一种新型氦液化器流程装置的制作方法

本发明涉及低温制冷技术领域，特别涉及一种新型氦液化器流程装置。

背景技术：

大型氦液化器是利用氦透平膨胀机提供冷源，低温换热器对氦气实现逐级预冷，最后通过节流方式实现液化的氦液化装置。近些年来的氦液化装置都是以柯林斯循环作为基础，常温下的高压氦气经过液氮预冷后进入第二级换热器后，一部分进入下一级换热器，经过多级换热器换热，进入节流阀中节流液化。另一部分进入两级透平膨胀机中绝热膨胀，减压降温，最后回流到低温氦气中，冷却高压氦气，现有的氦液化器流程因为末级节流阀前压力较大的原因，液化率较低。

技术实现要素：

有鉴如此，有必要针对现有技术存在的缺陷，提供一种液化率较高的新型氦液化器流程装置。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种新型氦液化器流程装置，包括：氦气循环压缩机、液氮节流阀、低温换热器组件、第二低温换热器、第一透平膨胀机、第二透平膨胀机、氦气节流阀、液氦杜瓦、低压管路、中压管路、高压管路及液氮管道，所述低温换热器组件包括至少两级低温换热器，所述第一透平膨胀机及第二透平膨胀机依次连接形成二级透平膨胀机；

所述氦气循环压缩机的出口氦气流向所述高压管路输送氦气，经所述高压管路的氦气经过所述低温换热器组件中的一级换热器的液氮预冷以及二级换热器换热，再进入所述二级透平膨胀机中绝热膨胀制冷，从所述二级透平膨胀机中出来的低温氦气回流到所述低压管道中，从所述氦气循环压缩机输出的中压氦气流依次经过所述低温换热器组件及第二低温换热器被回流冷氦气冷却，再经所述氦气节流阀节流产生氦的饱和气液混合物，并进入所述液氦杜瓦，在所述液氦杜瓦产生的气体沿所述低压管路经所述第二低温换热器及低温换热器组件流回所述氦气循环压缩机的低压入口，完成整个循环。

在一些较佳的实施例中，所述低温换热器组件包括五级低温换热器，每级低温换热器依次连接。

在一些较佳的实施例中，所述低温换热器的工作温度为20k以上温区。

在一些较佳的实施例中，所述第二低温换热器的工作温度为20k以下温区。

在一些较佳的实施例中，所述液氮节流阀、低温换热器组件、第二低温换热器、第一透平膨胀机、第二透平膨胀机、及氦气节流阀均固定在真空冷箱中，所述真空冷箱采用多层绝热材料包扎。

在一些较佳的实施例中，所述低温换热器组件中的一级换热器进口处的高压管路和低压管路上布置流量计。

在一些较佳的实施例中，所述低温换热器组件中每一级低温换热器及第二低温换热器进出口之间都设置温度计。

在一些较佳的实施例中，所述第一透平膨胀机及第二透平膨胀机的进出口设置有温度计和压力计。

本发明采用上述技术方案的优点是：

本发明提供的新型氦液化器流程装置，所述氦气循环压缩机的出口氦气流向所述高压管路输送氦气，经所述高压管路的氦气经过所述低温换热器组件中的一级换热器的液氮预冷以及二级换热器换热，再进入所述二级透平膨胀机中绝热膨胀制冷，从所述二级透平膨胀机中出来的低温氦气回流到所述低压管道中，从所述氦气循环压缩机输出的中压氦气流依次经过所述低温换热器组件及第二低温换热器被回流冷氦气冷却，再经所述氦气节流阀节流产生氦的饱和气液混合物，并进入所述液氦杜瓦，在所述液氦杜瓦产生的气体沿所述低压管路经所述第二低温换热器及低温换热器组件流回所述氦气循环压缩机的低压入口，完成整个循环，本发明提供的新型氦液化器流程装置，将氦气循环压缩机后的氦气分流为两部分，中压常温氦气在经过多级换热预冷后，直接进行液化，提高了液化率。

附图说明

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，下面描述中的附图仅仅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它的附图。

图1为本发明实施例1提供的新型氦液化器流程装置的结构示意图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，为本发明实施例提供的新型氦液化器流程装置，包括：氦气循环压缩机7、液氮节流阀8、低温换热器组件110、第二低温换热器6、第一透平膨胀机11、第二透平膨胀机12、氦气节流阀10、液氦杜瓦13、低压管路14、中压管路15、高压管路16及液氮管道17。其中，所述低温换热器组件110包括至少两级低温换热器，所述第一透平膨胀机11及第二透平膨胀机12依次连接形成二级透平膨胀机120。

本发明提供的新型氦液化器流程装置，其工作方式如下：

所述氦气循环压缩机7的出口氦气流向所述高压管路16输送氦气，经所述高压管路16的氦气经过所述低温换热器组件110中的一级换热器1的液氮预冷以及二级换热器换热2，再进入所述二级透平膨胀机120中绝热膨胀制冷，从所述二级透平膨胀机120中出来的低温氦气回流到所述低压管道14中，从所述氦气循环压缩机7输出的中压氦气流依次经过所述低温换热器组件110及第二低温换热器6被回流冷氦气冷却，再经所述氦气节流阀10节流产生氦的饱和气液混合物，并进入所述液氦杜瓦13，在所述液氦杜瓦13产生的气体沿所述低压管路14经所述第二低温换热器6及低温换热器组件110流回所述氦气循环压缩机7的低压入口，完成整个循环。

在一些较佳实施例中，所述低温换热器组件110包括五级低温换热器(图中分别标示为1,2,3,4,5)每级低温换热器依次连接。

可以理解，在实际中所述低温换热器组件110的换热器数量可以根据需要设置不同的数量。

在一些较佳实施例中，所述低温换热器的工作温度为20k以上温区，所述第二低温换热器的工作温度为20k以下温区。

在一些较佳实施例中，所述液氮节流阀8、低温换热器组件110、第二低温换热器6、第一透平膨胀机11、第二透平膨胀机12、及氦气节流阀10均固定在真空冷箱中，所述真空冷箱采用多层绝热材料包扎，从而能够减少漏热。

在一些较佳实施例中，所述低温换热器组件110中的一级换热器1进口处的高压管路16和低压管路14上布置流量计(图未示)，这两个流量计分别测量进入透平膨胀机的流量和进入低温换热器的流量。

在一些较佳实施例中，所述低温换热器组件110中每一级低温换热器及第二低温换热器6进出口之间都设置温度计，且在低温换热器1和第二低温换热器6的进出口设置压力计。

在一些较佳实施例中，所述第一透平膨胀机11及第二透平膨胀机12的进出口设置有温度计和压力计。

由于在上述部件设置温度计和压力计，从而能够更好测量分析整个系统的循环特性。

本发明提供的新型氦液化器流程装置，将氦气循环压缩机后的氦气分流为两部分，中压常温氦气在经过多级换热预冷后，直接进行液化，提高了液化率。

当然本发明的新型氦液化器流程装置还可具有多种变换及改型，并不局限于上述实施方式的具体结构。总之，本发明的保护范围应包括那些对于本领域普通技术人员来说显而易见的变换或替代以及改型。