CN101655428B - 基于g-m制冷机的冷却装置 - Google Patents
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Abstract
基于G-M制冷机的冷却装置，属于制冷设备，解决现有冷却装置使用液氦所导致的实验费用高的问题。本发明在G-M制冷机一级冷头和二级冷头外表面套有螺线管换热器，G-M制冷机二级冷头与氦冷凝器接触，螺线管换热器端部连通氦冷凝器的一端，螺线管换热器和氦冷凝器之外套有防辐射屏，防辐射屏上安装有冷阱，冷阱的一端穿过防辐射屏与螺线管换热器连通；防辐射屏和冷阱之外套有真空罩，真空罩内固定有样品室，氦冷凝器另一端通过液氦管和样品室连通；冷阱的另一端和外部氦气源连通；样品室通过管道连通固定在真空罩外的样品放置阀。本发明利用G-M制冷机作为冷源，通过冷凝的液氦在样品室发生气化相变，实现了冷却样品到液氦温度的效果。
Description
技术领域
本发明属于低温工程中的制冷设备，具体涉及一种利用G M制冷机通过氦气冷却样品的装置。
背景技术
G-M制冷循环是由吉福特(Gifford)和麦克马洪(Mcmahon)共同发明的，其原理是利用绝热气体放气制冷。目前G-M型制冷机已广泛应用于低温泵和冷却各种小型超导磁体，见陈登科、孙中章：“GM205制冷机的性能及其在低温泵上的使用”，发表于《真空与低温》杂志1991年03期；以及雷雯：“GM制冷机在磁共振成像低温恒温器中的应用”，发表于《低温工程》杂志1996年01期。在冷却低温泵泵头和小型超导磁体等应用中，一般使用制冷机冷头直接接触或者使用高导热率的材料作为热桥来实现冷却作用。
在脉冲强磁场科学实验中的实验样品冷却装置通常采用液氦冷却，但是由于液氦价格昂贵，使得脉冲强磁场下科学实验费用极高；而GM制冷机的运行费用低，且能冷却到液氦温度，因此如果能将GM制冷机应用在脉冲强磁场下的科学实验，将极大的减少实验费用。在脉冲强磁场的实验环境下，直接接触由于结构上不可行，而制作热桥的高导热率材料都有高导电率，在脉冲强磁场的环境下会产生涡流，涡流会引起热桥发热，因此直接接触和热桥都不能实现对样品的冷却。
发明内容
本发明提供一种基于G-M制冷机的冷却装置，解决现有实验样品冷却装置使用液氦所导致的实验费用高的问题，使用GM制冷机通过氦气冷却样品。
本发明的一种基于G-M制冷机的冷却装置，包括G-M制冷机，其特征在于：
所述G-M制冷机一级冷头和二级冷头外表面套有螺线管换热器，G-M制冷机二级冷头与氦冷凝器接触，螺线管换热器端部连通氦冷凝器的一端，螺线管换热器和氦冷凝器之外套有固定在G-M制冷机一级冷头上的防辐射屏，防辐射屏上安装有冷阱，冷阱的一端穿过防辐射屏与螺线管换热器连通；
防辐射屏和冷阱之外套有真空罩，真空罩通过法兰与G-M制冷机的密封法兰固定，真空罩内固定有样品室，氦冷凝器另一端通过穿过防辐射屏的液氦管和样品室连通；冷阱的另一端穿过真空罩和外部氦气源连通；样品室通过管道连通固定在真空罩外的样品放置阀。
所述的冷却装置，其特征在于：
所述螺线管换热器由缠绕在G-M制冷机一级冷头和二级冷头外表面上的不锈钢管构成。
本发明利用G-M制冷机作为冷源，G-M制冷机一级冷头上连接有一防辐射屏，并且在防辐射屏上安装有一冷阱，G-M制冷机的一级冷头和二级冷头之间有螺线管换热器，G-M制冷机的二级冷头上装有氦冷凝器，氦冷凝器与样品室通过液氦管连接，样品放置在样品室底部，一级冷头、防辐射屏和样品室均装于真空罩内，真空罩为其他装置提供真空绝热；氦气从入口管道进入冷阱被预冷，然后被预冷的氦气进入缠绕在G-M制冷机上的螺线管换热器被再次充分冷却，被冷却的氦气进入氦冷凝器冷凝成液氦，液氦通过液氦管流入到样品室内，在样品室内液氦受热气化，吸收热量，实现冷却样品到液氦温度的目的。
本发明直接利用G-M制冷机作为冷源，通过冷凝的液氦在样品室发生气化相变从而实现了冷却样品到液氦温度的效果，从而实现了在脉冲强磁场科学实验中不使用液氦也能达到冷却样品到液氦温度的目的。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图中标记：G-M制冷机1、真空罩2、防辐射屏3、螺线管换热器4、氦冷凝器5、液氦管6、样品室7、样品8、冷阱9、样品放置阀10、氦气入口11，法兰12，密封法兰13。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进一步说明。
本发明中：G-M制冷机1的一级冷头和二级冷头外表面套有螺线管换热器4，G-M制冷机二级冷头与氦冷凝器5接触，螺线管换热器4端部连通氦冷凝器5的一端，螺线管换热器4和氦冷凝器5之外套有固定在G-M制冷机一级冷头上的防辐射屏3，防辐射屏3上安装有冷阱9，冷阱9的一端穿过防辐射屏3与螺线管换热器4连通；防辐射屏3和冷阱9之外套有真空罩2，真空罩2通过法兰12与G-M制冷机的密封法兰13固定，真空罩2内固定有样品室7，氦冷凝器5另一端通过穿过防辐射屏3的液氦管6和样品室7连通；冷阱9的另一端穿过真空罩2和外部氦气源连通；样品室7通过管道连通固定在真空罩2外的样品放置阀10。
G-M制冷机采用1.5瓦、4K制冷机，冷阱和氦冷凝器均使用紫铜加工，防辐射屏采用紫铜加工并双面镀镍，真空罩与样品室采用不锈钢加工、样品放置阀可使用直通球阀。
Claims (2)
1.一种基于G-M制冷机的冷却装置，包括G-M制冷机，其特征在于：
所述G-M制冷机一级冷头和二级冷头外表面套有螺线管换热器，G-M制冷机二级冷头与氦冷凝器接触，螺线管换热器端部连通氦冷凝器的一端，螺线管换热器和氦冷凝器之外套有固定在G-M制冷机一级冷头上的防辐射屏，防辐射屏上安装有冷阱，冷阱的一端穿过防辐射屏与螺线管换热器连通；
防辐射屏和冷阱之外套有真空罩，真空罩通过法兰与G-M制冷机的密封法兰固定，真空罩内固定有样品室，氦冷凝器另一端通过穿过防辐射屏的液氦管和样品室连通；冷阱的另一端穿过真空罩和外部氦气源连通；样品室通过管道连通固定在真空罩外的样品放置阀；
氦气从入口管道进入冷阱被预冷，然后被预冷的氦气进入缠绕在G-M制冷机上的螺线管换热器被再次冷却，被冷却的氦气进入氦冷凝器冷凝成液氦，液氦通过液氦管流入样品室内，在样品室内液氦受热气化，吸收热量，冷却样品到液氦温度。
2.如权利要求1所述的冷却装置，其特征在于：
所述螺线管换热器由缠绕在G-M制冷机一级冷头和二级冷头外表面上的不锈钢管构成。
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