[实用新型]一种逆流式闭循环低温冷却系统

说明书

一种逆流式闭循环低温冷却系统，包括：制冷机、压缩机、真空罩、冷屏、热交换器装置、气体管路、J‑T阀、气态回冷式管线、气体处理系统以及样品腔；制冷机与压缩机、热交换器装置、气体管路以及气体处理系统相连，真空罩和冷屏装在制冷机冷头外部，气态回冷式管线与制冷机和样品腔相连；本实用新型是一种气态回冷式管线和逆流式热交换器设计，通过利用余冷和节流降温，可以将温度降低到2K以下，同时气态回冷式管线可以任意方向进入样品腔。解决了消耗液氦的问题，保持了样品腔超低振动，可以长期工作，并且系统操作更灵活、方便。

技术领域

本实用新型属于低温装置技术领域，更具体地，涉及一种逆流式闭循环低温冷却系统。

背景技术

目前，低温技术在许多科研领域有着重要的作用。常用获取低温的方法有：1)直接制冷，即通过持续消耗液氦或液氮等对样品腔直接进行降温，该方法对样品腔几乎不产生振动。2)制冷机制冷，即利用制冷机产生的冷量通过热传导的方式对样品腔进行降温，不需要持续消耗液氦。

为了获得更低温度还常利用节流膨胀和逆流预冷作为辅助手段。在绝热条件下，将导冷介质从高压一端途径节流装置流到低压一端的过程称为节流过程。节流过程前后，介质的温度发生变化，这一效应称为“J-T效应”，即焦耳-汤姆逊效应。逆流传热，即温度低的介质与温度高的介质流动方向相反，对高温介质进行预冷，可有效减少金属冷耗量。利用节流膨胀和逆流传热可以尽可能把冷量累积起来，使终端温度尽可能低，降温速度尽可能快。

对于液氦温区的实验，直接制冷的方法，系统需要配置液氦杜瓦，因杜瓦容积有限，需要在保证安全的前提下，不定期灌装液氦，这使得实验不能长期持续进行；随着液氦价格的上涨，直接制冷方式将增大科研资金投入。对于制冷机制冷的方法，虽然不需要消耗液氦，但制冷机工作时将产生振动，对有些振动敏感的实验无法适用。

因此，亟需一种新型的实验装置来解决上述问题。

实用新型内容

为解决现有技术中存在的不足，本实用新型的目的在于，提供一种逆流式闭循环低温冷却系统，气态回冷式管线和逆流式热交换器设计，加以节流降温，可将温度降低到2K以下，同时气态回冷式管线可以任意方向进入样品腔。该系统具有不消耗液氦，保持样品腔超低振动，可长期工作，操作灵活、方便的特点。

本实用新型采用如下的技术方案。

一种逆流式闭循环低温冷却系统，包括：制冷机、压缩机、真空罩、冷屏、多个热交换器、气体管路、J-T阀、气态回冷式管线、气体处理系统和样品腔；所述制冷机包括一级冷头和二级冷头，一级冷头和二级冷头自上而下依次相连接；所述一级冷头上安装有一级冷台；所述二级冷头上安装有二级冷台；所述冷屏设置在真空罩内，固定在制冷机的一级冷台上，制冷机的二级冷头伸入到冷屏中；多个热交换器至少包括：设置在一级冷台上方的第一热交换器、设置在一级冷台上的第二热交换器和设置在二级冷台上的第三热交换器，所述第一热交换器为逆流式热交换器；所述气体管路缠绕于一级冷头和二级冷头的周围；所述制冷机和压缩机通过两根氦气传输管线构成一个闭合循环回路；所述气体处理系统依次连接气体管路、气态回冷式管线和样品腔构成另一个闭合循环回路。

优选地，所述制冷机为4K制冷机。

优选地，所述压缩机为制冷机循环提供200～240PSI的高压氦气。

优选地，所述气体处理系统包括储气罐、循环泵和氦气管线；所述储气罐为不锈钢罐，其上安装有指示气压的压力表；所述循环泵为干泵；所述氦气管线为不锈钢软管。

优选地，第一热交换器包括：由铜块包裹的并排双通道气管，一支为第一热交换器供气管，一支为第一热交换器回气管；第一热交换器回气管中的氦气来自于气态回冷式管线中冷的回路氦气，第一热交换器供气管中的氦气来自于气体处理系统进入制冷机的室温氦气；第一热交换器回气管中的氦气自下而上，第一热交换器供气管中的氦气自上而下，两支管路进行逆流式热交换，对供气管中的室温氦气进行预冷。