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费勉仪器推出无液氦1K制冷机

文章来源:费勉仪器

作为元素周期表中排名第二的元素,氦是一种不可再生资源,在低温、半导体和尖端科研领域具有不可替代性。作为惰性稀有气体,氦气在空气中的含量极低,采用常规空分等操作的难度和能耗都非常大。目前在市场上流通的氦气是从天然气中提取的。我国天然气中氦含量很低,提取成本很高,国内的氦气几乎全部依赖进口,而且供应市场并不稳定。目前其价格持续上涨,只能满足大宗和协议采购的供给,而且考虑到低温液氦的运输损耗,个别地区无液氦可用。随着贸易冲突的持续与升级,研究氦的节约使用、加强回收利用乃至探索液氦的替代技术显得尤为紧迫。


费勉仪器自主研发无液氦1K制冷机


借助闭循环制冷机来实现液氦温度成为一个理想选择。比如GM制冷机、脉管制冷机等,已在低温制冷领域得到广泛应用。然而,与液氦制冷相比,这类制冷机普遍存在一点局限:就是二级冷头处的最低温度一般为2.3K。如需获得更低温度,需要借助价格更为昂贵的He3,采用稀释制冷的手段。但是地球上的He3极其稀少,目前预测地球上总的He3的储量大约为500kg,市场上一标升He3气体的价格在2万人民币左右。这极大地增加了获取1K温区的成本,限制了极低温实验的开展。

为了解决这一难题,费勉仪器研发团队经过多年努力和自主研发,已经开发出一款具有自主知识产权的无液氦1K制冷机并获得国家专利认可。


图1 无液氦1K制冷剂


该款制冷机为GM-JT复合制冷机,由常规的GM制冷机为氦气预冷后进入JT制冷机实现1K低温。根据用户的不同需求,JT制冷机气路有开式和闭式两种可选。开式模式下,制冷机最低温运行时氦气消耗量为0.7SLM, 常规的气体钢瓶持续工作时间可达6天;如果搭配额外的气路和过滤系统实现闭式模式,可以将氦气重复利用,进一步降低低温系统的使用成本。

该产品特点如下:

1)  不消耗资源稀缺且价格昂贵的液氦,运行成本低;

2)  可兼容超高真空环境;

3)  体积小巧紧凑,安装法兰为DN100CF,方便系统集成;

4)  降温速度快,从室温开机降至最低温只需8小时;

5)  JT制冷机的最低温可达1.1K;

6)  JT制冷机的制冷量20mW@1.5K;




图2 1K制冷剂降温曲线 图3 JT冷头温度稳定性曲线

后续我们将在该制冷机基础上开发多种应用场景下的低温恒温器和低温样品架,以满足不同实验需求。


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