CN109210819A - 一种采用低温膜片泵驱动j-t循环的低温恒温器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用低温膜片泵驱动J‑T循环的低温恒温器，包括恒温器腔体，恒温器腔体的上端一侧设置有两级G‑M制冷机冷头，恒温器腔体的上端另一侧设置有低温膜片泵，两级G‑M制冷机冷头的中部位置设置有一级冷台，一级冷台的下端且位于两级G‑M制冷机冷头与低温膜片泵之间设置有一级换热器，一级换热器的下方设置有一级回热器，二级冷台的下端且位于二级冷屏内设置有二级换热器，二级换热器的下方且位于二级冷屏的内部设置有二级回热器，利用低温膜片泵代替传统的压缩机，可直接固定于恒温器腔体上，因而具有体积小、质量轻、集成度高等优点。
Description
技术领域
本发明涉及低温制冷领域，具体来说，涉及一种采用低温膜片泵驱动J-T循环的低温恒温器。
背景技术
目前，超导纳米线单光子探测器在越低的温度下，能获得更高的效率，目前SNSPD系统采用的低温恒温器主要以两级G-M制冷机作为冷源，最低仅能达到2.2K左右的温度。为获得更低的工作温度及更高的探测效率，需采用复合式制冷方式，比如两级G-M制冷机预冷J-T(焦耳-汤普逊节流制冷机(Joule-Thomson Cooler)节流制冷，但该系统在室温下需要多台压缩机串联作为回路驱动源，导致系统不可避免存在体积大、重量大、集成度低等缺点，这些问题将导致恒温器装配复杂，严重影响实际使用。
综上所述，恒温器装配复杂，体积大、重量大、集成度低的问题是目前急需解决的技术问题。
发明内容
本发明的技术任务是针对以上不足，提供一种采用低温膜片泵驱动J-T循环的低温恒温器，来解决恒温器装配复杂，体积大、重量大、集成度低的问题。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种采用低温膜片泵驱动J-T循环的低温恒温器，包括恒温器腔体，所述恒温器腔体的上端一侧设置有两级G-M制冷机冷头，所述恒温器腔体的上端另一侧设置有低温膜片泵，所述两级G-M制冷机冷头的中部位置设置有一级冷台，并且，所述低温膜片泵的下端与所述一级冷台的上端一侧连接，所述一级冷台的下端两侧设置有一级冷屏，所述两级G-M制冷机冷头的下端设置有二级冷台，所述二级冷台的下端设置有二级冷屏，所述一级冷台的下端且位于所述两级G-M制冷机冷头与所述低温膜片泵之间设置有一级换热器，所述一级换热器的下方设置有一级回热器，所述二级冷台的下端且位于所述二级冷屏内设置有二级换热器，所述二级换热器的下方且位于所述二级冷屏的内部设置有二级回热器，所述二级回热器的下方设置有J-T节流阀，所述J-T节流阀的一侧设置有蒸发器。
进一步，所述蒸发器的下端连接有光纤座平台。
进一步，所述一级冷台、所述二级冷台、所述光纤座平台、所述一级冷屏、所述二级冷屏、所述一级换热器、所述二级换热器、所述一级回热器、所述二级回热器的材质均为紫铜。
进一步，所述低温膜片泵驱动的J-T节流循环可分为高压侧和低压侧，按氦工质流动方向，高压侧依次通过所述低温膜片泵、所述一级换热器、所述一级回热器、所述二级换热器、所述二级回热器及所述J-T节流阀，经过所述J-T节流阀后进入低压侧，依次通过所述蒸发器、所述二级回热器、所述一级回热器，回到所述低温膜片泵内，形成循环回路。
进一步，所述一级冷屏与所述二级冷屏的外壁面均镀镍金。
进一步，所述J-T循环由低温膜片泵驱动，并由两级G-M制冷机冷头提供预冷。
本发明的一种采用低温膜片泵驱动J-T循环的低温恒温器和现有技术相比，具有以下有益效果：
1、利用低温膜片泵代替传统的压缩机，可直接固定于恒温器腔体上，因而具有体积小、质量轻、集成度高等优点；
2、采用的低温膜片泵直接工作在低温下，可减少J-T循环的回热器数量以及回热器导致的压力损失，在J-T节流阀两端压比相同时，降低对低温膜片泵两端压比的要求，易于实现；
3、采用两级G-M制冷机预冷低温膜片泵驱动的J-T循环，使低温膜片泵工作在60K左右，使节流前温度降至4.2K以下，光纤座平台温度最低可达2K以下，可实际用于提高超导纳米线单光子探测器的效率。
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他的附图。
图1是根据本发明实施例的一种采用低温膜片泵驱动J-T循环的低温恒温器结构示意图。
图中：
1、恒温器腔体；2、两级G-M制冷机冷头；3、低温膜片泵；4、一级冷台；5、一级冷屏；6、二级冷台；7、二级冷屏；8、一级换热器；9、一级回热器；10、二级换热器；11、二级回热器；12、J-T节流阀；13、蒸发器；14、光纤座平台。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“横向”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。另外，术语“包括”及其任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，根据本发明实施例的一种采用低温膜片泵驱动J-T循环的低温恒温器，包括恒温器腔体1，所述恒温器腔体1的上端一侧设置有两级G-M制冷机冷头2，所述恒温器腔体1的上端另一侧设置有低温膜片泵3，所述两级G-M制冷机冷头2的中部位置设置有一级冷台4，并且，所述低温膜片泵3的下端与所述一级冷台4的上端一侧连接，所述一级冷台4的下端设置有一级冷屏5，所述两级G-M制冷机冷头2的下端设置有二级冷台6，所述二级冷台6的下端设置有二级冷屏7，所述一级冷台4的下端且位于所述两级G-M制冷机冷头2与所述低温膜片泵3之间设置有一级换热器8，所述一级换热器8的下方设置有一级回热器9，所述二级冷台6的下端且位于所述二级冷屏7内设置有二级换热器10，所述二级换热器10的下方且位于所述二级冷屏7的内部设置有二级回热器11，所述二级回热器11的下方设置有J-T节流阀12，所述J-T节流阀12的一侧设置有蒸发器13，所述蒸发器13的下端连接有光纤座平台14，所述一级冷台4、所述二级冷台6、所述光纤座平台14、所述一级冷屏5、所述二级冷屏7、所述一级换热器8、所述二级换热器10、所述一级回热器9、所述二级回热器11的材质均为紫铜，所述低温膜片泵3驱动的J-T节流循环可分为高压侧和低压侧，按氦工质流动方向，高压侧依次通过所述低温膜片泵3、所述一级换热器8、所述一级回热器9、所述二级换热器10、所述二级回热器11及所述J-T节流阀12，经过所述J-T节流阀12后进入低压侧，依次通过所述蒸发器13、所述二级回热器11、所述一级回热器9，回到所述低温膜片泵3内，形成循环回路，所述一级冷屏5与所述二级冷屏7的外壁面均镀镍金，所述J-T循环由低温膜片泵3驱动，并由两级G-M制冷机冷头2提供预冷。
具体工作流程：利用低温膜片泵3替代压缩机，并直接固定在恒温器腔体1上，可减小系统体积，降低重量，提升恒温器集成度，还能减少回热器数量，减少回热器导致的压力损失，在J-T节流阀12两端压比相同时，降低对低温膜片泵3两端压比的要求，降低实现难度，低温膜片泵3优选压电式膜片泵，当其线圈内通上交流电时，线圈中心的柱状压电材料会产生高频伸缩形变，当一端固定时，另一端即可实现泵腔膨胀和压缩的高频动作，配合两个单向膜片阀，建立起压力梯度并驱动低温氦气工质进行循环流动，低温膜片泵3驱动的J-T循环需要两级G-M制冷机冷头2作为其预冷机构，一级冷台4在60K左右，为J-T循环的低温泵腔和一级换热器8提供冷量，而二级冷台6为J-T循环的二级换热器10提供冷量，最终使循环内的氦工质在节流前降低至J-T效应起效的温度，若节流后温度需达到2K以下，则要求节流前温度降低至7K以下，在操作时，一级冷台4和二级冷台6上分别固定有一级冷屏5和二级冷屏7，且冷屏的外壁面镀镍金，可有效降低辐射漏热，获得更低的工作温度。
综上所述，借助于本发明的上述技术方案，通过利用低温膜片泵3代替传统的压缩机，可直接固定于恒温器腔体1上，因而具有体积小、质量轻、集成度高等优点；采用的低温膜片泵3直接工作在低温下，可减少J-T循环的回热器数量以及回热器导致的压力损失，在J-T节流阀12两端压比相同时，降低对低温膜片泵3两端压比的要求，易于实现；采用两级G-M制冷机冷头2预冷低温膜片泵驱动的J-T循环，使低温膜片泵3工作在60K左右，使节流前温度降至4.2K以下，光纤座平台14温度最低可达2K以下，可实际用于提高超导纳米线单光子探测器的效率。
通过上面具体实施方式，所述技术领域的技术人员可容易的实现本发明。但是应当理解，本发明并不限于上述的具体实施方式。在公开的实施方式的基础上，所述技术领域的技术人员可任意组合不同的技术特征，从而实现不同的技术方案。
Claims (6)
1.一种采用低温膜片泵驱动J-T循环的低温恒温器，其特征在于，包括恒温器腔体(1)，所述恒温器腔体(1)的上端一侧设置有两级G-M制冷机冷头(2)，所述恒温器腔体(1)的上端另一侧设置有低温膜片泵(3)，所述两级G-M制冷机冷头(2)的中部位置设置有一级冷台(4)，并且，所述低温膜片泵(3)的下端与所述一级冷台(4)的上端一侧连接，所述一级冷台(4)的下端设置有一级冷屏(5)，所述两级G-M制冷机冷头(2)的下端设置有二级冷台(6)，所述二级冷台(6)的下端设置有二级冷屏(7)，所述一级冷台(4)的下端且位于所述两级G-M制冷机冷头(2)与所述低温膜片泵(3)之间设置有一级换热器(8)，所述一级换热器(8)的下方设置有一级回热器(9)，所述二级冷台(6)的下端且位于所述二级冷屏(7)内设置有二级换热器(10)，所述二级换热器(10)的下方且位于所述二级冷屏(7)的内部设置有二级回热器(11)，所述二级回热器(11)的下方设置有J-T节流阀(12)，所述J-T节流阀(12)的一侧设置有蒸发器(13)。
2.根据权利要求1所述的一种采用低温膜片泵驱动J-T循环的低温恒温器，其特征在于，所述蒸发器(13)的下端连接有光纤座平台(14)。
3.根据权利要求2所述的一种采用低温膜片泵驱动J-T循环的低温恒温器，其特征在于，所述一级冷台(4)、所述二级冷台(6)、所述光纤座平台(14)、所述一级冷屏(5)、所述二级冷屏(7)、所述一级换热器(8)、所述二级换热器(10)、所述一级回热器(9)、所述二级回热器(11)的材质均为紫铜。
4.根据权利要求1所述的一种采用低温膜片泵驱动J-T循环的低温恒温器，其特征在于，所述低温膜片泵(3)驱动的J-T节流循环可分为高压侧和低压侧，按氦工质流动方向，高压侧依次通过所述低温膜片泵(3)、所述一级换热器(8)、所述一级回热器(9)、所述二级换热器(10)、所述二级回热器(11)及所述J-T节流阀(12)，经过所述J-T节流阀(12)后进入低压侧，依次通过所述蒸发器(13)、所述二级回热器(11)、所述一级回热器(9)，回到所述低温膜片泵(3)内，形成循环回路。
5.根据权利要求1所述的一种采用低温膜片泵驱动J-T循环的低温恒温器，其特征在于，所述一级冷屏(5)与所述二级冷屏(7)的内外壁面均镀镍金。
6.根据权利要求1所述的一种采用低温膜片泵驱动J-T循环的低温恒温器，其特征在于，所述J-T循环由低温膜片泵(3)驱动，并由两级G-M制冷机冷头(2)提供预冷。
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| CN201811099351.7A CN109210819A (zh) | 2018-09-20 | 2018-09-20 | 一种采用低温膜片泵驱动j-t循环的低温恒温器 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111623552A (zh) * | 2020-07-28 | 2020-09-04 | 浙江赋同科技有限公司 | 一种采用吸附式制冷机的低温恒温器 |
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2018
- 2018-09-20 CN CN201811099351.7A patent/CN109210819A/zh not_active Withdrawn
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| CN111623552A (zh) * | 2020-07-28 | 2020-09-04 | 浙江赋同科技有限公司 | 一种采用吸附式制冷机的低温恒温器 |
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