[发明专利]一种超流氦制冷机

说明书

本发明涉及一种超流氦制冷机，包括压缩机组、第一冷箱、设置于所述第一冷箱内的氦气预冷模块、多级透平膨胀机组、换热器组、过冷器和冷压缩机组、第二冷箱、设置于所述第二冷箱内的50～75K温区负载、4.5～75K温区负载、2K负载和气液分离器以及设置于所述第一冷箱和所述第二冷箱外的液氦杜瓦。所述超流氦制冷机通过在第一冷箱和第二冷箱外设置液氦杜瓦，使得所述超流氦制冷机适用于多种提氦应用场合，例如应用于3000L/h的提氦场景，有利于扩大所述超流氦制冷机的适用范围，一机多用，节省造价，同时该液氦杜瓦还可以储存低温系统在动、静态负载间变化的冗余制冷量，避免对超流氦制冷机造成热冲击。

技术领域

本发明涉及超低温制冷技术领域，特别是涉及一种超流氦制冷机。

背景技术

超流氦具有非常高的热导率，远高于金属的导热性能，是铜的几千倍。由于超流氦具有优良的流动和传热性能，因此在很多应用场合，常用其冷却超导磁体。超流氦几乎无黏性，很容易渗透到磁体内部，迅速消除热扰动。使用超流氦冷却加速器和超导磁体能够提高稳定性，且能减少能量消耗和运行成本。

由于超流氦更低的温度、极小的粘度和高导热率等优点，目前利用超流氦建立了大型低温制冷系统，用以支持由各种大型超导磁体和超导射频腔构成的超导加速器和超导对撞机的长期稳定运行。超流氦制冷机一般包括一套4.5K氦低温系统和一套1.8/2K超流氦低温子系统，在制取液氦的同时制取超流氦。超流氦制冷机可在多种模式下运行，温度也可在1.8～4.5K间自由调节，对外输出多个温区冷量。因此，超流氦制冷机可以用于提氦工程，比如LNG-BOG液化天然气闪蒸气提氦。

超流氦制冷机具有多种工作模式，比如2K工作模式、2K待机模式、4.5K待机模式、升降温模式等，以满足超导设备在各种不同工况下的运行需求。超导设备在各种不同工况下，低温系统的动、静态负载间变化很大，不同的外部负载，对超流氦制冷机造成了热冲击。

发明内容

本发明的一目的是，提供一种超流氦制冷机，所述超流氦制冷机通过在第一冷箱和第二冷箱外设置液氦杜瓦，使得所述超流氦制冷机适用于多种提氦应用场合，例如应用于3000L/h的提氦场景，有利于扩大所述超流氦制冷机的适用范围，一机多用，节省造价，同时该液氦杜瓦还可以储存低温系统在动、静态负载间变化的冗余制冷量，避免对超流氦制冷机造成热冲击。

一种超流氦制冷机，包括压缩机组、第一冷箱、设置于所述第一冷箱内的氦气预冷模块、多级透平膨胀机组、换热器组、过冷器和冷压缩机组、第二冷箱、设置于所述第二冷箱内的50～75K温区负载、4.5～75K温区负载、2K负载和气液分离器以及设置于所述第一冷箱和所述第二冷箱外的液氦杜瓦；

所述压缩机组包括正压压缩机和负压压缩机，所述正压压缩机包括中压压缩机和高压压缩机，所述负压压缩机的出口和所述中压压缩机的出口均连接于所述高压压缩机的吸气口，所述高压压缩机的出口连接于所述第一冷箱的进口，所述高压压缩机排出的常温高压氦气经由所述第一冷箱的进口进入所述第一冷箱内；所述冷压缩机组的出口连接于所述负压压缩机的吸气口，所述负压压缩机用于将所述冷压缩机组送来的超流氦负压回气压缩到中压；

所述氦气预冷模块设置在所述第一冷箱的进口侧，并位于所述多级透平膨胀机组之前，用于对进入所述第一冷箱的一部分常温高压氦气进行预冷；

所述多级透平膨胀机组包括第一透平膨胀机组、第二透平膨胀机组、第三透平膨胀机组以及第四透平膨胀机组，用于对进入所述第一冷箱的常温高压氦气进行多级冷却过程；

所述换热器组用于对进入所述第一冷箱的常温高压氦气进行多级换热过程；