一种低温系统的制冷及循环流量调节方法技术方案

本发明专利技术公开了一种低温系统的制冷及循环流量调节方法，本发明专利技术利用多级冷盘对工质降温冷却，在制冷的同时通过调节加热装置的加热功率可改变进入蒸馏室内工质的温度，进而调节蒸馏室的液体蒸发量，实现循环流量的调节。本发明专利技术的制冷方法，能够有效地减少蒸馏盘及冷屏温度升高，减少蒸馏室对混合室的传热，能够实现大范围低漏热的流量调节功能。大范围低漏热的流量调节功能。大范围低漏热的流量调节功能。

【技术实现步骤摘要】
一种低温系统的制冷及循环流量调节方法


[0001]本专利技术涉及低温制冷
，尤其涉及一种低温系统的制冷及循环流量调节方法。

技术介绍

[0002]极低温系统是指温度低于2K的恒温系统，由于其温度低于常压下的液氦温度，所以通常通过减压蒸发氦池来实现。在减压系统中，循环流量取决于液池的蒸发量，而液池的蒸发量取决于流入液池的热量和液池的温度，因此在减压系统中，通常通过给液池所在的冷盘加热来实现循环流量的调节。然而利用此方法进行流量调节，容易在冷盘和液池之间形成温度梯度，造成额外的漏热。
[0003]作为极低温系统中一种借助混合工质进行制冷的设备，稀释制冷系统能够持续提供mK级低温。目前，大部分稀释制冷系统均通过在蒸馏室所在的冷盘上布置加热装置，通过改变蒸馏室温度，进而控制循环流量。但是，此种方法调节蒸馏室内液体工质蒸发量，易在蒸馏室所在冷盘和蒸馏室内部液体工质之间形成温度梯度，导致蒸馏室冷盘温度高于蒸馏室内液体工质的温度，进而增大了蒸馏室对混合室的导热，造成混合室的温度升高。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种减少温度梯度、减少系统漏热的低温系统的制冷及循环流量调节方法。
[0005]技术方案：本专利技术提出了一种低温系统的制冷及循环流量调节方法，其特征在于：
[0006]使用一种低温系统，包括冷源和三级冷盘，第一级冷盘通过第一冷端换热器连接冷源的第一冷端，第二级冷盘通过第二冷端换热器连接冷源的第二冷端，第一级冷盘处设有第一冷盘换热器，第二级冷盘处设有第二冷盘换热器，第一冷端和第二冷端间设有中间换热器；所述低温系统还包括蒸馏室、工质循环管路和加热装置；所述工质循环管路上设有流阻，工质循环管路包括第一盘管部分，第一盘管部分设于蒸馏室内；
[0007]所述制冷方法包括以下步骤：
[0008]S1：工质从低温系统循环管路入口流入，经过第一冷盘换热器、中间换热器和第二冷盘换热器进行热量交换，实现初步预冷；
[0009]S2：工质流经加热装置，由加热装置加热升温；
[0010]S3：工质流经流阻实现节流；
[0011]S4：工质流经蒸馏室，在蒸馏室内部的第一盘管部分与蒸馏室的液体工质换热，实现冷却降温，同时使得蒸馏室内的液体工质升温；
[0012]S5：工质经由蒸馏室蒸馏流出低温系统，通过外部操作重新从循环管路入口流入进行循环制冷；
[0013]S6：调节加热装置的加热功率，改变工质循环温度，调节蒸馏温度以实现蒸馏量调节。
[0014]优选地，所述低温系统的工质循环管路包括第二盘管部分，第二盘管部分设于蒸馏后的工质流经管路处；所述工质由加热装置加热后通过第二盘管管路部分与蒸馏后的工质进行换热进行冷却。
[0015]优选地，所述低温系统还包括第四级冷盘和第五级冷盘，第三级冷盘和第四级冷盘之间设有套管式换热器，第四级冷盘和第五级冷盘之间设有阶梯式换热器和混合制冷室；所述制冷方法在步骤S4之后、S5之前还包括以下步骤：
[0016]S7：工质流经第三级冷盘、套管式换热器、第四级冷盘和阶梯式换热器，被持续冷却后进入混合制冷室；
[0017]S8：工质在混合制冷室中发生稀释效应实现制冷。
[0018]优选地，所述加热装置的功率为0
‑
5W，加热精度小于0.1W。
[0019]优选地，所述加热装置安装在第二级冷盘上或第二级冷盘与流阻之间的工质循环管路处。
[0020]优选地，所述第二盘管部分的材质为铜、各类铜合金或者不锈钢。
[0021]优选地，所述工质为氦3
‑
氦4混合工质、纯氦3工质或者纯氦4工质。
[0022]优选地，所述冷源提供低于液氦温区的温度。
[0023]有益效果：本专利技术与现有技术相比，具有如下显著优点：本专利技术在制冷以及有效调节流量的同时能够降低混合制冷室内工质与冷盘之间的温度梯度，从而降低冷盘温度，进而降低系统漏热。
附图说明
[0024]图1为本专利技术实施例1的低温系统结构示意图；
[0025]图2为本专利技术实施例3的低温系统结构示意图；
[0026]图3为本专利技术实施例4的低温系统结构示意图；
[0027]图4为本专利技术实施例5的低温系统结构示意图。
具体实施方式
[0028]下面结合附图对本专利技术的技术方案作进一步说明。
[0029]实施例1
[0030]如图1所示，本专利技术的制冷及循环流量调节方法的基础，一种低温系统，包括冷源1和冷箱15，冷源1提供低于液氦温区的温度，冷箱15内部设有第一级冷盘17、第二级冷盘19和第三级冷盘21，以及一级冷屏18和二级冷屏20。冷源1选用小型低温制冷机，通过波纹管放置在冷箱15顶部，小型低温制冷机具有第一冷端25和第二冷端27，第一冷端25通过第一冷端换热器26与第一级冷盘17保持热连接，第二冷端27通过二级冷端换热器28与二级冷盘19保持热连接。第一级冷盘17处设有第一冷盘换热器4，第一冷端25和第二冷端27间设有中间换热器5，第二级冷盘19处设有第二冷盘换热器6。
[0031]该低温系统还包括工质循环管路和蒸馏室9，蒸馏室9处于第三级冷盘21处。工质循环管路包括第一盘管部分10，第一盘管部分10设于蒸馏室9内部，与蒸馏室9内的液体工质相接触。工质循环管路还包括第二盘管部分7，第二盘管部分7处于蒸馏流出管路处，其材质为铜、各类铜合金或者不锈钢。工质循环管路设有流阻8，位于蒸馏室之前，流阻8和第二
级冷盘19之间设有加热装置29，加热装置的功率为0
‑
5W，加热精度小于0.1W。
[0032]基于此低温系统，本发提出的一种制冷及循环流量调节方法，具体步骤如下：
[0033]S1：纯氦3工质或者纯氦4工质从低温系统循环管路入口3流入，经过第一冷盘换热器4、中间换热器5和第二冷盘换热器6进行热量交换，实现初步预冷，冷却至与第二级冷盘19温度接近；
[0034]S2：工质流经第二冷盘19后，由加热装置29加热升温，此时控制加热装置29的加热功率，即可控制进入第二盘管部分7的工质温度；
[0035]S3：工质由加热装置29加热后通过第二盘管部分7与蒸馏流出的工质进行换热进行冷却；
[0036]S4：工质流经流阻8实现节流；
[0037]S5：节流后的工质流经蒸馏室9，在蒸馏室9内部的第一盘管部分10与蒸馏室的液体工质换热，实现冷却降温，同时使得蒸馏室9内的液体工质升温；
[0038]S6：工质在第一盘管部分10末端直接进入蒸馏室9内部，工质经由蒸馏室9蒸馏经出口14流出低温系统，通过外部操作重新从循环管路入口3流入进行循环制冷；
[0039]S7：调节加热装置29的加热功率，改变工质循环温度，调节蒸馏温度以实现蒸馏量调节。
[0040]由于流阻8出口的工质温度仍高于蒸馏室9内部的液体工质的温度，所以入口工质对蒸馏室9内部的液体工质仍本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低温系统的制冷及循环流量调节方法，其特征在于：使用一种低温系统，包括冷源和三级冷盘，第一级冷盘通过第一冷端换热器连接冷源的第一冷端，第二级冷盘通过第二冷端换热器连接冷源的第二冷端，第一级冷盘处设有第一冷盘换热器，第二级冷盘处设有第二冷盘换热器，第一冷端和第二冷端间设有中间换热器；所述低温系统还包括蒸馏室、工质循环管路和加热装置；所述工质循环管路上设有流阻，工质循环管路包括第一盘管部分，第一盘管部分设于蒸馏室内；所述制冷及循环流量调节方法，方法包括以下步骤：S1：工质从低温系统工质循环管路入口流入，经过第一冷盘换热器、中间换热器和第二冷盘换热器进行热量交换，实现初步预冷；S2：预冷后的工质流经加热装置，由加热装置加热升温；S3：升温后的工质流经流阻实现节流；S4：节流后的工质流经蒸馏室，在蒸馏室内部的第一盘管部分与蒸馏室的液体工质换热，实现冷却降温，同时使得蒸馏室内的液体工质升温；S5：工质经由蒸馏室蒸馏流出低温系统，通过外部操作重新从循环管路入口流入进行循环制冷；S6：调节加热装置的加热功率，改变工质循环温度，调节蒸馏温度以实现蒸馏量调节。2.根据权利要求1所述的一种低温系统的制冷及循环流量调节方法，其特征在于，所述低温系统的工质循环管路还包括第二盘管部分，第二盘管部分设于蒸馏后的工质流经管路处；所述制冷方法在步骤S2之后、S3之前还包括以下步骤：S7：工质由加热装置加热后通过第二盘管部分与蒸馏后的工质换热进行冷却。3.根据权利要求1或2所...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹震峰，程天，袁宇良，李艳锋，董文庆，
申请(专利权)人：中船重工鹏力南京超低温技术有限公司，
类型：发明
国别省市：