预冷系统的制作方法

1.本发明涉及低温系统预冷技术领域，尤其涉及一种预冷系统。


背景技术：

2.在低温系统实验及应用中，系统的初始状态一般处于室温状态，在进行低温实验前，需将系统降温至实验温度。尤其是在低温介质源供给系统中，为保证系统安全避免室温管线受到低温介质冲击而导致的管线应力过大，同时为避免所制备的满足使用要求的低温介质在输送到用户端时出现温升，影响使用，在系统使用前必须对系统管线进行预冷。系统管线的预冷操作，直接影响到系统的安全性，同时也会影响到系统最终能否满足用户的要求。
3.目前对低温介质源系统预冷的方法有开式预冷和闭式预冷两种方式。开式预冷指的是将制备好的低温介质，预留一部分介质单独对系统管线进行预冷，预冷后的介质单独回收处理，此为开式系统。采用开式预冷方式，需消耗大量介质源介质，使介质源介质的制备量明显高于用户实际需求量，资源消耗量增加，同时制冷时间成本、人力成本等均会提高，特别的，当系统产量不大时，将无法满足预冷系统的消耗要求。
4.闭式预冷指的是利用制备好的低温介质对系统管线进行预冷，预冷后的介质送回原介质源处，再次降温后以满足用户需求。采用闭式预冷方式，需在原有系统的基础上增加单独的低温泵和相应的低温阀门，会使系统的复杂程度增加，显著增加了系统的制造成本。且若系统介质为高压介质，制冷系统为低压系统，则系统的高压部分与低压部分不独立，另外对回流的介质进行再降温需额外消耗资源，也造成了时间以及人力等各项成本的增加。
5.因此，提供一种新的预冷系统，成为业界亟待解决的问题。


技术实现要素：

6.为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明实施例提供了一种预冷系统。
7.本发明实施例提供的预冷系统，包括：介质源系统、传输管线、第一制冷装置以及预冷套管，其中，所述介质源系统与所述传输管线连接，所述第一制冷装置与所述介质源系统和所述预冷套管连接，所述预冷套管与所述传输管线热耦合。
8.根据本发明的一个实施例，所述第一制冷装置的第一管路和第二管路分别与所述介质源系统连接以与所述介质源系统形成制冷回路，所述第一制冷装置的第三管路与所述预冷套管的第一端连接并且第四管路与所述预冷套管的第二端连接以与所述预冷套管形成预冷回路。
9.根据本发明的一个实施例，所述预冷套管套设在所述传输管线上。
10.根据本发明的一个实施例，还包括回路切换装置，其中，所述回路切换装置构造成使得所述第一制冷装置在所述制冷回路和所述预冷回路之间进行切换。
11.根据本发明的一个实施例，所述回路切换装置包括截止阀，所述截止阀分别位于所述第一管路和所述第三管路上。
12.根据本发明的一个实施例，所述第一管路和所述第三管路为供冷管路，所述第二管路和所述第四管路为回冷管路。
13.根据本发明的一个实施例，还包括第二制冷装置，所述第二制冷装置与所述介质源系统连接。
14.根据本发明的一个实施例，所述第二制冷装置通过第五管路和第六管路与所述介质源系统连接以与所述介质源系统形成制冷回路，其中，所述第五管路为供冷管路，所述第六管路为回冷管路。
15.根据本发明的一个实施例，所述传输管线的第一端与所述介质源系统连接，第二端与外部用户端连接。
16.根据本发明的一个实施例，所述介质源系统中容纳有第一介质，所述第一制冷装置和所述第二制冷装置中容纳有第二介质，所述第二介质的温度小于所述第一介质的温度。
17.本发明实施例提供的预冷系统，通过设置预冷回路对传输管线进行预冷和保温，解决了现有开式预冷系统技术中需要消耗介质源介质的问题，同时也解决了现有闭式预冷系统技术中制造成本高的问题。同时在介质源系统供给介质过程中，预冷回路可以继续接通制冷系统，对传输管线进行保温，解决了介质传输过程中温升的问题。本发明实施例提供的预冷系统，不需要额外消耗用户的气源，节约了生产成本。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1为本发明实施例提供的预冷系统的结构示意图。
20.附图标记说明：
21.1-介质源系统；
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2-第二制冷装置；
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3-第一制冷装置；
22.4-外部用户端；
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5-传输管线；
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6-预冷套管；
23.7-第一管路；
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8-第二管路；
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9-第三管路；
24.10-第四管路；
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11-截止阀；
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12-第五管路；
25.13-第六管路。
具体实施方式
26.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
27.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是
两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
28.此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上，“若干个”、“若干根”、“若干组”的含义是一个或一个以上。
29.现参照图1，对本发明提供的实施例进行描述。应当理解的是，以下所述仅是本发明的示意性实施方式，并不对本发明构成任何特别限定。
30.图1为本发明实施例提供的预冷系统的结构示意图。如图1所示，本发明实施例提供的预冷系统，包括：介质源系统1、传输管线5、第一制冷装置3以及预冷套管6，其中，介质源系统1与传输管线5连接，第一制冷装置3与介质源系统1和预冷套管6连接，预冷套管6与传输管线5热耦合。
31.具体地，介质源系统1中容纳第一介质，传输管线5的一端与介质源系统1连接，另一端与外部用户端4连接，用于将介质源系统1中容纳的第一介质输送至外部用户端4。进一步地，在本发明的一个实施例中，第一介质是一种低温介质，可以是液态、气态或气液混合态中的一种。
32.第一制冷装置3与介质源系统1和预冷套管6连接。具体地，参照图1，第一制冷装置3中容纳第二介质，第二介质的温度小于第一介质的温度，以便实现第一制冷装置3为介质源系统1进行供冷。进一步地，在本发明的一个实施例中，第二介质也是一种低温介质，可以是液态、气态或气液混合态中的一种。
33.第一制冷装置3的第一管路7为供冷管路与介质源系统1连接，用于向介质源系统1中输入第二介质，第二管路8为回冷管路，也与介质源系统1连接，用于将介质源系统1中容纳的低温介质回流至第一制冷装置3中。第一制冷装置3的第一管路7和第二管路8以及介质源系统1形成了制冷回路。
34.继续参照图1，第一制冷装置3的第三管路9为供冷管路与预冷套管6的第一端连接，用于向预冷套管6中传输第二介质，实现对预冷套管6内设置的传输管线5进行预冷和保温，第一制冷装置3的第四管路10为回冷管路，与预冷套管6的第二端连接，用于将第二介质回流至第一制冷装置3中，第一制冷装置3的第三管路9和第四管路10以及预冷套管6形成了预冷回路。
35.在本发明的一个实施例中，预冷套管6与传输管线5热耦合。具体地，在一个可选的实施例中，预冷套管6与传输管线5为临近设置，以便实现二者之间的热交换。进一步地，如图1所示，在本发明的一个实施例中，预冷套管6为套设在传输管线5的外面，用于对传输管线5进行预冷，以降低传输管线5的温度，同时在传输管线5传输第一介质时对传输管线5进行保温，使得在输送第一介质的过程中，避免第一介质产生不可接受的温升，同时避免第一介质由于温度较低对传输管线5造成的应力冲击，进而损坏传输管线5。
36.在本发明中，预冷套管6与传输管线5的设置方式不仅限于本发明实施例所述方式，但凡能满足预冷套管6与传输管线5之间进行热交换功能的设置均属于本发明的保护范围。
37.本发明实施例提供的预冷系统，通过设置预冷回路对传输管线进行预冷和保温，解决了现有开式预冷系统技术中需要消耗介质源介质的问题，同时也解决了现有闭式预冷系统技术中制造成本高的问题。同时在介质源系统供给介质过程中，预冷回路可以继续接
通制冷系统，对传输管线进行保温，解决了介质传输过程中温升的问题。本发明实施例提供的预冷系统，不需要额外消耗用户的气源，节约了生产成本。
38.本发明实施例提供的预冷系统还包括回路切换装置，该回路切换装置构造成使得第一制冷装置3在制冷回路和预冷回路之间进行切换。
39.具体地，回路切换装置包括截止阀11。参照图1，截止阀11位于第一制冷装置3的第一管路7和第三管路9上，用于对第一制冷装置3在制冷回路和预冷回路之间进行切换。应当理解的是，以上所述仅为本发明的一个实施例；在另外的实施例中，也可以在第一管路7和第三管路9的分流处设置三通阀，用于对第一制冷装置3在制冷回路和预冷回路之间进行切换。但凡能满足管路切换功能的部件设置均属于本发明的保护范围，而不仅限于以上所述。
40.具体地，在气源制备阶段，开启位于第一管路7上的截止阀11，关闭第三管路9上的截止阀11。第一制冷装置3中容纳的第二介质通过第一管路7进入介质源系统1中，为介质源系统1进行供冷，当介质源系统1中容纳的第一介质的温度达到预设温度时，关闭第一管路7上的截止阀11，开启第三管路9上的截止阀11，将第一制冷装置3的供冷回路切换到预冷回路。此时，第一制冷装置3开始对传输管线5进行预冷，第二介质通过第三管路9进入到套设在传输管线5外部的预冷套管6中，使传输管线5的温度达到与介质源系统1中容纳的第一介质相同的温度。在供气阶段，当第一介质由介质源系统1通过传输管线5向外部用户端4传输时，依然关闭第一管路7上的截止阀11，开启第三管路9上的截止阀11，使第一制冷装置3持续对传输管线5供冷，以保持传输管线5的温度恒定，避免在传输过程中，第一介质产生不可接受的温升。
41.在本发明的一个实施例中，第二制冷装置2中容纳第二介质，也用于为介质源系统1进行供冷。具体地，参照图1，第二制冷装置2的第五管路12为供冷管路与介质源系统1连接，第六管路13为回冷管路也与介质源系统1连接，第五管路12和第六管路13以及介质源系统1形成制冷回路。
42.进一步地，在气源制备阶段，第二制冷装置2的第五管路12为供冷管路，与介质源系统1连接，用于持续向介质源系统1中输入第二介质，第六管路13为回冷管路，也与介质源系统1连接，用于将介质源系统1中的低温介质回流至第二制冷装置2中。当介质源系统1中容纳的第一介质温度达到预设温度时，为防止介质源系统1在室温状态下产生温升，第二制冷装置2继续为介质源系统1供冷。
43.以下具体举例，详细说明本发明实施例提供的预冷系统的工作原理。
44.在以下的实施例中，以第一介质为20k、35mpa氦气，第二介质为16k、2mpa氦气为例说明。
45.参照图1，如图1所示的整个系统已经完成了前期的纯化工作，系统处于室温300k的状态。
46.首先，制备气源。开启第一制冷装置3和第二制冷装置2，打开第一制冷装置3中第一管路7上的截止阀11，关闭第三管路9上的截止阀11，此时，第一制冷装置3与第二制冷装置2开始对介质源系统1进行供冷，直到介质源系统1中容纳的第一介质的温度达到20k，压强达到35mpa。由于第一制冷装置3和第二制冷装置2中容纳的第二介质的温度小于介质源系统1中容纳的第一介质的温度，因此，在第二介质的持续作用下，第一介质可以保持在恒定的温度状态下。
47.接着，对传输管线5进行预冷。当介质源系统1中容纳的第一介质的温度达到20k，压强达到35mpa时，第二制冷装置2继续对介质源系统1进行供冷。此时，关闭第一制冷装置3中第一管路7上的截止阀11，打开第三管路9上的截止阀11，将第一制冷装置3的制冷回路切换到预冷回路。此时，第一制冷装置3中容纳的第二介质通过第三管路9进入至预冷套管6中，开始对传输管线5进行预冷，直至传输管线5中的温度达到20k。
48.最后，开始供气。开启介质源系统1上的阀门开始向外部用户端4供气，20k、35mpa的氦气流经传输管线5到达外部用户端4。在此过程中，第一制冷装置3中第一管路7上的截止阀11处于关闭状态，第三管路9上的截止阀11处于开启状态，使第一制冷装置3能够持续为预冷套管6进行供冷，实现对传输管线5进行保温。
49.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。