液氦闭式循环预冷的大冷量稀释制冷系统技术方案

本实用新型专利技术提供一种液氦闭式循环预冷的大冷量稀释制冷系统，包括预冷模块和稀释制冷模块：预冷模块包括氦液化器、恒温器和氦气回收机构，恒温器内设有一级冷屏，一级冷屏内设有二级冷屏，二级冷屏内设有三级冷屏，各级冷屏的开口分别设有各级冷板；二级冷板和三级冷板之间设有液氦池，三级冷板下方设有超流液氦池；稀释制冷模块包括蒸馏室、套管式换热器、阶梯式换热器、混合室、出气管、稀释制冷外部循环系统、进气管和换热热沉；还包括四级冷屏，四级冷屏设置在三级冷屏内，四级冷屏的开口上设有四级冷板。通过液氦闭式循环为大冷量稀释制冷模块提供充分的预冷条件，从而可以通过提高3He工质流量来提高稀释制冷机的制冷能力。He工质流量来提高稀释制冷机的制冷能力。He工质流量来提高稀释制冷机的制冷能力。

【技术实现步骤摘要】
液氦闭式循环预冷的大冷量稀释制冷系统


[0001]本技术涉及极低温制冷
，尤其涉及一种液氦闭式循环预冷的大冷量稀释制冷系统。

技术介绍

[0002]随着量子计算的快速发展，量子比特数不断增加，需要更大冷量的稀释制冷机来满足量子计算的冷量需求。提高稀释制冷机的冷量需要增大稀释制冷前级预冷系统的预冷能力。
[0003]目前，小冷量的稀释制冷机采用GM制冷机等干式制冷机提供4K以上温区的预冷。随着稀释制冷机的冷量提高，预冷冷量也需增加，采用多个GM制冷机并联结构会造成系统体积大、振动干扰、高耗能等缺点。且目前的干式稀释制冷机采用GM制冷机作为前级预冷系统，这种结构冷量无法大幅度提高，扩展性较差。
[0004]因此，亟需一种能够解决上述问题的液氦闭式循环预冷的大冷量稀释制冷系统。

技术实现思路

[0005]本技术提供一种液氦闭式循环预冷的大冷量稀释制冷系统，通过液氦闭式循环为大冷量稀释制冷模块提供充分的预冷条件，从而可以通过提高3He工质流量来提高稀释制冷机的制冷能力，并且具有结构紧凑、可扩展的优点。
[0006]本技术提供一种液氦闭式循环预冷的大冷量稀释制冷系统，包括预冷模块和稀释制冷模块：
[0007]所述预冷模块包括氦液化器、恒温器和氦气回收机构，所述恒温器内设有一级冷屏，所述一级冷屏内设有二级冷屏，所述二级冷屏内设有三级冷屏，所述一级冷屏上设有一级冷板，所述二级冷屏上设有二级冷板，所述三级冷屏上设有三级冷板；所述二级冷板和所述三级冷板之间设有液氦池，所述三级冷板下方设有超流液氦池；所述氦液化器与所述液氦池通过管路连接，所述液氦池和所述超流液氦池通过管路连接，所述氦气回收机构用于将所述液氦池和所述超流液氦池蒸发的氦气回收至所述氦液化器中；
[0008]所述稀释制冷模块包括蒸馏室、套管式换热器、阶梯式换热器、混合室、出气管、稀释制冷外部循环系统和进气管，所述蒸馏室、所述套管式换热器、所述阶梯式换热器和所述混合室依次连接，所述出气管、所述稀释制冷外部循环系统、所述进气管依次连接，所述进气管的一端与所述套管式换热器的入口连接，所述出气管的一端与所述蒸馏室连接，还包括分别设置在所述一级冷板、所述二级冷板、所述三级冷板和所述四级冷板上的换热热沉，所有的所述换热热沉可与所述进气管换热；
[0009]还包括四级冷屏，所述四级冷屏设置在所述三级冷屏内，所述四级冷屏的开口上设有四级冷板，所述蒸馏室设置在所述四级冷板上，所述套管式换热器、所述阶梯式换热器和所述混合室均设置在所述四级冷屏内。
[0010]根据本技术提供的液氦闭式循环预冷的大冷量稀释制冷系统，所述氦气回收
机构包括第一回收支管和第二回收支管，所述第一回收支管位于所述液氦池内，所述第二回收支管位于所述超流液氦池内。
[0011]根据本技术提供的液氦闭式循环预冷的大冷量稀释制冷系统，所述第二回收支管上设有真空泵。
[0012]根据本技术提供的液氦闭式循环预冷的大冷量稀释制冷系统，所述进气管绕设在每个所述换热热沉上。
[0013]根据本技术提供的液氦闭式循环预冷的大冷量稀释制冷系统，所述液氦池和所述超流液氦池连接的管路上设有用于调节液氦流量的阀门。
[0014]根据本技术提供的液氦闭式循环预冷的大冷量稀释制冷系统，还包括用于调节所述阀门的调节杆，所述调节杆的端部设置在所述恒温器外。
[0015]根据本技术提供的液氦闭式循环预冷的大冷量稀释制冷系统，所述液氦池设置在所述二级冷板下表面上，所述超流液氦池设置在所述三级冷板的下表面上。
[0016]根据本技术提供的液氦闭式循环预冷的大冷量稀释制冷系统，还包括用于对所述恒温器内抽真空的抽真空装置。
[0017]本技术提供的液氦闭式循环预冷的大冷量稀释制冷系统，包括预冷模块和稀释制冷模块，通过预冷模块中的三级冷却能够为稀释制冷模块提供充分的预冷条件，一级冷板采用4He蒸汽的冷能预冷，二级冷板采用液氨池中4He的蒸发潜热预冷，三级冷板采用超流氨液池中4He的蒸发潜热预冷；稀释制冷模块再将温度降低至设定值，且氦气回收机构能够将蒸发的氦气回收至氦液化器中重复通入液氦池中，形成液氦闭式循环结构，从而通过提高液氦循环流量即可提高预冷冷量，能实现不同制冷性能的大冷量稀释制冷系统。此外，将体积较大的氦液化器放置在恒温器外，还具有制冷集中、能耗低、振动干扰小等优点。
附图说明
[0018]为了更清楚地说明本技术或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0019]图1是本技术提供的液氦闭式循环预冷的大冷量稀释制冷系统实施例的示意图。
[0020]附图标记：
[0021]1、氦液化器；2、恒温器；3、一级冷屏；4、二级冷屏；5、三级冷屏；6、一级冷板；7、二级冷板；8、三级冷板；9、液氦池；10、超流液氦池；11、蒸馏室；12、套管式换热器；13、阶梯式换热器；14、混合室；15、出气管；16、稀释制冷外部循环系统；17、进气管；18、换热热沉；19、四级冷屏；20、四级冷板；21、第一回收支管；22、第二回收支管；23、真空泵；24、阀门；25、调节杆。
具体实施方式
[0022]为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术中的附图，对本技术中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用
新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0023]在本技术实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0024]在本技术实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术实施例中的具体含义。
[0025]在本技术实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种液氦闭式循环预冷的大冷量稀释制冷系统，其特征在于，包括预冷模块和稀释制冷模块：所述预冷模块包括氦液化器、恒温器和氦气回收机构，所述恒温器内设有一级冷屏，所述一级冷屏内设有二级冷屏，所述二级冷屏内设有三级冷屏，所述一级冷屏上设有一级冷板，所述二级冷屏上设有二级冷板，所述三级冷屏上设有三级冷板；所述二级冷板和所述三级冷板之间设有液氦池，所述三级冷板下方设有超流液氦池；所述氦液化器与所述液氦池通过管路连接，所述液氦池和所述超流液氦池通过管路连接，所述氦气回收机构用于将所述液氦池和所述超流液氦池蒸发的氦气回收至所述氦液化器中；所述稀释制冷模块包括蒸馏室、套管式换热器、阶梯式换热器、混合室、出气管、稀释制冷外部循环系统和进气管，所述蒸馏室、所述套管式换热器、所述阶梯式换热器和所述混合室依次连接，所述出气管、所述稀释制冷外部循环系统、所述进气管依次连接，所述进气管的一端与所述套管式换热器的入口连接，所述出气管的一端与所述蒸馏室连接，还包括分别设置在所述一级冷板、所述二级冷板、所述三级冷板和四级冷板上的换热热沉，所有的所述换热热沉可与所述进气管换热；还包括四级冷屏，所述四级冷屏设置在所述三级冷屏内，所述四级冷屏的开口上设有四级冷板，所述蒸馏室设置在所述四级冷板上，所述套管式换热器、所述阶梯式换热器和所述混合...

【专利技术属性】
技术研发人员：卫铃佼，王国鹏，郑茂文，全加，雷祎琳，陈厚磊，赵密广，梁惊涛，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：新型
国别省市：