[發(fā)明專利]雙盤管冷蒸氣制冷的低損耗液氦杜瓦

無效

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• 申請日: 2009-02-09
• 公開（公告）號: CN101498538A
• 公開（公告）日: 2009-08-05
• 發(fā)明（設計）人: 龐宗強;陸輕鈾
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學技術(shù)大學
• 主分類號: F25D3/10
• 分類號: F25D3/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及液氦杜瓦，特別涉及一種雙盤管冷蒸氣制冷的低損耗液氦杜瓦。

背景技術(shù)

液氦杜瓦的目的是為了(1)能夠長時間儲存液氦(2)能夠長時間地提供低溫環(huán)境以供科學實驗之用。這兩點都要求液氦杜瓦的氦蒸發(fā)率處于較低水平。隨著科學的進步，特別是納米微觀科學與技術(shù)的提高，對液氦杜瓦又有了新的要求，即(3)極低震動以確保在杜瓦中進行的精密實驗不受震動的干擾。降低杜瓦的氦蒸發(fā)率也有助于降低杜瓦的震動。

現(xiàn)有的降低液氦杜瓦氦蒸發(fā)率技術(shù)主要有如下幾種：(1)用液氮預冷外杜瓦，缺點是液氮較重，它的揮發(fā)能帶來較大的杜瓦震動，且需要頻繁地補充液氮，對低溫測量產(chǎn)生較大影響與不便，這種技術(shù)已趨于淘汰；(2)冷屏技術(shù)：利用內(nèi)膽中蒸發(fā)的氦冷蒸汽冷卻罩在內(nèi)膽外部的冷屏使得進入到內(nèi)膽的輻射熱減少，或者冷卻內(nèi)膽與外殼之間的瓶頸使得通過瓶頸傳導進內(nèi)膽的傳導熱減少，或者先冷卻冷屏再冷卻瓶頸使得輻射熱與傳導熱都減少。

上述冷屏技術(shù)的缺點是：輻射漏熱與傳導漏熱不能很好地兼顧。即使使用了上述先冷卻冷屏再冷卻瓶頸這種冷屏與瓶頸串聯(lián)冷卻的技術(shù)，由于氦冷蒸汽冷卻完冷屏后已變得較熱，不能再很好地冷卻瓶頸以較大程度地阻止瓶頸的傳導漏熱，這依然是一個厚此薄彼的方法。由于輻射漏熱與傳導漏熱都是杜瓦漏熱的大戶，這種厚此薄彼的結(jié)果導致用冷屏技術(shù)制成的杜瓦并不能把氦蒸發(fā)率減低到較低水平。較高的氦蒸發(fā)率不僅對稀缺資源的氦是一種極大的浪費，也使得很多需要長時間進行的、或者需在超低震動環(huán)境下進行的重要低溫實驗無法進行。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有液氦杜瓦冷屏技術(shù)中存在的不能很好兼顧輻射漏熱與傳導漏熱的缺陷，制造出能更好地兼顧輻射漏熱與傳導漏熱的雙盤管冷蒸氣制冷的低損耗液氦杜瓦。

本發(fā)明實現(xiàn)雙盤管冷蒸氣制冷的低損耗液氦杜瓦的技術(shù)方案是：

本發(fā)明雙盤管冷蒸氣制冷的低損耗液氦杜瓦，包括外殼、內(nèi)膽、瓶頸和冷屏，其特征在于還包括第一氦出氣管和第二氦出氣管，內(nèi)膽置于外殼內(nèi)部，所述瓶頸的兩端分別連接內(nèi)膽的頂部和外殼的頂部，內(nèi)膽內(nèi)部通過瓶頸與外殼外部相通，所述第一氦出氣管盤繞于瓶頸之上，其兩端連通內(nèi)膽內(nèi)部與外殼外部，所述冷屏置于內(nèi)膽與外殼之間，所述第二氦出氣管盤繞于冷屏之上，其兩端連通內(nèi)膽內(nèi)部與外殼外部，內(nèi)膽外部與外殼內(nèi)表面之間為真空。

本發(fā)明所述的雙盤管冷蒸氣制冷的低損耗液氦杜瓦，其特征也在于：

所述瓶頸從內(nèi)膽頂部伸入至內(nèi)膽底部并與內(nèi)膽底部封接，內(nèi)膽內(nèi)部處于瓶頸內(nèi)的部分與外殼外部相通，并可增設一根連通瓶頸內(nèi)部和外殼外部的抽充氣管。

所述內(nèi)膽頂部與外殼頂部之間增設氦注液管。

所述第一氦出氣管在外殼外部的端口增設了氣體流速控制閥。

所述第二氦出氣管在外殼外部的端口增設了氣體流速控制閥。

所述內(nèi)膽與冷屏之間和/或冷屏與外殼之間纏繞交替的多層噴鋁薄膜和真空絕熱纖維紙。

所述瓶頸的處于內(nèi)膽頂部到外殼頂部之間的部分為波紋管。

本發(fā)明雙盤管冷蒸氣制冷的低損耗液氦杜瓦的工作原理為：

內(nèi)膽中蒸發(fā)出的冷氦氣通過兩根氦出氣管引出，而非如傳統(tǒng)的單管引出，其中第一氦出氣管盤繞在瓶頸上用來冷卻瓶頸，第二氦出氣管盤繞在冷屏上用來冷卻冷屏。由于冷屏與瓶頸都是由專用氦出氣管冷卻，而非如傳統(tǒng)用單根氦出氣管串聯(lián)冷卻冷屏與瓶頸，所以本發(fā)明中冷屏與瓶頸的冷卻得到了更好地兼顧。所述第一氦出氣管和/或第二氦出氣管在出口處皆可增設氣體流速控制閥，獨立控制其管內(nèi)冷蒸氣的流速，從而能從實驗上調(diào)節(jié)出最優(yōu)化的冷蒸氣流速比，進一步改進了對輻射漏熱與傳導漏熱的兼顧，實現(xiàn)較低的液氦損耗。也避免了傳統(tǒng)技術(shù)中所需的復雜且可靠性低的自洽性計算。

所述瓶頸可從內(nèi)膽頂部伸入至內(nèi)膽底部并與內(nèi)膽底部封接，能減少液氦的沸騰對瓶頸內(nèi)實驗裝置所產(chǎn)生的震動。所述瓶頸的處于內(nèi)膽頂部到外殼頂部之間的部分可用波紋管制作，進一步減少瓶頸的傳導漏熱。通過連通瓶頸和杜瓦外殼外部的抽充氣管往瓶頸內(nèi)輸入少量氦氣作為熱交換氣體，可較好地對處于瓶頸底部的實驗裝置降溫。

根據(jù)上述原理可以看出，與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在：

(1)使用兩根氦出氣管，能兼顧冷屏的冷卻和瓶頸的冷卻，從而降低氦蒸發(fā)率。

(2)所述的兩根氦出氣管的流量可獨立控制，從而能根據(jù)實際情況具體調(diào)節(jié)出最佳流速比來獲得最好的冷卻效果，實現(xiàn)最小液氦損耗，不需要進行復雜且不可靠的自洽計算。

(3)瓶頸可一直伸入內(nèi)膽底部并與內(nèi)膽底部封接獲得一個與液氦隔離的低溫環(huán)境，避免了液氦的沸騰對測量儀器碰撞而帶來的震動問題。