对于低于1.5K的亚开尔文低温的低温泵送系统和创新整合的制作方法

背景技术：

1、已知的是一种制冷装置，该制冷装置包括用于使工作流体循环的回路，该回路包括用于工作流体的压缩机、第一热交换器、第一焦耳-汤姆孙膨胀装置和第一分离罐，该第一热交换器包括第一热通道和第一冷通道，要冷却的工作流体的第一流在该第一热通道中循环，并且用于冷却第一流的工作流体的第二流在该第一冷通道中循环。该制冷装置还包括第一管线网络，该第一管线网络连接这些元件，从而将压缩机的第一出口(第一工作流体从该第一出口递送)放置成与第一热通道的第一入口处于流体连通，将第一热通道的第二出口放置成与第一膨胀装置的第二入口处于流体连通，将第一膨胀装置的第三出口放置成与第一罐的第三入口处于流体连通，将第一罐的第四出口放置成与第一冷通道的第四入口处于流体连通，并且将第一冷通道的第五出口放置成与第一压缩机的第五入口处于流体连通(第一工作流体通过该第五入口被吸入)。该制冷装置还包括第二热交换器，该第二热交换器包括与第一罐进行热交换的第二热通道。这样的回路向第二交换器的第二冷通道提供冷能。然而，工作流体在其已被冷却至非常低的温度(低于开尔文)之后的压力是低的，具有0.1mbar的量级。为了能够具有显著的冷却功率，因此有必要向第一回路中引入显著的流体流速，并且这在低的压力下需要显著的体积泵送能力以及相应确定尺寸的管线。这通常导致建立高能量密集型的压缩装置，从而造成了使用起来困难且昂贵的庞大的制冷装置。

2、发明目的

3、本发明的目的尤其是结合焦耳-汤姆孙膨胀装置来增加制冷装置的冷却功率。

技术实现思路

1、为此目的，提供了一种制冷装置，该制冷装置包括用于使第一工作流体循环的第一工作回路，该第一工作回路包括由第一管线网络串联连接的以下元件：

2、-用于该工作流体的第一传递构件；

3、-包括第一热交换器的冷却单元，该第一热交换器包括第一热通道和第一冷通道，该第一热通道和该第一冷通道连接到该第一工作回路，该冷却单元还包括第二热交换器，该第二热交换器包括连接到该第一工作回路的第二热通道和连接到第一冷源的第二冷通道；

4、-第三热交换器，该第三热交换器包括第三热通道和第三冷通道；

5、-第一焦耳-汤姆孙膨胀装置；

6、-第一罐，该第一罐被配置成与要冷却的物体进行热交换。

7、根据本发明，该装置还包括热隔绝外壳，这些元件中的至少一些位于该热隔绝外壳内部，该第一传递构件处于该外壳外部。该第一工作回路还包括第一泵送构件，该第一泵送构件处于该外壳内部并且连接到该第一管线网络。

8、因此获得的是能够在不修改该第一传递构件的情况下使更大量的工作流体在该第二热交换器中循环的装置，从而允许对于给定的装置体积改善性能和/或使制冷装置小型化。

9、根据特定实施例，该第一管线网络被布置成连接：

10、-该传递构件的第一出口到该第一热通道的第一入口，该第一工作流体从该第一出口递送；

11、-该第一热通道的第二出口到该第二热通道的第二入口；

12、-该热通道的第三出口到该第三热通道的第三入口；

13、-该第三热通道(31)的第四出口到该第一膨胀装置的第四入口；

14、-该第一膨胀装置的第五出口到该第一罐的第五入口；

15、-该第一罐的第六出口到该第三冷通道的第六入口；

16、-该第三冷通道的第七出口到该第一传递构件的第八入口，该第一工作流体通过该第八入口被吸入；

17、该第一泵送构件处于该第六出口与该第八入口之间。

18、有利地，该第一泵送构件直接连接到该第八入口。

19、还有利地，该第一泵送构件处于该第七出口的下游。

20、当该装置包括第二焦耳-汤姆孙膨胀装置和第二罐时，改善了由该装置产生的最冷温度，该第二膨胀装置包括在该第三出口的下游与该第一回路处于流体连通的第十入口以及与该第二罐的第十一入口处于流体连通的第十出口，该第二罐包括与该第八入口处于流体连通的第十一出口，该第二罐还包括用于液相的工作流体的第一抽取口，该第一抽取口在该第三入口的上游与该第一回路处于流体连通。

21、当该装置包括第三焦耳-汤姆孙膨胀装置、第三罐和第五热交换器时，也改善了由该装置产生的最冷温度，该第五热交换器包括第五热通道和第五冷通道，该第三膨胀装置包括在该第三出口的下游与该第一回路处于流体连通的第十二入口以及与该第三罐的第十三入口处于流体连通的第十二出口，该第三罐包括与该第八入口处于流体连通的第十三出口，该第三分离罐还包括用于液相的工作流体的第二抽取口，该第二抽取口与该第五热通道的第十四入口处于流体连通，该第五热通道的第十四出口在该第三入口的上游与该第一回路处于流体连通，该第三冷通道的第十五入口和第十五出口在该第七出口的下游与该第一回路处于流体连通。

22、优选地，该制冷装置包括第六热交换器、第四焦耳-汤姆孙膨胀装置和第四罐，该第六热交换器包括第六热通道和第六冷通道，该第六热通道包括在该第一出口与该第三入口之间与该第一工作回路处于流体连通的第十六入口，并且该第六冷通道包括在该第五出口的下游与该第一工作回路处于流体连通的第十六出口。

23、有利地，该第一工作流体包含的氦-4的体积比例大于99.9％。

24、还有利地，该装置包括第二工作回路，该第二工作回路用于借助于第二传递构件和第二低温泵使第二工作流体循环，该第二工作回路包括与该第一罐进行热交换的至少一个第一管线部分。

25、优选地，该第二传递构件处于该外壳外部。当该第二回路包括与该第二罐进行热交换的至少一个第二管线部分时和/或当该第二工作回路还包括第五焦耳-汤姆孙膨胀装置时，获得显著的改善。该第二工作流体可以包含的氦-3的体积比例大于99.9％。

26、本发明还涉及一种使用如上所述的装置制冷的方法，该方法包括以下步骤：

27、–该第一工作流体的压缩；

28、–该第一工作流体的冷却；

29、–该第一工作流体的等焓膨胀；

30、–将该第一工作流体分离成第一液相和第二气相；

31、–该第一流体的加热；

32、–该第一流体的泵送。

33、另外，该第一工作流体的等焓膨胀的该步骤被执行的方式为，在该分离步骤之前，使该第一工作流体达到500毫开尔文与4.5开尔文之间的温度。

34、有利地，该方法包括以下步骤：

35、–该第二工作流体的压缩；

36、–该第二工作流体的冷却；

37、–该第二工作流体的等焓膨胀；

38、–将该第二工作流体分离成第一液相和第二气相；

39、–该第二流体的加热；

40、–该第二流体的泵送。

41、还有利地，该第二工作流体的等焓膨胀的该步骤被执行的方式为，在该分离步骤之前，使该第二工作流体达到300毫开尔文与700毫开尔文之间的温度。

42、通过阅读本发明的具体且非限制性的实施例的以下描述，本发明的进一步的特征和优点将变得清楚。