一种基于等离子加热的超流氦低温系统技术方案

本技术涉及一种基于等离子加热的超流氦低温系统。包括：压缩机单元、制冷机冷箱、液氦杜瓦、分配冷箱、实验负载、等离子加热单元、供气调压单元和常温抽气泵组；分配冷箱内设置有相分离器和过冷器，等离子加热单元包括等离子火炬发生器和负压加热腔，等离子火炬发生器的出口与负压加热腔连接；负压加热腔与常温抽气泵组连接，常温抽气泵组与压缩机单元连接；供气调压单元与等离子火炬发生器连接，供气调压单元用于向等离子火炬发生器提供预设参数的氦气；压缩机单元与制冷机冷箱连接；制冷机冷箱与液氦杜瓦连接；液氦杜瓦与分配冷箱连接；分配冷箱与实验负载连接；本申请，加热效率高且占地面积小。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及低温制冷，特别涉及一种基于等离子加热的超流氦低温系统。

技术介绍

1、2k附近的超流氦极低温制冷技术在深空探测、超导单光子探测以及空间量子通信等领域具有重要的应用价值。因超流氦本身物性特点，获取2k超流氦需要将低温区的压强维持在1.6kpa附近的负压状态，目前采用室温工作的真空泵来对系统进行抽真空以获得相应的低压是较通用的一种方法。

2、实际应用中，室温工作的真空泵避免了低温下的运动部件，启停、维护等较为便利，但对进入泵体的介质(氦气)温度有较严格的限制，为保证泵体正常工作，需要将抽气对象(氦气)加热至室温范围才能进入真空泵抽气系统。为此，通常在真空泵抽气系统的进口段设置加热器装置，以将低温氦气(2k左右)加热至室温态。

3、相关技术中，多采用管壳式加热器，一方面，为了保证较小的抽气阻力，需要采用大流道；另一方面，为了保证换热效果，需要采用较大的加热面积。因此，现有管壳式加热器体积较大，较为笨重，又由于加热器本体需要通过换热结构间接将热量传递给氦气，从2k至室温大温区的间接传热存在换热效率较低的问题，进一步提高了对装置的体积要求、同时也大大提高能量损耗。

4、因此，目前亟待需要一种基于等离子加热的超流氦低温系统来解决上述技术问题。

技术实现思路

1、本技术实施例提供了一种基于等离子加热的超流氦低温系统，加热效率高且占地面积小。

2、本技术实施例提供了一种基于等离子加热的超流氦低温系统，包括：

3、压缩机单元、制冷机冷箱、液氦杜瓦、分配冷箱、实验负载、等离子加热单元、供气调压单元和常温抽气泵组；

4、所述分配冷箱内设置有相分离器和过冷器，所述等离子加热单元包括等离子火炬发生器和负压加热腔，所述等离子火炬发生器的出口与所述负压加热腔的第一入口连接；所述负压加热腔的出口与所述常温抽气泵组的入口连接，所述常温抽气泵组的出口与所述压缩机单元的入口连接；所述供气调压单元的出口与所述等离子火炬发生器的入口连接，所述供气调压单元用于向所述等离子火炬发生器提供预设参数的氦气；

5、所述压缩机单元的出口与所述制冷机冷箱的第一入口连接；所述制冷机冷箱的第一出口与所述液氦杜瓦的入口连接，第二出口与所述压缩机单元的入口连接；所述液氦杜瓦的第一出口与所述相分离器的入口连接，第二出口与所述制冷机冷箱的第二入口连接；所述相分离器的第一出口与所述过冷器的第一入口连接，第二出口与所述制冷机冷箱的第三入口连接；所述过冷器的第一出口与所述实验负载的第一入口连接，第二出口与所述负压加热腔的入口连接；所述实验负载的出口与所述过冷器的第二入口连接。

6、本技术实施例提供了一种基于等离子加热的超流氦低温系统，通过设置等离子火炬发生器，可以将供气调压单元供给的氦气电离为高温等离子体，温度可达上千摄氏度，并将高温等离子体喷入负压加热腔。在负压加热腔内，高温氦等离子体与自实验负载返回的低温氦气直接混合形成常温态的氦气，完成低温氦气的加热过程。由于氦等离子体与低温氦气混合加热，因此不需要采用大换热面积结构，且加热效率高，反应迅速，可大大减少加热过程的能量损耗，从而大大缩小加热腔的外形尺寸。由此可见，本申请，加热效率高且占地面积小。

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【技术保护点】

1.一种基于等离子加热的超流氦低温系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的超流氦低温系统，其特征在于，所述等离子火炬发生器(61)为多个，且每个所述等离子火炬发生器(61)的工作参数均不同；

3.根据权利要求2所述的超流氦低温系统，其特征在于，每个所述等离子火炬发生器(61)的入口均通过火炬供气管路与所述供气调压单元(7)连接，每个所述火炬供气管路的上均设置有第一调节阀(63)。

4.根据权利要求1所述的超流氦低温系统，其特征在于，还包括纯化单元(21)；所述纯化单元(21)的入口与所述压缩机单元(1)的出口连接，出口与所述制冷机冷箱(2)的第一入口连接。

5.根据权利要求4所述的超流氦低温系统，其特征在于，所述供气调压单元(7)的入口分别与所述常温抽气泵组(8)的出口和所述纯化单元(21)的出口连接；所述供气调压单元(7)内设置有第二调节阀(71)。

6.根据权利要求1所述的超流氦低温系统，其特征在于，所述过冷器(42)的第一出口通过负载供液管路(11)与所述实验负载(5)的第一入口连接；

7.根据权利要求1所述的超流氦低温系统，其特征在于，还包括氦预冷管路(10)；

8.根据权利要求1所述的超流氦低温系统，其特征在于，还包括正压回气管路，一端与所述过冷器(42)的第二出口连接，另一端与所述制冷机冷箱(2)的第四入口连接；所述正压回气管路上设置有第三调节阀(9)。

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【技术特征摘要】

1.一种基于等离子加热的超流氦低温系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的超流氦低温系统，其特征在于，所述等离子火炬发生器(61)为多个，且每个所述等离子火炬发生器(61)的工作参数均不同；

3.根据权利要求2所述的超流氦低温系统，其特征在于，每个所述等离子火炬发生器(61)的入口均通过火炬供气管路与所述供气调压单元(7)连接，每个所述火炬供气管路的上均设置有第一调节阀(63)。

4.根据权利要求1所述的超流氦低温系统，其特征在于，还包括纯化单元(21)；所述纯化单元(21)的入口与所述压缩机单元(1)的出口连接，出口与所述制冷机冷箱(2)的第一入口连接。

5.根据权利要求4...

【专利技术属性】
技术研发人员：昌锟，崔丽丽，邵东方，张洋，
申请(专利权)人：北京中科富海低温科技有限公司，
类型：新型
国别省市：