【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及对远离吉福德-麦克马洪(gifford-mcmahon，gm)或gm型脉冲管冷头(膨胀机)的负载进行冷却。
技术介绍
1、阀式再生循环低温制冷器(低温冷却器)，如吉福德-麦克马洪(gifford-mcmahon，gm)或脉冲管低温冷却器，由于其效率高、体积小、成本低，在为小于1kw的制冷负载提供低温制冷方面很受欢迎。这些低温冷却器限定为具有压缩机，压缩机向冷头提供高压气体，并从冷头接收低压气体；冷头包括阀，阀将气体循环到往复式置换器，该往复式置换器通过再生器在冷热置换容积之间转移气体。这种类型的低温冷却器的缺点是，只能在位于冷头上的冷表面处提供制冷。与排放能够循环至远程负载的低压冷气体的布雷顿循环膨胀机不同的是，这些再生型膨胀机在室温下返回低压气体。为了克服这一缺点，已经开发出了将再生循环低温冷却器与含流体回路相结合的系统，其通过将冷却流体从冷头冷表面循环到远离冷头的位置来传递制冷。当需要在较宽的温度范围内进行制冷时，或者当被冷却物体的特性不允许使用液体或液气相变进行冷却时，就会在这种回路中使用气体作为流体。在这种情况下，当气体的温度在回路的一部分降低(冷却)，而在回路的另一部分升高(升温)时，制冷由气体的显热传递。
2、已经描述了两种类型的使用气体作为循环流体的循环回路。一种类型具有冷循环器，整个循环回路都处于低温状态，包括使冷流体移动通过回路的机构。另一种类型具有暖循环器，其回路的一部分包含低温下的冷头和远程负载，另一部分包含在高温下(如室温或室温以上)使流体移动的机构。在两部分之间和回路内是回热式
3、具有冷循环器的系统的示例可见于美国专利6,347,522、英国专利2,433,581以及许多技术论文，例如"cryogenic thermal studies on cryocooler-based heliumcirculation systems for gas cooled superconducting power devices(用于气冷超导动力装置的基于低温冷却器的氦循环系统的低温热研究)"，kim等人，cryocoolers 18。美国专利10,704,809描述了一种具有gm膨胀机的系统，其具有冷循环器和使用该冷循环器冷却或加热远程负载的装置。在这些系统中，循环回路与低温冷却器是分开的，使得它们不会共用或交换流体。具有与低温冷却器共用和交换流体的冷循环机构的系统的变型形式可见于"performance test of pulse tube cooler with integrated circulator(具有集成循环器的脉冲管冷却器的性能测试)"，maddocks等人，cryocoolers 16。在这种情况下，循环流体从低温冷却器的冷表面内部产生并排放到冷表面内部；在低温冷却器内部压力摆动的作用下移动的流体通过止回阀整流为直流流动。
4、具有热循环器的系统的示例可见于美国专利5,889,456和9,612,062以及技术论文"remote helium cooling loops for laboratory applications(实验室应用的远程氦冷却回路)"，trollier等人，cryocoolers 17。美国专利7,003,977描述了一种循环系统，其具有冷存储部件，该冷存储部件可以具有热循环器或冷循环器。在这些示例中，低温冷却器和循环回路是分开的，如上所述。具有循环回路和低温冷却器共用和交换流体的热循环器的系统的示例可见于美国专利7,474,099和技术论文"remote cooling with the heccooler(具有hec冷却器的远程冷却)"，michaelian等人，cryocoolers 15。美国专利申请公布2021/0025624描述了使用喷射器使压缩机流量的一部分循环，以提高到达远程负载的冷流量。在这些示例中，一个压缩机用于冷头和循环回路两者，其中循环回路与冷头并联布置。美国专利6,923,009中描述了具有热循环器的系统的示例，其中低温冷却器被由消耗性低温流体冷却的热交换器所取代。
5、这些先前公开所没有教导的以及本专利技术所公开的是一种系统，其中循环回路和低温冷却器共用和交换流体，循环回路与低温冷却器冷头的暖进气口或排气口串联流动布置。
技术实现思路
1、用于将制冷传递到远程位置的循环回路串联在gm或gm型脉冲管冷头和压缩机之间。在压缩机和冷头之间流动的部分或全部气体会被转移以便由冷头进行冷却，然后冷却远程负载，然后再返回与直接流向冷头或从冷头流出的部分气体汇合。来自压缩机的高压气体可以流过远程加热站，然后再返回冷头(膨胀剂)，或者低压气体可以从冷头流向远程加热站，然后再返回压缩机。循环气体流过逆流热交换器，该逆流热交换器位于与冷头和压缩机连接的管线(处于环境温度)以及冷头和远程负载的一个或多个冷表面之间。在气体直接流向压缩机或从压缩机流出的管线中，可以具有循环控制阀，该循环控制阀将流量引向循环回路并控制驱动流量通过循环回路的压降。控制器根据各种传感器的输入调节循环控制阀，以优化负载的冷却。循环到负载的气体称为第一部分，而直接在压缩机和冷头之间流动的其余气体称为第二部分。
2、循环回路可以包含例如隔离阀、吸附剂、充填口和排气口、卡口和真空夹套传输管线以及加热器等元件，以支持将远程负载冷却到低温和将其加热回室温的功能。
3、例如，通过将气体循环到远程负载的低温制冷系统来实现这些优点和其它优点。低温制冷系统包括：压缩机，其将气体从低压压缩至高压；至少一个吉福德-麦克马洪(gm)或gm型脉冲管冷头，其在高压管线中、在环境温度下从所述压缩机接收气体，并在低压管线中将气体返回，在gm或gm型脉冲管的一个或多个冷表面产生制冷；以及循环回路，所述高压管线和低压管线中的全部或部分所述气体流过该循环回路。循环回路将制冷从所述一个或多个冷表面传递到远程负载。例如，通过调节循环控制阀以控制远程负载冷却的方法，来实现这些优点和其它优点。
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1.一种将气体循环至远程负载的低温制冷系统，其包括：
2.根据权利要求1所述的低温制冷系统，其中所述高压管线和低压管线中的一个具有循环控制阀，所述循环控制阀由控制器控制，所述控制器连接到传感器。
3.根据权利要求1所述的低温制冷系统，其还包括处于所述循环回路中、介于环境温度与所述一个或多个冷表面的温度之间的回热式热交换器。
4.根据权利要求3所述的低温制冷系统，其还包括隔离阀，所述隔离阀将连接到远程负载的管线与系统的其它部分隔离。
5.根据权利要求4所述的低温制冷系统，其还包括一个或多个端口，所述一个或多个端口被配置为在与远程负载连接的管线中添加或移除气体。
6.根据权利要求1所述的低温制冷系统，其中所述循环回路还包括第二次穿过，所述第二次穿过将循环气体从远程负载返回到所述一个或多个冷表面，然后再返回到远程负载。
7.根据权利要求1所述的低温制冷系统，其中所述冷头具有处于不同温度下的两个冷表面。
8.根据权利要求1所述的低温制冷系统，其中气体是从氦气、氖气、氮气和氩气组成的组中选取的一种或多种气体
9.根据权利要求1所述的低温制冷系统，其还包括一个或多个缓冲容积，所述一个或多个缓冲容积与所述冷头连通，以用于使气流脉动变得平滑。
10.根据权利要求1所述的低温制冷系统，其还包括在远程负载与所述一个或多个冷表面之间的卡口连接。
11.根据权利要求1所述的低温制冷系统，其还包括在远程负载与所述一个或多个冷表面之间的真空夹套传输管线。
12.一种使用将气体循环至远程负载的低温制冷系统冷却远程负载的方法，所述低温制冷系统包括：
13.根据权利要求12所述的方法，其中基于测量得到的所述高压管线和低压管线中的压力、温度或流量中的至少一个来确定所述第一部分气体的量。
14.根据权利要求12所述的方法，其中将所述第一部分气体的量确定为使远程负载的温度降到最低。
15.根据权利要求12所述的方法，其中将所述第一部分气体的量确定为最大限度地提高远程负载冷却的冷却速率。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种将气体循环至远程负载的低温制冷系统，其包括：
2.根据权利要求1所述的低温制冷系统，其中所述高压管线和低压管线中的一个具有循环控制阀，所述循环控制阀由控制器控制，所述控制器连接到传感器。
3.根据权利要求1所述的低温制冷系统，其还包括处于所述循环回路中、介于环境温度与所述一个或多个冷表面的温度之间的回热式热交换器。
4.根据权利要求3所述的低温制冷系统，其还包括隔离阀，所述隔离阀将连接到远程负载的管线与系统的其它部分隔离。
5.根据权利要求4所述的低温制冷系统，其还包括一个或多个端口，所述一个或多个端口被配置为在与远程负载连接的管线中添加或移除气体。
6.根据权利要求1所述的低温制冷系统，其中所述循环回路还包括第二次穿过，所述第二次穿过将循环气体从远程负载返回到所述一个或多个冷表面，然后再返回到远程负载。
7.根据权利要求1所述的低温制冷系统，其中所述冷头具有处于不同温度下的两个冷表面。
8.根据权利要求1所述的低温制...
【专利技术属性】
技术研发人员：斯蒂芬·布朗·邓恩，桑托什·K·甘德拉，
申请(专利权)人：住友SHI美国低温研究有限公司，
类型：发明
国别省市：
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