CN115200247A - 一种节流制冷耦合绝热去磁制冷机的低温结构及实现方法 - Google Patents
一种节流制冷耦合绝热去磁制冷机的低温结构及实现方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115200247A CN115200247A CN202210811600.0A CN202210811600A CN115200247A CN 115200247 A CN115200247 A CN 115200247A CN 202210811600 A CN202210811600 A CN 202210811600A CN 115200247 A CN115200247 A CN 115200247A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- unit
- pulse tube
- throttling
- heat exchanger
- temperature
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 230000005347 demagnetization Effects 0.000 title claims abstract description 47
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 230000008878 coupling Effects 0.000 title claims abstract description 10
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims abstract description 9
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 24
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 claims description 8
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 7
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 6
- 239000001307 helium Substances 0.000 claims description 5
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 4
- 230000003749 cleanliness Effects 0.000 claims description 2
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 abstract description 3
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 description 12
- 230000008859 change Effects 0.000 description 6
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 5
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 230000005298 paramagnetic effect Effects 0.000 description 3
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 2
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 1
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 1
- 238000011900 installation process Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
- F25B9/14—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the cycle used, e.g. Stirling cycle
- F25B9/145—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the cycle used, e.g. Stirling cycle pulse-tube cycle
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B21/00—Machines, plants or systems, using electric or magnetic effects
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B40/00—Subcoolers, desuperheaters or superheaters
- F25B40/06—Superheaters
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B41/00—Fluid-circulation arrangements
- F25B41/30—Expansion means; Dispositions thereof
- F25B41/31—Expansion valves
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B41/00—Fluid-circulation arrangements
- F25B41/40—Fluid line arrangements
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
Abstract
本发明公开了一种节流制冷耦合绝热去磁制冷机的低温结构及实现方法，其包括节流压缩机单元、JT节流单元、脉管压缩机单元、二级脉管冷指单元和绝热去磁制冷机单元。节流压缩机单元和JT节流单元、脉管压缩机单元和二级脉管冷指单元之间通过管路连接；JT节流单元和脉管冷指单元之间通过螺钉紧固连接。JT节流单元包括三级逆流换热器、节流阀、JT热开关、蒸发器、两级预冷换热器、两级冷屏和真空腔；脉管压缩机单元包括脉管驱动压缩机和调相压缩机；绝热去磁制冷机单元包括悬挂支撑结构、热开关、磁热模块、超导磁体、冷端。本发明还公开了所述低温恒温结构的实现方法。本发明具有冷端温度极低、不依赖重力、不依赖稀缺工质3He和高可靠性等优点。
Description
技术领域
本发明属于低温技术领域，具体涉及一种节流制冷耦合绝热去磁制冷机的低温结构及实现方法。
背景技术
航天科技的蓬勃发展，为人类探索宇宙提供了极大的助力。对于超导量子干涉器件、超导光子探测器以及毫米亚毫米波探测等深空探测器等需要空间制冷***提供深低温温度，所以高可靠性、长寿命的低温***是其必要条件。着空间探测任务的不断发展，近30年来，美国、欧盟和日本等国家相继开展了一批空间探测项目，为了降低背景噪音，提高超导量子干涉器件(SQUID)、超导光子探测器(SNSPD)、超导太赫兹探测器、毫米亚毫米波探测等光学探测器的信噪比、灵敏度和分辨率，探测器及其附属的光学设备和电子设备往往需要工作在Sub-Kelvin级深低温的环境。目前国际上采用的亚开尔文级制冷技术主要有绝热去磁制冷机、绝热去磁制冷机和稀释制冷机。对于航天探测任务而言要将温度从室温降低至300mK甚至是50mK，JT节流制冷机和绝热去磁制冷机集成的低温恒温***是一种较为简单、可靠的方法。
发明内容
针对超导量子干涉器件、超导光子探测器等深空探测器等需要空间制冷***提供mK级温度的需求，本发明提供了一种节流制冷耦合绝热去磁制冷机的低温结构及实现方法。其包括节流压缩机单元、JT节流单元、脉管压缩机单元、二级脉管冷指单元和绝热去磁制冷机单元。其中二级脉管冷指单元为JT节流单元提供15-20K和70-90K温区的预冷温度，JT节流单元为绝热去磁制冷机单元提供低于6K的预冷温度。节流压缩机单元和JT节流单元之间、脉管压缩机单元和二级脉管冷指单元之间通过管路连接；JT节流单元和脉管冷指单元之间通过螺钉紧固连接。JT节流单元包括高压管路、低压管路、逆流换热器、节流阀、JT热开关、支撑结构、蒸发器、一级预冷换热器、二级预冷换热器、一级冷屏、二级冷屏和真空腔；脉管压缩机单元包括脉管驱动压缩机和调相压缩机；二级脉管冷指单元包括一级脉管和二级脉管；绝热去磁制冷机单元包括吸附泵、热开关、中间换热器、蒸发器、冷端。本发明具有冷端温度低、可操作性高、降温时间短、可提供温区大等优点。
本发明的技术方案是：
本发明提供了一种节流制冷耦合绝热去磁制冷机的低温结构及实现方法，包括节流压缩机单元1、JT节流单元2、脉管压缩机单元3、二级脉管冷指单元4和绝热去磁制冷机单元5。节流压缩机单元1采用直流有阀线性压缩机组进行驱动，具有无油、效率高、长寿命、高可靠的优点。JT节流单元2包括低压管路2.1、高压管路2.2、一级逆流换热器2.3、一级预冷换热器2.4、二级逆流换热器2.5、二级预冷换热器2.6、节流阀2.7、JT热开关2.8、三级逆流换热器2.9、支撑结构2.10、蒸发器2.11、一级冷屏2.12、二级冷屏2.13和真空腔2.14，具有无运动部件、体积小、重量轻、结构紧凑、机械振动小等优势。脉管压缩机单元3包括脉管主驱动压缩机3.1和主动调相压缩机3.2，主压缩机采用一拖二驱动压缩机结构，实现恒温***高效紧凑小型化，采用主动调相技术，有利于脉管获得最佳的性能，具有调相范围广、温度低、效率高等优点。二级脉管冷指单元4包括一级脉管热端4.1、二级脉管热端4.2、密封法兰盘4.3、一级脉管回热器4.4、二级脉管高温段回热器4.5、中间换热器4.6、二级脉管低温段回热器4.7、二级脉管冷头4.8，两级脉管冷指单元采用同轴型结构，并将一级、二级脉管做成一体式结构，中间换热器4.6集一级脉管冷头、二级脉管中间换热器两种功能为一体，减少中间接触热阻，具有结构简单、紧凑型高、制冷效率高、振动小、可靠性高等优点。绝热去磁制冷机单元5包括悬挂支撑结构5.1、热开关5.2、磁热模块5.3、超导磁体5.4、冷端5.5。悬挂支撑结构5.1与磁热模块5.3相连接，热开关5.2与蒸发器2.11、磁热模块5.3螺钉紧固连接，使用的热开关5.2为主动气隙式热开关通过加热或冷却吸附床，使气体脱附或吸附，实现开关通断。超导磁体5.4采用环状结构，将磁热模块5.3包裹在内部。具有不依赖重力、不依赖稀缺工质3He、高效紧凑和高可靠性的优点。
本发明的优点在于：该JT节流制冷机和绝热去磁制冷机集成的低温恒温***使用多种制冷方式相结合，冷端可达到极低的温度，可以在多个温区提供冷量，集聚了JT节流制冷机制冷范围广、机械振动小的优势和绝热去磁制冷机冷端温度极低且冷量大、降温时间短、高效紧凑和高可靠性、结构简单的优势。在JT节流单元和绝热去磁制冷机单元都采用气隙式热开关进行降温，有效减少了***的降温时间且紧凑性更高。具有集成程度高、温度范围广、机械振动小等优点。
附图说明
图1为一种节流制冷耦合绝热去磁制冷机的低温结构及实现方法；
图中：1节流压缩机单元、2.1低压管路、2.2高压管路、2.3一级逆流换热器、2.4一级预冷换热器、2.5二级逆流换热器、2.6二级预冷换热器、2.7节流阀、2.8JT热开关、2.9三级逆流换热器、2.10支撑结构、2.11蒸发器、2.12一级冷屏、2.13二级冷屏和2.14真空腔、3.1脉管主驱动压缩机和3.2调相压缩机、4.1一级脉管热端、4.2二级脉管热端、4.3密封法兰盘、4.4一级脉管回热器、4.5二级脉管高温段回热器、4.6中间换热器、4.7二级脉管低温段回热器、4.8二级脉管冷头、5绝热去磁制冷机单元、5.1悬挂支撑结构、5.2热开关、5.3磁热模块、5.4超导磁体、5.5冷端。
具体实施方式
下面结合附图及实施案例进一步描述本发明。
如图1所示，本发明提供了一种节流制冷耦合绝热去磁制冷机的低温结构及实现方法，该低温***应用于超导量子干涉器件、超导光子探测器以及毫米亚毫米波探测等深空探测器中提供深低温温度。该低温恒温***低温部分放置在真空腔2.14内，设置一级防辐射冷屏2.13和二级防辐射冷屏2.12有效地降低测试制冷机冷端辐射漏热。其中真空腔2.14采用不锈钢材料制成，厚度为10mm；一级防辐射冷屏2.13和二级防辐射冷屏2.12采用无氧铜材料制成；直流压缩机单元1采用直流有阀线性压缩机组进行驱动，低压管路2.1、高压管路2.2采用不锈钢管与压缩机、逆流换热器进行焊接连接。一级逆流换热器2.3、二级逆流换热器2.5、三级逆流换热器2.9采用两根不锈钢管套管同轴布置制作而成，与节流阀2.7、蒸发器2.11通过焊接连接。JT热开关2.8采用气隙式热开关，吸附材料采用植物活性炭进行吸附，热端与二级预冷换热器2.6螺钉连接，冷端和吸附泵通过螺钉连接固定在蒸发器2.11下，随着蒸发器温度的改变，吸附泵中的活性炭对氦气的吸附能力发生变化从而改变二级预冷换热器2.6与蒸发器2.11的连接状态从而使得JT制冷机快速降温，减少降温时间。脉管压缩机单元3采用两级脉管制冷机，通过密封法兰盘4.3与真空腔2.14密封连接；中间换热器4.6与一级预冷换热器2.4螺钉连接，为其提供60-90K的低温温度；二级脉管冷头4.8与二级预冷换热器2.6螺钉连接，为其提供15-20K的低温温度。绝热去磁制冷机单元5采用单级绝热去磁制冷机，通过JT节流单元2预冷后制冷能提供mK级制冷温度。悬挂支撑结构5.1与磁热模块5.3相连接，热开关5.2与蒸发器2.11、磁热模块5.3螺钉紧固连接，使用的热开关5.2为主动气隙式热开关通过加热或冷却吸附床，使气体脱附或吸附，实现开关通断。超导磁体5.4采用环状结构，将磁热模块5.3包裹在内部。磁热模块5.3为由块状的磁性氧化物或粉末状的磁性氧化物等顺磁性盐压合而成。绝热去磁制冷机单元5是基于磁性材料熵随外界磁场发生变化而产生的吸放热效应或温度变化。开始时热开关5.2呈打开状态，磁热模块5.3和蒸发器2.11之间无热传导，磁铁孔中的磁场随之增加，磁热模块5.3等熵升温。当磁热模块5.3到达一定温度时，关闭热开关5.2磁场增加，顺磁性盐产生磁化热，磁热模块5.3向蒸发器2.11传递热量的同时熵减小。当磁场到达最大值时保持不变，此时磁热模块5.3温度下降。此时打开热开关5.2，磁热模块5.3温度进一步下降，从而获得低温。
该JT节流制冷机和绝热去磁制冷机集成的低温恒温***使用多种制冷方式相结合，冷端可达到极低的温度，可以在多个温区提供冷量，集聚了JT节流制冷机制冷范围广、机械振动小的优势和绝热去磁制冷机冷端温度极低且冷量大、降温时间短、高效紧凑和高可靠性、结构简单的优势。在JT节流单元和绝热去磁制冷机单元都采用气隙式热开关进行降温，有效减少了***的降温时间且紧凑性更高。具有集成程度高、温度范围广、机械振动小等优点。
本发明的实现方法：
安装过程：
一级预冷换热器2.4、二级预冷换热器2.6分别与一级冷屏2.12、二级冷屏2.13进行螺纹连接，JT热开关2.8采用气隙式热开关，热端与二级预冷换热器2.6螺钉连接，冷端和吸附泵通过螺钉连接固定在蒸发器2.11下。一级逆流换热器2.3、二级逆流换热器2.5、三级逆流换热器2.9采用两根不锈钢管套管同轴布置制作而成依次管路与管路焊接，然后末端与节流阀2.7、蒸发器2.11通过焊接连接。脉管压缩机单元3采用两级脉管制冷机，通过密封法兰盘4.3与真空腔2.14密封连接，制冷机均放置在真空腔2.14内；中间换热器4.6与一级预冷换热器2.4、二级脉管冷头4.8与二级预冷换热器2.6螺钉连接。绝热去磁制冷机单元5通过热开关5.2将蒸发器2.11、磁热模块5.3进行螺钉紧固连接，磁热模块5.3通过悬挂支撑结构5.1固定在JT节流单元2上。通过磁场的变化，从而实现降温制冷。
抽真空过程：
按上述安装方式安装后，为了减少恒温***的对流换热损失，在安装好制冷***之后，要对整个***进行抽真空操作，真空度要保持在10-4Pa以上。然后对制冷机的管路进行抽真空置换，最后充入高纯度氦气，保证***的洁净度。
JT节流单元降温过程：
首先开启脉管压缩机单元3驱动二级脉管冷指单元4降温对JT节流单元2进行预冷，将中间换热器4.6温度维持在60-80K左右，二级脉管冷头4.8温度维持在15-20K附近，随后开启节流压缩机单元1驱动JT循环开始工作，压缩机将氦气压缩至高压后，依次进入到一级逆流换热器2.3高压管路、一级预冷换热器2.4、二级逆流换热器2.5高压管路、二级预冷换热器2.6、三级逆流换热器2.9高压管路进行预冷，最后进入节流阀2.7进行节流制冷，在蒸发器2.11获得相应的制冷温度及制冷量。
绝热去磁制冷机单元制冷过程：
当JT节流单元2到达相应的制冷温度时，绝热去磁制冷机单元5开始工作，绝热去磁制冷机单元5是基于磁性材料熵随外界磁场发生变化而产生的吸放热效应或温度变化。开始时热开关5.2呈打开状态，磁热模块5.3和蒸发器2.11之间无热传导，磁铁孔中的磁场随之增加，磁热模块5.3等熵升温。当磁热模块5.3到达一定温度时，关闭热开关5.2磁场增加，顺磁性盐产生磁化热，磁热模块5.3向蒸发器2.11传递热量的同时熵减小。当磁场到达最大值时保持不变，此时磁热模块5.3温度下降。此时打开热开关5.2，磁热模块5.3温度进一步下降，从而获得低温。
回温过程：
该制冷***在***结束运行时仍具有较低的温度，为了保护***部件，要先对其进行回温操作。首先对关闭脉管压缩机单元3和节流压缩机单元1从而实现对***关机，在温度回到常温后再打开真空腔2.14拆卸相关部件。
综上所述，本发明提出的一种节流制冷耦合绝热去磁制冷机的低温结构及实现方法具有冷端温度极低且冷量大、降温时间短、没有移动部件、不依赖重力、不依赖稀缺工质3He、高效紧凑和高可靠性等优点，因此是获取mK级极低温度的首选。
最后应说明的是：本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施案例的限制，上述实施例和说明书描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都要落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (7)
1.一种节流制冷耦合绝热去磁制冷机的低温结构，包括节流压缩机单元(1)、JT节流单元(2)、脉管压缩机单元(3)、二级脉管冷指单元(4)和绝热去磁制冷机单元(5)，其特征在于：
所述节流压缩机单元(1)通过高低压管路与JT节流单元(2)连接，JT节流单元(2)在换热器处与二级脉管冷指单元(4)通过螺钉紧固连接，脉管压缩机单元(3)通过惯性管与二级脉管冷指单元(4)连接，绝热去磁制冷机单元(5)通过悬挂支撑结构和JT节流单元(2)连接；JT节流单元(2)、二级脉管冷指单元(4)部分结构和绝热去磁制冷机单元(5)置于真空环境中；节流压缩机单元(1)为JT节流单元(2)提供驱动源，脉管压缩机单元(3)为二级脉管冷指单元(4)提供驱动并起到调相的作用；二级脉管冷指单元(4)为JT节流单元(2)提供预冷；JT节流单元(2)为绝热去磁制冷机单元(5)提供预冷。
2.根据权利要求1所述的一种节流制冷耦合绝热去磁制冷机的低温结构，其特征在于，所述的节流压缩机单元(1)采用直流有阀线性压缩机组进行驱动。
3.根据权利要求1所述的一种节流制冷耦合绝热去磁制冷机的低温结构，其特征在于，所述的JT节流单元(2)包括低压管路(2.1)、高压管路(2.2)、一级逆流换热器(2.3)、一级预冷换热器(2.4)、二级逆流换热器(2.5)、二级预冷换热器(2.6)、节流阀(2.7)、JT热开关(2.8)、三级逆流换热器(2.9)、支撑结构(2.10)、蒸发器(2.11)、一级冷屏(2.12)、二级冷屏(2.13)和真空腔(2.14)。
4.根据权利要求1所述的一种节流制冷耦合绝热去磁制冷机的低温结构，其特征在于，所述的脉管压缩机单元(3)包括脉管主驱动压缩机(3.1)和主动调相压缩机(3.2)，主压缩机采用一拖二驱动压缩机结构。
5.根据权利要求1所述的一种节流制冷耦合绝热去磁制冷机的低温结构，其特征在于，所述的二级脉管冷指单元(4)包括一级脉管热端(4.1)、二级脉管热端(4.2)、密封法兰盘(4.3)、一级脉管回热器(4.4)、二级脉管高温段回热器(4.5)、中间换热器(4.6)、二级脉管低温段回热器(4.7)、二级脉管冷头(4.8)，两级脉管冷指单元采用同轴型结构，并将一级、二级脉管做成一体式结构，中间换热器(4.6)集一级脉管冷头、二级脉管中间换热器两种功能为一体，减少中间接触热阻。
6.根据权利要求1所述的一种节流制冷耦合绝热去磁制冷机的低温结构，其特征在于，所述的绝热去磁制冷机单元(5)包括悬挂支撑结构(5.1)、热开关(5.2)、磁热模块(5.3)、超导磁体(5.4)、冷端(5.5)。悬挂支撑结构(5.1)与磁热模块(5.3)相连接，热开关(5.2)与蒸发器(2.11)、磁热模块(5.3)螺钉紧固连接，使用的热开关(5.2)为主动气隙式热开关通过加热或冷却吸附床，使气体脱附或吸附，实现开关通断；超导磁体(5.4)采用环状结构，将磁热模块(5.3)包裹在内部。
7.一种基于权利要求1所述的节流制冷耦合绝热去磁制冷机的低温结构的低温实现方法，其特征在于方法包括以下步骤：
1)抽真空过程，将低温结构放置于真空罐中，通过外接真空泵组对整个***进行抽真空操作，真空度要保持在10-4Pa以上，并对制冷机的管路进行抽真空置换，最后充入高纯度氦气，保证***的洁净度；
2)降温过程，首先开启两脉管压缩机单元(3)驱动级脉管冷指单元(4)开始降温，当二级脉管冷头(4.8)温度维持在15-20K附近，随后开启节流压缩机单元(1)驱动高温高压流体依次经过一级逆流换热器(2.3)、一级预冷换热器(2.4)、二级逆流换热器(2.5)、二级预冷换热器(2.6)、三级逆流换热器(2.9)后到达节流阀(2.7)开始节流降温为绝热去磁制冷机单元(5)提供2-6K预冷温度,此时开启绝热去磁制冷机单元(5)，通过绝热去磁获取亚开尔文温度；
3)回温过程，首先对关闭脉管压缩机单元(3)和节流压缩机单元(1)从而实现对***关机，在温度回到常温后再打开真空腔(2.14)拆卸相关部件。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210811600.0A CN115200247B (zh) | 2022-07-11 | 2022-07-11 | 一种节流制冷耦合绝热去磁制冷机的低温结构及实现方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210811600.0A CN115200247B (zh) | 2022-07-11 | 2022-07-11 | 一种节流制冷耦合绝热去磁制冷机的低温结构及实现方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115200247A true CN115200247A (zh) | 2022-10-18 |
| CN115200247B CN115200247B (zh) | 2024-05-07 |
Family
ID=83580995
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210811600.0A Active CN115200247B (zh) | 2022-07-11 | 2022-07-11 | 一种节流制冷耦合绝热去磁制冷机的低温结构及实现方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115200247B (zh) |
Citations (23)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0755274A (ja) * | 1993-08-18 | 1995-03-03 | Liquid Gas:Kk | ガス精製装置 |
| JPH09217964A (ja) * | 1996-02-13 | 1997-08-19 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 磁気冷凍機 |
| JP2000292023A (ja) * | 1999-04-08 | 2000-10-20 | Daikin Ind Ltd | 極低温冷凍機 |
| DE19954077C1 (de) * | 1999-11-10 | 2001-03-22 | Csp Cryogenic Spectrometers Gm | Tieftemperaturkühlvorrichtung |
| CN1336530A (zh) * | 2000-08-01 | 2002-02-20 | 普莱克斯技术有限公司 | 低温液体贮罐的操作*** |
| JP2003021413A (ja) * | 2001-07-09 | 2003-01-24 | Kobe Steel Ltd | 多段式冷凍機及びそれに用いられる熱スイッチ |
| DE102004054750A1 (de) * | 2004-11-12 | 2006-05-24 | Vericold Technologies Gmbh | Kryodetektorvorrichtung |
| CN101109583A (zh) * | 2006-02-17 | 2008-01-23 | 西门子磁体技术有限公司 | 用于电气设备的包括电流引线的低温保持器 |
| CN101153753A (zh) * | 2006-09-01 | 2008-04-02 | 住友重机械工业株式会社 | 用于蓄热式低温制冷机冷头的缸体和蓄热式低温制冷机 |
| JP2008241215A (ja) * | 2007-03-28 | 2008-10-09 | Kyushu Univ | 蓄冷型極低温冷凍機 |
| JP2009074774A (ja) * | 2007-09-25 | 2009-04-09 | Kyushu Univ | 無冷媒冷凍機及び機能性熱結合体 |
| CN101865558A (zh) * | 2005-01-04 | 2010-10-20 | 住友重机械工业株式会社 | 用于氦的再凝集的同轴多级脉冲管 |
| CN103062951A (zh) * | 2013-01-25 | 2013-04-24 | 浙江大学 | 斯特林/脉管复合型制冷机预冷的低温j-t节流制冷机 |
| CN103075834A (zh) * | 2013-01-17 | 2013-05-01 | 浙江大学 | 一种利用富余冷量的1-2k复合型多级脉管制冷机 |
| US20150013349A1 (en) * | 2012-02-10 | 2015-01-15 | Csic Pride (Nanjing) Cryogenic Technology Co., Ltd. | Low-temperature device for separating and purifying gas based on small-sized low-temperature refrigerating machine |
| KR20150105778A (ko) * | 2014-03-10 | 2015-09-18 | 한국과학기술원 | 활성탄을 이용한 열 스위치, 이러한 열 스위치를 이용하는 극저온 냉각 시스템 및 그 방법 |
| US20190226724A1 (en) * | 2018-01-24 | 2019-07-25 | National Institute Of Standards And Technology (Nist) | Compact Low-power Cryo-Cooling Systems for Superconducting Elements |
| JP2020056533A (ja) * | 2018-10-02 | 2020-04-09 | 株式会社東芝 | 極低温冷却装置 |
| CN111928519A (zh) * | 2020-07-17 | 2020-11-13 | 同济大学 | 一种超导磁体和复合磁制冷机 |
| CN212362481U (zh) * | 2019-12-24 | 2021-01-15 | 中船重工鹏力（南京）超低温技术有限公司 | 一种基于gm制冷机冷却的低振动低温磁场测量装置 |
| JP2022100018A (ja) * | 2020-12-23 | 2022-07-05 | 住友重機械工業株式会社 | 極低温冷凍機および熱スイッチ |
| CN218179292U (zh) * | 2022-07-11 | 2022-12-30 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 一种节流制冷耦合绝热去磁制冷机的低温结构 |
| CN116294285A (zh) * | 2023-03-28 | 2023-06-23 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种极低温制冷***及其制冷方法 |
-
2022
- 2022-07-11 CN CN202210811600.0A patent/CN115200247B/zh active Active
Patent Citations (23)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0755274A (ja) * | 1993-08-18 | 1995-03-03 | Liquid Gas:Kk | ガス精製装置 |
| JPH09217964A (ja) * | 1996-02-13 | 1997-08-19 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 磁気冷凍機 |
| JP2000292023A (ja) * | 1999-04-08 | 2000-10-20 | Daikin Ind Ltd | 極低温冷凍機 |
| DE19954077C1 (de) * | 1999-11-10 | 2001-03-22 | Csp Cryogenic Spectrometers Gm | Tieftemperaturkühlvorrichtung |
| CN1336530A (zh) * | 2000-08-01 | 2002-02-20 | 普莱克斯技术有限公司 | 低温液体贮罐的操作*** |
| JP2003021413A (ja) * | 2001-07-09 | 2003-01-24 | Kobe Steel Ltd | 多段式冷凍機及びそれに用いられる熱スイッチ |
| DE102004054750A1 (de) * | 2004-11-12 | 2006-05-24 | Vericold Technologies Gmbh | Kryodetektorvorrichtung |
| CN101865558A (zh) * | 2005-01-04 | 2010-10-20 | 住友重机械工业株式会社 | 用于氦的再凝集的同轴多级脉冲管 |
| CN101109583A (zh) * | 2006-02-17 | 2008-01-23 | 西门子磁体技术有限公司 | 用于电气设备的包括电流引线的低温保持器 |
| CN101153753A (zh) * | 2006-09-01 | 2008-04-02 | 住友重机械工业株式会社 | 用于蓄热式低温制冷机冷头的缸体和蓄热式低温制冷机 |
| JP2008241215A (ja) * | 2007-03-28 | 2008-10-09 | Kyushu Univ | 蓄冷型極低温冷凍機 |
| JP2009074774A (ja) * | 2007-09-25 | 2009-04-09 | Kyushu Univ | 無冷媒冷凍機及び機能性熱結合体 |
| US20150013349A1 (en) * | 2012-02-10 | 2015-01-15 | Csic Pride (Nanjing) Cryogenic Technology Co., Ltd. | Low-temperature device for separating and purifying gas based on small-sized low-temperature refrigerating machine |
| CN103075834A (zh) * | 2013-01-17 | 2013-05-01 | 浙江大学 | 一种利用富余冷量的1-2k复合型多级脉管制冷机 |
| CN103062951A (zh) * | 2013-01-25 | 2013-04-24 | 浙江大学 | 斯特林/脉管复合型制冷机预冷的低温j-t节流制冷机 |
| KR20150105778A (ko) * | 2014-03-10 | 2015-09-18 | 한국과학기술원 | 활성탄을 이용한 열 스위치, 이러한 열 스위치를 이용하는 극저온 냉각 시스템 및 그 방법 |
| US20190226724A1 (en) * | 2018-01-24 | 2019-07-25 | National Institute Of Standards And Technology (Nist) | Compact Low-power Cryo-Cooling Systems for Superconducting Elements |
| JP2020056533A (ja) * | 2018-10-02 | 2020-04-09 | 株式会社東芝 | 極低温冷却装置 |
| CN212362481U (zh) * | 2019-12-24 | 2021-01-15 | 中船重工鹏力（南京）超低温技术有限公司 | 一种基于gm制冷机冷却的低振动低温磁场测量装置 |
| CN111928519A (zh) * | 2020-07-17 | 2020-11-13 | 同济大学 | 一种超导磁体和复合磁制冷机 |
| JP2022100018A (ja) * | 2020-12-23 | 2022-07-05 | 住友重機械工業株式会社 | 極低温冷凍機および熱スイッチ |
| CN218179292U (zh) * | 2022-07-11 | 2022-12-30 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 一种节流制冷耦合绝热去磁制冷机的低温结构 |
| CN116294285A (zh) * | 2023-03-28 | 2023-06-23 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种极低温制冷***及其制冷方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 王维扬，董德平，纪国林，吴亦农，张玉林: "《中科院上海技术物理研究所空间制冷技术的最新进展》", 《工程科技Ⅱ辑》, 30 November 2003 (2003-11-30) * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115200247B (zh) | 2024-05-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10859293B2 (en) | Mechanical vibration-isolated, liquid helium consumption-free and extremely low temperature refrigerating system | |
| Radebaugh | Cryocoolers: the state of the art and recent developments | |
| EP3477225B1 (en) | Cryogenic system | |
| US5092130A (en) | Multi-stage cold accumulation type refrigerator and cooling device including the same | |
| CN100580824C (zh) | 磁共振组件和超导磁体*** | |
| CN103062951B (zh) | 斯特林/脉管复合型制冷机预冷的低温j-t节流制冷机 | |
| CN102980321B (zh) | 采用中继线性压缩机的多级脉管制冷机 | |
| CN114151989B (zh) | 一种超导磁体 | |
| CN218179292U (zh) | 一种节流制冷耦合绝热去磁制冷机的低温结构 | |
| WO2022042457A1 (zh) | 一种采用直流的回热式制冷机高效液化*** | |
| Matsumoto et al. | Magnetic refrigerator for hydrogen liquefaction | |
| US5144810A (en) | Multi-stage cold accumulation type refrigerator and cooling device including the same | |
| CN218179296U (zh) | 一种节流制冷机耦合吸附式制冷机的低温结构 | |
| CN113803905B (zh) | 一种间隙式制冷机高效预冷及液化*** | |
| Rowe et al. | Design of an active magnetic regenerator test apparatus | |
| US5144805A (en) | Multi-stage cold accumulation type refrigerator and cooling device including the same | |
| CN218179294U (zh) | 一种节流制冷机耦合气隙式热开关的降温结构 | |
| CN115200247B (zh) | 一种节流制冷耦合绝热去磁制冷机的低温结构及实现方法 | |
| CN116294285A (zh) | 一种极低温制冷***及其制冷方法 | |
| US5293752A (en) | Multi-stage cold accumulation type refrigerator and cooling device including the same | |
| CN203231579U (zh) | 斯特林/脉管复合型制冷机预冷的低温j-t节流制冷机 | |
| CN115264988A (zh) | 一种节流制冷机耦合吸附式制冷机的低温结构及实现方法 | |
| Trollier et al. | 30 K to subK vibration free remote cooling systems | |
| Gao | IGC-APD advanced two-stage pulse tube cryocoolers | |
| CN115235137A (zh) | 一种节流制冷机耦合气隙式热开关的降温结构及实现方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |