CN114877555B - 一种具有叶轮机械入口兑温管路的超流氦制冷机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有叶轮机械入口兑温管路的超流氦制冷机，包括压缩机组、冷箱、均设置于所述冷箱内的氦气预冷模块、低温吸附器组、多级透平膨胀机组、换热器组、过冷器、气液分离器、50～75K温区负载兑温管路、冷压缩机组和冷压缩机组入口兑温管路、以及设置于所述冷箱外的50～75K温区负载、4.5～75K温区负载和2K负载；所述超流氦制冷机通过在所述第一透平膨胀机组处设置50～75K温区负载兑温管路，和在所述冷压缩机组的进口侧设置冷压缩机组入口兑温管路的方式，使得进入所述第一透平膨胀机组和所述冷压缩机组的流体参数能够达到叶轮机械入口设计参数，从而使得透平膨胀机组和冷压缩机组等叶轮机械能运行在最佳工况，有利于提高超流氦制冷机的整机性能。

Description

一种具有叶轮机械入口兑温管路的超流氦制冷机

技术领域

本发明涉及超低温制冷技术领域，特别是涉及一种具有叶轮机械入口兑温管路的超流氦制冷机。

背景技术

超流氦具有非常高的热导率，远高于金属的导热性能，是铜的几千倍。由于超流氦具有优良的流动和传热性能，因此在很多应用场合，常用其冷却超导磁体。超流氦几乎无黏性，很容易渗透到磁体内部，迅速消除热扰动。使用超流氦冷却加速器和超导磁体能够提高稳定性，且能减少能量消耗和运行成本。

由于超流氦更低的温度、极小的粘度和高导热率等优点，目前利用超流氦建立了多种低温制冷系统和制冷机。超流氦制冷机一般包括一套4.5K氦低温系统和一套1.8/2K超流氦低温子系统，在制取液氦的同时制取超流氦。4.5K氦低温系统制取液氦，需要使用多组透平膨胀机串联或者并联降温。1.8/2K超流氦低温子系统制取超流氦，需要用到多组冷压缩机。透平膨胀机和冷压缩机都是叶轮机械，叶轮机械入口设计参数，即设计温度，设计压力和设计流量，在设计参数下工作叶轮机械才能达到最佳工况。比如，透平膨胀机的特性曲线，透平膨胀机的实际特性曲线与设计特性曲线符合的越好，其效率越高，透平膨胀机越能运行在最佳工况。冷压缩机运行更加复杂，冷压缩机的工作区域处于喘振线和堵塞线之间。多个冷压缩机串联，多个冷压缩机之间的耦合匹配是个复杂的问题。因此，透平膨胀机和冷压缩机等叶轮机械的控制对于超流氦制冷机的整机性能至关重要。

超流氦制冷机必须保证在低温系统2K工作模式、2K待机模式、4.5K待机模式，升降温模式等不同运行模式下都能够长期、稳定、可靠运行，且能够满足各种不同运行模式下的制冷量要求。然而，实际运行时，2K回流从用户负载到冷压缩机入口管道较长，需要考虑管道漏热，冷压缩机入口温度较高。超流氦制冷机具有多种工作模式，比如4.5K工作模式，2K待机模式，2K工作模式等，每种工作模式的2K负载回流的温度都不相同。50～75K温区负载回流也有相同的问题。因此现有的超流氦制冷机存在负载回流无法达到进入对应的叶轮机械比如透平膨胀机组或冷压缩机组的入口设计参数的情况，如此将会影响超流氦制冷机的整机性能。

发明内容

本发明的一目的是，提供一种具有叶轮机械入口兑温管路的超流氦制冷机，所述超流氦制冷机设计了50～75K温区负载兑温管路和冷压缩机组入口兑温管路，使得进入透平膨胀机组和冷压缩机组的流体参数达到叶轮机械入口设计参数，使得透平膨胀机组和冷压缩机组等叶轮机械能运行在最佳工况，有利于提高超流氦制冷机的整机性能。

本发明提供了一种具有叶轮机械入口兑温管路的超流氦制冷机，包括压缩机组、冷箱、均设置于所述冷箱内的氦气预冷模块、多级透平膨胀机组、换热器组、过冷器、气液分离器、50～75K温区负载兑温管路、冷压缩机组和冷压缩机组入口兑温管路、以及设置于所述冷箱外的50～75K温区负载、4.5～75K温区负载和2K负载；

所述压缩机组包括正压压缩机和负压压缩机，所述正压压缩机包括中压压缩机和高压压缩机，所述负压压缩机的出口和所述中压压缩机的出口均连接于所述高压压缩机的吸气口，所述高压压缩机的出口连接于所述冷箱的进口，所述高压压缩机排出的常温高压氦气经由所述冷箱的进口进入所述冷箱内；

所述氦气预冷模块设置在所述冷箱的进口侧，并位于所述多级透平膨胀机组之前，用于对进入所述冷箱的一部分常温高压氦气进行预冷；

所述多级透平膨胀机组包括第一透平膨胀机组、第二透平膨胀机组、第三透平膨胀机组以及第四透平膨胀机组，用于对进入所述冷箱的常温高压氦气进行多级冷却过程；

所述换热器组用于对进入所述冷箱的常温高压氦气进行多级换热过程；

所述超流氦制冷机包括高压主气路、中压回气路、低压回气路、负压回气路，所述高压主气路的进口连接于所述冷箱的进口，出口连接于所述过冷器的进口；所述中压回气路的进口连接于所述第二透平膨胀机组的出口，出口连接于所述高压压缩机的吸气口；所述低压回气路的进口连接于所述过冷器的气相出口，出口连接于所述中压压缩机的吸气口；所述负压回气路的进口连接于所述冷压缩机组的出口，出口连接于所述负压压缩机的吸气口；

所述过冷器的液相出口连接于所述4.5～75K温区负载的进口和所述气液分离器的进口，所述4.5～75K温区负载的出口连接于所述低压回气路，所述气液分离器的液相出口连接于所述2K负载，所述2K负载的出口和所述气液分离器的气相出口均连接于所述冷压缩机组入口兑温管路，所述冷压缩机组入口兑温管路设置在所述冷压缩机组的进口侧，用于调节进入所述冷压缩机组的氦气的温度；

所述50～75K温区负载兑温管路包括连接于所述高压主气路的50K氦气管路、连接于所述50K氦气管路和所述50～75K温区负载的进口的负载去流管路、连接于所述50K氦气管路的兑温管路、连接于50～75K温区负载的出口的回流管路、以及连接于所述回流管路、所述兑温管路以及所述第一透平膨胀机组的氦气通过管路，所述50K氦气管路设置有50K氦气管路调节阀，所述兑温管路设置有兑温管路调节阀和兑温管路加热器，所述回流管路设置有回流管路调节阀，其中所述兑温管路用于经由所述兑温管路调节阀和所述兑温管路加热器来调节所述回流管路中氦气的温度，使得经由所述氦气通过管路进入所述第一透平膨胀机组的氦气能够满足所述第一透平膨胀机组的进口温度和压力的要求；

其中所述高压压缩机经由所述冷箱的进口向所述冷箱排入常温高压氦气，所述常温高压氦气的一部分进入所述氦气预冷模块中预冷，预冷后的氦气与所述高压主气路的常温高压氦气汇合后，经由所述多级透平膨胀机组进行多级冷却过程和经由所述换热器组进行多级换热过程后，形成超临界氦；

所述超临界氦经由所述高压主气路进入所述过冷器中，气相进入所述低压回气路，一部分液相进入所述4.5～75K温区负载后回气到所述低压回气路，另一部分液相经节流后分为气液两相，液相进入所述气液分离器中积液，当所述气液分离器中液氦液位达到预设值时，所述冷压缩机组启动，将所述气液分离器中的氦气进行减压，从而形成2K饱和超流氦，2K饱和超流氦自所述气液分离器的液相出口流出至所述2K负载处；气相自所述气液分离器的气相出口排出，与所述2K负载的回气汇合，并经由所述冷压缩机组入口兑温管路兑温后进入所述冷压缩机组，兑温后的氦气经由所述冷压缩机组提压后进入所述负压回气路，经多级压降后形成负压氦气，负压氦气进入所述负压压缩机中压缩到中压，与来自所述中压压缩机排出的中压气体以及所述中压回气路的回气混合后，进入所述高压压缩机，至此完成一个氦气循环。

在本发明的一实施例中，所述换热器组包括连接于所述高压主气路、所述中压回气路、所述低压回气路以及所述负压回气路的并依次设置的第一级换热器、第二级换热器、第三级换热器、第四级换热器以及第五级换热器，还包括连接于所述高压主气路、所述中压回气路、所述低压回气路的第六级换热器，连接于所述高压主气路和所述低压回气路的第七级换热器和第八级换热器，以及连接于所述过冷器的液相出口、所述气液分离器的进口与气相出口和所述2K负载的出口的第九级换热器，其中所述气液分离器排出的氦气和所述2K负载的回气汇合后进入所述第九级换热器中进行换热，换热后的氦气经由所述冷压缩机组入口兑温管路兑温后进入所述冷压缩机组。

在本发明的一实施例中，所述冷压缩机组入口兑温管路包括管道兑温模块，所述管道兑温模块包括连接于所述低压回气路和所述冷压缩机组的进口的第一兑温管路和设置在所述第一兑温管路上的第一兑温调节阀。

在本发明的一实施例中，所述冷压缩机组入口兑温管路包括换热器兑温模块，所述换热器兑温模块包括连接于所述第九级换热器的出口以及所述冷压缩机组的进口的兑温换热器、连接于所述高压主气路和所述兑温换热器的进口的第二兑温管路、设置在所述第二兑温管路上的第二兑温调节阀、连接于所述兑温换热器的出口和所述高压主气路的第三兑温管路、以及设置在所述高压主气路上，并位于所述第二兑温管路和所述第三兑温管路之间的第三兑温调节阀。

在本发明的一实施例中，所述超流氦制冷机还包括低温吸附器组，所述低温吸附器组包括用于吸附氦气中的杂质气体的80K低温吸附器和20K低温吸附器，所述80K低温吸附器和所述20K低温吸附器均设置在所述高压主气路上，且所述80K低温吸附器位于所述第二级换热器和所述第三级换热器之间，所述20K低温吸附器位于所述第六级换热器和所述第七级换热器之间。

在本发明的一实施例中，所述80K低温吸附器为两个，两个所述80K低温吸附器并联，并切换使用。

在本发明的一实施例中，所述氦气预冷模块包括连接于所述高压主气路的氦气通路调节阀、连接于所述氦气通路调节阀的液氮预冷换热器、连接于所述液氮预冷换热器的液氮进口管路、以及设置于所述液氮进口管路的液氮进口调节阀，所述液氮预冷换热器的出口连接于所述高压主气路，并位于所述第二级换热器的出口和所述80K低温吸附器的入口之间，所述氦气预冷模块通过所述液氮进口管路通入的液氮对所述常温高压氦气进行预冷，并通过所述氦气通路调节阀调节进入所述液氮预冷换热器的氦气量，和通过所述液氮进口调节阀调节进入所述液氮预冷换热器的液氮量。

在本发明的一实施例中，所述氦气预冷模块包括由第一透平、第二透平、第三透平串联组成的预冷透平膨胀机组和设置在所述第一级换热器的出口和所述第一透平的进口之间的第一入口调节阀，所述预冷透平膨胀机组的出口连接于所述中压回气路。

在本发明的一实施例中，所述第一透平膨胀机组包括串联设置的第四透平和第五透平，以及设置在所述第三级换热器的出口和所述第四透平的进口之间的第二入口调节阀，所述第四透平的进口连接于所述50～75K温区负载兑温管路的所述氦气通过管路，所述第五透平的出口连接于所述中压回气路。

在本发明的一实施例中，所述第二透平膨胀机组包括串联设置的第六透平和第七透平，以及设置在所述第五级换热器的出口和所述第六透平的进口之间的第三入口调节阀，所述第七透平的出口连接所述中压回气路。

在本发明的一实施例中，所述第三透平膨胀机组包括串联设置的第八透平和第九透平，以及设置在所述20K低温吸附器的出口和所述第八透平的进口之间的第四入口调节阀，所述第九透平的出口连接于所述低压回气路。

在本发明的一实施例中，所述第四透平膨胀机组包括第十透平、设置在所述第七级换热器的出口和所述第十透平的进口之间的第五入口调节阀以及设置在所述高压主气路上，并位于所述第七级换热器和所述第八级换热器之间的末级透平旁通阀，所述第十透平的出口连接于所述高压主气路。

在本发明的一实施例中，所述高压主气路和所述过冷器之间还设置有节流阀组，所述节流阀组包括并联设置的第一节流阀和第二节流阀，所述过冷器的气相出口和所述低压回气路之间还设置有回气阀，所述第九级换热器和所述气液分离器的进口之间还设置有第三节流阀；

其中所述高压主气路输出的一部分超临界氦经过所述第一节流阀节流为气液两相，液相在所述过冷器中积液，气相通过所述回气阀进入所述低压回气路；另一部分超临界氦经所述第二节流阀节流后进入所述过冷器中，被所述过冷器积液的液氦过冷形成过冷超临界氦，过冷超临界氦自所述过冷器流出，一部分供给所述4.5～75K温区负载，另一部分进入所述第九级换热器，经过所述第三节流阀节流为气液两相，液相在所述气液分离器中积液，气相自所述气液分离器的气相出口排出，与所述2K负载的回气汇合进入所述第九级换热器中换热，换热后的氦气经所述冷压缩机组入口兑温管路兑温后进入所述冷压缩机组。

在本发明的一实施例中，所述冷压缩机组包括串联设置的第六入口调节阀、第一冷压缩机、第二冷压缩机、第三冷压缩机、第四冷压缩机以及第一出口调节阀，所述超流氦制冷机还包括并联于所述冷压缩机组的冷压缩机组旁通管路和设置于所述冷压缩机组旁通管路上的旁路调节阀。

在本发明的一实施例中，所述超流氦制冷机还包括连接于所述第四透平膨胀机组的出口和所述低压回气路的冷箱旁通管路和设置在所述冷箱旁通管路上的冷箱旁通阀。

在本发明的一实施例中，所述超流氦制冷机还包括气体管理面板，所述气体管理面板包括连接于所述高压主气路和所述中压回气路的中压旁通阀、连接所述高压主气路和所述低压回气路的低压旁通阀、连接于所述低压回气路和所述高压主气路的加载阀与缓冲罐卸载阀、以及连接于所述加载阀和所述缓冲罐卸载阀之间的缓冲罐。

在本发明的一实施例中，所述超流氦制冷机还包括设置在所述负压压缩机和所述高压压缩机之间的单向阀，所述单向阀用于防止所述负压压缩机的出口氦气逆流。

本发明的所述超流氦制冷机包括压缩机组、冷箱、均设置于所述冷箱内的氦气预冷模块、多级透平膨胀机组、换热器组、过冷器、气液分离器、50～75K温区负载兑温管路、冷压缩机组和冷压缩机组入口兑温管路、以及设置于所述冷箱外的50～75K温区负载、4.5～75K温区负载和2K负载；所述超流氦制冷机通过在所述第一透平膨胀机组处设置50～75K温区负载兑温管路，和在所述冷压缩机组的进口侧设置冷压缩机组入口兑温管路的方式，使得进入所述第一透平膨胀机组和所述冷压缩机组的流体参数能够达到叶轮机械入口设计参数，从而使得透平膨胀机组和冷压缩机组等叶轮机械能运行在最佳工况，有利于提高超流氦制冷机的整机性能。

通过对随后的描述和附图的理解，本发明进一步的目的和优势将得以充分体现。

附图说明

图1为本发明的一优选实施例的所述超流氦制冷机的结构示意图，其中箭头方向代表流体流动方向。

附图标号说明：中压压缩机1；高压压缩机2；负压压缩机3；单向阀4；中压旁通阀5；低压旁通阀6；缓冲罐卸载阀7；缓冲罐8；加载阀9；冷箱10；冷箱旁通管路11；冷箱旁通阀12；第一节流阀13；第二节流阀14；回气阀15；第三节流阀16；

高压主气路21；中压回气路22；低压回气路23；负压回气路24；

氦气通路调节阀30；液氮预冷换热器31；液氮进口管路32；液氮进口调节阀33；第一透平34；第二透平35；第三透平36；第一入口调节阀37；

80K低温吸附器38；20K低温吸附器39；

第四透平40；第五透平41；第二入口调节阀42；第六透平43；第七透平44；第三入口调节阀45；第八透平46；第九透平47；第四入口调节阀48；第十透平49；第五入口调节阀50；末级透平旁通阀51；

50K氦气管路60；50K氦气管路调节阀61；负载去流管路62；兑温管路63；兑温管路调节阀64；兑温管路加热器65；回流管路66；氦气通过管路67；第一透平膨胀机组的进口管路68；回流管路调节阀69；

第六入口调节阀70；第一冷压缩机71；第二冷压缩机72；第三冷压缩机73；第四冷压缩机74；第一出口调节阀75；冷压缩机组旁通管路76；旁路调节阀77；第一兑温管路81；第一兑温调节阀82；兑温换热器83；第二兑温管路84；第二兑温调节阀85；第三兑温管路86；第三兑温调节阀87；

第一级换热器91、第二级换热器92、第三级换热器93、第四级换热器94；第五级换热器95；第六级换热器96；第七级换热器97；第八级换热器98；第九级换热器99；

50～75K温区负载101；4.5～75K温区负载102；2K负载103；过冷器104；气液分离器105。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、形变方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。

本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“竖向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其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，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，根据本发明的一优选实施例的一种具有叶轮机械入口兑温管路的超流氦制冷机的具体结构及其工作流程被具体阐明。

如图1所示，所述超流氦制冷机包括压缩机组、冷箱10、均设置于所述冷箱10内的氦气预冷模块、多级透平膨胀机组、换热器组、过冷器104、气液分离器105、50～75K温区负载兑温管路、冷压缩机组和冷压缩机组入口兑温管路、以及设置于所述冷箱10外的50～75K温区负载101、4.5～75K温区负载102和2K负载103。

具体地，所述压缩机组包括正压压缩机和负压压缩机3，所述正压压缩机包括中压压缩机1和高压压缩机2，所述负压压缩机3的出口和所述中压压缩机1的出口均连接于所述高压压缩机2的吸气口，所述高压压缩机2的出口连接于所述冷箱10的进口，所述高压压缩机2排出的常温高压氦气经由所述冷箱10的进口进入所述冷箱10内，所述冷压缩机组的出口连接于所述负压压缩机3的吸气口，所述负压压缩机3用于将所述冷压缩机组送来的超流氦负压回气压缩到中压。

具体地，所述氦气预冷模块设置在所述冷箱10的进口侧，并位于所述多级透平膨胀机组之前，用于对进入所述冷箱10的一部分常温高压氦气进行预冷。

具体地，所述多级透平膨胀机组包括第一透平膨胀机组、第二透平膨胀机组、第三透平膨胀机组以及第四透平膨胀机组，用于对进入所述冷箱10的常温高压氦气进行多级冷却过程。

具体地，所述超流氦制冷机包括高压主气路21、中压回气路22、低压回气路23、负压回气路24，所述高压主气路21的进口连接于所述冷箱10的进口，出口连接于所述过冷器104的进口；所述中压回气路22的进口连接于所述第二透平膨胀机组的出口，出口连接于所述高压压缩机2的吸气口；所述低压回气路23的进口连接于所述过冷器104的气相出口，出口连接于所述中压压缩机1的吸气口；所述负压回气路24的进口连接于所述冷压缩机组的出口，出口连接于所述负压压缩机3的吸气口。

具体地，所述换热器组包括依次设置的第一级换热器91、第二级换热器92、第三级换热器93、第四级换热器94以及第五级换热器95、第六级换热器96、第七级换热器97、第八级换热器98以及第九级换热器99，用于对进入所述冷箱10的常温高压氦气进行多级换热过程。

更具体地，所述第一级换热器91、所述第二级换热器92、所述第三级换热器93、所述第四级换热器94以及所述第五级换热器95连接于所述高压主气路21、所述中压回气路22、所述低压回气路23以及所述负压回气路24；所述第六级换热器96连接于所述高压主气路21、所述中压回气路22、所述低压回气路23；所述第七级换热器97和所述第八级换热器98连接于所述高压主气路21和所述低压回气路23；所述第九级换热器99连接于所述过冷器104的液相出口、所述气液分离器105的进口与气相出口和所述2K负载103的出口，其中所述气液分离器105排出的氦气和所述2K负载103的回气汇合后进入所述第九级换热器99中进行换热，换热后的氦气经由所述冷压缩机组入口兑温管路兑温后进入所述冷压缩机组。

具体地，所述过冷器104的液相出口连接于所述4.5～75K温区负载102的进口和所述气液分离器105的进口，所述4.5～75K温区负载102的出口连接于所述低压回气路23，所述气液分离器105的液相出口连接于所述2K负载103，所述2K负载103的出口和所述气液分离器105的气相出口均连接于所述冷压缩机组入口兑温管路，所述冷压缩机组入口兑温管路设置在所述冷压缩机组的进口侧，用于调节进入所述冷压缩机组的氦气的温度，使得进入所述冷压缩机组的流体参数能够达到叶轮机械入口设计参数，从而使得所述冷压缩机组能够运行在最佳工况，有利于提高超流氦制冷机的整机性能。

具体地，所述冷压缩机组包括串联设置的第六入口调节阀70、第一冷压缩机71、第二冷压缩机72、第三冷压缩机73、第四冷压缩机74以及第一出口调节阀75，所述超流氦制冷机还包括并联于所述冷压缩机组的冷压缩机组旁通管路76和设置于所述冷压缩机组旁通管路76上的旁路调节阀77。

在本发明的一实施例中，所述冷压缩机组入口兑温管路包括管道兑温模块，所述管道兑温模块包括连接于所述低压回气路23和所述冷压缩机组的进口的第一兑温管路81和设置在所述第一兑温管路81上的第一兑温调节阀82。

可以理解的是，管道兑温是所述冷压缩机组进口兑温的一种方式，采用所述第一兑温管路81直接兑温，能够快速实现兑温效果，同时为了避免影响所述冷压缩机组的入口流量和避免增加所述冷压缩机组的调控复杂程度，本发明将所述第一兑温管路81引自所述超流氦制冷机的低压侧，即将所述第一兑温管路81的进口连接于所述低压回气路23，出口连接于所述冷压缩机组的进口，以此使得所述冷压缩机组的入口流量变化较为舒缓，而且所述管道兑温模块的整体结构简单，能够避免增加所述冷压缩机组的调控复杂程度。

在本发明的另一实施例中，所述冷压缩机组入口兑温管路包括换热器兑温模块，所述换热器兑温模块包括连接于所述第九级换热器99的出口以及所述冷压缩机组的进口的兑温换热器83、连接于所述高压主气路21和所述兑温换热器83的进口的第二兑温管路84、设置在所述第二兑温管路84上的第二兑温调节阀85、连接于所述兑温换热器83的出口和所述高压主气路21的第三兑温管路86、以及设置在所述高压主气路21上，并位于所述第二兑温管路84和所述第三兑温管路86之间的第三兑温调节阀87。

可以理解的是，换热器兑温是所述冷压缩机组进口兑温的另一种方式，采用换热器兑温方式，由于所述兑温换热器83的热容较大，与采用管道兑温的方式相比，换热器兑温较缓慢，但换热器兑温只会影响所述冷压缩机组的入口温度，不会影响所述冷压缩机组的入口流量。

应该理解的是，所述超流氦制冷机可以单独设置所述管道兑温模块或所述换热器兑温模块，也可以同时设置有两种兑温模块，优选地，在本发明的这一优选实施例中，所述冷压缩机组入口兑温管路包括所述管道兑温模块和所述换热器兑温模块，即所述超流氦制冷机设置有两种兑温模块。在所述超流氦制冷机运行时，这两种兑温方式可以选择使用，也可以结合使用。比如先使用管道兑温，同时控制所述换热器兑温模块的所述第二兑温调节阀85小开度地慢慢开启，等到所述兑温换热器83的出口温度达到目标温度时，关闭所述管道兑温模块，切换至采用换热器兑温方式，本发明对此不作限制。

可以理解的是，超流氦制冷机对外部负载提供多温区冷量，比如50～75K温区负载，4.5～75K温区负载，2K负载等。50～75K温区负载回流管路流体与制冷机75K的氦气混合，进入第一透平膨胀机组，进行再次膨胀。50～75K温区负载回流的流体是否能达到第一透平膨胀机组的入口设计参数影响到第一透平膨胀机组能否运行在设计工况，达到最佳工况。

因此，特别地，本发明在所述第一透平膨胀机组处设置有所述50～75K温区负载兑温管路，通过所述50～75K温区负载兑温管路对进入所述第一透平膨胀机组前的氦气进行兑温，确保进入所述第一透平膨胀机组的流体参数能够达到叶轮机械入口设计参数，从而使得所述多级透平膨胀机组能够运行在最佳工况，有利于提高超流氦制冷机的整机性能。

具体地，所述50～75K温区负载兑温管路包括连接于所述高压主气路21的50K氦气管路60、连接于所述50K氦气管路60和所述50～75K温区负载101的进口的负载去流管路62、连接于所述50K氦气管路60的兑温管路63、连接于50～75K温区负载101的出口的回流管路66、以及连接于所述回流管路66、所述兑温管路63以及所述第一透平膨胀机组的氦气通过管路67，所述50K氦气管路60设置有50K氦气管路调节阀61，所述兑温管路63设置有兑温管路调节阀64和兑温管路加热器65，所述回流管路66设置有回流管路调节阀69，其中所述兑温管路63用于经由所述兑温管路调节阀64和所述兑温管路加热器65来调节所述回流管路66中氦气的温度，使得经由所述氦气通过管路67进入所述第一透平膨胀机组的氦气能够满足所述第一透平膨胀机组的进口温度和压力的要求。

值得一提的是，所述50K氦气管路60与所述高压主气路21的连接处位于所述第四级换热器94和所述第五级换热器95之间。

所述50～75K温区负载兑温管路的工作原理为：当所述回流管路66中的氦气温度过高时，所述兑温管路63中的50K冷流体直接与所述回流管路66中的热流体兑温，目标参数是所述第一透平膨胀机组的第四透平40的入口设计温度和设计压力。兑温完成后的氦气通过所述氦气通过管路67和连接于所述高压主气路21的所述第一透平膨胀机组的进口管路68的75K氦气混合，进入所述第一透平膨胀机组进行再次膨胀。当所述回流管路66中的氦气温度过低时，所述兑温管路63中的所述兑温管路加热器65启动，加热所述兑温管路63中的氦气，被加热后的热氦气和所述回流管路66中的回流冷氦气兑温，兑温完成后的氦气通过所述氦气通过管路67和来自所述第一透平膨胀机组的进口管路68的75K氦气混合，进入所述第一透平膨胀机组进行再次膨胀。

可以理解的是，50～75K温区负载兑温管路设计使得50～75K温区负载101回流管路66中的氦气参数能够达到所述第四透平40入口设计参数(设计温度，设计压力)的要求，从而使得所述第一透平膨胀机组能够运行在设计工况，达到最佳工况点，有助于提高所述超流氦制冷机的整机性能。

进一步地，所述超流氦制冷机还包括低温吸附器组，所述低温吸附器组包括用于吸附氦气中的氧气，氮气，烃类等杂质气体的80K低温吸附器38和吸附氦气中的氢气、氖气等杂质气体的20K低温吸附器39，所述80K低温吸附器38和所述20K低温吸附器39均设置在所述高压主气路21上，且所述80K低温吸附器38位于所述第二级换热器92和所述第三级换热器93之间，所述20K低温吸附器39位于所述第六级换热器96和所述第七级换热器97之间。

在本发明的这一具体实施例中，所述80K低温吸附器38为两个，两个所述80K低温吸附器38并联，并切换使用，也就是说，其中一个所述80K低温吸附器38工作时，另一个所述80K低温吸附器38可同时再生。所述80K低温吸附器38用于吸附氦气中的杂质气体，如氧气，氮气，烃类等。

所述20K低温吸附器39用于吸附氦气中的杂质气体，比如氢气、氖气等杂质气体。

可以理解的是，本发明的所述超流氦制冷机也可以在所述高压主气路21上的其他位置设置对应温度的低温吸附器，并不局限于80K低温吸附器38和20K低温吸附器39，而且所述20K低温吸附器39也可以采用两个并联的结构，本发明对此不作限制。

进一步地，本发明的所述超流氦制冷机可以采用液氮预冷或透平膨胀冷却的方式对所述高压压缩机2排入所述冷箱10中的常温高压氦气进行预冷。

具体地，在本发明的一实施例中，所述氦气预冷模块为液氮预冷装置，所述液氮预冷装置包括连接于所述高压主气路21的氦气通路调节阀30、连接于所述氦气通路调节阀30的液氮预冷换热器31、连接于所述液氮预冷换热器31的液氮进口管路32、以及设置于所述液氮进口管路32的液氮进口调节阀33，所述液氮预冷换热器31的出口连接于所述高压主气路21，并位于所述第二级换热器92的出口和所述80K低温吸附器38的入口之间，所述氦气预冷模块通过所述液氮进口管路32通入的液氮对所述常温高压氦气进行预冷，并通过所述氦气通路调节阀30调节进入所述液氮预冷换热器31的氦气量，和通过所述液氮进口调节阀33调节进入所述液氮预冷换热器31的液氮量。

在本发明的一实施例中，所述氦气预冷模块为透平膨胀预冷装置，所述透平膨胀预冷装置包括由第一透平34、第二透平35、第三透平36串联组成的预冷透平膨胀机组和设置在所述第一级换热器91的出口和所述第一透平34的进口之间的第一入口调节阀37，所述预冷透平膨胀机组的出口连接于所述中压回气路22。

可以理解的是，所述超流氦制冷机采用由三个透平膨胀机串联组成的所述预冷透平膨胀机组将常温高压氦气预冷到80K。采用所述预冷透平膨胀机组进行预冷，可以使得所述超流氦制冷机能够适用于没有液氮或者是不适合采用液氮预冷的场合，例如在所述超流氦制冷机用于冷却隧道中的超导磁体和加速器时，因为隧道是封闭空间，采用液氮预冷时，如果氮气泄漏，因为氮气密度和空气密度相差不大，容易使得隧道中的工作人员窒息。

应该理解的是，本发明的所述超流氦制冷机优选设置有所述液氮预冷装置和所述预冷透平膨胀机组，在使用时可以选择使用任一种预冷模块，即在采用所述预冷透平膨胀机组进行预冷时，所述超流氦制冷机还可以给液氮预冷预留接口，本发明对此不作限制。通过设置两种预冷模块的方式，能够使得所述超流氦制冷机适用于多种应用场合，有利于扩大所述超流氦制冷机的适用范围。

值得一提的是，在本发明的这一具体实施例中，所述预冷透平膨胀机组将氦气自300K预冷到80K。

进一步地，所述多级透平膨胀机组的具体结构如下：

所述第一透平膨胀机组包括串联设置的第四透平40和第五透平41，以及设置在所述第三级换热器93的出口和所述第四透平40的进口之间的第二入口调节阀42，所述第四透平40的进口连接于所述50～75K温区负载兑温管路的所述氦气通过管路67，所述第五透平41的出口连接于所述中压回气路22，所述第一透平膨胀机组将氦气自75K冷却到50K。所述50～75K温区负载101的回流气体和所述第一透平膨胀机组的进口管路68的75K氦气混合后进入所述第一透平膨胀机组进行再次膨胀。

所述第二透平膨胀机组包括串联设置的第六透平43和第七透平44，以及设置在所述第五级换热器95的出口和所述第六透平43的进口之间的第三入口调节阀45，所述第七透平44的出口连接所述中压回气路22，所述第二透平膨胀机组将氦气自23K冷却到15K。

所述第三透平膨胀机组包括串联设置的第八透平46和第九透平47，以及设置在所述20K低温吸附器39的出口和所述第八透平46的进口之间的第四入口调节阀48，所述第九透平47的出口连接于所述低压回气路23，所述第三透平膨胀机组将氦气自14K冷却到6K。

所述第四透平膨胀机组包括第十透平49、设置在所述第七级换热器97的出口和所述第十透平49的进口之间的第五入口调节阀50以及设置在所述高压主气路21上，并位于所述第七级换热器97和所述第八级换热器98之间的末级透平旁通阀51，所述第十透平49的出口连接于所述高压主气路21。在这一具体实施例中，所述第四透平膨胀机组为末级透平膨胀机组，经第四透平膨胀机组冷却后的氦气进入所述第八级换热器98中换热后，形成5.3K的超临界氦。

值得一提的是，所述超流氦制冷机还包括连接于所述第四透平膨胀机组的出口和所述低压回气路23的冷箱旁通管路11和设置在所述冷箱旁通管路11上的冷箱旁通阀12，所述冷箱旁通阀12用于实现所述超流氦制冷机4K部分降温时的调控作用。

此外，还值得一提的是，所述高压主气路21和所述过冷器104之间还设置有节流阀组，所述节流阀组包括并联设置的第一节流阀13和第二节流阀14，所述过冷器104的气相出口和所述低压回气路23之间还设置有回气阀15，所述第九级换热器99和所述气液分离器105的进口之间还设置有第三节流阀16；

其中所述高压主气路21输出的一部分超临界氦经过所述第一节流阀13节流为气液两相，液相在所述过冷器104中积液，气相通过所述回气阀15进入所述低压回气路23；另一部分超临界氦经所述第二节流阀14节流后进入所述过冷器104中，被所述过冷器104积液的液氦过冷形成过冷超临界氦，过冷超临界氦自所述过冷器104流出，一部分供给所述4.5～75K温区负载102，另一部分进入所述第九级换热器99，经过所述第三节流阀16节流为气液两相，液相在所述气液分离器105中积液，气相自所述气液分离器105的气相出口排出，与所述2K负载103的回气汇合进入所述第九级换热器99中换热，换热后的氦气经所述冷压缩机组入口兑温管路兑温后进入所述冷压缩机组。

可以理解的是，在这一具体实施例中，所述过冷器104为氦过冷器，所述气液分离器105为2K气液分离器。

进一步地，所述超流氦制冷机还包括气体管理面板，所述气体管理面板用于调节控制所述中压压缩机1和所述高压压缩机2的进出口压力，包括连接于所述高压主气路21和所述中压回气路22的中压旁通阀5、连接所述高压主气路21和所述低压回气路23的低压旁通阀6、连接于所述低压回气路23和所述高压主气路21的加载阀9与缓冲罐卸载阀7、以及连接于所述加载阀9和所述缓冲罐卸载阀7之间的缓冲罐8。

值得一提的是，所述超流氦制冷机还包括设置在所述负压压缩机3和所述高压压缩机2之间的单向阀4，所述单向阀4用于防止所述负压压缩机3的出口氦气逆流。

所述超流氦制冷机的工作流程如下：

(1)所述高压压缩机2排出的常温高压氦气进入所述冷箱10；

(2)进入所述冷箱10的所述常温高压氦气分出一小部分进入所述液氮预冷换热器31被液氮预冷到80K(液氮预冷)。或者进入所述冷箱10的所述常温高压氦气经过所述第一级换热器91被返流冷氦气冷却到一定温度后，分出一股流体进入所述预冷透平膨胀机组，被所述预冷透平膨胀机组预冷到80K(透平膨胀机组预冷)。所述预冷透平膨胀机组出口回气到中压，逆流经过所述第二级换热器92和所述第一级换热器91，进入所述高压压缩机2的吸气口。值得一提的是，液氮预冷和预冷透平膨胀机组预冷二选一，不能同时进行；

(3)其余高压主气路21的氦气被预冷后进入所述80K低温吸附器38去除氦气中的杂质气体如氧气，氮气和烃类等杂质气体后，经过所述第三级换热器93被返流冷氦气冷却，一部分氦气经过所述第一透平膨胀机组的进口管路68进入所述第一透平膨胀机组，自75K冷却到50K。所述第一透平膨胀机组的出口气体回气到中压，逆流经过所述第四级换热器94、所述第三级换热器93、所述第二级换热器92以及所述第一级换热器91后，进入所述高压压缩机2的吸气口；另一部分氦气经过所述第四级换热器94换热后，形成50K氦气，一部分50K氦气经过所述50K氦气管路60后分为两股，一股进入所述负载去流管路62被送往所述50～75K温区负载101处，一股进入所述兑温管路63与所述回流管路66中的氦气进行兑温。兑温完成后的氦气进入所述氦气通过管路67，与所述第一透平膨胀机组的进口管路68处来的75K氦气混合后重新进入所述第一透平膨胀机组进行再次膨胀；

(4)高压主气路21的气体经过所述第五级换热器95后，一部分进入所述第二透平膨胀机组，自23K被冷却到15K，所述第二透平膨胀机组的出口氦气回气到中压，逆流经过所述第六级换热器96、所述第五级换热器95、所述第四级换热器94、所述第三级换热器93、所述第二级换热器92以及所述第一级换热器91后，进入所述高压压缩机2的吸气口；

(5)剩余高压主气路21的气体经过所述第六级换热器96后，进入20K低温吸附器39去除氦气中的杂质气体比如氢气，氖气等，除杂后的一部分氦气进入所述第三透平膨胀机组，自14K冷却到6K，所述第三透平膨胀机组的出口气体回气到低压，逆流经过所述第七级换热器97、所述第六级换热器96、所述第五级换热器95、所述第四级换热器94、所述第三级换热器93、所述第二级换热器92以及所述第一级换热器91后，进入所述中压压缩机1的吸气口；

(6)除杂后的另一部分氦气经过所述第七级换热器97后，经过所述第四透平膨胀机组后进入所述第八级换热器98与回流冷氦气换热，之后的高压主气路21氦气到达超临界状态。5.3K的超临界氦气分成两部分，一部分超临界氦气经过所述第一节流阀13节流为气液两相，液相在所述过冷器104中积液，气相通过所述回气阀15回气到所述低压回气路23。另一部分5.3K的超临界氦气经过所述第二节流阀14节流后进入所述过冷器104，被所述过冷器104中积液的液氦过冷成为4.5K@3bara过冷超临界氦。过冷超临界氦自所述过冷器104的液相出口流出，分出一小部分供给所述4.5～75K温区负载102，所述4.5～75K温区负载102的回气进入所述低压回气路23。其余大部分过冷超临界氦进入所述第九级换热器99，经过所述第三节流阀16节流为气液两相，液相在所述气液分离器105中积液，气相自所述气液分离器105的气相出口回气，逆流经过所述第九级换热器99后进入所述冷压缩机组。所述气液分离器105内液氦液位未到一定值时，回气氦气自所述冷压缩机组旁通管路76和所述旁路调节阀77回到所述第五级换热器95的负压回气端；

(7)当所述气液分离器105内液氦液位达到一定值时，所述冷压缩机组启动，将所述气液分离器105中的氦气减压至超流氦饱和压力0.03bar，从而在所述气液分离器105中形成2K饱和超流氦。2K饱和超流氦自所述气液分离器105的液相出口流出，送往所述2K负载103处。所述2K负载103的回气和所述气液分离器105的气相出口的回气混合，返流经过所述第九级换热器99后，经过所述冷压缩机组入口兑温管路兑温后进入所述冷压缩机组；

(8)所述冷压缩机组将下游管道氦气压力自0.03bar提高到0.5bar。0.5bar的负压氦气依次进入所述第五级换热器95、所述第四级换热器94、所述第三级换热器93、所述第二级换热器92以及所述第一级换热器91的负压通道，层层压降后成为0.4bar的负压氦气，进入所述负压压缩机3的吸气口。所述负压压缩机3将0.4bar负压氦气压缩到中压4.05bar，与来自所述中压压缩机1出口的中压气体以及所述中压回气路22来的回气混合，一起送入所述高压压缩机2的吸气口处，完成一个氦气循环。

总的来讲，本发明的所述超流氦制冷机在所述第一透平膨胀机组处设置了50～75K温区负载兑温管路，并在所述冷压缩机组的进口侧设置冷压缩机组入口兑温管路，使得进入所述第一透平膨胀机组和所述冷压缩机组的流体参数能够达到叶轮机械入口设计参数，从而使得透平膨胀机组和冷压缩机组等叶轮机械能运行在最佳工况，有利于提高超流氦制冷机的整机性能，进而确保所述超流氦制冷机能够在2K工作模式、2K待机模式、4.5K待机模式，升降温模式等不同运行模式下都能够长期、稳定、可靠运行，且能够满足各种不同运行模式下的制冷量要求。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本发明的优选的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (17)

1.一种具有叶轮机械入口兑温管路的超流氦制冷机，其特征在于，包括压缩机组、冷箱、氦气预冷模块、多级透平膨胀机组、换热器组、过冷器、气液分离器、50~75K温区负载兑温管路、冷压缩机组、冷压缩机组入口兑温管路、50~75K温区负载、4.5~75K温区负载和2K负载，其中所述氦气预冷模块、所述多级透平膨胀机组、所述换热器组、所述过冷器、所述气液分离器、所述50~75K温区负载兑温管路、所述冷压缩机组和所述冷压缩机组入口兑温管路均设置在所述冷箱内，所述50~75K温区负载、所述4.5~75K温区负载和所述2K负载均设置在所述冷箱外；

所述压缩机组包括正压压缩机和负压压缩机，所述正压压缩机包括中压压缩机和高压压缩机，所述负压压缩机的出口和所述中压压缩机的出口均连接于所述高压压缩机的吸气口，所述高压压缩机的出口连接于所述冷箱的进口，所述高压压缩机排出的常温高压氦气经由所述冷箱的进口进入所述冷箱内；

所述氦气预冷模块设置在所述冷箱的进口侧，并位于所述多级透平膨胀机组之前，用于对进入所述冷箱的一部分常温高压氦气进行预冷；

所述多级透平膨胀机组包括第一透平膨胀机组、第二透平膨胀机组、第三透平膨胀机组以及第四透平膨胀机组，用于对进入所述冷箱的常温高压氦气进行多级冷却过程；

所述换热器组用于对进入所述冷箱的常温高压氦气进行多级换热过程；

所述超流氦制冷机包括高压主气路、中压回气路、低压回气路、负压回气路，所述高压主气路的进口连接于所述冷箱的进口，出口连接于所述过冷器的进口；所述中压回气路的进口连接于所述第二透平膨胀机组的出口，出口连接于所述高压压缩机的吸气口；所述低压回气路的进口连接于所述过冷器的气相出口，出口连接于所述中压压缩机的吸气口；所述负压回气路的进口连接于所述冷压缩机组的出口，出口连接于所述负压压缩机的吸气口；

所述过冷器的液相出口连接于所述4.5~75K温区负载的进口和所述气液分离器的进口，所述4.5~75K温区负载的出口连接于所述低压回气路，所述气液分离器的液相出口连接于所述2K负载，所述2K负载的出口和所述气液分离器的气相出口均连接于所述冷压缩机组入口兑温管路，所述冷压缩机组入口兑温管路设置在所述冷压缩机组的进口侧，用于调节进入所述冷压缩机组的氦气的温度；

所述50~75K温区负载兑温管路包括连接于所述高压主气路的50K氦气管路、连接于所述50K氦气管路和所述50~75K温区负载的进口的负载去流管路、连接于所述50K氦气管路的兑温管路、连接于50~75K温区负载的出口的回流管路、以及连接于所述回流管路、所述兑温管路以及所述第一透平膨胀机组的氦气通过管路，所述50K氦气管路设置有50K氦气管路调节阀，所述兑温管路设置有兑温管路调节阀和兑温管路加热器，所述回流管路设置有回流管路调节阀，其中所述兑温管路用于经由所述兑温管路调节阀和所述兑温管路加热器来调节所述回流管路中氦气的温度，使得经由所述氦气通过管路进入所述第一透平膨胀机组的氦气能够满足所述第一透平膨胀机组的进口温度和压力的要求；

其中所述高压压缩机经由所述冷箱的进口向所述冷箱排入常温高压氦气，所述常温高压氦气的一部分进入所述氦气预冷模块中预冷，预冷后的氦气与所述高压主气路的常温高压氦气汇合后，经由所述多级透平膨胀机组进行多级冷却过程和经由所述换热器组进行多级换热过程后，形成超临界氦；

所述超临界氦经由所述高压主气路进入所述过冷器中，气相进入所述低压回气路，一部分液相进入所述4.5~75K温区负载后回气到所述低压回气路，另一部分液相经节流后分为气液两相，液相进入所述气液分离器中积液，当所述气液分离器中液氦液位达到预设值时，所述冷压缩机组启动，将所述气液分离器中的氦气进行减压，从而形成2K饱和超流氦，2K饱和超流氦自所述气液分离器的液相出口流出至所述2K负载处；气相自所述气液分离器的气相出口排出，与所述2K负载的回气汇合，并经由所述冷压缩机组入口兑温管路兑温后进入所述冷压缩机组，兑温后的氦气经由所述冷压缩机组提压后进入所述负压回气路，经多级压降后形成负压氦气，负压氦气进入所述负压压缩机中压缩到中压，与来自所述中压压缩机排出的中压气体以及所述中压回气路的回气混合后，进入所述高压压缩机，至此完成一个氦气循环。

2.根据权利要求1所述的具有叶轮机械入口兑温管路的超流氦制冷机，其特征在于，所述换热器组包括连接于所述高压主气路、所述中压回气路、所述低压回气路以及所述负压回气路的并依次设置的第一级换热器、第二级换热器、第三级换热器、第四级换热器以及第五级换热器，还包括连接于所述高压主气路、所述中压回气路、所述低压回气路的第六级换热器，连接于所述高压主气路和所述低压回气路的第七级换热器和第八级换热器，以及连接于所述过冷器的液相出口、所述气液分离器的进口与气相出口和所述2K负载的出口的第九级换热器，其中所述气液分离器排出的氦气和所述2K负载的回气汇合后进入所述第九级换热器中进行换热，换热后的氦气经由所述冷压缩机组入口兑温管路兑温后进入所述冷压缩机组。

3.根据权利要求2所述的具有叶轮机械入口兑温管路的超流氦制冷机，其特征在于，所述冷压缩机组入口兑温管路包括管道兑温模块，所述管道兑温模块包括连接于所述低压回气路和所述冷压缩机组的进口的第一兑温管路和设置在所述第一兑温管路上的第一兑温调节阀。

4.根据权利要求2或3所述的具有叶轮机械入口兑温管路的超流氦制冷机，其特征在于，所述冷压缩机组入口兑温管路包括换热器兑温模块，所述换热器兑温模块包括连接于所述第九级换热器的出口以及所述冷压缩机组的进口的兑温换热器、连接于所述高压主气路和所述兑温换热器的进口的第二兑温管路、设置在所述第二兑温管路上的第二兑温调节阀、连接于所述兑温换热器的出口和所述高压主气路的第三兑温管路、以及设置在所述高压主气路上，并位于所述第二兑温管路和所述第三兑温管路之间的第三兑温调节阀。

5.根据权利要求2所述的具有叶轮机械入口兑温管路的超流氦制冷机，其特征在于，所述超流氦制冷机还包括低温吸附器组，所述低温吸附器组包括用于吸附氦气中的杂质气体的80K低温吸附器和20K低温吸附器，所述80K低温吸附器和所述20K低温吸附器均设置在所述高压主气路上，且所述80K低温吸附器位于所述第二级换热器和所述第三级换热器之间，所述20K低温吸附器位于所述第六级换热器和所述第七级换热器之间。

6.根据权利要求5所述的具有叶轮机械入口兑温管路的超流氦制冷机，其特征在于，所述80K低温吸附器为两个，两个所述80K低温吸附器并联，并切换使用。

7.根据权利要求5所述的具有叶轮机械入口兑温管路的超流氦制冷机，其特征在于，所述氦气预冷模块包括连接于所述高压主气路的氦气通路调节阀、连接于所述氦气通路调节阀的液氮预冷换热器、连接于所述液氮预冷换热器的液氮进口管路、以及设置于所述液氮进口管路的液氮进口调节阀，所述液氮预冷换热器的出口连接于所述高压主气路，并位于所述第二级换热器的出口和所述80K低温吸附器的入口之间，所述氦气预冷模块通过所述液氮进口管路通入的液氮对所述常温高压氦气进行预冷，并通过所述氦气通路调节阀调节进入所述液氮预冷换热器的氦气量，和通过所述液氮进口调节阀调节进入所述液氮预冷换热器的液氮量。

8.根据权利要求5所述的具有叶轮机械入口兑温管路的超流氦制冷机，其特征在于，所述氦气预冷模块包括由第一透平、第二透平、第三透平串联组成的预冷透平膨胀机组和设置在所述第一级换热器的出口和所述第一透平的进口之间的第一入口调节阀，所述预冷透平膨胀机组的出口连接于所述中压回气路。

9.根据权利要求5至8中任一项所述的具有叶轮机械入口兑温管路的超流氦制冷机，其特征在于，所述第一透平膨胀机组包括串联设置的第四透平和第五透平，以及设置在所述第三级换热器的出口和所述第四透平的进口之间的第二入口调节阀，所述第四透平的进口连接于所述50~75K温区负载兑温管路的所述氦气通过管路，所述第五透平的出口连接于所述中压回气路。

10.根据权利要求9所述的具有叶轮机械入口兑温管路的超流氦制冷机，其特征在于，所述第二透平膨胀机组包括串联设置的第六透平和第七透平，以及设置在所述第五级换热器的出口和所述第六透平的进口之间的第三入口调节阀，所述第七透平的出口连接所述中压回气路。

11.根据权利要求10所述的具有叶轮机械入口兑温管路的超流氦制冷机，其特征在于，所述第三透平膨胀机组包括串联设置的第八透平和第九透平，以及设置在所述20K低温吸附器的出口和所述第八透平的进口之间的第四入口调节阀，所述第九透平的出口连接于所述低压回气路。

12.根据权利要求11所述的具有叶轮机械入口兑温管路的超流氦制冷机，其特征在于，所述第四透平膨胀机组包括第十透平、设置在所述第七级换热器的出口和所述第十透平的进口之间的第五入口调节阀以及设置在所述高压主气路上，并位于所述第七级换热器和所述第八级换热器之间的末级透平旁通阀，所述第十透平的出口连接于所述高压主气路。

13.根据权利要求5至8中任一项所述的具有叶轮机械入口兑温管路的超流氦制冷机，其特征在于，所述高压主气路和所述过冷器之间还设置有节流阀组，所述节流阀组包括并联设置的第一节流阀和第二节流阀，所述过冷器的气相出口和所述低压回气路之间还设置有回气阀，所述第九级换热器和所述气液分离器的进口之间还设置有第三节流阀；

其中所述高压主气路输出的一部分超临界氦经过所述第一节流阀节流为气液两相，液相在所述过冷器中积液，气相通过所述回气阀进入所述低压回气路；另一部分超临界氦经所述第二节流阀节流后进入所述过冷器中，被所述过冷器积液的液氦过冷形成过冷超临界氦，过冷超临界氦自所述过冷器流出，一部分供给所述4.5~75K温区负载，另一部分进入所述第九级换热器，经过所述第三节流阀节流为气液两相，液相在所述气液分离器中积液，气相自所述气液分离器的气相出口排出，与所述2K负载的回气汇合进入所述第九级换热器中换热，换热后的氦气经所述冷压缩机组入口兑温管路兑温后进入所述冷压缩机组。

14.根据权利要求5至8中任一项所述的具有叶轮机械入口兑温管路的超流氦制冷机，其特征在于，所述冷压缩机组包括串联设置的第六入口调节阀、第一冷压缩机、第二冷压缩机、第三冷压缩机、第四冷压缩机以及第一出口调节阀，所述超流氦制冷机还包括并联于所述冷压缩机组的冷压缩机组旁通管路和设置于所述冷压缩机组旁通管路上的旁路调节阀。

15.根据权利要求5至8中任一项所述的具有叶轮机械入口兑温管路的超流氦制冷机，其特征在于，所述超流氦制冷机还包括连接于所述第四透平膨胀机组的出口和所述低压回气路的冷箱旁通管路和设置在所述冷箱旁通管路上的冷箱旁通阀。

16.根据权利要求5至8中任一项所述的具有叶轮机械入口兑温管路的超流氦制冷机，其特征在于，所述超流氦制冷机还包括气体管理面板，所述气体管理面板包括连接于所述高压主气路和所述中压回气路的中压旁通阀、连接所述高压主气路和所述低压回气路的低压旁通阀、连接于所述低压回气路和所述高压主气路的加载阀与缓冲罐卸载阀、以及连接于所述加载阀和所述缓冲罐卸载阀之间的缓冲罐。

17.根据权利要求5至8中任一项所述的具有叶轮机械入口兑温管路的超流氦制冷机，其特征在于，所述超流氦制冷机还包括设置在所述负压压缩机和所述高压压缩机之间的单向阀，所述单向阀用于防止所述负压压缩机的出口氦气逆流。

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