低温制冷机及其控制方法

摘要

一种低温制冷机，用于冷却热负载单元，包括依次连通并形成回路的压缩机单元、多级预冷单元和冷端单元；压缩机单元用于压缩工作流体，提高工作流体的压力；多级预冷单元用于将工作流体的温度冷却至设计温度；冷端单元包括第一换热器、第二换热器、控制器、制冷装置、流量控制阀、第一三通管件、第二三通管件和储罐；储罐与热负载单元连接，储罐流出的工作流体和热负载单元进行热交换后流入储罐。上述低温制冷机，冷端单元根据不同的负载值，调节流量控制阀的开度，从而调节冷端单元的两个换热器的低压端的工作流体的流量，实现制冷量的调节，维持制冷机返流质量流量的稳定，提高了系统安全性。此外，还提供一种上述低温制冷机的控制方法。

权利要求

1.一种低温制冷机的控制方法，所述低温制冷机，用于冷却热负载单元，包括依次连通并形成回路的压缩机单元、多级预冷单元和冷端单元；所述压缩机单元用于压缩工作流体，提高工作流体的压力；所述多级预冷单元用于将工作流体的温度冷却至设计温度；所述冷端单元包括第一换热器、第二换热器、控制器、制冷装置、流量控制阀、第一三通管件、第二三通管件和储罐，所述多级预冷单元的高压出口与第一换热器的高压入口连通，所述第一换热器的高压出口与所述第二换热器的高压入口连通，所述第二换热器的高压出口与所述制冷装置的入口连通，所述储罐设有第一入口、第二入口、第一出口和第二出口，所述制冷装置的出口和所述储罐的第一入口连通，所述储罐的第一出口与所述第一三通管件的入口连通，所述第一三通管件的一个出口与所述流量控制阀的入口连通，所述第一三通管件的另一个出口与所述第二换热器的低压入口连通，所述流量控制阀的出口与第二三通管件的一个入口连通，所述第二换热器的低压出口与所述第二三通管件的另一个入口连通，所述第二三通管件的出口与所述第一换热器的低压入口连通，所述第一换热器的低压出口和所述多级预冷单元连通，所述控制器分别与所述制冷装置入口、所述流量控制阀、所述储罐以及所述热负载单元连接；所述储罐的第二出口与所述热负载单元连接，所述储罐流出的工作流体和所述热负载单元进行热交换后流入所述储罐的第二入口，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：使用所述压缩机单元压缩所述工作流体；

使用所述多级预冷单元将所述工作流体的温度冷却至设计温度；

根据所述热负载单元的热负载的变化，在所述冷端单元通过所述控制器控制所述流量控制阀的开度，调节进入所述第二换热器的低压入口的所述工作流体的流量，从而调节所述制冷装置入口的所述工作流体的温度，在高负载的情况下，使所述低温制冷机提供匹配高负载的冷却功率，在低负载的情况下，使所述低温制冷机提供匹配低负载的冷却功率，减缓返流工作流体质量流量的波动。

2.如权利要求1所述的低温制冷机的控制方法，其特征在于，所述控制器根据热负载的数值、所述制冷装置的入口的所述工作流体的温度和所述储罐的液位，控制所述流量控制阀的开度。

3.如权利要求1所述的低温制冷机的控制方法，其特征在于，所述控制器控制所述流量控制阀的开度包括如下步骤：判断所述储罐的液位是否在正常值范围之内；

当所述储罐的液位在正常值范围内时，在高负载的情况下，所述控制器控制关闭所述流量控制阀，使低压工作流体依次通过所述第二换热器和所述第一换热器；

当所述储罐的液位在正常值范围内时，在低负载的情况下，所述控制器控制打开所述流量控制阀，并通过计算发出执行指令对所述流量控制阀进行开度控制；

当所述储罐的液位高于正常值范围时，所述控制器控制打开所述流量控制阀；

当所述储罐的液位低于正常范围时，所述控制器控制关闭所述流量控制阀。

4.如权利要求1所述的低温制冷机的控制方法，其特征在于，所述控制器对于所述流量控制阀的控制采用PID控制、预测控制或线性最优控制。

5.如权利要求1所述的低温制冷机的控制方法，其特征在于，所述储罐的底部设有加热装置。

6.如权利要求5所述的低温制冷机的控制方法，其特征在于，还包括如下步骤：

当返流的工作流体的质量流量小于设计质量流量时，使用所述加热装置对所述储罐中的工作流体加热，增大返流的工作流体的质量流量，使得返流的质量流量接近设计质量流量；

当返流的工作流体的质量流量大于等于设计质量流量时，所述加热装置不加热。

说明书

低温制冷机及其控制方法

技术领域

[0001] 本发明属于制冷与低温工程学科领域，尤其涉及一种低温制冷机及其控制方法。

背景技术

[0002] 大科学装置中托卡马克间歇的产生等离子体，在等离子体生成时，产生的热功率升高到相对高的水平，在托卡马克装置不再生成等离子体时，产生的热功率降低到相对较低的水平。因此，需要设计的制冷机能够适应托卡马克装置的热负载的变化。

[0003] 在制冷机设计过程中，通常是按照时均平均热负载进行设计的。传统的制冷系统的流程图如图1所示。传统的制冷机1用于冷却热负载单元12。制冷机1包括压缩机单元3、多级预冷单元5和冷端单元6。冷端单元6包括热交换器7、JT阀9和储罐11。因此，在低负载的情况下，通过负载产生的蒸汽量比较低，制冷机的返流的质量流量减小；在高负载的情况下，负载产生的蒸汽量比较大，因此，制冷机的返流的质量流量增大。由于透平、压缩机等的设计流量波动范围有限，当返流的质量流量波动过大时，将会影响透平/压缩机的性能，极端情况下会造成制冷机的停机。

[0004] 传统技术中，通常是采用电加热器将低负载时多余的冷量消耗掉。此种方式虽然构成简单，但是需要将高负载作为制冷机的设计负载，设备尺寸大，系统效率低。

[0005] 在Kuendig.A等的文章“Helium Refrigerator Design for Pulsed Heat Load in Tokamaks.AIP Conference Proceedings 1995,823”提出利用热气喷射和浮动中压的方式来应对制冷机负载的波动。SATOH等在“Conceptual design of  cryogenic refrigeration for the Large Helical Device[J].Fusion Engineering and Design1993(20)：129-136”中介绍了在不同的负载情况下所需的换热器的面积和透平数量。然而，以上两种形式都需要对整个制冷机进行调试，容易引起制冷机的不稳定。

[0006] 近年来，Rohan dutta等的文章“Application of parallel heat exchangers in helium refrigerators for mitigating effects of pulsed load from fusion devices[J].Fusion Engineering and Design,2011.86(4-5):296-306”中提出了将负载波动的影响消除在冷端的思路，将平行板翅式换热器，超临界储罐，冷压缩机等组合起来，形成一种能完全消除负载波动的冷端构成形式(回流流量的最大波动控制在4％)。但是，冷压缩机控制复杂，效率需要达到75％，目前国际上没有与之相匹配的。此外超临界储罐的体积达到24m3，这对于储罐的结构和保温等提出了高的要求，且需要占用额外的空间。此种形式在实际中应用挑战较大。

发明内容

[0007] 鉴于此，有必要提供一种返流的质量流量波动较小，且易于实现易于操作的低温制冷机及其控制方法。

[0008] 一种低温制冷机，用于冷却热负载单元，包括依次连通并形成回路的压缩机单元、多级预冷单元和冷端单元；

[0009] 所述压缩机单元用于压缩工作流体，提高工作流体的压力；

[0010] 所述多级预冷单元用于将工作流体的温度冷却至设计温度；

[0011] 所述冷端单元包括第一换热器、第二换热器、控制器、制冷装置、流量控制阀、第一三通管件、第二三通管件和储罐，所述多级预冷单元的高压出口与第一换热器的高压入口连通，所述第一换热器的高压出口与所述第二换热器的高压入口连通，所述第二换热器的高压出口与所述制冷装置的入口连通，所述储罐设有第一入口、第二入口、第一出口和第二出口，所述制冷装置的出口和所述储罐的第一入口连通，所述储罐的第一出口与所述第一三通管件的入口连通，所述第一三通管件的一个出口与所述流量控制阀的入口连通，所述第一三通管件的另一个出口与所述第二换热器的低压入口连通，所述流量控制阀的出口与第二三通管件的一个入口连通，所述第二换热器的低压出口与所述第二三通管件的另一个入口连通，所述第二三通管件的出口与所述第一换热器的低压入口连通，所述第一换热器的低压出口和所述多级预冷单元连通，所述控制器分别与所述制冷装置入口、所述流量控制阀、所述储罐以及所述热负载单元连接；

[0012] 所述储罐的第二出口与所述热负载单元连接，所述储罐流出的工作流体和所述热负载单元进行热交换后流入所述储罐的第二入口。

[0013] 在其中一个实施例中，所述制冷装置为JT阀或湿式膨胀机。

[0014] 在其中一个实施例中，所述热负载单元为周期性和对称性的周期热负载。

[0015] 在其中一个实施例中，所述储罐的底部设有加热装置。

[0016] 一种低温制冷机的控制方法，包括以下步骤：

[0017] 使用所述压缩机单元压缩所述工作流体；

[0018] 使用所述多级预冷单元将所述工作流体的温度冷却至设计温度；

[0019] 根据所述热负载单元的热负载的变化，在所述冷端单元通过所述控制器控制所述流量控制阀的开度，调节进入所述第二换热器的低压入口的所述工作流体的流量，从而调节所述制冷装置入口的所述工作流体的温度，在高负载的情况下，使所述低温制冷机提供匹配高负载的冷却功率，在低负载的情况下，使所述低温制冷机提供匹配低负载的冷却功率，减缓返流工作流体质量流量的波动。

[0020] 在其中一个实施例中，所述控制器根据热负载的数值、所述制冷装置的入口的所述工作流体的温度和所述储罐的液位，控制所述流量控制阀的开度。

[0021] 在其中一个实施例中，所述控制器控制所述流量控制阀的开度包括如下步骤：

[0022] 判断所述储罐的液位是否在正常值范围之内；

[0023] 当所述储罐的液位在正常值范围内时，在高负载的情况下，所述控制器控制关闭所述流量控制阀，使低压工作流体依次通过所述第二换热器和所述第一换热器；

[0024] 当所述储罐的液位在正常值范围内时，在低负载的情况下，所述控制器控制打开所述流量控制阀，并通过计算发出执行指令对所述流量控制阀进行开度控制；

[0025] 当所述储罐的液位高于正常值范围时，所述控制器控制打开所述流量控制阀；

[0026] 当所述储罐的液位低于正常范围时，所述控制器控制关闭所述流量控制阀。

[0027] 在其中一个实施例中，所述控制器对于所述流量控制阀的控制采用PID控制、预测控制或线性最优控制。

[0028] 在其中一个实施例中，还包括如下步骤：

[0029] 当返流的工作流体的质量流量小于设计质量流量时，使用所述加热装置对所述储罐中的工作流体加热，增大返流的工作流体的质量流量，使得返流的质量流量接近设计质量流量；

[0030] 当返流的工作流体的质量流量大于等于设计质量流量时，所述加热装置不加热。

[0031] 上述低温制冷机，冷端单元能够承受脉冲热负载的波动，根据不同的负载值，调节流量控制阀的开度，从而调节冷端单元的两个换热器的低压端的工作流体的流量，改变冷端单元换热器的传热系数，可以实现高低负载两种工况下的制冷量的调节，匹配热负载的变化，维持制冷机返流质量流量的稳定。将负载波动对低温制冷机造成的影响消除在冷端单元，消除负载波动带来的流量波动对于透平、压缩机等运动部件的冲击，从而避免了在运行过程中对于压缩机和透平的调试，提高了系统安全性；无需对整机进行调试，避免了系统整机调试带来的困难和风险，可实现制冷机在脉冲负载下的稳定、可靠、高效运行。

附图说明

[0032] 图1为传统的低温制冷机的结构示意图。

[0033] 图2为一实施方式的低温制冷机的结构示意图。

[0034] 图3为一实施方式的低温制冷机的控制方法流程图。

[0035] 图4为一实施方式的负载波动形式的示意图。

具体实施方式

[0036] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清晰，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

[0037] 请参阅图2，一实施方式的低温制冷机100用于冷却热负载单元200。低温制冷机100包括依次连通并形成回路的压缩机单元10、多级预冷单元20和冷端单元30。

[0038] 压缩机单元10用于压缩工作流体，提高工作流体的压力。压缩机单元10包括至少一个压缩机。在本实施方式中，工作流体可以为氦气。工作流体被压缩机单元10压缩后进入多级预冷单元20。

[0039] 多级预冷单元20用于将工作流体的温度冷却至设计温度。多级预冷单元20包括用于使气态的工作流体膨胀产生冷量的膨胀机构和至少一个换热器。在本实施方式中，膨胀机构可以为膨胀机。在氦气压缩制冷循环中，多级预冷单元20可以采用带有一个换热器和一个透平膨胀机的Brayton循环。工作流体经多级预冷单元20冷却后进入冷端单元30。

[0040] 冷端单元30进一步将工作流体进行冷却。冷端单元30包括第一换热器31、第二换热器32、制冷装置、储罐35、第一三通管件36、流量控制阀37、第二三通管件38和控制器39。制冷装置可以为JT阀或者湿式膨胀机。JT阀或者湿式膨胀机将气态的工作流体的一部分液化。在本实施方式中，制冷装置为JT阀34。

[0041] 多级预冷单元20的高压出口与第一换热器31的高压入口连通。第一换热器31的高压出口与第二换热器32的高压入口连通。第二换热器32的高压出口与JT阀34的入口连通。储罐35设有第一入口、第二入口、第一出口和第二出口。JT阀34的出口和储罐35的第一入口连通。工作流体液化后流入并存储在储罐35。在低温制冷机100出现故障工况或者热负载非正常工况下，提供富裕的冷量，防止意外发生。

[0042] 储罐35的第一出口与第一三通管件36的入口连通。第一三通管件36的一个出口与流量控制阀37的入口连通。第一三通管件36的另一个出口与第二换热器32的低压入口连通。流量控制阀37的出口与第二三通管件38的一个入口连通。第二换热器32的低压出口与第二三通管件38的另一个入口连通。第二三通管件38的出口与第一换热器31的低压入口连通。第一换热器31的低压出口和多级预冷单元20连通。控制器39分别与JT阀34入口、流量控制阀37、储罐35以及热负载单元200连接。控制器39通过热负载单元200的功率值，JT阀34前的状态参数，储罐35的液位，控制流量控制阀37的开度。

[0043] 在本实施方式中，通过在冷端单元30设置第一换热器31和第二换热器32，能够进行冷量的调配。在本实施方式中，第一换热器31和第二换热器32的换热器的面积或者形式是按照脉冲负载值进行计算得到或者选取。第一换热器31和第二换热器32的形式可以是板翅式、翅片板式、管壳式或板式等。为减小换热器的热稳定时间，从多级预冷单元20流出的高压工作流体依次经过第一换热器31和第二换热器32。对于从储罐35流出的低压工作流体，在高负载情况下，控制器39控制关闭流量控制阀37，低压工作流体依次流过第二换热器32和第一换热器31；在低负载情况下，通过控制器39调整流量控制阀37的开度，控制流过第二换热器32的质量流量。实现对于JT阀34入口的工作流体的温度的调节，匹配热负载以及低温制冷机制冷能力，减小返流的质量流量的波动。高负载情况指的是热负载单元200的热负载高于低温制冷机100的设计热负载的情况。低负载情况指的是热负载单元200的热负载低于低温制冷机100的设计热负载的情况。

[0044] 在本实施方式中，储罐35的底部设有加热装置352。加热装置352的加热量根据返流的工作流体质量流量与设计的质量流量计算。当返流的质量流量小于设计质量流量时，控制器39控制加热装置352加热，使得返流的质量流量尽量接近设计质量流量。当返流的工作流体的质量流量大于等于设计质量流量时，加热装置352的加热量设置为0，控制器39关闭加热装置352。

[0045] 热负载单元200包括用于用户热负载换热的换热器以及输送液体泵等。热负载单元200为周期性和对称性的周期热负载。储罐35的第二出口与热负载单元200连接，储罐35流出的工作流体和热负载单元200进行热交换后流入储罐35的第二入口。被加热的工作流体返回储罐35进行气液分离之后，通过冷端单元30、多级预冷单元20的各级换热器等元件返回到压缩机单元10。

[0046] 此外，请参考图3，上述低温制冷机100的控制方法，包括以下步骤：

[0047] S110、使用压缩机单元压缩工作流体。

[0048] S120、使用多级预冷单元将工作流体的温度冷却至设计温度。

[0049] S130、根据热负载单元的热负载的变化，在冷端单元通过控制器控制流量控制阀的开度，调节进入第二换热器的低压入口的工作流体的流量，从而调节制冷装置入口的工作流体的温度，在高负载的情况下，使低温制冷机提供匹配高负载的冷却功率，在低负载的情况下，使低温制冷机提供匹配低负载的冷却功率，减缓返流工作流体质量流量的波动。

[0050] 控制器根据热负载的数值、制冷装置的入口的工作流体的温度和储罐的液位，控制流量控制阀的开度。

[0051] 进一步地，控制器控制流量控制阀的开度包括如下步骤：

[0052] S210、判断储罐的液位是否在正常值范围之内。

[0053] S220、当储罐的液位在正常值范围内时，在高负载的情况下，控制器控制关闭流量控制阀，使低压工作流体依次通过第二换热器和第一换热器。

[0054] S230、当储罐的液位在正常值范围内时，在低负载的情况下，控制器控制打开流量控制阀，并通过计算发出执行指令对流量控制阀进行开度控制。

[0055] S240、当储罐的液位高于正常值范围时，控制器控制打开流量控制阀。

[0056] S250、当储罐的液位低于正常范围时，控制器控制关闭流量控制阀。

[0057] 进一步地，控制器对于流量控制阀的控制可以采用PID控制、预测控制或线性最优控制。

[0058] 上述低温制冷机100的控制方法还包括如下步骤：

[0059] S140、当返流的工作流体的质量流量小于设计质量流量时，使用加热装置对储罐中的工作流体加热，增大返流的工作流体的质量流量，使得返流的质量流量尽量接近设计质量流量。

[0060] S150、当返流的工作流体的质量流量大于等于设计质量流量时，加热装置的加热量设置为0，控制器关闭加热装置。

[0061] 上述低温制冷机100，根据预先录入的专家控制系统与输入参数进行比较，通过控制流量控制阀37的开度，调节冷端单元30的两个换热器的低压端的工作流体的流通流量，改变换热器的传热系数，可以实现所需换热器的UA值在第一换热器31的UA值与第一换热器31和第二换热器32的总UA值范围内所对应的制冷量范围。可以实现高低负载两种工况下的制冷量的调节，匹配热负载的变化，维持低温制冷机100返流质量流量的稳定。

[0062] 上述低温制冷机100，冷端单元30能够承受脉冲热负载的波动，根据不同的负载值在冷端单元30进行制冷量的调节，即可满足负载与制冷量的匹配，维持系统返流质量流量的恒定，将负载波动对低温制冷机100造成的影响消除在冷端单元30，消除负载波动带来的流量波动对于透平、压缩机等运动部件的冲击，从而避免了在运行过程中对于压缩机和透平的调试，提高了系统安全性；无需对整机进行调试，避免了系统整机调试带来的困难和风险，可实现制冷机在脉冲负载下的稳定、可靠、高效运行。

[0063] 上述低温制冷机100及其控制方法不但可以适用于大型低温系统中，同样在普冷领域也适用。上述低温制冷机100采用较为简单的无运动部件的板翅式换热器对冷端流程形式进行更改，减缓返流的质量流量的波动对于制冷系统的冲击，将负载波动的影响限制在冷端。

[0064] 因此，对于脉冲负载变化的热负载形式，上述低温制冷机100允许在一定范围内自动地调整制冷机的冷却功率，减小返流的质量流量的波动，维持制冷系统的高效、平稳运行。

[0065] 本发明并未局限于严格的脉冲操作模式，而是可以适用于具有时长类似或者相等的高负载或者低负载的周期模式。例如本发明还适用于热负载信号可能是正弦波形、三角波形、正方形波形或者其他类似的周期性波形的操作模式。

[0066] 本发明并未局限于冷端单元30采用两个换热器的形式，同样适用于多个换热器的形式，其基本原理是利用换热器的布置改变JT阀34后的气体的体积分数的模式。

[0067] 针对图4中的负载形式，采用氦气作为工作流体解释上述低温制冷机100的流程和设计过程。

[0068] 对于图4中的热负载一个周期(3600s)内的变化如下：

[0069] 8kW热负载：0-800s；

[0070] 8-12kW负载上升：80s；

[0071] 12kW热负载：1800s；

[0072] 12-8kW热负载：80s。

[0073] 可以计算得到，制冷系统的时均热负荷值 为10kW，按照此标准进行低温制冷机的设计。为了得到具体的换热器UA的具体数值，首先做如下假设：

[0074] 多级预冷单元20流出的气体状态为：12K，18.5bar。

[0075] 设计工况下JT阀34前的状态为：5.6K，18bar。

[0076] 储罐35的设计压力为：1.25bar。

[0077] 返流的低压冷氦气为饱和状态。

[0078] JT阀34节流之后的气体分数x为：

[0079]

[0080] 其中，hin为JT阀34入口焓值，hsl为储罐35设计压力下饱和液体焓值，hsv为储罐35设计压力下饱和蒸气焓值。

[0081] 系统产生的液氦量 为：

[0082]

[0083] 其中， 为时均热负荷值，hsl为储罐35设计压力下饱和液体焓值。

[0084] 则系统运行的设计质量流量 为：

[0085]

[0086] 对于制冷系统来说，负载波动最直接的影响是从储罐35返回冷端单元30低压侧的质量流量值。对于图2中的冷端流程进行分析可以得出，系统返流质量流量＝JT阀34后气体含量+负载加热液氦产生的氦蒸气量。当制冷系统的制冷能力与热负载的热量相匹配时，系统返流的质量流量等于系统的设计质量流量，因此，可以对高低负载情况下的换热器进行设计如下：

[0087] 1)低负载(LHL)分析：

[0088] JT阀34后气体含量＝系统返流流量-低负载加热液氦产生的氦蒸气量＝1185g/s-8kW/19.2kJ/kg×1000＝769g/s；

[0089] JT阀34节流后的气体分数为

[0090] 通过节流前后焓值相等可以计算得到JT阀34前的温度为6.02K。

[0091] 通过以上的条件以及前述的四条假设可以计算出LHL情况下所需的换热器的UA1值为18.99kW/c。

[0092] 2)高负载(HHL)分析:

[0093] JT阀34后气体含量＝系统返流流量-高负载加热液氦产生的氦蒸气量＝1185g/s-12kW/19.2kJ/kg×100＝560g/s.

[0094] 与LHL情况相同，可以计算得到JT阀34前温度5.03K，储罐35低压返流的氦气温度为4.46K,因此换热器冷端温差约为0.6K。目前的换热器制造工艺可以达到，因此理论上可以完全将负载造成的波动消除。同理，计算得到的在HHL情况下换热器的总UA值UA2＝30.59kW/C。

[0095] 以板翅式换热器为例，当改变流量时，换热器UA值的变化可以经由以下公式计算：

[0096]

[0097]

[0098]

[0099]

[0100]

[0101] 式中a,b,c,d,e均为常系数。Re、Nu、Pr分别为雷诺数、努塞尔数和普朗特数。s,t,h,l分别为翅片的间距、厚度、高度、长度。j为无量纲传热因子，u为工作流体速度，Ac为流体流通截面积，U为流体的对流传热系数，μ，γ为流体的粘度和热导率，L为换热器的长度。

[0102] 在高压流体或者低压流体计算过程中，物性参数可以当做常数进行计算，则将式(1-4)带入式(5)中经简化后可以得到式(6)

[0103]

[0104]

[0105]

[0106]

[0107] 式中k,k1,k2,k3均为常数，下标h,c分别代表热流体和冷流体。

[0108] 从式(1)-(9)中可以得到，当改变换热器中流过的质量流量可以直接改变换热器的传热系数，从而达到控制制冷量，减缓返流的质量流量的波动的目的。

[0109] 因此，在图2所示的低温制冷剂的冷端单元30中，通过调整流量控制阀37的开度来调整通过第二换热器32的流量。其主要控制策略在于，在系统处于高负载的情况下，此时流量控制阀37关闭，冷端单元30中的换热器的总UA值即为设计值30.59kw/c，系统产生最大制冷量。当系统处于低负载的情况下，由于专家系统中已经预先输入了低负载情况下的JT阀34前的温度，在本例中即为6.02K，将当地的JT阀34前温度与预设值进行比较，当低于预设值温度时，则将流量控制阀37的开度增大，当高于预设值温度时，则将流量控制阀37的开度减小。上述的控制策略的前提是在储罐35的液面在正常值范围之内。

[0110] 当储罐35的液面高于上限值，则不论在高负载还是低负载情况下，都应该开大流量控制阀37的开度。当储罐35的液面低于下限值时，不论在低负载还是高负载情况下，都应立马关闭流量控制阀37的开度。

[0111] 此外，为减小换热器由于流量波动引起的热延迟，在热负载波动规律已知，或者热负载变化可以提前通过其他变量预测的情况下，可以在高负载或者低负载来临之前的一定时间提前开启对流量控制阀37进行动作。时间常数的确定则应根据负载的变化形式以及换热器的形式引起的热弛豫时间进行确定。

[0112] 本发明中通过改变换热器流过的流量，实现对于冷端单元30中的换热器的UA值的控制调整制冷系统的制冷量。为了能够减小换热器的热冲击的影响，在高负载的情况下，高压流体始终完全通过第二换热器32。因此，第一换热器31的UA值必须小于在低负载时的UA值，这样才能在低负载情况下满足设计要求。高负载情况下的总UA值即为两个换热器的UA值之和。

[0113] 可以理解，上述具有脉冲热负载的低温制冷机，冷端单元30中换热器可以是采用2个或者多个换热器的组合。换热器的形式不仅限于板翅式换热器，也可以是其他用于流体之间换热的设备。采用的流量控制阀37可以是电磁阀或者其他可以实现通路控制的设备。可以采用单一的流量控制阀37或者多个可控阀门组的组合实现通路控制的功能。本专业领域的技术人员会理解并且承认，采用不同具体形式的换热设备，不同形式的控制阀元件/组和控制方式，均是在本发明基本思想范围内的，并不影响本发明的精神和权力要求范围。

[0114] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。