一种氦低温制冷系统及制冷方法

1.本技术属于制冷与低温技术领域，具体涉及一种氦低温制冷系统及制冷方法。


背景技术：

2.液氢、液氦到超流氦温区的氦低温制冷系统是指制冷温度在1.8k～20k(-271.2℃～-253℃)范围，制冷量几百乃至万瓦以上的低温制冷系统，通常包括室温氦气压缩机(组)及其高精滤油器、液氢/液氦温区氦制冷机(包括多级透平膨胀机、多级低温换热器和j-t节流阀)、超流氦制冷机以及用户负载(如用于冷却各种大型超导磁体和超导射频腔等)。
3.特别是当液氦的温度降低到2.17k以下时，液氦从正常流体突然转变为具有系列不寻常性质的“超流体”，被称为超流氦。超流氦具有极小的粘度，表现为超流特性；同时它还具有高导热率的优点，热导率是室温下铜的800倍。因此，超流氦作为一种良好的低温冷却介质，各种大型超导磁体和超导射频腔，以确保超导加速器和超导对撞机的长期稳定运行。目前，法国国家科研中心与原子能总署下属研究所、美国杰斐逊实验室、德国电子同步加速器desy、日本高能加速器研究机构kek、欧洲核子中心cern等国际机构，以及北京大学、中国科学院高能物理研究所、中国科学院理化技术研究所等国内机构先后建立了超流氦温区大型低温制冷系统。
4.超流氦温区大型低温制冷系统通常包括室温压缩机组、液氦温区制冷机(包括透平膨胀机、多级低温换热器和j-t节流阀)、超流氦温区制冷机。获得超流氦一般有三种方式，1)单独采用冷压缩机，直接利用冷压缩机对氦池中的负压低温氦气进行增压；2)单独采用室温循环泵(泵组)，利用室温循环泵(泵组)对液氦池的回气减压降温；3)采用冷压缩机和室温循环泵(泵组)组合方式，利用冷压缩机和室温循环泵(泵组)对氦池中的负压低温氦气实现逐级增压。
5.目前，针对液氢、液氦到超流氦温区大型低温制冷系统，具备研发制造能力的跨国公司包括瑞士的林德公司、法国法液空公司等，制冷量从数百瓦级直至数万瓦级。而如何实现20k以下温区氦低温制冷系统的智能调控，并达到预定的制冷能力少有提及。


技术实现要素：

6.鉴于此，有必要针对现有技术存在的缺陷提供一种可以实现液氢、液氦到超流氦温区氦低温制冷系统的多种工作模式的氦低温制冷系统及制冷方法。
7.为解决上述问题，本技术采用下述技术方案：
8.一种氦低温制冷系统，包括：室温氦压缩机/组及高精滤油器(1)、气体管理面板(2)、氦气缓冲罐(3)、高压气体管路(4)、中压气体管路(5)、低压气体管路(6)、高压气体管路阀门(7)、中压气体管路阀门(8)、低压气体管路阀门(9)、液氮预冷阀门(10)、氮气管路(11)、氦制冷机(12)、节流阀(13)、液氦低温传输管线(14)、低温容器(15)、低温饱和氦气回气管路(16)、低温饱和氦气回气阀(17)、液氦低温传输管线(18)、液氦导液阀(19)、超流氦制冷机(20)、低压气体管路阀门(21)和低压气体管路(22)，其中：
9.所述室温氦压缩机/组及高精滤油器(1)上排列连接所述高压气体管路(4)、所述中压气体管路(5)及所述低压气体管路(6)，所述气体管理面板(2)上设置有若干个调节阀门，所述氦气缓冲罐(3)通过其中一调节阀门连接所述低压气体管路(6)，所述气体管理面板(2)通过控制所述调节阀门分别实现所述高压气体管路(4)、所述中压气体管路(5)和所述低压气体管路(6)的高压、中压和低压的稳定调控；
10.所述高压气体管路(4)、所述中压气体管路(5)及所述低压气体管路(6)分别通过所述高压气体管路阀门(7)、所述中压气体管路阀门(8)及所述低压气体管路阀门(9)连接所述氦制冷机(12)，所述氦制冷机(12)上还设有所述液氮预冷阀门(10)及所述氮气管路(11)；
11.所述氦制冷机(12)通过安装有所述节流阀(13)的液氦低温传输管线(14)连接所述低温容器(15)；
12.所述低温容器(15)通过安装有所述低温饱和氦气回气阀(17)的低温饱和氦气回气管路(16)连接所述氦制冷机(12)；
13.所述低温容器(15)还通过安装有所述液氦导液阀(19)的液氦低温传输管线(18)连接所述超流氦制冷机(20)；
14.所述超流氦制冷机(20)通过安装有所述低压气体管路阀门(21)的低压气体管路(22)连接所述室温氦压缩机/组及高精滤油器(1)。
15.在其中一些实施例中，所述气体管理面板(2)包括低压粗调阀门(cv1)、低压精调阀门(cv2)、调节阀门(cv3)、中压精调阀门(cv4)、中压粗调阀门(cv5)及调节阀门(cv6)，所述氦气缓冲罐(3)通过所述调节阀门cv3连接所述低压气体管路(6)，所述氦气缓冲罐(3)与所述高压气体管路(4)之间设有所述调节阀门(cv6)，所述中压精调阀门cv4和中压粗调cv5并列设置在所述高压气体管路(4)及所述中压气体管路(5)之间，所述低压粗调阀门(cv1)及所述低压精调阀门(cv2)并列设置在所述高压气体管路(4)及所述低压气体管路(6)之间，其中：
16.氦气从所述氦气缓冲罐(3)通过所述调节阀门(cv3)打开自动加载到制冷系统，通过室温氦压缩机/组(1)实现氦气从低压到中压、中压到高压的增压过程，当所述高压气体管路(4)高压超压时，打开所述调节阀门(cv6)向所述氦气缓冲罐(3)中泄压，实现高压稳定；
17.当所述中压气体管路(5)的中压压力低于稳定压力时，分别打开所述中压精调阀门(cv4)和中压粗调阀门(cv5)来实现所述高压气体管路(4)向中压气体管路(5)的缓慢或快速补气，从而实现对系统中压的稳定调控；
18.当所述当低压气体管路(6)的低压压力低于稳定压力时，分别打开低压精调阀门(cv2)和低压粗调阀门(cv1)来实现所述高压气体管路(4)向低压气体管路(6)的缓慢或快速补气，从而实现对系统低压的稳定调控。
19.在其中一些实施例中，所述的氦压缩机/组(1)可以是活塞式、双螺杆式或离心式压缩机；可以是单台压缩机，也可以是两台压缩机串联，或者多台压缩机串并联组合。
20.在其中一些实施例中，所述的氦制冷机(12)可以是基于克劳德循环、修正克劳德循环、两级透平的柯林斯循环、多级(2《n≤6)透平的柯林斯循环或多级(2《n≤6)透平的修正克劳德循环与柯林斯循环相结合的氦制冷机。
21.在其中一些实施例中，所述的氦制冷机(12)的冷箱中循环的透平耦合匹配降温模式调控，当低温制冷系统的气体纯度n2、h2o和c
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的总含量小于5vpm，开启所述高压气体管路阀门(7)、中压气体管路阀门(8)及低压气体管路阀门(9)，所述氦制冷机(12)的冷箱中循环启动。
22.在其中一些实施例中，所述的氦制冷机(12)的冷箱中循环的透平耦合匹配降温模式调控，开启所述液氮预冷阀门(10)，启动一级换热器的液氮预冷。
23.在其中一些实施例中，当所述高压气体管路(4)的一级换热器出口温度≤200k时，开启透平膨胀机/组，实现冷箱中循环中多级低温换热器的逐级降温。
24.在其中一些实施例中，所述的透平膨胀机/组可以是静压气体轴承支撑、动压气体轴承支撑、陶瓷轴承支撑或者磁轴承支撑；可以是全气体的或者气液两相透平膨胀机。
25.在其中一些实施例中，当所述节流阀(13)前温度≤80k时，开启所述氦制冷机(12)的制冷大循环的制冷/液化模式调控，所述的氦制冷机(12)的制冷大循环的制冷/液化模式调控，开启所述低温容器(15)的低温饱和氦气回气阀(17)及节流阀(13)，所述低温容器(15)降温，直至生产液氦。
26.在其中一些实施例中，所述的低温容器(15)可以是液氦杜瓦，用于存储液氦；也可以是冷量测试子系统，内置加热器，模拟测试制冷量；也可以是低温分配阀箱，将低温饱和氦气输送给用户或被冷却负载，来进行降温。
27.在其中一些实施例中，所述的超流氦制冷机(20)可以是焦-汤节流阀、负压换热器、冷压缩机和负压室温泵组组合而成，也可以是焦-汤节流阀、负压换热器和冷压缩机组合而成，也可以是焦-汤节流阀、负压换热器和负压室温泵组组合而成。
28.在其中一些实施例中，所述的负压室温泵组，可以采用无油干泵或油泵，可以是一台泵，也可以是多台泵并联形成泵组。
29.在其中一些实施例中，所述的负压压缩机组，可以实现负压到低压或者负压到中压的直接气体压缩，可以是一台负压压缩机，也可以是多台负压压缩机并联形成机组。另外，本技术还提供了一种所述的氦低温制冷系统的制冷方法，包括下述步骤：
30.第一步：氦压缩机/组小循环的多级压力稳定调控：
31.氦气从所述氦气缓冲罐(3)通过调节阀门打开自动加载到制冷系统，通过室温氦压缩机/组(1)实现氦气从低压到中压、中压到高压的增压过程，所述气体管理面板(2)通过控制调节阀门分别实现所述高压气体管路(4)、所述中压气体管路(5)和所述低压气体管路(6)的高压、中压和低压的稳定调控；当所述低温制冷系统的气体纯度n2、h2o和c
xhy
的总含量小于5vpm，开启所述低压气体管路阀门(9)、所述中压气体管路阀门(8)及所述高压气体管路阀门(7)；
32.第二步：所述氦制冷机(12)的冷箱中循环的透平耦合匹配降温模式调控：
33.开启所述液氮预冷阀门(10)，启动一级换热器的液氮预冷，当高压气体管路的一级换热器出口温度≤200k时，开启透平膨胀机/组，实现冷箱中循环中多级低温换热器的逐级降温；当所述节流阀(13)前温度≤80k时，开启所述氦制冷机(12)的制冷大循环的制冷/液化模式调控；
34.第三步：所述氦制冷机(12)的制冷大循环的制冷/液化模式调控：
35.开启所述低温容器(15)的低温饱和氦气回气阀(17)及节流阀(13)，所述低温容器
降温(15)，直至生产液氦；制冷模式开启，在所述低温容器(15)内设置加热器模拟测量制冷量；液化模式开启，在低温容器(15)内持续积液，当低温容器(15)内液位积累到低温容器有效高度的20％以上液位后，开启超流氦制冷机的超流氦用户应用模式调控；
36.第四步：所述超流氦制冷机(20)的超流氦用户应用模式调控：
37.开启所述超流氦制冷机(20)的自检，连锁复位，开启超流氦系统的液氮预冷，对超流氦液池加注液氦，当超流氦液池的充液率达到超流氦液池有效高度的20％以上液位以上，启动冷压缩机和负压室温泵组，并保持运行；当超流氦液池内温度≤2.17k，达到超流氦温度模拟超流氦制冷机冷量测试；或将温度在2.17k以下的超流氦输送给用户或被冷却负载，来进行降温。
38.另外，本技术还提供了一种所述的氦低温制冷系统的制冷方法，包括下述步骤：
39.第一步：氦压缩机/组小循环的多级压力稳定调控：
40.氦气从所述氦气缓冲罐(3)通过调节阀门打开自动加载到制冷系统，通过室温氦压缩机/组(1)实现氦气从低压到中压、中压到高压的增压过程，所述气体管理面板(2)通过控制调节阀门分别实现所述高压气体管路(4)、所述中压气体管路(5)和所述低压气体管路(6)的高压、中压和低压的稳定调控；当所述低温制冷系统的气体纯度n2、h2o和c
xhy
的总含量小于5vpm，开启所述低压气体管路阀门(9)、所述中压气体管路阀门(8)及所述高压气体管路阀门(7)；
41.第二步：氦制冷机(12)的冷箱中循环的透平耦合匹配降温模式调控：
42.开启所述液氮预冷阀门(10)，启动一级换热器的液氮预冷，当高压气体管路的一级换热器出口温度≤200k时，开启透平膨胀机/组，实现冷箱中循环中多级低温换热器的逐级降温；当所述节流阀(13)前温度≤80k时，开启所述氦制冷机(12)的制冷大循环的制冷/液化模式调控；
43.第三步：氦制冷机(12)的制冷大循环的制冷模式调控：
44.开启所述低温容器(15)的低温饱和氦气回气阀(17)及节流阀(13)，所述低温容器降温(15)直至产生20k冷氦气；制冷模式开启，所述低温容器(15)将20k液氢温区的冷氦气输送给用户或被冷却负载，来进行降温。
45.另外，本技术还提供了一种所述的氦低温制冷系统的制冷方法，包括下述步骤：
46.第一步：氦压缩机/组/小循环的多级压力稳定调控：
47.氦气从所述氦气缓冲罐(3)通过调节阀门打开自动加载到制冷系统，通过室温氦压缩机/组(1)实现氦气从低压到中压、中压到高压的增压过程，所述气体管理面板(2)通过控制调节阀门分别实现所述高压气体管路(4)、所述中压气体管路(5)和所述低压气体管路(6)的高压、中压和低压的稳定调控；当所述低温制冷系统的气体纯度n2、h2o和c
xhy
的总含量小于5vpm，开启所述低压气体管路阀门(9)、所述中压气体管路阀门(8)及所述高压气体管路阀门(7)；
48.第二步：氦制冷机(12)的冷箱中循环的透平耦合匹配降温模式调控：
49.开启所述液氮预冷阀门(10)，启动一级换热器的液氮预冷，当高压气体管路的一级换热器出口温度≤200k时，开启透平膨胀机/组，实现冷箱中循环中多级低温换热器的逐级降温；当所述节流阀(13)前温度≤80k时，开启所述氦制冷机(12)的制冷大循环的制冷/液化模式调控；
50.第三步：氦制冷机(12)的制冷大循环的制冷/液化模式调控：
51.开启所述低温容器(15)的低温饱和氦气回气阀(17)及节流阀(13)，所述低温容器(15)降温，直至生产液氦；制冷模式开启，在所述低温容器(15)内设置加热器模拟测量制冷量；液化模式开启，在低温容器(15)内持续积液，将液氦输送给用户或被冷却负载来进行降温。
52.在其中一些实施例中，所述气体管理面板(2)包括低压粗调阀门(cv1)、低压精调阀门(cv2)、调节阀门(cv3)、中压精调阀门(cv4)、中压粗调阀门(cv5)及调节阀门(cv6)，所述氦气缓冲罐(3)通过所述调节阀门cv3连接所述低压气体管路(6)，所述氦气缓冲罐(3)与所述高压气体管路(4)之间设有所述调节阀门(cv6)，所述中压精调阀门cv4和中压粗调阀门cv5并列设置在所述高压气体管路(4)及所述中压气体管路(5)之间，所述低压粗调阀门(cv1)及所述低压精调阀门(cv2)并列设置在所述高压气体管路(4)及所述低压气体管路(6)之间，其中：
53.氦气从所述氦气缓冲罐(3)通过所述调节阀门(cv3)打开自动加载到制冷系统，通过室温氦压缩机/组(1)实现氦气从低压到中压、中压到高压的增压过程，当所述高压气体管路(4)高压超压时，打开所述调节阀门(cv6)向所述氦气缓冲罐(3)中泄压，实现高压稳定；
54.当所述中压气体管路(5)的中压压力低于稳定压力时，分别打开所述中压精调阀门(cv4)和中压粗调阀门(cv5)来实现所述高压气体管路(4)向中压气体管路(5)的缓慢或快速补气，从而实现对系统中压的稳定调控；
55.当所述当低压气体管路(6)的低压压力低于稳定压力时，分别打开低压精调阀门(cv2)和低压粗调阀门(cv1)来实现所述高压气体管路(4)向低压气体管路(6)的缓慢或快速补气，从而实现对系统低压的稳定调控。
56.本技术采用上述技术方案具备下述效果：
57.本技术提供的氦低温制冷系统及氦低温制冷方法，可以实现液氢、液氦到超流氦温区的氦低温制冷系统的多种工作模式的智能调控，确保达到整机性能，并可实现氦低温制冷系统产生20k冷氦气、液氦或者2.17k以下超流氦，进而输送给用户或被冷却负载进行降温。
附图说明
58.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对本技术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，下面所描述的附图仅仅是本技术的一些实施例，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。
59.图1为本技术实施例1提供的氦低温制冷系统的结构示意图。
60.图2为本技术实施例2提供的氦低温制冷方法的步骤示意图。
61.图3为本技术实施例3提供的氦低温制冷方法的步骤示意图。
62.图4为本技术实施例2提供的氦低温制冷方法的步骤示意图。
63.其中：室温氦压缩机/组及高精滤油器(1)、气体管理面板(2)、氦气缓冲罐(3)、高压气体管路(4)、中压气体管路(5)、低压气体管路(6)、高压气体管路阀门(7)、中压气体管
路阀门(8)、低压气体管路阀门(9)、液氮预冷阀门(10)、氮气管路(11)、氦制冷机(12)、节流阀(13)、液氦低温传输管线(14)、低温容器(15)、低温饱和氦气回气管路(16)、低温饱和氦气回气阀(17)、液氦低温传输管线(18)、液氦导液阀(19)、超流氦制冷机(20)、低压气体管路阀门(21)、低压气体管路(22)、低压粗调阀门(cv1)、低压精调阀门(cv2)、调节阀门(cv3)、中压精调阀门(cv4)、中压粗调阀门(cv5)、调节阀门(cv6)。
具体实施方式
64.下面详细描述本技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。
65.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
66.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
67.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。
68.实施例1
69.请参阅图1，为本技术实施例1提供的氦低温制冷系统的结构示意图，包括：室温氦压缩机/组及高精滤油器(1)、气体管理面板(2)、氦气缓冲罐(3)、高压气体管路(4)、中压气体管路(5)、低压气体管路(6)、高压气体管路阀门(7)、中压气体管路阀门(8)、低压气体管路阀门(9)、液氮预冷阀门(10)、氮气管路(11)、氦制冷机(12)、节流阀(13)、液氦低温传输管线(14)、低温容器(15)、低温饱和氦气回气管路(16)、低温饱和氦气回气阀(17)、液氦低温传输管线(18)、液氦导液阀(19)、超流氦制冷机(20)、低压气体管路阀门(21)和低压气体管路(22)。以下详细说明各个部件的具体实现方案。
70.所述室温氦压缩机/组及高精滤油器(1)上排列连接所述高压气体管路(4)、所述中压气体管路(5)及所述低压气体管路(6)，所述气体管理面板(2)上设置有若干个调节阀门，所述氦气缓冲罐(3)通过其中一调节阀门连接所述低压气体管路(6)，所述气体管理面板(2)通过控制所述调节阀门分别实现所述高压气体管路(4)、所述中压气体管路(5)和所述低压气体管路(6)的高压、中压和低压的稳定调控。
71.在其中一些实施例中，所述气体管理面板(2)包括低压粗调阀门(cv1)、低压精调阀门(cv2)、调节阀门(cv3)、中压精调阀门(cv4)、中压粗调阀门(cv5)及调节阀门(cv6)，所述氦气缓冲罐(3)通过所述调节阀门cv3连接所述低压气体管路(6)，所述氦气缓冲罐(3)与所述高压气体管路(4)之间设有所述调节阀门(cv6)，所述中压精调阀门cv4和中压粗调阀门cv5并列设置在所述高压气体管路(4)及所述中压气体管路(5)之间，所述低压粗调阀门(cv1)及所述低压精调阀门(cv2)并列设置在所述高压气体管路(4)及所述低压气体管路
(6)之间。
72.具体地，氦气从所述氦气缓冲罐(3)通过所述调节阀门(cv3)打开自动加载到制冷系统，通过室温氦压缩机/组(1)实现氦气从低压到中压、中压到高压的增压过程，当所述高压气体管路(4)高压超压时，打开所述调节阀门(cv6)向所述氦气缓冲罐(3)中泄压，实现高压稳定；当所述中压气体管路(5)的中压压力低于稳定压力时，分别打开所述中压精调阀门(cv4)和中压粗调阀门(cv5)来实现所述高压气体管路(4)向中压气体管路(5)的缓慢或快速补气，从而实现对系统中压的稳定调控；当所述当低压气体管路(6)的中压压力低于稳定压力时，分别打开低压精调阀门(cv2)和低压粗调阀门(cv1)来实现所述高压气体管路(4)向低压气体管路(6)的缓慢或快速补气，从而实现对系统低压的稳定调控。
73.所述高压气体管路(4)、所述中压气体管路(5)及所述低压气体管路(6)分别通过所述高压气体管路阀门(7)、所述中压气体管路阀门(8)及所述低压气体管路阀门(9)连接所述氦制冷机(12)，所述氦制冷机(12)上还设有所述液氮预冷阀门(10)及所述氮气管路(11)；所述氦制冷机(12)通过安装有所述节流阀(13)的液氦低温传输管线(14)连接所述低温容器(15)；所述低温容器(15)通过安装有所述低温饱和氦气回气阀(17)的低温饱和氦气回气管路(16)连接所述氦制冷机(12)；所述低温容器(15)还通过安装有所述液氦导液阀(19)的液氦低温传输管线(18)连接所述超流氦制冷机(20)；所述超流氦制冷机(20)通过安装有所述低压气体管路阀门(21)的低压气体管路(22)连接所述室温氦压缩机/组及高精滤油器(1)。
74.进一步地，所述的氦压缩机/组(1)可以是活塞式、双螺杆式或离心式压缩机；可以是单台压缩机，也可以是两台压缩机串联，或者多台压缩机串并联组合。
75.进一步地，所述的氦制冷机(12)可以是基于克劳德循环、修正克劳德循环、两级透平的柯林斯循环、多级(2《n≤6)透平的柯林斯循环或多级(2《n≤6)透平的修正克劳德循环与柯林斯循环相结合的氦制冷机。
76.进一步地，所述的氦制冷机(12)的冷箱中循环的透平耦合匹配降温模式调控，当低温制冷系统的气体纯度n2、h2o和c
xhy
的总含量小于5vpm，开启所述高压气体管路阀门(7)、中压气体管路阀门(8)及低压气体管路阀门(9)，所述氦制冷机(12)的冷箱中循环启动。
77.进一步地，所述的氦制冷机(12)的冷箱中循环的透平耦合匹配降温模式调控，开启所述液氮预冷阀门(10)，启动一级换热器的液氮预冷。
78.具体地，当所述高压气体管路(4)的一级换热器出口温度≤200k时，开启透平膨胀机/组，实现冷箱中循环中多级低温换热器的逐级降温。
79.进一步地，所述的透平膨胀机/组可以是静压气体轴承支撑、动压气体轴承支撑、陶瓷轴承支撑或者磁轴承支撑；可以是全气体的或者气液两相透平膨胀机。
80.进一步地，当所述节流阀(13)前温度≤80k时，开启所述氦制冷机(12)的制冷大循环的制冷/液化模式调控，所述的氦制冷机(12)的制冷大循环的制冷/液化模式调控，开启所述低温容器(15)的低温饱和氦气回气阀(17)及节流阀(13)，所述低温容器(15)降温，直至生产液氦。
81.进一步地，所述的低温容器(15)可以是液氦杜瓦，用于存储液氦；也可以是冷量测试子系统，内置加热器，模拟测试制冷量；也可以是低温分配阀箱，将低温饱和氦气输送给
用户或被冷却负载，来进行降温。
82.进一步地，所述的超流氦制冷机(20)可以是焦-汤节流阀、负压换热器、冷压缩机和负压室温泵组组合而成，可以是焦-汤节流阀、负压换热器、冷压缩机和负压压缩机组组合而成，可以是焦-汤节流阀、负压换热器和冷压缩机组合而成，可以是焦-汤节流阀、负压换热器、负压压缩机组组合而成，也可以是焦-汤节流阀、负压换热器和负压室温泵组组合而成。
83.进一步地，所述的负压室温泵组，可以采用无油干泵或油泵，可以是一台泵，也可以是多台泵并联形成泵组。
84.进一步地，所述的负压压缩机组，可以实现负压到低压或者负压到中压的直接气体压缩，可以是一台负压压缩机，也可以是多台负压压缩机并联形成机组。
85.进一步地，所述的超流氦制冷机的超流氦用户应用模式调控，开启超流氦制冷机系统自检，连锁复位，开启超流氦系统的液氮预冷。
86.进一步地，对超流氦液池加注液氦，当超流氦液池的充液率达到超流氦液池有效高度的20％以上液位以上，启动冷压缩机和负压室温泵组，并保持运行。
87.进一步地，当超流氦液池内温度≤2.17k，达到超流氦温度，可以是冷量测试子系统，内置加热器，模拟超流氦制冷机冷量测试；也可以是低温分配阀箱，将温度在2.17k以下的超流氦输送给用户或被冷却负载，来进行降温。
88.本技术上述实施例1提供的氦低温制冷系统，结构简单，可以实现液氢、液氦到超流氦温区的氦低温制冷系统的多种工作模式的智能调控，确保达到整机性能，并可实现氦低温制冷系统产生20k冷氦气、液氦或者2.17k以下超流氦，进而输送给用户或被冷却负载进行降温。
89.实施例2
90.请参阅图2，为申请实施例2提供的氦低温制冷系统的制备方法的流程示意图，包括下述步骤：
91.第一步：氦压缩机/组小循环的多级压力稳定调控：
92.氦气从所述氦气缓冲罐(3)通过调节阀门打开自动加载到制冷系统，通过室温氦压缩机/组(1)实现氦气从低压到中压、中压到高压的增压过程，所述气体管理面板(2)通过控制调节阀门分别实现所述高压气体管路(4)、所述中压气体管路(5)和所述低压气体管路(6)的高压、中压和低压的稳定调控；当所述低温制冷系统的气体纯度n2、h2o和cxhy的总含量小于5vpm，开启所述低压气体管路阀门(9)、所述中压气体管路阀门(8)及所述高压气体管路阀门(7)。
93.可以理解，氦压缩机(组)小循环的多级压力稳定调控，室温氦压缩机/组及高精滤油器(1)1为低温系统提供动力源。
94.具体地，所述气体管理面板(2)包括低压粗调阀门(cv1)、低压精调阀门(cv2)、调节阀门(cv3)、中压精调阀门(cv4)、中压粗调阀门(cv5)及调节阀门(cv6)，所述氦气缓冲罐(3)通过所述调节阀门cv3连接所述低压气体管路(6)，所述氦气缓冲罐(3)与所述高压气体管路(4)之间设有所述调节阀门(cv6)，所述中压精调阀门cv4和中压粗调阀门cv5并列设置在所述高压气体管路(4)及所述中压气体管路(5)之间，所述低压粗调阀门(cv1)及所述低压精调阀门(cv2)并列设置在所述高压气体管路(4)及所述低压气体管路(6)之间。
95.进一步地，氦气从所述氦气缓冲罐(3)通过所述调节阀门(cv3)打开自动加载到制冷系统，通过室温氦压缩机/组(1)实现氦气从低压到中压、中压到高压的增压过程，当所述高压气体管路(4)高压超压时，打开所述调节阀门(cv6)向所述氦气缓冲罐(3)中泄压，实现高压稳定；
96.当所述中压气体管路(5)的中压压力低于稳定压力时，分别打开所述中压精调阀门(cv4)和中压粗调阀门(cv5)来实现所述高压气体管路(4)向中压气体管路(5)的缓慢或快速补气，从而实现对系统中压的稳定调控；
97.当所述当低压气体管路(6)的低压压力低于稳定压力时，分别打开低压精调阀门(cv2)和低压粗调阀门(cv1)来实现所述高压气体管路(4)向低压气体管路(6)的缓慢或快速补气，从而实现对系统低压的稳定调控。
98.第二步：所述氦制冷机(12)的冷箱中循环的透平耦合匹配降温模式调控：
99.开启所述液氮预冷阀门(10)，启动一级换热器的液氮预冷，当高压气体管路的一级换热器出口温度≤200k时，开启透平膨胀机/组，实现冷箱中循环中多级低温换热器的逐级降温；当所述节流阀(13)前温度≤80k时，开启所述氦制冷机(12)的制冷大循环的制冷/液化模式调控；
100.第三步：所述氦制冷机(12)的制冷大循环的制冷/液化模式调控：
101.开启所述低温容器(15)的低温饱和氦气回气阀(17)及节流阀(13)，所述低温容器降温(15)，直至生产液氦；制冷模式开启，在所述低温容器(15)内设置加热器模拟测量制冷量；液化模式开启，在低温容器(15)内持续积液，当低温容器(15)内液位低温容器积累到有效高度的20％以上液位后，开启超流氦制冷机的超流氦用户应用模式调控；
102.第四步：所述超流氦制冷机(20)的超流氦用户应用模式调控：
103.开启所述超流氦制冷机(20)的自检，连锁复位，开启超流氦系统的液氮预冷，对超流氦液池加注液氦，当超流氦液池的充液率达到超流氦液池有效高度的20％以上液位以上，启动冷压缩机和负压室温泵组，并保持运行；当超流氦液池内温度≤2.17k，达到超流氦温度模拟超流氦制冷机冷量测试；或将温度在2.17k以下的超流氦输送给用户或被冷却负载，来进行降温。
104.可以理解，超流氦液池可以是冷量测试子系统，内置加热器，模拟超流氦制冷机冷量测试；也可以是低温分配阀箱，将温度在2.17k以下的超流氦输送给用户或被冷却负载，来进行降温。
105.本技术上述实施例2可以实现氦低温制冷机的多种工作模式的智能调控，确保达到整机性能，并实现2.17k以下超流氦输送给用户或被冷却负载进行降温。
106.实施例3
107.请参阅图3，为申请实施例3提供的氦低温制冷系统的制备方法的流程示意图，包括下述步骤：
108.第一步：氦压缩机/组小循环的多级压力稳定调控：
109.氦气从所述氦气缓冲罐(3)通过调节阀门打开自动加载到制冷系统，通过室温氦压缩机/组(1)实现氦气从低压到中压、中压到高压的增压过程，所述气体管理面板(2)通过控制调节阀门分别实现所述高压气体管路(4)、所述中压气体管路(5)和所述低压气体管路(6)的高压、中压和低压的稳定调控；当所述低温制冷系统的气体纯度n2、h2o和cxhy的总含
量小于5vpm，开启所述低压气体管路阀门(9)、所述中压气体管路阀门(8)及所述高压气体管路阀门(7)；
110.可以理解，氦压缩机(组)小循环的多级压力稳定调控，室温氦压缩机/组及高精滤油器(1)1为低温系统提供动力源。
111.具体地，所述气体管理面板(2)包括低压粗调(cv1)、低压精调阀门(cv2)、调节阀门(cv3)、中压精调阀门(cv4)、中压粗调阀门(cv5)及调节阀门(cv6)，所述氦气缓冲罐(3)通过所述调节阀门cv3连接所述低压气体管路(6)，所述氦气缓冲罐(3)与所述高压气体管路(4)之间设有所述调节阀门(cv6)，所述中压精调阀门cv4和中压粗调阀门cv5并列设置在所述高压气体管路(4)及所述中压气体管路(5)之间，所述低压粗调阀门(cv1)及所述低压精调阀门(cv2)并列设置在所述高压气体管路(4)及所述低压气体管路(6)之间。
112.进一步地，氦气从所述氦气缓冲罐(3)通过所述调节阀门(cv3)打开自动加载到制冷系统，通过室温氦压缩机/组(1)实现氦气从低压到中压、中压到高压的增压过程，当所述高压气体管路(4)高压超压时，打开所述调节阀门(cv6)向所述氦气缓冲罐(3)中泄压，实现高压稳定；
113.当所述中压气体管路(5)的中压压力低于稳定压力时，分别打开所述中压精调阀门(cv4)和中压粗调阀门(cv5)来实现所述高压气体管路(4)向中压气体管路(5)的缓慢或快速补气，从而实现对系统中压的稳定调控；
114.当所述当低压气体管路(6)的低压压力低于稳定压力时，分别打开低压精调阀门(cv2)和低压粗调阀门(cv1)来实现所述高压气体管路(4)向低压气体管路(6)的缓慢或快速补气，从而实现对系统低压的稳定调控。
115.第二步：氦制冷机(12)的冷箱中循环的透平耦合匹配降温模式调控：
116.开启所述液氮预冷阀门(10)，启动一级换热器的液氮预冷，当高压气体管路的一级换热器出口温度≤200k时，开启透平膨胀机/组，实现冷箱中循环中多级低温换热器的逐级降温；当所述节流阀(13)前温度≤80k时，开启所述氦制冷机(12)的制冷大循环的制冷/液化模式调控；
117.第三步：氦制冷机(12)的制冷大循环的制冷模式调控：
118.开启所述低温容器(15)的低温饱和氦气回气阀(17)及节流阀(13)，所述低温容器降温(15)直至产生20k冷氦气；制冷模式开启，所述低温容器(15)将20k液氢温区的冷氦气输送给用户或被冷却负载，来进行降温。
119.制冷模式开启时，在低温容器15内设置加热器模拟测量制冷量。低温容器15也可以是低温分配阀箱，将20k液氢温区的冷氦气输送给用户或被冷却负载，来进行降温。
120.本技术上述实施例3可以实现氦低温制冷机的多种工作模式的智能调控，确保达到整机性能，并实现20k超流氦输送给用户或被冷却负载进行降温。
121.实施例4
122.请参阅图4，为申请实施例4提供的氦低温制冷系统的制备方法的流程示意图，包括下述步骤：
123.第一步：氦压缩机/组/小循环的多级压力稳定调控：
124.氦气从所述氦气缓冲罐(3)通过调节阀门打开自动加载到制冷系统，通过室温氦压缩机/组(1)实现氦气从低压到中压、中压到高压的增压过程，所述气体管理面板(2)通过
控制调节阀门分别实现所述高压气体管路(4)、所述中压气体管路(5)和所述低压气体管路(6)的高压、中压和低压的稳定调控；当所述低温制冷系统的气体纯度n2、h2o和cxhy的总含量小于5vpm，开启所述低压气体管路阀门(9)、所述中压气体管路阀门(8)及所述高压气体管路阀门(7)；
125.可以理解，氦压缩机(组)小循环的多级压力稳定调控，室温氦压缩机/组及高精滤油器(1)1为低温系统提供动力源。
126.具体地，所述气体管理面板(2)包括低压粗调阀门(cv1)、低压精调阀门(cv2)、调节阀门(cv3)、中压精调阀门(cv4)、中压粗调阀门(cv5)及调节阀门(cv6)，所述氦气缓冲罐(3)通过所述调节阀门cv3连接所述低压气体管路(6)，所述氦气缓冲罐(3)与所述高压气体管路(4)之间设有所述调节阀门(cv6)，所述中压精调阀门cv4和中压粗调阀门cv5并列设置在所述高压气体管路(4)及所述中压气体管路(5)之间，所述低压粗调阀门(cv1)及所述低压精调阀门(cv2)并列设置在所述高压气体管路(4)及所述低压气体管路(6)之间。
127.进一步地，氦气从所述氦气缓冲罐(3)通过所述调节阀门(cv3)打开自动加载到制冷系统，通过室温氦压缩机/组(1)实现氦气从低压到中压、中压到高压的增压过程，当所述高压气体管路(4)高压超压时，打开所述调节阀门(cv6)向所述氦气缓冲罐(3)中泄压，实现高压稳定；
128.当所述中压气体管路(5)的中压压力低于稳定压力时，分别打开所述中压精调阀门(cv4)和中压粗调阀门(cv5)来实现所述高压气体管路(4)向中压气体管路(5)的缓慢或快速补气，从而实现对系统中压的稳定调控；
129.当所述当低压气体管路(6)的低压压力低于稳定压力时，分别打开低压精调阀门(cv2)和低压粗调阀门(cv1)来实现所述高压气体管路(4)向低压气体管路(6)的缓慢或快速补气，从而实现对系统低压的稳定调控。
130.第二步：氦制冷机(12)的冷箱中循环的透平耦合匹配降温模式调控：
131.开启所述液氮预冷阀门(10)，启动一级换热器的液氮预冷，当高压气体管路的一级换热器出口温度≤200k时，开启透平膨胀机/组，实现冷箱中循环中多级低温换热器的逐级降温；当所述节流阀(13)前温度≤80k时，开启所述氦制冷机(12)的制冷大循环的制冷/液化模式调控；
132.第三步：氦制冷机(12)的制冷大循环的制冷/液化模式调控：
133.开启所述低温容器(15)的低温饱和氦气回气阀(17)及节流阀(13)，所述低温容器(15)降温，直至生产液氦；制冷模式开启，在所述低温容器(15)内设置加热器模拟测量制冷量；液化模式开启，在低温容器(15)内持续积液，将液氦输送给用户或被冷却负载来进行降温。
134.可以理解，低温容器也可以是低温分配阀箱，将液氦输送给用户或被冷却负载来进行降温。
135.本技术上述实施例4可以实现氦低温制冷机的多种工作模式的智能调控，确保达到整机性能，实现超流氦输送给用户或被冷却负载进行降温。
136.以上仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术。对于本领域技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的权利要求范围之内。