[发明专利]一种脉冲管制冷机冷端外置流体旁通管路的低温系统

权利要求书

1.一种脉冲管制冷机冷端外置流体旁通管路的低温系统，包括冷端外置流体旁通管路的脉冲管制冷机组(1)、水冷机(2)、流体换热工质管路(3)、储存罐(4)、低温泵(5)、用户端设备(6)，用户端低温换热器(7)、用户端传感器(8)、过滤器(9)、缓冲罐(10)、数据采集与中央控制系统(11)，其特征在于：

所述的冷端外置流体旁通管路的脉冲管制冷机组(1)用于为流体换热工质制冷，以达到符合冷却用户端设备(6)的低温需求，根据具体应用需求，输出不同大小的制冷量；所述的水冷机(2)通过冷却水循环管路为脉冲管制冷机提供冷却；所述的流体换热工质管路(3)内根据用户端设备(6)的低温要求，注充氮气或者氦气；所述的储存罐(4)，用于储存被脉冲管制冷机冷却后的低温流体，根据用户端低温换热器(8)的换热量需求，储存适量的低温流体，确保流体的冷量足够冷却用户设备；所述的低温泵(5)用于将储存罐(4)中流出的低温流动工质泵送到后续用户端设备(6)中进行换热，为低温换热流体在流体换热工质管路(3)中的循环提供动力；所述的用户端设备(6)是低温流体进行换热及低温冷却的目标部件，通常在液氦至液氮温区间正常工作；所述的用户端低温换热器(7)内部流动着低温流体换热工质，主要通过热对流及热传导的方式与用户端设备进行换热，将热量带出用户端设备(6)以保证其正常的低温环境；所述用户端传感器(8)用于监测用户端低温换热器的温度、质量流量以及管道压力，保障用户端设备低温环境的稳定性和安全性；所述过滤器(9)用于过滤流体换热工质管路(3)中流动的换热工质中的杂质，以保证流体的纯净；所述缓冲罐(10)用于储存过滤器(9)中流出的流体，保证进入脉冲管制冷机中的流体的持续稳定；所述数据采集与中央控制系统(11)用于采集系统中各传感器的温度、压力、流量数据，同时通过电脑实现对系统中电控阀门的中央控制；

所述的冷端外置流体旁通管路的脉冲管制冷机组(1)的结构如下：

压缩机(13)通过压力波传输管(14)为结构功能完全相同的脉冲管制冷机冷头一(25)、脉冲管制冷机冷头二(26)和预留的备用脉冲管制冷机冷头安装位(27)提供PV功；冷却水循环管路(12)将水冷机(2)中的冷却水传输到压缩机(13)、冷头一热端换热器(15)及冷头二热端换热器(22)；流动换热工质管路(3)在流经脉冲管制冷机冷头一(25)、脉冲管制冷机冷头二(26)及预留的备用脉冲管制冷机冷头安装位(27)时分流出冷头一冷端旁通管路(28)、冷头二冷端旁通管路(29)及备用冷头冷端旁通管路(30)，脉冲管制冷机冷头组真空杜瓦(31)用于为制冷机冷头的正常工作提供高标准的真空外环境；

所述的冷头一冷端旁通管路(28)、冷头二冷端旁通管路(29)及备用冷头冷端旁通管路(30)具有相同的组成构造；

所述冷头一冷端旁通管路(28)从流动工质入口管路三通(36)处引出，冷头一冷端旁通管路(28)上设有旁通管路电控阀门(37)，连通至流体工质出口三通(33)处汇入流体换热工质管路(3)；流动工质出口三通(33)处安装有脉冲管制冷机出口换热管路传感器(32)，用来监测流体工质的温度、质量流量、压力参数；

冷头一冷端旁通管路(28)的初始状态为：旁通管路电控阀门(37)完全关闭；冷头冷端换热器出口管路电控阀门(34)和冷头冷端换热器口入口管路电控阀门(35)完全打开，各电控阀门与数据采集与中央控制系统(11)连接以进行远程电脑控制；流体换热工质管路(3)中的流动工质经过冷头一冷端换热器(22)降温后，通过脉冲管制冷机出口换热管路传感器(32)输出的温度、流量和压力值，判断管路内流体是否满足用户端低温设备的需求，以进行各阀门开度的调整，具体方法为：

在冷端外置流体旁通管路的脉冲管制冷机组(1)中某一冷头出现故障时，继续保障整体低温系统的正常工作，具体操控方法为：关闭冷头冷端换热器出口管路电控阀门(34)和冷头冷端换热器口入口管路电控阀门(35)，打开旁通管路电控阀门(37)，使流体换热工质管路(3)中的流体换热工质绕过冷头一冷端换热器(18)，直接通过冷头一冷端旁通管路(28)传输；即在脉冲管制冷机冷头一(25)出现故障时，依靠脉冲管制冷机冷头二(26)或者通过在预留的备用脉冲管制冷机冷头安装位(27)处安装备用冷头为流体换热工质降温，使该低温系统持续、稳定、不间断的为用户端设备提供冷却。

2.根据权利要求1所述的一种脉冲管制冷机冷端外置流体旁通管路的低温系统，其特征在于：所述的冷头一冷端旁通管路(28)、冷头二冷端旁通管路(29)及备用冷头冷端旁通管路(30)控制调节质量流量与温度的方法相同，包括以下二种调节管路中流量与控制工质温度的方法：

冷头一冷端旁通管路(28)的初始状态为：旁通管路电控阀门(37)完全关闭；冷头冷端换热器出口管路电控阀门(34)和冷头冷端换热器口入口管路电控阀门(35)完全打开，各电控阀门与数据采集与中央控制系统(11)连接以进行远程电脑控制；流体换热工质管路(3)中的流动工质经过冷头一冷端换热器(22)降温后，通过脉冲管制冷机出口换热管路传感器(32)输出的温度、流量和压力值，判断管路内流体是否满足用户端低温设备的需求，以进行各阀门开度的调整，具体方法如下；

方法一：

当流体温度高于用户端设备(6)需求时，应保持旁通管路电控阀门(37)完全关闭，调小冷头冷端换热器口入口管路电控阀门(35)开度来减少其经过冷头一冷端换热器(18)的质量流量与热负荷，流体换热工质的温度随之降低；

方法二：

当流体温度远低于用户端设备(6)需求时，由于冷端换热器管路上的阀门都已经完全打开，在没有设置旁通管路的冷头系统中，只能通过调整压缩机(13)的输入功来调整流体换热工质的冷却温度，而这种调节方式具有诸多不确定性，且脉冲管制冷机冷头的性能会由于输入PV功的减小而恶化；在这种情况下，通过调节旁通管路电控阀门(37)的开度大小,进而改变流进冷头一冷端旁通管路(28)上流体换热工质的质量流的大小，旁通管路中的未经冷头一冷端换热器(18)冷却的流动工质，与经过冷头一冷端换热器(18)冷却的流动工质在流动工质出口三通(33)处混合后流出三通阀门；由脉冲管制冷机出口换热管路传感器(32)输出混合后流体的温度，根据温度的高低进一步调整旁路阀门开度大小，直至流体温度满足用户端温度要求。