低温制冷系统的制作方法

本发明涉及低温制冷系统，并且更具体地说，涉及能够提高性能系数的低温制冷系统。

背景技术：

一般来说，低温制冷机可用于冷却超导体或小尺寸的电子元件。例如，低温制冷机可包括斯特林(stirling)制冷机、福德-麦克马洪(GM)制冷机以及焦耳-汤姆逊(Joule-Thomson)制冷机。上述低温制冷机可通过诸如氦气或氢气等工作流体的膨胀过程来产生制冷输出。膨胀过程可伴随压缩过程的热产生。相应地，低温制冷机可被散热器所冷却。典型的低温制冷机可由双散热器(dual heat dissipater)进行冷却。双散热器可包括水冷型散热器和蒸汽压缩式制冷机。水冷型散热器可冷却低温制冷机。水冷型散热器可被蒸汽压缩式制冷机所冷却。然而，由于水冷型散热器使用具有低冷却性能效率的水，因此该低温制冷机的性能系数可能降低。另外，水冷型散热器和蒸汽压缩式制冷机可能提高运行低温制冷机的成本从而降低了生产率。

技术实现要素：

技术问题

本发明提供一种能够基于制冷剂的性能系数来提高散热效率(radiant efficiency)的低温制冷系统。

本发明还提供一种能够将低温制冷机的运行成本最小化的低温制冷系统。

技术方案

本发明的实施例提供了一种低温制冷系统，该低温制冷系统包括：低温制冷机；以及散热模块，其构造为冷却所述低温制冷机。这里，散热模块包括：冷凝器，其与所述低温制冷机间隔开以使冷却所述低温制冷机的制冷剂冷凝；以及热交换器，其与所述低温制冷机连接以使所述制冷剂在所述低温制冷机与所述冷凝器之间循环，从而冷却所述低温制冷机。

在本发明的其他实施例中，低温制冷系统包括：低温制冷机，其包括：动力产生部分；动力转换部分，其构造为转换由所述动力产生部分产生的动力；以及气体冷却部分，其构造为使用在所述动力转换部分中转换的动力来冷却气体；以及散热模块，其构造为将冷却所述低温制冷机的制冷剂循环到所述动力产生部分、动力转换部分和所述气体冷却部分中。

有益效果

如上文所述，根据本发明的实施例的低温冷却系统可使用具有比水高的性能系数和/或热吸收率的制冷剂来提高低温制冷机的散热效率。可以由散热模块直接冷却低温制冷机，以将运行成本最小化。

附图说明

图1是示出根据本发明的低温制冷系统的实例的示意图。

图2是示出图1中的低温制冷机的示意图。

图3是示出图1中的低温制冷系统的另一实例的示意图。

图4是示出图1中的低温制冷系统的又一实例的示意图。

具体实施方式

下面将参考附图详细描述本发明的示例性实施例。通过参考附图对下述实施例的描述，将阐明本发明的优点和特征以及本发明的实施方式。然而，本发明可以体现为不同的形式，并且不应解释为仅局限于在此列举的实施例。相反，提供这些实施例，使得本发明完整和全面并且将本发明的范围充分地传达给本领域的技术人员。此外，本发明仅由权利要求的范围所限定。类似的附图标记表示类似的元件。

在本说明书中，技术术语仅用于解释特定的示例性实施例，而不是限制本发明。在本说明书中，除非给出相反的指示，否则单数形式的术语可包括复数的形式。“包含”和/或“包括”的含义指定了构件、步骤、操作和/或元件，但并不排除其它构件、步骤、操作和/或元件。此外，应当理解，在本说明书中，使用诸如室、单元、臂、联接件、叶片、电动机、滑轮、旋转轴和带等术语作为基本的机械术语。由于在下文中提供优选实施例，因此说明书中给出的附图标记的顺序不限于此。

图1是示出根据本发明的低温制冷系统10的实例的示意图。图2是示出图1中的低温制冷机100的示意图。

参考图1和图2，根据本发明的低温制冷系统10可包括低温制冷机100和散热模块200。低温制冷机100可被冷却至低温(深冷)。散热模块200可将热量从低温制冷机100散出。

低温制冷机100可包括斯特林低温制冷机。根据实施例，低温制冷机100可包括动力产生部分110、动力转换部分120和气体冷却部分130。

动力产生部分110可通过外部动力产生旋转动力。例如，动力产生部分110可包括电动机。动力产生部分110可与动力转换部分120连接。动力产生部分110可被加热到高于室温的温度。动力产生部分110可被加热到等于或高于约30℃的温度。

动力转换部分120可将旋转动力转换为直线往复移动动力。动力转换部分120可包括轴122、凸轮125、多个连杆126、以及壳体128。轴122可与动力产生部分110连接。凸轮124可连接在轴122与连杆126之间。连杆126可延伸至气体冷却部分130。壳体128可围绕凸轮124。壳体128可与气体冷却部分130连接。

油121可设置在壳体128中。可通过轴122、凸轮124和连杆126的运转来加热油121。

气体冷却部分130可设置在动力转换部分120上。气体冷却部分130可将气体131冷却到低温。气体131可包括氦气。根据实施例，气体冷却部分130可包括缸体132、置换器140以及活塞150。缸体132可连接到动力转换部分120上。可将气体131提供到缸体132中。置换器140和活塞150可与连杆126连接以便在缸体132中向上和向下移动。置换器140可设置在活塞150的上方。连杆126中的一个可穿过活塞150。

缸体132可包括气体膨胀区域134、气体压缩区域136和活塞移动区域138。气体膨胀区域134可设置在气体压缩区域136的上方。置换器140可与连杆126中的一个连接，以在气体膨胀区域134和气体压缩区域136中向上和向下移动。置换器140可使气体膨胀区域134中的气体131膨胀并冷却。因此，气体膨胀区域134可以是冷却区域。气体压缩区域136可与连杆126中的另一个连接，并且设置在气体膨胀区域134与活塞移动区域138之间。活塞150可以在活塞移动区域138中向上和向下移动。作为选择，活塞移动区域138可以是连杆126中的一个从中穿过的区域。置换器140和活塞150可压缩气体压缩区域136中的气体131。被压缩的气体131可加热气体压缩区域136中的缸体132。因此，气体压缩区域136可以是加热区域。

散热模块200可以循环以向动力产生部分110、动力转换部分120和气体冷却部分130供应制冷剂，从而直接地冷却低温制冷机100。直接冷却设备(方法)可具有比典型的双散热器更小的尺寸，并且降低了维修成本。相应地，根据本发明的低温制冷系统10可降低运行成本。

根据实例，散热模块200可包括冷凝器210、压缩机220、热交换器230、制冷剂膨胀器240、制冷剂供应管路250以及制冷剂收集(回收)管路260。冷凝器210可使制冷剂冷凝。压缩机220可与冷凝器210连接。压缩机220可压缩制冷剂。根据实例，制冷剂可包括R22、R123、R134a、HFC-407C、HFC-407A或R-123yf。制冷剂可具有比水的凝固点和蒸发点低的凝固点和蒸发点。例如，当相对于温度为大约63K的低温制冷机100，温度为大约15℃的水被热交换至大约30℃时，水可具有大约0.2625的性能系数(COP)。同时，R22制冷剂可具有比水大的性能系数。当温度为大约-30℃的R22被热交换至大约-15℃时，R22可具有大约0.323的性能系数。热交换器230可与动力产生部分110、动力转换部分120以及气体冷却部分130连接。制冷剂供应管路250可连接在冷凝器210与热交换器230之间。可以提高低温制冷机100的散热效率。制冷剂膨胀器240可与制冷剂供应管路250连接。制冷剂收集管路260可连接在压缩机220与热交换器230之间。

冷凝器210可使制冷剂液化。冷凝器210可包括水冷型冷凝器以及气冷型冷凝器。

制冷剂膨胀器240可设置在冷凝器210与热交换器230之间。制冷剂膨胀器240可使制冷剂蒸发和冷却。已冷却的制冷剂可通过制冷剂供应管路250被供应至热交换器230。制冷剂可在热交换器230中被加热。

压缩机220可以以预定的压力向冷凝器210供应已被加热的制冷剂。可将处于气态的制冷剂供应至冷凝器210。制冷剂可在热交换器230与冷凝器210之间循环。

热交换器230可冷却动力产生部分110、动力转换部分120以及气体冷却部分130。根据实例，热交换器230可包括气体热交换器232、油热交换器234以及发动机热交换器236。

气体热交换器232可设置在压缩区域136中。气体热交换器232可冷却压缩区域136中的缸体132。热交换器供应管路233可将气体热交换器232连接至油热交换器234。热交换收集管路235可将气体热交换器232连接至电动机热交换器236。制冷剂可被依次供应至油热交换器234、气体热交换器232和发动机热交换器236。第一保护盖312可设置为环绕气体热交换器232。第一保护盖312可保护气体热交换器232。另一方面，第一保护盖312可防止因气体热交换器232的冷却而造成的结露。

油热交换器234可设置在动力转换部分120上。油热交换器234可冷却动力转换部分120中的油。油热交换器234可与制冷剂供应管路250连接。第二保护盖314可设置为环绕油热交换器234。第二保护盖314可保护油热交换器234。

电动机热交换器236可设置在动力产生部分110上。电动机热交换器236可冷却动力产生部分110。电动机热交换器236可与制冷剂收集管路260连接。

实施本发明的方式

图3是示出图1中的低温制冷系统10的另一实例的示意图。

参考图3，散热模块200可包括第一压力换能器272、第一温度传感器274以及循环流量控制器276。

第一压力换能器272可设置在热交换器230与压缩机220之间的制冷剂收集管路260中。第一压力换能器272可检测制冷剂的压力。

第一温度传感器274可设置在制冷剂收集管路260中且设置为邻近第一压力换能器272。第一温度传感器274可检测制冷剂的温度。

循环流量控制器276可与第一压力换能器272、第一温度传感器274和制冷剂膨胀器240连接。另外，循环流量控制器276可接收第一压力换能器272和第一温度传感器274的温度和压力检测信号。可基于温度和压力来控制制冷剂的循环流量。制冷剂膨胀器240可根据循环流量控制器276的控制信号来控制制冷剂的循环流量。

低温制冷机100以及散热模块200的冷凝器210、压缩机220、热交换器230、制冷剂膨胀器240、制冷剂供应管路250和制冷剂收集管路260可以与图1和图2中的相同。

图4是示出图1中的低温制冷系统10的又一实例的示意图。

参考图4，散热模块200可包括第二温度传感器282、第二压力换能器284、旁通阀286、旁通控制器288、旁通管路290以及热敏管292。

第二温度传感器282可设置在制冷剂收集管路260中。第二温度传感器282可检测制冷剂的温度。

第二压力换能器284可设置在制冷剂收集管路260中。第二压力换能器284可检测制冷剂的压力。

旁通阀286可设置在冷凝器210与压缩机220之间的制冷剂收集管路260中。旁通阀286可与旁通管路290连接。旁通阀286可包括三通阀。

旁通控制器288可控制旁通阀286。旁通控制器288可接收第二温度传感器282和第二压力换能器284的温度和压力信号。

旁通管路290可绕过冷凝器210而将制冷剂收集管路260连接至制冷剂供应管路250。根据实例，旁通管路290可从旁通阀286分支出来。旁通管路290可连接至热交换器230与制冷剂膨胀器240之间的制冷剂供应管路250。例如，当制冷剂收集管路260的制冷剂的温度较低时，旁通控制器288可允许制冷剂从制冷剂收集管路260通过旁通管路290而绕行至制冷剂供应管路250。同样，当制冷剂收集管路260的制冷剂的压力较高时，旁通控制器288可允许制冷剂从制冷剂收集管路260绕行至制冷剂供应管路250。

热敏管292可设置在制冷剂收集管路260中。热敏管292可与制冷剂膨胀器240连接。热敏管292可检测制冷剂收集管路260中的制冷剂的温度。热敏管292基于制冷剂的温度调节制冷剂膨胀器240。热敏管292可输出制冷剂膨胀器240的打开信号和关闭信号。当制冷剂的温度较高时，热敏管292可输出打开信号。当制冷剂的温度较低时，热敏管292可输出关闭信号。

低温制冷机100以及散热模块200的冷凝器210、压缩机220、热交换器230、制冷剂膨胀器240、制冷剂供应管路250和制冷剂收集管路260可以与图1和图2中的相同。

尽管已描述了本发明的示例性实施例，应当理解，本发明不受这些示例性实施例限制，本领域技术人员可以在如所附权利要求所限定的本发明的精神和范围内对这些示例性实施例进行各种修改和变型。因此，上文所说明的实施例被认为是示意性而非限制性的。

工业实用性

根据本发明的实施例，低温制冷机可提高其散热效率并将运行成本最小化。另外，该低温制冷机可有效地冷却低温超导体或高温超导体。超导体可用作发电站(power plant)、变电站(substation)、磁共振装置、磁悬浮列车、超导研究中心的原材料(source material)。低温制冷机可广泛地用在超导技术领域中。此外，低温制冷机可安装在用于低温金属的拉力试验机上。