CN108591818A - 一种采用热二极管支撑结构的杜瓦瓶 - Google Patents

一种采用热二极管支撑结构的杜瓦瓶 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种采用热二极管支撑结构的杜瓦瓶，包括瓶体，瓶体由内瓶和外瓶组成，内瓶置于外瓶内部由若干个热二极管支撑机构支撑，内瓶与外瓶上端分别密封设有内盖板与外盖板；内盖板与外盖板上均设有抽气孔以及防爆阀，内瓶设有穿过内、外盖板与外界连通的注液管。注液管用于将低温液体注入到杜瓦瓶内部。热二极管支撑结构具有单向导热能力弱的特性，在起到支撑作用的同时，减少了杜瓦瓶内部到外部环境的漏热。相比于传统的杜瓦瓶，本发明减少了漏热，使得杜瓦瓶的保温能力进一步提高，提高了杜瓦瓶的性能，同时在急剧失稳状态下，热二极管结构更容易向外界传递热量，提高了杜瓦瓶的安全性。

Description

一种采用热二极管支撑结构的杜瓦瓶
技术领域
本发明涉及低温系统领域，尤其是涉及一种采用热二极管支撑结构的杜瓦瓶。
背景技术
在低温液体贮存，低温研究以及超导领域，杜瓦瓶占有举足轻重的位置，又名保温瓶，其能够很好的维持低温环境，从而降低制冷设备的能耗。现代的杜瓦瓶是苏格兰物理学家和化学家詹姆斯-杜瓦爵士于1983年发明的，因此其被命名为杜瓦瓶。目前，市场上应用的杜瓦瓶大部分为金属型，少部分为非金属型。同时杜瓦瓶有一部分是和脉管制冷机等直接相连，通过脉管制冷机等制冷设备为其提供冷量，另外一部分则是通过注入低温液氮或低温液氦，使得其维持在一个基本固定的温度内，液氮或液氦因热量而减少后通过重新进行充注而维持温度，或是结合低温制冷机，将吸热蒸发的液氮或液氦重新进行冷却，维持其总量不变。杜瓦瓶在维持稳定的低温环境中具有很好的的表现，在交变流动中则会产生涡流损耗等，尤其是在超导等部件发生失超时，其要求把里面的热量很快散到环境中，以免造成内部液体的大量蒸发而发生爆炸危险。
当前的杜瓦瓶为了维持更低温的环境，通常采用双层甚至多层套筒嵌套保温，但内部套筒结构不能悬空在内部，其必然通过支撑结构与最外层套筒相连，导致最低温度区域和外界最高温度区域相连通，造成大量的导热。使得杜瓦瓶的保温能力下降，增加制冷机的功耗或是增加液氦等低温液体的补充填注量。
由于目前杜瓦瓶存在以上不足，由于支撑结构的导热而增加杜瓦瓶的漏热，降低杜瓦瓶的保温能力，增加制冷机的能耗或液氦的充注量，因此，为更好的维持低温环境，需要一种可以减少漏热的杜瓦瓶。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种采用热二极管支撑结构的杜瓦瓶，通过热二极管对不同温度区间的单向导热性，因其导热系数随温度变化，相比于从高温传递到高温，热量更容易从低温向高温传递，减少了杜瓦瓶内核向外界的传热，增加了杜瓦瓶的保温能力。
本发明的技术方案如下：
一种采用热二极管支撑结构的杜瓦瓶，包括瓶体，所述瓶体由内瓶和外瓶组成，所述内瓶置于外瓶内部由若干个热二极管支撑机构支撑，所述内瓶与外瓶上端分别密封设有内盖板与外盖板；所述内盖板与外盖板上均设有抽气孔，所述内瓶设有穿过内、外盖板与外界连通的注液管。
所述的注液管穿过杜瓦瓶的内、外盖板，用于向内瓶充注低温液体如液氦等，以使得其内部处于一个极低温的环境。
所述抽气孔用于将杜瓦瓶内的初始的空气抽走，以保持一个真空环境，来提高绝热能力。
所述杜瓦瓶的内瓶、外瓶均通过螺栓与所述内、外盖板固定连接。内瓶与内盖板构成以封闭腔，外瓶与外盖板构成另一封闭腔。
作为优选，所述内盖板与外盖板上均设有防爆阀。防爆阀作用是当杜瓦瓶内瓶内温度突然上升导致低温液体大量蒸发产生巨大压力时，防爆阀自动被打开，从而卸掉瓶内压力防止爆炸。
作为优选，所述的热二极管支撑结构包括三层，底层与外瓶接触，为金属铅；中间层为ErNi2合金；顶层与内瓶接触，为Er3Ni合金。
作为优选，所述的热二极管支撑结构的数量为3～10个。
作为优选，所述的热二极管支撑结构可以为圆柱形、棱柱形或其他支撑结构。
进一步地，当热二极管支撑结构为圆柱形时，直径为1～10mm，高度为10～200mm。
所述的热二极管支撑结构用于支撑杜瓦瓶的内瓶，使其以尽量小的面积和杜瓦瓶外瓶相接触，从而减小外界环境对内瓶的热传导。热二极管支撑结构具有热量的单向传导性，当其底部温度高于顶部温度时，热二极管的热导率降低，从而使得外界的热量更难从热二极管底部传导到杜瓦瓶内瓶。当其顶部温度高于底部温度时，热二极管的热导率升高，从而使得杜瓦瓶内瓶的热量更容易从热二极管传导到外部环境。
所述的热二极管支撑结构由在不同温度区间内具有不同热导率的金属组成，其中，靠近热二极管底部的金属在低温区具有较高的热导率，而在高温区具有较低的热导率。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、结构简单，便于实现，同时由于热二极管支撑结构的采用，使得热量从高温向低温传递比从低温向高温传递困难，从而有效的隔绝了杜瓦瓶的漏热。
2、在杜瓦瓶内部环境剧烈失稳的情况下容易把热量导出来，增加了安全系数，提升了杜瓦瓶的性能。
附图说明
图1为本发明一种采用热二极管支撑结构的杜瓦瓶。
其中：1为外盖板防爆阀，2为杜瓦外盖板，3为内盖板防爆阀，4为杜瓦内盖板，5为杜瓦外瓶，6为热二极管支撑结构，7为注液管，8为外瓶抽气孔，9为外盖板螺栓，10为内瓶抽气孔，11为内盖板螺栓，12为杜瓦内瓶。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明一种采用热二极管支撑结构的杜瓦瓶作进一步详细说明。
如图1所示，一种采用热二极管支撑结构的杜瓦瓶，包括杜瓦外瓶5，杜瓦内瓶12，杜瓦内瓶12包裹在杜瓦外瓶5内部，通过热二极管支撑结构6进行支撑，同时内外瓶体之间有注液管7相连，用于将低温液体注入到杜瓦瓶内部。
本实施例中，杜瓦外瓶5与杜瓦外盖板2构成一封闭腔，二者通过外盖板螺栓9连接，通过O型圈进行密封。在杜瓦外盖板2上有外盖板防爆阀1以及外瓶抽气孔8，同时有供注液管7通过的孔。
杜瓦内瓶12与杜瓦内盖板4构成另一封闭腔，二者通过内盖板螺栓11进行连接，通过金属铟丝进行密封。在杜瓦内盖板4上有内盖板防爆阀3和内瓶抽气孔10，同时有供注液管7通过的孔。
外盖板防爆阀1和内盖板防爆阀3用于在杜瓦内部环境急剧失稳后，造成其内部液体大量蒸发而产生巨大的压力，防爆阀会自动开启，将压力排出，以免爆炸。
外瓶抽气孔8和内瓶抽气孔11则是在杜瓦瓶工作之间用于将其内部的空气等抽走，抽成真空状态，以增强其保温能力。
注液管7从外界环境连通到杜瓦瓶内部，用于将低温液体充注进入杜瓦瓶内部，维持低温环境。充注完成后注液管需进行密封。
杜瓦内瓶12通过热二极管支撑结构6支撑在杜瓦外瓶5中，避免杜瓦内瓶12与外界环境产生过多导热。
本实施例中，热二极管支撑结构6为圆柱形，数量为6根，均匀分布在杜瓦内瓶5的底部。
热二极管支撑结构6为三层，最底部与杜瓦外瓶12接触的金属为铅，中间层的金属为ErNi2合金，最顶部与杜瓦内瓶5接触的金属为Er3Ni合金。
热二极管支撑结构6由在不同温度区间内具有不同热导率的金属组成，其中，靠近热二极管底部的金属在低温区具有较高的热导率，而在高温区具有较低的热导率。
在通过注液管7向杜瓦内瓶12充注低温液体后，热二极管支撑结构6的整体导热系数大幅下降，从而使得其通过外部环境向杜瓦瓶内部漏热减少。而当杜瓦瓶内部环境急剧失稳后，如其内部放置超导部件，失超后产生大量热量，此时热二极管支撑结构的导热系数大幅增强，从而可以更快的将热量导出。
以上所述仅为本发明的较佳实施举例，并不用于限制本发明，凡在本发明精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种采用热二极管支撑结构的杜瓦瓶，包括瓶体，所述瓶体由内瓶和外瓶组成，其特征在于，所述内瓶置于外瓶内部由若干个热二极管支撑机构支撑，所述内瓶与外瓶上端分别密封设有内盖板与外盖板；所述内盖板与外盖板上均设有抽气孔，所述内瓶设有穿过内、外盖板与外界连通的注液管。
2.根据权利要求1所述的采用热二极管支撑结构的杜瓦瓶，其特征在于，所述内盖板与外盖板上均设有防爆阀。
3.根据权利要求1所述的采用热二极管支撑结构的杜瓦瓶，其特征在于，所述的热二极管支撑结构包括三层，底层与外瓶接触，为金属铅；中间层为ErNi2合金；顶层与内瓶接触，为Er3Ni合金。
4.根据权利要求1所述的采用热二极管支撑结构的杜瓦瓶，其特征在于，所述的热二极管支撑结构的数量为3～10个。
5.根据权利要求1所述的采用热二极管支撑结构的杜瓦瓶，其特征在于，所述的热二极管支撑结构为圆柱形或棱柱形。
6.根据权利要求1所述的采用热二极管支撑结构的杜瓦瓶，其特征在于，所述的热二极管支撑结构为圆柱形，直径1～10mm，高度10～200mm。
7.根据权利要求1所述的采用热二极管支撑结构的杜瓦瓶，其特征在于，所述内瓶、外瓶均通过螺栓与所述内、外盖板固定连接。
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