【技术实现步骤摘要】
本申请涉及极低温制冷领域，具体涉及一种稀释制冷机。
技术介绍
1、极低温制冷技术是指获得低于1k温度并提供一定冷量的制冷技术。极低温可以为研究特殊的物理效应以及量子计算等方面提供支撑。获得极低温的技术主要有吸附制冷(ar)、绝热去磁制冷(adr)和稀释制冷(dr)。
2、稀释制冷是利用3he和3he-4he混合物在极低温下的性质获取极低温的一种制冷方式。在极低温环境下，3he-4he混合物会发生相分离，在重力作用下分层，3he浓相在上层，稀相在下层，3he原子在极低温下从浓相穿过相界面进入3he稀相时会产生吸热现象实现制冷。
3、稀释制冷机有多种分类方式，根据循环泵的不同，可以将稀释制冷机分为利用外部泵循环的常规稀释制冷机和利用低温吸附泵或冷凝泵循环的低温循环稀释制冷机。
4、常规稀释制冷机需要复杂的外部气体循环系统，会产生机械振动和噪音，需要额外抑制或隔离。对一些不需要大冷量或极低温度的应用场景，成本、紧凑性和灵活性是需要关注的问题。冷凝泵型稀释制冷机不需要室温机械泵送系统，具有结构紧凑、质量低、振动小、可靠性高的优点。
5、目前国际上先进的冷凝泵型稀释制冷机制冷效率为同温跨下卡诺效率的3％左右。因此，提高冷凝泵型稀释制冷机整机效率的相关问题亟待解决。
技术实现思路
1、鉴于此，有必要针对现有冷凝泵型稀释制冷机整机效率有待提高的技术问题的提供一种具有更高效率的冷凝泵型稀释制冷机。
2、为解决上述问题，本申请采用下述技术方
3、本申请提供了一种稀释制冷机，包括：冷盘(101)、冷凝泵(102)、冷凝泵出口管路(103)、换热器组(100)、混合室(106)、稀相管路(107)、蒸馏室(108)、气体管路(109)和液体侧换热器(112)，所述混合室(106)容纳有3he-4he混合物，所述3he-4he混合物在所述混合室(106)内可实现相分离，浓相在上稀相在下，3he原子从浓相进入稀相产生制冷；其中：
4、所述冷盘(101)用于为所述冷凝泵(102)提供预冷所需冷量，所述冷凝泵(102)用于将3he气体冷凝液化以形成3he液体，所述3he液体经所述冷凝泵出口管路(103)进入所述换热器组(100)，经所述换热器组(100)换热处理后的3he液体温度降低并进入所述混合室(106)，位于所述混合室(106)的稀相3he-4he混合物液体在压力的驱动下进入所述换热器组(100)，经所述换热器组(100)换热后3he-4he混合物液体温度升高并经所述稀相管路(107)进入所述气液换热器(111)，经所述气液换热器(111)换热后的3he-4he混合物液体进入所述蒸馏室(108)，所述蒸馏室(108)对所述3he-4he混合物液体进行加热以实现3he液体气化，形成的3he气体经所述气体管路(109)进入所述气液换热器(111)，经所述气液换热器(111)换热后的3he气体进入所述冷凝泵(102)，实现低温闭合循环。
5、在其中一些实施例中，气液换热器(111)包括气体侧换热器(110)和液体侧换热器(112)，稀相3he-4he混合物液体经液体侧换热器(112)换热后温度升高并进入蒸馏室(108)，蒸馏室(108)内形成的3he气体经气体管路(109)进入气体侧换热器(110)，经气体侧换热器(110)换热后的3he气体进入冷凝泵(102)，以实现低温液体与高温气体换热。
6、在其中一些实施例中，气液换热器(111)使用低温下导热性能良好的材料，以将气体侧换热器(110)的热量传递给液体侧换热器(112)，所述气体侧换热器(110)和所述液体侧换热器(112)分别位于冷凝泵(102)上方和蒸馏室(108)下方，确保气体侧换热器(110)和液体侧换热器(112)相对位置固定，避免内部相界面位置发生变化；或液体侧换热器(110)连接所述冷凝泵(102)，将液体侧换热器(112)的冷量传递给冷凝泵(102)，实现低温液体与高温气体换热的目的。
7、在其中一些实施例中，所述液体侧换热器(112)采用缠绕管式结构，所述稀相管路(107)螺旋缠绕在所述液体侧换热器(112)表面。
8、在其中一些实施例中，所述液体侧换热器(112)与所述稀相管路(107)表面紧密接触并将二者接触面进行焊接。
9、在其中一些实施例中，所述换热器组(100)包括依次串联的一级换热器(104)及二级换热器(105)。
10、在其中一些实施例中，所述一级换热器(104)采用管套管结构，所述管套管结构由两根同轴的缠绕成螺旋状的毛细管组成。
11、在其中一些实施例中，所述二级换热器(105)为阶梯式换热器，所述阶梯式换热器为多级串联。
12、本申请采用上述技术方案，其有益效果如下：
13、本申请提供的稀释制冷机，对现有的系统循环架构进行了改进，将换热器稀相出口至蒸馏室入口这段流体的冷量为冷凝泵提供预冷，提出了一种效率更高的冷凝泵型稀释制冷循环架构；在相同3he循环流量下，本申请提供的稀释制冷机降低了蒸馏室的加热量，可以减少预冷制冷机的负荷，降低冷凝泵的温度，提高系统循环效率。
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1.一种稀释制冷机，其特征在于，包括：冷盘(101)、冷凝泵(102)、冷凝泵出口管路(103)、换热器组(100)、混合室(106)、稀相管路(107)、蒸馏室(108)、气体管路(109)和气液换热器(111)，所述混合室(106)容纳有3He-4He混合物，所述3He-4He混合物在所述混合室(106)内可实现相分离，浓相在上稀相在下，3He原子从浓相进入稀相产生制冷；其中：
2.如权利要求1所述的稀释制冷机，其特征在于，所述气液换热器(111)包括气体侧换热器(110)和液体侧换热器(112)，稀相3He-4He混合物液体经液体侧换热器(112)换热后温度升高并进入蒸馏室(108)，蒸馏室(108)内形成的3He气体经所述气体管路(109)进入所述气体侧换热器(110)，经所述气体侧换热器(110)换热后的3He气体进入所述冷凝泵(102)，以实现低温液体与高温气体换热。
3.如权利要求2所述的稀释制冷机，其特征在于，所述气液换热器(111)使用低温下导热性能良好的材料，以将所述气体侧换热器(110)的热量传递给所述液体侧换热器(112)，所述气体
4.如权利要求3所述的稀释制冷机，其特征在于，所述液体侧换热器(112)采用缠绕管式结构，所述稀相管路(107)螺旋缠绕在所述液体侧换热器(112)表面。
5.如权利要求4所述的稀释制冷机，其特征在于，所述液体侧换热器(112)与所述稀相管路(107)表面紧密接触并将二者接触面进行焊接。
6.如权利要求1所述的稀释制冷机，其特征在于，所述换热器组(100)包括依次串联的一级换热器(104)及二级换热器(105)。
7.如权利要求6所述的稀释制冷机，其特征在于，所述一级换热器(104)采用管套管结构，所述管套管结构由两根同轴的缠绕成螺旋状的毛细管组成。
8.如权利要求6所述的稀释制冷机，其特征在于，所述二级换热器(105)为阶梯式换热器，所述阶梯式换热器为多级串联。
...【技术特征摘要】
1.一种稀释制冷机，其特征在于，包括：冷盘(101)、冷凝泵(102)、冷凝泵出口管路(103)、换热器组(100)、混合室(106)、稀相管路(107)、蒸馏室(108)、气体管路(109)和气液换热器(111)，所述混合室(106)容纳有3he-4he混合物，所述3he-4he混合物在所述混合室(106)内可实现相分离，浓相在上稀相在下，3he原子从浓相进入稀相产生制冷；其中：
2.如权利要求1所述的稀释制冷机，其特征在于，所述气液换热器(111)包括气体侧换热器(110)和液体侧换热器(112)，稀相3he-4he混合物液体经液体侧换热器(112)换热后温度升高并进入蒸馏室(108)，蒸馏室(108)内形成的3he气体经所述气体管路(109)进入所述气体侧换热器(110)，经所述气体侧换热器(110)换热后的3he气体进入所述冷凝泵(102)，以实现低温液体与高温气体换热。
3.如权利要求2所述的稀释制冷机，其特征在于，所述气液换热器(111)使用低温下导热性能良好的材料，以将所述气体侧换热器(110)的热量传递给所述液体侧换热器(112)，所述气体侧换热器(110)和液体侧换热器(112...
【专利技术属性】
技术研发人员：程维军，戴巍，王亚男，李志恒，王晶，张斌，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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