷机及液化器的冷量将其冷却。但现有杜瓦的降温方法，往往依靠节流使用的输液管路对杜瓦进行降温，实现杜瓦对气液混合物的自然分离，节流通道在杜瓦中布置位置偏中上部，同时，随着大型氦液化器产液量及大型制冷机制冷量不断增加的需求，对系统稳定起到缓冲作用的杜瓦，体积也不断增大。由于无法实现杜瓦的快速降温，使杜瓦降温时间延长，增加了系统运行时间。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了氦低温制冷系统以及制冷方法，以至少解决上述部分技术问题。

2、本发明是这样实现的：

3、本发明实施例提供一种氦低温制冷系统，包括制冷装置以及杜瓦，所述制冷装置的高压出口通过混流通道与杜瓦连通，所述制冷装置的低压入口通过回流通道连通所述杜瓦，还包括预冷通道，所述预冷通道一端与制冷装置的高压出口连通，另一端延伸至所述杜瓦内侧底部，于所述混流通道、回流通道以及预冷通道上均设置有控制阀。

4、进一步地，所述制冷装置的高压出口与节流阀连通，所述混流通道与预冷通道均连接至节流阀的出口端。

5、进一步地，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。

6、进一步地，所述混流通道上的控制阀为流量调节阀或者低温开关阀。

7、进一步地，所述制冷装置为氦液化器或者制冷机。

8、进一步地，还包括控制器，各所述控制阀均电连接至所述控制器，且于所述杜瓦达到预设温度时，所述控制器控制预冷通道对应的控制阀自动关闭。

9、本发明实施例还提供一种氦低温制冷方法，低温流体通过预冷通道导入杜瓦的底部，低温流体通过杜瓦流动到上部低压回流通道，使杜瓦上部高温流体与下部低温流体通过对流换热实现杜瓦的快速降温，且当杜瓦降温到使用温度后，关闭预冷通道，通过混流通道向杜瓦内导入低温流体，杜瓦开始正常工作。

10、进一步地，随着降温到杜瓦使用温度时，缓慢打开混流通道；或在杜瓦降温过程中始终小开度打开混流通道，使混流通道降温，当降温稳定后，打开混流通道的控制阀到合适开度，关闭预冷通道控制阀，完成杜瓦的降温。

11、本发明具有以下有益效果：

12、本发明中，增设预冷通道，在对杜瓦进行降温时，通过预冷通道将低温流体导至杜瓦的底部，增加杜瓦内流体的扰动以及换热效果，进而加速了杜瓦降温的过程，相较于现有杜瓦仅依靠节流阀及低压回气阀实现杜瓦降温，缩短杜瓦降温时间。可通过此方法使氦低温制冷机或液化器与杜瓦同步降温，进而减少杜瓦单独降温所消耗的时间，且随着杜瓦降温的时间的缩短，氦低温制冷机或液化器的有效工作时间得到提高。

技术特征：

1.一种氦低温制冷系统，包括制冷装置以及杜瓦，所述制冷装置的高压出口通过混流通道与杜瓦连通，所述制冷装置的低压入口通过回流通道连通所述杜瓦，其特征在于：还包括预冷通道，所述预冷通道一端与制冷装置的高压出口连通，另一端延伸至所述杜瓦内侧底部，于所述混流通道、回流通道以及预冷通道上均设置有控制阀。

2.如权利要求1所述的氦低温制冷系统，其特征在于：所述制冷装置的高压出口与节流阀连通，所述混流通道与预冷通道均连接至节流阀的出口端。

3.如权利要求1所述的氦低温制冷系统，其特征在于：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。

4.如权利要求1所述的氦低温制冷系统，其特征在于：所述混流通道上的控制阀为流量调节阀或者低温开关阀。

5.如权利要求1所述的氦低温制冷系统，其特征在于：所述制冷装置为氦液化器或者制冷机。

6.如权利要求1所述的氦低温制冷系统，其特征在于：还包括控制器，各所述控制阀均电连接至所述控制器，且于所述杜瓦达到预设温度时，所述控制器控制预冷通道对应的控制阀自动关闭。

7.一种氦低温制冷方法，其特征在于：低温流体通过预冷通道导入杜瓦的底部，低温流体通过杜瓦流动到上部低压回流通道，使杜瓦上部高温流体与下部低温流体通过对流换热实现杜瓦的快速降温，且当杜瓦降温到使用温度后，关闭预冷通道，通过混流通道向杜瓦内导入低温流体，杜瓦开始正常工作。

8.如权利要求7所述的氦低温制冷方法，其特征在于：随着降温到杜瓦使用温度时，缓慢打开混流通道；或在杜瓦降温过程中始终小开度打开混流通道，使混流通道降温，当降温稳定后，打开混流通道的控制阀到合适开度，关闭预冷通道控制阀，完成杜瓦的降温。

技术总结
本发明提供一种氦低温制冷系统以及制冷方法，氦低温制冷系统包括制冷装置以及杜瓦，所述制冷装置的高压出口通过混流通道与杜瓦连通，所述制冷装置的低压入口通过回流通道连通所述杜瓦，还包括预冷通道，所述预冷通道一端与制冷装置的高压出口连通，另一端延伸至所述杜瓦内侧底部，于所述混流通道、回流通道以及预冷通道上均设置有控制阀。本发明中，通过预冷通道将低温流体直接导至杜瓦的底部，增加杜瓦内流体的扰动以及换热效果，进而加速了杜瓦降温的过程，杜瓦降温的时间大大缩短。

技术研发人员：杜军军,李正宇,刘立强,龚领会,徐向东,王炳明
受保护的技术使用者：中国科学院理化技术研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14