[發明專利]一種用于液氦杜瓦的自加壓裝置及加壓方法

有效

• 申請號: 202010381851.0
• 申請日: 2020-05-08
• 公開（公告）號: CN111622925B
• 公開（公告）日: 2021-11-19
• 發明（設計）人: 王釗勝;梁起美;皮靂
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: F04B37/12
• 分類號: F04B37/12;F04B39/00;F04B39/06;F04B39/10;F17C9/02;F17C13/02;F17C13/04
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務所有限公司 33109
• 代理人: 尉偉敏

一種用于液氦杜瓦的自加壓裝置及加壓方法，旨在解決現有技術中液氦杜瓦加壓方式容易造成氦氣浪費，加壓操作的成本較高的技術問題。本發明包括用以儲存低溫液化氣體的杜瓦，杜瓦通過第一管道與外設的換熱活塞連通，第一管道上設有增壓閥門，換熱活塞包括換熱腔室和可在換熱腔室中往復滑動的活塞桿，第一管道包括外管和內管，外管和內管中的氣體流動相互獨立，換熱腔室包括第一側壁和第二側壁，第一側壁上設有進氣閥門，第二側壁上設有排氣閥門，進氣閥門與外管遠離杜瓦的一端通過第二管道相連，排氣閥門與內管遠離杜瓦的一端通過第三管道相連，內管的另一端與設在杜瓦內部的換熱氣囊相連。

技術領域

本發明涉及液氦增壓技術領域，特別是涉及一種用于液氦杜瓦的自加壓裝置及加壓方法。

背景技術

在低溫領域開展科學研究的過程中，將液氦輸送到實驗儀器中是一項不可或缺的環節，目前常用的輸送方法是將處于室溫（300K）的輸液管插入杜瓦中（4.2K)，液氦遇熱汽化，杜瓦瓶中的壓強升高，將液氦從輸液管中擠壓出來，從而完成液氦的輸送，其問題在于，隨著輸液的進行，杜瓦中液氦的液面高度不斷下降，輸液管與液氦也逐漸達到熱平衡，杜瓦中的壓強隨之不斷下降，當杜瓦中的壓強下降至某一閾值時，杜瓦中的液氦無法繼續輸出。針對上述問題，傳統的解決方法是打開增壓閥門，從外部接入高壓氦氣，為避免引入雜質，通常先用氦氣將加壓管道中的空氣排盡，再接入杜瓦瓶中，這種方法簡單便捷、加壓效果明顯；但是部分工況下由于管道較長，加壓過程中氦氣的浪費量較大，氦氣昂貴的價格兼合高壓鋼瓶較高的維護費用，導致這種加壓方式的成本很高，此外，高壓氦氣在運輸、使用過程中易發生泄露、爆炸等安全事故，危害人類生命健康。

基于上述缺陷，人們對加壓方式進行不斷改進，以一種氣囊加壓裝置為例，氣囊和增壓閥門通過軟管相連接，打開增壓閥門，杜瓦中的低溫氦氣會流動到氣囊中，低溫氦氣在管道和氣囊中被加熱至室溫，通過擠壓氣囊把加熱后的氦氣重新壓回杜瓦中，反復操作杜瓦瓶內部溫度升高，壓強也隨之升高。上述加壓方式成本很低，然而在實際應用中卻有很大的局限性，具體如下：

加壓裝置沒法把自身空氣排盡，造成回氣純化成本增加；

為了降低純化成本，氣囊在裝上以后，基于密封性的考量，氣囊安裝后一般不會取下，在回氣管道因某些原因導致不暢時，氣壓升高，氣囊有爆炸的風險；

當杜瓦瓶中壓強過小時，氣囊無法膨脹，該裝置便無法工作；

由于氣囊的材質限制，導致傳熱較慢，效率不夠高。

申請號為CN201710693360.8的中國專利公開了一種火箭氧箱冷氦加溫增壓系統，包括液氧儲箱、增壓用冷氦氣瓶組、過濾器、電磁閥、控制器、減壓器、壓力信號器、節流圈和加熱器；其中，所述液氧貯箱內安裝所述增壓用冷氦氣瓶組，所述增壓用冷氦氣瓶組包括多個增壓用冷氦氣瓶，多個所述冷氦氣瓶布置在所述液氧儲箱的內壁表面；所述冷氦氣瓶組通過第一管路連接所述過濾器；所述過濾器通過第二管路連接所述電磁閥；所述電磁閥的兩端分別連接所述控制器和所述減壓器；所述控制器通過安裝在所述液氧儲箱中的所述壓力信號器來控制所述電磁閥的通斷；所述減壓器通過第三管路連接所述加熱器，并且所述減壓器和所述加熱器之間設有所述節流圈；所述加熱器出口通過第四管路連接所述液氧儲箱。上述系統可實現液氧的增壓排放，其問題在于，液氧儲箱上需要開設多個通孔，液氧儲箱的密封性能較差。

發明內容

本發明為了克服現有技術中液氦杜瓦加壓方式容易造成氦氣浪費，加壓操作的成本較高的技術問題，提供一種用于液氦杜瓦的自加壓裝置及加壓方法，該裝置可實現液氦杜瓦的持續增壓，加壓操作便捷高效。

為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案。