液氦闭式循环预冷的大冷量稀释制冷系统

本技术涉及极低温制冷，尤其涉及一种液氦闭式循环预冷的大冷量稀释制冷系统。

背景技术：

1、随着量子计算的快速发展，量子比特数不断增加，需要更大冷量的稀释制冷机来满足量子计算的冷量需求。提高稀释制冷机的冷量需要增大稀释制冷前级预冷系统的预冷能力。

2、目前，小冷量的稀释制冷机采用gm制冷机等干式制冷机提供4k以上温区的预冷。随着稀释制冷机的冷量提高，预冷冷量也需增加，采用多个gm制冷机并联结构会造成系统体积大、振动干扰、高耗能等缺点。且目前的干式稀释制冷机采用gm制冷机作为前级预冷系统，这种结构冷量无法大幅度提高，扩展性较差。

3、因此，亟需一种能够解决上述问题的液氦闭式循环预冷的大冷量稀释制冷系统。

技术实现思路

1、本实用新型提供一种液氦闭式循环预冷的大冷量稀释制冷系统，通过液氦闭式循环为大冷量稀释制冷模块提供充分的预冷条件，从而可以通过提高3he工质流量来提高稀释制冷机的制冷能力，并且具有结构紧凑、可扩展的优点。

2、本实用新型提供一种液氦闭式循环预冷的大冷量稀释制冷系统，包括预冷模块和稀释制冷模块：

3、所述预冷模块包括氦液化器、恒温器和氦气回收机构，所述恒温器内设有一级冷屏，所述一级冷屏内设有二级冷屏，所述二级冷屏内设有三级冷屏，所述一级冷屏上设有一级冷板，所述二级冷屏上设有二级冷板，所述三级冷屏上设有三级冷板；所述二级冷板和所述三级冷板之间设有液氦池，所述三级冷板下方设有超流液氦池；所述氦液化器与所述液氦池通过管路连接，所述液氦池和所述超流液氦池通过管路连接，所述氦气回收机构用于将所述液氦池和所述超流液氦池蒸发的氦气回收至所述氦液化器中；

4、所述稀释制冷模块包括蒸馏室、套管式换热器、阶梯式换热器、混合室、出气管、稀释制冷外部循环系统和进气管，所述蒸馏室、所述套管式换热器、所述阶梯式换热器和所述混合室依次连接，所述出气管、所述稀释制冷外部循环系统、所述进气管依次连接，所述进气管的一端与所述套管式换热器的入口连接，所述出气管的一端与所述蒸馏室连接，还包括分别设置在所述一级冷板、所述二级冷板、所述三级冷板和所述四级冷板上的换热热沉，所有的所述换热热沉可与所述进气管换热；

5、还包括四级冷屏，所述四级冷屏设置在所述三级冷屏内，所述四级冷屏的开口上设有四级冷板，所述蒸馏室设置在所述四级冷板上，所述套管式换热器、所述阶梯式换热器和所述混合室均设置在所述四级冷屏内。

6、根据本实用新型提供的液氦闭式循环预冷的大冷量稀释制冷系统，所述氦气回收机构包括第一回收支管和第二回收支管，所述第一回收支管位于所述液氦池内，所述第二回收支管位于所述超流液氦池内。

7、根据本实用新型提供的液氦闭式循环预冷的大冷量稀释制冷系统，所述第二回收支管上设有真空泵。

8、根据本实用新型提供的液氦闭式循环预冷的大冷量稀释制冷系统，所述进气管绕设在每个所述换热热沉上。

9、根据本实用新型提供的液氦闭式循环预冷的大冷量稀释制冷系统，所述液氦池和所述超流液氦池连接的管路上设有用于调节液氦流量的阀门。

10、根据本实用新型提供的液氦闭式循环预冷的大冷量稀释制冷系统，还包括用于调节所述阀门的调节杆，所述调节杆的端部设置在所述恒温器外。

11、根据本实用新型提供的液氦闭式循环预冷的大冷量稀释制冷系统，所述液氦池设置在所述二级冷板下表面上，所述超流液氦池设置在所述三级冷板的下表面上。

12、根据本实用新型提供的液氦闭式循环预冷的大冷量稀释制冷系统，还包括用于对所述恒温器内抽真空的抽真空装置。

13、本实用新型提供的液氦闭式循环预冷的大冷量稀释制冷系统，包括预冷模块和稀释制冷模块，通过预冷模块中的三级冷却能够为稀释制冷模块提供充分的预冷条件，一级冷板采用4he蒸汽的冷能预冷，二级冷板采用液氨池中4he的蒸发潜热预冷，三级冷板采用超流氨液池中4he的蒸发潜热预冷；稀释制冷模块再将温度降低至设定值，且氦气回收机构能够将蒸发的氦气回收至氦液化器中重复通入液氦池中，形成液氦闭式循环结构，从而通过提高液氦循环流量即可提高预冷冷量，能实现不同制冷性能的大冷量稀释制冷系统。此外，将体积较大的氦液化器放置在恒温器外，还具有制冷集中、能耗低、振动干扰小等优点。

技术特征：

1.一种液氦闭式循环预冷的大冷量稀释制冷系统，其特征在于，包括预冷模块和稀释制冷模块：

2.根据权利要求1所述的液氦闭式循环预冷的大冷量稀释制冷系统，其特征在于，所述氦气回收机构包括第一回收支管和第二回收支管，所述第一回收支管位于所述液氦池内，所述第二回收支管位于所述超流液氦池内。

3.根据权利要求2所述的液氦闭式循环预冷的大冷量稀释制冷系统，其特征在于，所述第二回收支管上设有真空泵。

4.根据权利要求1所述的液氦闭式循环预冷的大冷量稀释制冷系统，其特征在于，所述进气管绕设在每个所述换热热沉上。

5.根据权利要求1-4任一项所述的液氦闭式循环预冷的大冷量稀释制冷系统，其特征在于，所述液氦池和所述超流液氦池连接的管路上设有用于调节液氦流量的阀门。

6.根据权利要求5所述的液氦闭式循环预冷的大冷量稀释制冷系统，其特征在于，还包括用于调节所述阀门的调节杆，所述调节杆的端部设置在所述恒温器外。

7.根据权利要求1-4任一项所述的液氦闭式循环预冷的大冷量稀释制冷系统，其特征在于，所述液氦池设置在所述二级冷板下表面上，所述超流液氦池设置在所述三级冷板的下表面上。

8.根据权利要求1-4任一项所述的液氦闭式循环预冷的大冷量稀释制冷系统，其特征在于，还包括用于对所述恒温器内抽真空的抽真空装置。

技术总结
本技术提供一种液氦闭式循环预冷的大冷量稀释制冷系统，包括预冷模块和稀释制冷模块：预冷模块包括氦液化器、恒温器和氦气回收机构，恒温器内设有一级冷屏，一级冷屏内设有二级冷屏，二级冷屏内设有三级冷屏，各级冷屏的开口分别设有各级冷板；二级冷板和三级冷板之间设有液氦池，三级冷板下方设有超流液氦池；稀释制冷模块包括蒸馏室、套管式换热器、阶梯式换热器、混合室、出气管、稀释制冷外部循环系统、进气管和换热热沉；还包括四级冷屏，四级冷屏设置在三级冷屏内，四级冷屏的开口上设有四级冷板。通过液氦闭式循环为大冷量稀释制冷模块提供充分的预冷条件，从而可以通过提高<supgt;3</supgt;He工质流量来提高稀释制冷机的制冷能力。

技术研发人员：卫铃佼,王国鹏,郑茂文,全加,雷祎琳,陈厚磊,赵密广,梁惊涛
受保护的技术使用者：中国科学院理化技术研究所
技术研发日：20230228
技术公布日：2024/1/15