[发明专利]一种具有叶轮机械入口兑温管路的超流氦制冷机

权利要求书

1.一种具有叶轮机械入口兑温管路的超流氦制冷机，其特征在于，包括压缩机组、冷箱、均设置于所述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、气液分离器、50～75K温区负载兑温管路、冷压缩机组和冷压缩机组入口兑温管路、以及设置于所述冷箱外的50～75K温区负载、4.5～75K温区负载和2K负载；

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冷箱的进口进入所述冷箱内；

所述氦气预冷模块设置在所述冷箱的进口侧，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冷箱的常温高压氦气进行多级换热过程；

所述超流氦制冷机包括高压主气路、中压回气路、低压回气路、负压回气路，所述高压主气路的进口连接于所述冷箱的进口，出口连接于所述过冷器的进口；所述中压回气路的进口连接于所述第二透平膨胀机组的出口，出口连接于所述高压压缩机的吸气口；所述低压回气路的进口连接于所述过冷器的气相出口，出口连接于所述中压压缩机的吸气口；所述负压回气路的进口连接于所述冷压缩机组的出口，出口连接于所述负压压缩机的吸气口；

所述过冷器的液相出口连接于所述4.5～75K温区负载的进口和所述气液分离器的进口，所述4.5～75K温区负载的出口连接于所述低压回气路，所述气液分离器的液相出口连接于所述2K负载，所述2K负载的出口和所述气液分离器的气相出口均连接于所述冷压缩机组入口兑温管路，所述冷压缩机组入口兑温管路设置在所述冷压缩机组的进口侧，用于调节进入所述冷压缩机组的氦气的温度；

所述50～75K温区负载兑温管路包括连接于所述高压主气路的50K氦气管路、连接于所述50K氦气管路和所述50～75K温区负载的进口的负载去流管路、连接于所述50K氦气管路的兑温管路、连接于50～75K温区负载的出口的回流管路、以及连接于所述回流管路、所述兑温管路以及所述第一透平膨胀机组的氦气通过管路，所述50K氦气管路设置有50K氦气管路调节阀，所述兑温管路设置有兑温管路调节阀和兑温管路加热器，所述回流管路设置有回流管路调节阀，其中所述兑温管路用于经由所述兑温管路调节阀和所述兑温管路加热器来调节所述回流管路中氦气的温度，使得经由所述氦气通过管路进入所述第一透平膨胀机组的氦气能够满足所述第一透平膨胀机组的进口温度和压力的要求；

其中所述高压压缩机经由所述冷箱的进口向所述冷箱排入常温高压氦气，所述常温高压氦气的一部分进入所述氦气预冷模块中预冷，预冷后的氦气与所述高压主气路的常温高压氦气汇合后，经由所述多级透平膨胀机组进行多级冷却过程和经由所述换热器组进行多级换热过程后，形成超临界氦；

所述超临界氦经由所述高压主气路进入所述过冷器中，气相进入所述低压回气路，一部分液相进入所述4.5～75K温区负载后回气到所述低压回气路，另一部分液相经节流后分为气液两相，液相进入所述气液分离器中积液，当所述气液分离器中液氦液位达到预设值时，所述冷压缩机组启动，将所述气液分离器中的氦气进行减压，从而形成2K饱和超流氦，2K饱和超流氦自所述气液分离器的液相出口流出至所述2K负载处；气相自所述气液分离器的气相出口排出，与所述2K负载的回气汇合，并经由所述冷压缩机组入口兑温管路兑温后进入所述冷压缩机组，兑温后的氦气经由所述冷压缩机组提压后进入所述负压回气路，经多级压降后形成负压氦气，负压氦气进入所述负压压缩机中压缩到中压，与来自所述中压压缩机排出的中压气体以及所述中压回气路的回气混合后，进入所述高压压缩机，至此完成一个氦气循环。