本技术介绍了一种新型的远程供冷回热式制冷系统及其运作方法,该系统由回热式制冷模块、远程节流制冷模块和直流回路模块构成。回热式制冷模块包含连续连接的制冷机压缩机、冷凝器、节流阀和蒸发器,旨在提升制冷效率并实现远距离供冷。
背景技术
回热式低温制冷机,如脉管制冷机、斯特林制冷机、GM制冷机等因其结构简单、可靠性高、灵活性高等优点从而在低温超导和天然气液化等低温技术领域有着广泛的应用。
当前许多场合需要远程供冷以减少制冷机系统对被冷却对象的干扰,如精密超导器件,红外成像器件,军事基地的卫星通信站和医疗中心的影像诊断中心等。然而采用传统的回热式制冷机无法直接远程供冷,通常需要中间循环冷媒来实现将冷量从制冷机冷端传输到被冷却对象,比如低温氦气循环,或热管循环。而这两种方式都有一定的不足,比如氦气循环,从系统上,需要额外的低温氦气泵实现氦气流动,增加了系统的复杂性,增加能耗,同时从传热上,循环氦气先与制冷机进行换热,再将冷量传递到被冷却对象,这种间接方式也增加了整体的传热热阻;而热管虽然有利于减小远距离传热热阻,但其设计制造复杂,且其传热温度受到工质的相变温度限制,难以实现不同温度的冷量传输。因此如何对现有回热式制冷机进行优化改造,实现其远程直接供冷,具有重要应用价值。
在传统的回热式制冷机中,原本设计上只有交变流而不存在直流流动。在早期的研究中,直流一直被认为是恶化制冷机性能的原因,因此研究人员为了抑制直流做出了许多努力,随着研究的深入,实验发现,在一定大小或方向内,允许回热式制冷机内部存在一定量的直流流动,且直流流动还可以提高制冷机在液氦温区下的性能。
如公开号为CN118089263A的中国专利文献公开了一种高效回热式制冷机系统,该系统采用冷端直流技术,从冷指的回热器冷端换热器引出的直流流体会在节流冷端换热器中进行节流和换热,随后进入直流管路。直流管路与固定在冷指上的铜卡套换热器接触,利用直流产生的冷量对冷指进行回冷。但该专利没有实现远程供冷功能,并且其直流回路上安装的低温泵增大了整体系统的能耗。
此外,目前大多专利,如公开号为CN118623553A和CN114791203A等专利都采用冷端直流进行制冷或气体液化,而没有实现远程供冷的功能,其提取制冷量的方式属于间接制冷,换热热阻较大,冷量损耗大,并且直流回路中利用额外的低温氦气泵实现氦气流动,增加了系统的复杂性,增加能耗。
实现思路