一种用于液氦杜瓦的自加压装置制造方法及图纸

一种用于液氦杜瓦的自加压装置，旨在解决现有技术中液氦杜瓦加压方式容易造成氦气浪费，加压操作的成本较高的技术问题。本实用新型专利技术包括用以储存低温液化气体的杜瓦，杜瓦通过第一管道与外设的换热活塞连通，第一管道上设有增压阀门，换热活塞包括换热腔室和可在换热腔室中往复滑动的活塞杆，第一管道包括外管和内管，外管和内管中的气体流动相互独立，换热腔室包括第一侧壁和第二侧壁，第一侧壁上设有进气阀门，第二侧壁上设有排气阀门，进气阀门与外管远离杜瓦的一端通过第二管道相连，排气阀门与内管远离杜瓦的一端通过第三管道相连，内管的另一端与设在杜瓦内部的换热气囊相连。内管的另一端与设在杜瓦内部的换热气囊相连。内管的另一端与设在杜瓦内部的换热气囊相连。

【技术实现步骤摘要】
一种用于液氦杜瓦的自加压装置


[0001]本技术涉及液氦增压
，特别是涉及一种用于液氦杜瓦的自加压装置。

技术介绍

[0002]在低温领域开展科学研究的过程中，将液氦输送到实验仪器中是一项不可或缺的环节，目前常用的输送方法是将处于室温（300K）的输液管插入杜瓦中（4.2K)，液氦遇热汽化，杜瓦瓶中的压强升高，将液氦从输液管中挤压出来，从而完成液氦的输送，其问题在于，随着输液的进行，杜瓦中液氦的液面高度不断下降，输液管与液氦也逐渐达到热平衡，杜瓦中的压强随之不断下降，当杜瓦中的压强下降至某一阈值时，杜瓦中的液氦无法继续输出。针对上述问题，传统的解决方法是打开增压阀门，从外部接入高压氦气，为避免引入杂质，通常先用氦气将加压管道中的空气排尽，再接入杜瓦瓶中，这种方法简单便捷、加压效果明显；但是部分工况下由于管道较长，加压过程中氦气的浪费量较大，氦气昂贵的价格兼合高压钢瓶较高的维护费用，导致这种加压方式的成本很高，此外，高压氦气在运输、使用过程中易发生泄漏、爆炸等安全事故，危害人类生命健康。
[0003]基于上述缺陷，人们对加压方式进行不断改进，以一种气囊加压装置为例，气囊和增压阀门通过软管相连接，打开增压阀门，杜瓦中的低温氦气会流动到气囊中，低温氦气在管道和气囊中被加热至室温，通过挤压气囊把加热后的氦气重新压回杜瓦中，反复操作杜瓦瓶内部温度升高，压强也随之升高。上述加压方式成本很低，然而在实际应用中却有很大的局限性，具体如下：
[0004]加压装置没法把自身空气排尽，造成回气纯化成本增加；
[0005]为了降低纯化成本，气囊在装上以后，基于密封性的考量，气囊安装后一般不会取下，在回气管道因某些原因导致不畅时，气压升高，气囊有爆炸的风险；
[0006]当杜瓦瓶中压强过小时，气囊无法膨胀，该装置便无法工作；
[0007]由于气囊的材质限制，导致传热较慢，效率不够高。
[0008]申请号为CN201710693360.8的中国专利公开了一种火箭氧箱冷氦加温增压系统，包括液氧储箱、增压用冷氦气瓶组、过滤器、电磁阀、控制器、减压器、压力信号器、节流圈和加热器；其中，所述液氧贮箱内安装所述增压用冷氦气瓶组，所述增压用冷氦气瓶组包括多个增压用冷氦气瓶，多个所述冷氦气瓶布置在所述液氧储箱的内壁表面；所述冷氦气瓶组通过第一管路连接所述过滤器；所述过滤器通过第二管路连接所述电磁阀；所述电磁阀的两端分别连接所述控制器和所述减压器；所述控制器通过安装在所述液氧储箱中的所述压力信号器来控制所述电磁阀的通断；所述减压器通过第三管路连接所述加热器，并且所述减压器和所述加热器之间设有所述节流圈；所述加热器出口通过第四管路连接所述液氧储箱。上述系统可实现液氧的增压排放，其问题在于，液氧储箱上需要开设多个通孔，液氧储箱的密封性能较差。

技术实现思路

[0009]本技术为了克服现有技术中液氦杜瓦加压方式容易造成氦气浪费，加压操作的成本较高的技术问题，提供一种用于液氦杜瓦的自加压装置，该装置可实现液氦杜瓦的持续增压，加压操作便捷高效。
[0010]为了实现上述目的，本技术采用以下技术方案。
[0011]一种用于液氦杜瓦的自加压装置，包括用以储存低温液化气体的杜瓦，杜瓦通过第一管道与外设的换热活塞连通，第一管道上设有增压阀门，换热活塞包括换热腔室和可在换热腔室中往复滑动的活塞杆，第一管道包括外管和内管，外管和内管中的气体流动相互独立，换热腔室包括第一侧壁和第二侧壁，第一侧壁上设有进气阀门，第二侧壁上设有排气阀门，进气阀门与外管远离杜瓦的一端通过第二管道相连，排气阀门与内管远离杜瓦的一端通过第三管道相连，内管的另一端与设在杜瓦内部的换热气囊相连。本技术提供一种用于液氦杜瓦的自加压装置，其中，第一管道包括套设的外管和内管，外管与第二管道的一端相连，第二管道的另一端与换热活塞上的进气阀门相连，内管与第三管道的一端相连，第三管道的另一端与换热活塞上的排气阀门相连，内管的另一端与杜瓦中的换热气囊相连，外管的另一端与杜瓦连通，当需要将杜瓦中的液氦排出时，打开第一管道上的增压阀门，杜瓦中的低温氦气会经外管和第二管道扩散至换热活塞中，低温的氦气在换热活塞中与周围环境发生热交换，氦气温度升高，此过程中可通过反复多次抽拉活塞杆来提升低温氦气的升温效率，待换热活塞中的氦气基本与室温一致时，打开排气阀门，压动活塞杆经换热活塞中的常温氦气经第三管道和内管压入杜瓦中的换热气囊中，此时，换热气囊因常温氦气的压入而发生膨胀，换热气囊对杜瓦中空间的占据导致杜瓦内部的压强升高，同步的，换热气囊中的常温氦气与杜瓦中的低温液氦及氦气混合物发生热量交换，杜瓦内部的温度升高，导致杜瓦内部压强升高，从而实现液氦的排放，上述两种加压操作叠加，使得杜瓦内部的压强快速升高，从而使得液氦可持续排出，本技术所述用于液氦杜瓦的自加压装置在加压过程中避免了高压氦气的使用，极大地降低了使用成本和安全成本，此外，本技术中的换热活塞导热快，在减少输液时间的同时可降低工作强度。
[0012]作为优选，换热活塞由铝合金制成，截面呈T型的活塞杆包括本体和推杆，本体和换热腔室配合构成密封腔，进气阀门和排气阀门均靠近密封腔远离本体的一端。本技术中的换热活塞使用铝合金制备，其目的是利用铝合金的高导热率来提升换热效率，从而缩短换热活塞中低温氦气的升温时间，进而提升整个装置的加压效率。
[0013]作为优选，杜瓦的一端设有长管状的注料管，注料管远离杜瓦的一端设有注料阀，注料管包括第一外管和第一内管，外管靠近杜瓦的一端与第一外管相连通，内管靠近杜瓦的一端与第一内管相连通，第一内管靠近注料阀的一端封闭，第一内管的另一端与换热气囊相连。布置第一内管和第一外管的目的是对氦气的流道进行独立，即低温氦气自第一外管、外管和第二管道扩散入密封腔中，待密封腔中的低温氦气升温至常温后，经第三管道、内管和第一内管被压入换热气囊中，升温后的氦气不会直接被压入杜瓦中，即杜瓦中的液氦不会快速升温导致杜瓦中的压强急剧升高，而是通过换热气囊的缓和式热交换逐步增压，一方面提升了增压过程的安全性，另一方面可维持液氦的持续性输出。
[0014]作为优选，第三管道包括第一分段和第二分段，第一分段远离第一管道的一端与排气阀门相连，第一分段的另一端设有单向阀，第二分段的一端与内管相连，单向阀与第二
分段的另一端之间可拆卸连接有快速接头，单向阀对自第二分段流入第一分段的气体进行截止。在进行增压操作时，先不安装快速接头，此时第一分段经单向阀与环境连通，待杜瓦中的低温氦气扩散至密封腔中后，将密封腔中的气体排出若干次，混有空气的氦气被排至大气中，此过程中需保证第二分段的密封，避免空气进入换热气囊中，几次操作后密封腔中充盈的气体为纯净的氦气，此时安装快速接头且关闭排气阀门，待密封腔中的氦气升温后打开排气阀门将氦气压入换热气囊中；上述技术方案的目的是保证换热气囊中氦气的纯净，以实现换热气囊中氦气的重复利用，毕竟换热气囊与密封腔连通，密封腔与杜瓦连通，当换热气囊中有空气混入时，杜瓦中的液本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于液氦杜瓦的自加压装置，包括用以储存低温液化气体的杜瓦，其特征在于，杜瓦通过第一管道与外设的换热活塞连通，第一管道上设有增压阀门，换热活塞包括换热腔室和可在换热腔室中往复滑动的活塞杆，第一管道包括外管和内管，外管和内管中的气体流动相互独立，换热腔室包括第一侧壁和第二侧壁，第一侧壁上设有进气阀门，第二侧壁上设有排气阀门，进气阀门与外管远离杜瓦的一端通过第二管道相连，排气阀门与内管远离杜瓦的一端通过第三管道相连，内管的另一端与设在杜瓦内部的换热气囊相连。2.根据权利要求1所述的一种用于液氦杜瓦的自加压装置，其特征在于，换热活塞由铝合金制成，截面呈T型的活塞杆包括本体和推杆，本体和换热腔室配合构成密封腔，进气阀门和排气阀门均靠近密封腔远离本体的一端。3.根据权利要求1所述的一种用于液氦杜瓦的自加压装置，其特征在于，杜瓦的一端设有长管状的注料管，注料管远离杜瓦的一端设有注料阀，注料管包括第一外管和第一内管，外管靠近杜瓦的一端与第一外管相连通，内管...

【专利技术属性】
技术研发人员：王钊胜，梁起美，皮雳，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：新型
国别省市：