CN117515948A - 制冷设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种制冷设备，该制冷设备包括载冷剂泵、制冷机和气液分离器；载冷剂泵的输入端适于与内部设有负载的第一应用端的出气端连通；制冷机的输入端与载冷剂泵的输出端连通，以用于产生冷量并将其与载冷剂进行热交换；气液分离器，用于将载冷剂分离为气相载冷剂和液相载冷剂；气液分离器的输入端与制冷机的输出端连通，气液分离器的出气端适于与第一应用端的进气端连通，以通过气相载冷剂冷却负载。本发明提供了一种制冷设备，实现了载冷剂回收循环利用，节省了制冷成本，解决了液态载冷剂对低温电子显微镜分辨率造成干扰的问题。

Description

制冷设备

技术领域

本发明涉及超低温制冷技术领域，尤其涉及一种制冷设备。

背景技术

低温电子显微镜需要在超低温环境下工作。现有技术采用液氮罐供冷，液态氮吸热后排入低温电子显微镜的环境中，从而对低温电子显微镜进行冷却。然而，液态氮等液态载冷剂对低温电子显微镜的分辨率会造成干扰。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种制冷设备，旨在解决液态载冷剂对低温电子显微镜分辨率造成干扰的问题。

为实现上述目的，本发明提出一种制冷设备，所述制冷设备包括：

载冷剂泵，所述载冷剂泵的输入端适于与内部设有负载的第一应用端的出气端连通；

制冷机，所述制冷机的输入端与所述载冷剂泵的输出端连通，以用于产生冷量并将其与载冷剂进行热交换；以及

气液分离器，所述气液分离器，用于将所述载冷剂分离为气相载冷剂和液相载冷剂；所述气液分离器的输入端与所述制冷机的输出端连通，所述气液分离器的出气端适于与所述第一应用端的进气端连通，以通过所述气相载冷剂冷却所述负载。

可选地，所述气液分离器的出液端适于与第二应用端的进液端连通，所述载冷剂泵的输入端适于与所述第二应用端的出液端连通。

可选地，所述制冷设备还包括整体隔热装置，所述载冷剂泵、所述制冷机的冷端和所述气液分离器均设置于所述整体隔热装置内。

可选地，所述整体隔热装置为真空隔热箱或气凝胶隔热箱。

可选地，所述制冷设备还包括回热器，所述回热器设置于所述整体隔热装置内，所述回热器的冷端输入口适于与所述第一应用端的出气端、所述第二应用端的出液端连通，所述回热器的冷端输出口与所述载冷剂泵的输入端连通；所述回热器的热端输入口与所述载冷剂泵的输出端连通，所述回热器的热端输出口与所述制冷机的输入端连通；

所述回热器的冷端，用于加热所述载冷剂；所述回热器的热端，用于预冷却所述载冷剂。

可选地，所述载冷剂泵的输入端与所述回热器的冷端输出口之间设有储罐，以用于存储所述载冷剂。

可选地，所述制冷机为热声制冷机。

可选地，所述热声制冷机设有散热件。

可选地，所述散热件为风扇。

可选地，所述散热件为液冷件。

在本发明的技术方案中，该制冷设备包括载冷剂泵、制冷机和气液分离器；载冷剂泵的输入端适于与内部设有负载的第一应用端的出气端连通；制冷机的输入端与载冷剂泵的输出端连通，以用于产生冷量并将其与载冷剂进行热交换；气液分离器，用于将载冷剂分离为气相载冷剂和液相载冷剂；气液分离器的输入端与制冷机的输出端连通，气液分离器的出气端适于与第一应用端的进气端连通，以通过气相载冷剂冷却负载。如此，通过气相载冷剂对低温电子显微镜等负载进行冷却，可以有效地解决液态载冷剂对低温电子显微镜分辨率造成干扰的问题，并实现了载冷剂回收循环利用，节省了制冷成本。

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，下面将对实施例或现有技术描述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示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明制冷设备一实施例的结构示意图；

图2为本发明制冷设备另一实施例的结构示意图。

附图标号说明：

1、制冷设备；2、第一应用端；3、第二应用端；101、负载；10、载冷剂泵；20、制冷机；30、气液分离器；40、回热器；50、整体隔热装置；11、储罐。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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至少一个该特征。另外，若全文中出现的“和/或”的含义为，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种制冷设备，适用于对需要在低温环境下工作的装置循环供应气态载冷剂，尤其是低温电子显微镜，此处不限。

参照图1，在本发明一实施例中，该制冷设备1包括载冷剂泵10、制冷机20和气液分离器30；载冷剂泵10的输入端适于与内部设有负载101的第一应用端2的出气端连通；制冷机20的输入端与载冷剂泵10的输出端连通，以用于产生冷量并将其与载冷剂进行热交换；气液分离器30，用于将载冷剂分离为气相载冷剂和液相载冷剂；气液分离器30的输入端与制冷机20的输出端连通，气液分离器30的出气端适于与第一应用端2的进气端连通，以通过气相载冷剂冷却负载101。

为了提高该制冷设备1的适用性，本实施例中，气液分离器30的出液端适于与第二应用端3的进液端连通，载冷剂泵10的输入端适于与第二应用端3的出液端连通。

其中，第一应用端2内放置有低温电子显微镜等负载101，第二应用端3内可放置其他可采用液相载冷剂冷却的装置，该制冷设备1的第一应用端2、第二应用端3均可为具有供冷口的冷室或其他封闭的结构，此处不限。

本实施例中，载冷剂泵10可采用常规泵或低温泵等，优选为低温泵，以实现气液两相态载冷剂的封闭式循环流动。

载冷剂可以选用不用沸点的物质，例如氮气，氮气的沸点为-196℃，制冷机20的提供给第一应用端2和第二应用端3的载冷剂温度可达到-200℃以下。

需要说明，低温泵是利用低温表面冷凝气体的真空泵，又称冷凝泵。低温泵可以获得抽气速率最大、极限压力最低的清洁真空，广泛应用于半导体和集成电路的研究和生产，以及分子束研究、真空镀膜设备、真空表面分析仪器、离子注入机和空间模拟装置等方面。

本实施例中，制冷机20可采用热声制冷机或其他类型低温制冷机，热声制冷机的内循环介质不限。

其循环制冷流程为，制冷机20的冷端冷盘产生冷量与载冷剂进行热交换，载冷剂降温后进入气液分离器30，气液分离器30将载冷剂分离为气相载冷剂和液相载冷剂，气相载冷剂进入第一应用端2，冷却相应的用冷对象，然后载冷剂在第一应用端2中吸热后回流至载冷剂泵10，再经载冷剂泵10输送至制冷机20的冷盘，如此循环往复。

在本发明的技术方案中，由于该制冷设备1包括载冷剂泵10、制冷机20和气液分离器30；载冷剂泵10的输入端适于与内部设有负载101的第一应用端2的出气端连通；制冷机20的输入端与载冷剂泵10的输出端连通，以用于产生冷量并将其与载冷剂进行热交换；气液分离器30，用于将载冷剂分离为气相载冷剂和液相载冷剂；气液分离器30的输入端与制冷机20的输出端连通，气液分离器30的出气端适于与第一应用端2的进气端连通，以通过气相载冷剂冷却负载101，从而实现了对负载101进行冷却，可以有效地解决液态载冷剂对低温电子显微镜分辨率造成干扰的问题，并实现了载冷剂回收循环利用，节省了制冷成本。

参考图1和图2，在一实施例中，该制冷设备1还包括整体隔热装置50，载冷剂泵10、制冷机20的冷端和气液分离器30均设置于整体隔热装置50内；整体隔热装置50为真空隔热箱或气凝胶隔热箱等。

通过设置整体隔热装置50，提高了该制冷设备1的隔热效果，可以使其与外界热交换尽量减小，从而保证制冷的稳定性。

请参考图2，在另一实施例中，载冷剂泵10为常规泵，采用常规泵与回热器40的组合来替代上述实施例中的低温泵，回热器40可设置于整体隔热装置50内，回热器40的冷端输入口适于与第一应用端2的出气端、第二应用端3的出液端连通，回热器40的冷端输出口与常规泵的输入端连通；回热器40的热端输入口与常规泵的输出端连通，回热器40的热端输出口与制冷机20的输入端连通；回热器40的冷端，用于加热载冷剂；回热器40的热端，用于预冷却载冷剂。

其循环制冷流程为，制冷机20的冷端冷盘产生冷量与载冷剂进行热交换，载冷剂降温后进入气液分离器30，气液分离器30将载冷剂分离为气相载冷剂和液相载冷剂，气相载冷剂进入至第一应用端2中，液相载冷剂进入至第二应用端3中，分别冷却相应的用冷对象，气相载冷剂和液相载冷剂在应用环境中吸热后回流至回热器40，再经回热器40的冷边吸热后进入载冷剂泵10，通过载冷剂泵10输送至回热器40的热边放热进行预冷却，之后进入制冷机20的冷盘，如此循环往复。

本实施例中，载冷剂泵10的输入端与回热器40的冷端输出口之间的管路上可设置储罐11，以用于存储载冷剂，能够稳定压力，有效地保障制冷循环的稳定性。

在一实施例中，该制冷设备1的制冷机20为热声制冷机时，热声制冷机的散热端可设置散热件，散热件可以是风扇，也可是液冷件，或者是风冷与液冷的组合，也可增加其他制冷机散热方式，此处不做限定。

在一实施例中，气相载冷剂的温度可为-180℃～-200℃，以满足低温电子显微镜的低温环境需求，特别是当气相载冷剂的温度为-190℃时，低温电子显微镜的性能较佳。

另外，在一些其他实施例中，气液分离器30与第一应用端2之间的管路上设有温度传感器，以用于检测气相载冷剂的温度信号。

本实施例中，制冷设备1还可包括控制器，控制器分别与制冷机20和温度传感器信号连接，以用于根据温度信号控制制冷机20工作，以使气相载冷剂达到目标温度，以提升冷却效果，并可以匹配不同冷却场景的需求。

其中，控制器可为单片机、DSP及FPGA等，对其不做限定。

以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种制冷设备，其特征在于，所述制冷设备包括：

载冷剂泵，所述载冷剂泵的输入端适于与内部设有负载的第一应用端的出气端连通；

制冷机，所述制冷机的输入端与所述载冷剂泵的输出端连通，以用于产生冷量并将其与载冷剂进行热交换；以及

气液分离器，所述气液分离器，用于将所述载冷剂分离为气相载冷剂和液相载冷剂；所述气液分离器的输入端与所述制冷机的输出端连通，所述气液分离器的出气端适于与所述第一应用端的进气端连通，以通过所述气相载冷剂冷却所述负载。

2.如权利要求1所述的制冷设备，其特征在于，所述气液分离器的出液端适于与第二应用端的进液端连通，所述载冷剂泵的输入端适于与所述第二应用端的出液端连通。

3.如权利要求2所述的制冷设备，其特征在于，所述制冷设备还包括整体隔热装置，所述载冷剂泵、所述制冷机的冷端和所述气液分离器均设置于所述整体隔热装置内。

4.如权利要求3所述的制冷设备，其特征在于，所述整体隔热装置为真空隔热箱或气凝胶隔热箱。

5.如权利要求3所述的制冷设备，其特征在于，所述制冷设备还包括回热器，所述回热器设置于所述整体隔热装置内，所述回热器的冷端输入口适于与所述第一应用端的出气端、所述第二应用端的出液端连通，所述回热器的冷端输出口与所述载冷剂泵的输入端连通；所述回热器的热端输入口与所述载冷剂泵的输出端连通，所述回热器的热端输出口与所述制冷机的输入端连通；

所述回热器的冷端，用于加热所述载冷剂；所述回热器的热端，用于预冷却所述载冷剂。

6.如权利要求5所述的制冷设备，其特征在于，所述载冷剂泵的输入端与所述回热器的冷端输出口之间设有储罐，以用于存储所述载冷剂。

7.如权利要求1所述的制冷设备，其特征在于，所述制冷机为热声制冷机。

8.如权利要求7所述的制冷设备，其特征在于，所述热声制冷机设有散热件。

9.如权利要求8所述的制冷设备，其特征在于，所述散热件为风扇。

10.如权利要求8所述的制冷设备，其特征在于，所述散热件为液冷件。