CN112146311B - 一种反向刀口管式氦-4超流抑制器 - Google Patents

Abstract

本发明适用于超低温稀释制冷机技术领域，提供了一种反向刀口管式氦‑4超流抑制器，包括与蒸馏室相连通的正向刀口管，正向刀口管与蒸馏室通过正向刀口管隔板相连，蒸馏室通过密封管道与抽吸管道相连通；反向刀口管以及与其相连的反向刀口管隔板。本发明巧妙地实现了抑制氦‑4超流液体翻越的作用，减小了漏热损失，可使稀释制冷机更加可靠、稳定地工作，提高制冷量，节约氦‑3用量，减少能源损耗，经济效益显著。

Description

一种反向刀口管式氦-4超流抑制器

技术领域

本发明属于超低温稀释制冷机技术领域，尤其涉及一种反向刀口管式氦-4超流抑制器。还涉及低温物理及超低温技术、低温物理实验技术、稀释制冷机、流体动力学、热力学和传热学等诸多领域。

背景技术

在正常一个大气压下，当温度降低到2.17K以下，氦-4液体会出现超流现象（这种现象是氦四超流的特性），在稀释制冷机的蒸馏室中存在氦-4超流液体，氦-4超流液体会沿着蒸馏室的侧壁向上爬行。通过实验人们发现这种流动几乎是没有粘滞消耗的“爬行流动”。其特点是，这时的氦-4超流比热大幅上升，比金属铜的传导能力还要大几百倍。

目前稀释制冷机等超低温设备中所使用的小孔或正向刀口管，其抑制氦-4超流的作用不明显，往往不能有效地抑制氦-4超流的流动。这种超流流动如果处理不好，将带来巨大的漏热和热传导损失。同时，在稀释制冷机的回流混气中将夹带大量的氦-4气体。由经验数据显示，当稀释制冷机中的回流混气中，氦-4的含量超过10%，稀释制冷机就不能正常工作了。为此，必须采用一种特殊的装置来抑制氦-4的超流损失。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种反向刀口管式氦-4超流抑制器，旨在解决背景技术中所提到的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种反向刀口管式氦-4超流抑制器，包括与超低温稀释制冷机的蒸馏室相连通的正向刀口管，所述正向刀口管与所述蒸馏室通过正向刀口管隔板相连，所述蒸馏室通过密封管道与抽吸管道相连通，所述正向刀口管位于在所述密封管道内部，所述超流抑制器还包括：

位于所述正向刀口管正上方的反向刀口管；以及

与所述反向刀口管一端相连的反向刀口管隔板。

优选的，所述反向刀口管位于所述正向刀口管的正上方。

优选的，所述正向刀口管隔板的材质为316LN不锈钢。

优选的，所述正向刀口管的材质为316LN不锈钢。

优选的，所述正向刀口管隔板为环状；所述正向刀口管与所述正向刀口管隔板焊接在一起。

优选的，所述密封管道与所述抽吸管道之间通过密封法兰相连通，所述反向刀口管隔板固定设置在所述密封法兰上。

优选的，所述反向刀口管隔板的材质为无氧铜。

优选的，所述反向刀口管的材质为无氧铜。

优选的，所述反向刀口管与所述反向刀口管隔板一体成型。

本发明实施例提供的一种反向刀口管式氦-4超流抑制器，通过在正向刀口管的上方增设反向刀口管和反向刀口管隔板，反向刀口管的刀刃插入正向刀口管内，部分越过正向刀口管的氦-4超流液体在反向刀口管刀刃和重力的作用下，巧妙地实现了抑制氦-4超流液体翻越的作用，可以100%地阻止氦-4超流液体的爬行翻越流动，减小了漏热损失，解决了氦-4在（超低温）稀释制冷机等超低温设备中引起漏热损失的问题，可使（超低温）稀释制冷机更加可靠、稳定地工作，提高制冷量，节约氦-3用量，节约能源，减少能源损耗，经济效益显著。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种反向刀口管式氦-4超流抑制器的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的氦-4超流液体在反向刀口管式氦-4超流抑制器中超流爬行的示意图。

附图中：1、蒸馏室；2、正向刀口管隔板；3、正向刀口管；4、密封管道；5、反向刀口管；6、反向刀口管隔板；7、密封法兰；8、抽吸管道。

具体实施方式

为了让本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，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。

以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述。

如附图1所示，为本发明一个实施例提供的一种反向刀口管式氦-4超流抑制器，包括与超低温稀释制冷机的蒸馏室1相连通的正向刀口管3，所述正向刀口管3与所述蒸馏室1通过正向刀口管隔板2相连，所述蒸馏室1通过密封管道4与抽吸管道8相连通，所述正向刀口管3位于在所述密封管道4内部，所述超流抑制器还包括：

位于所述正向刀口管3正上方的反向刀口管5；以及

与所述反向刀口管5一端相连的反向刀口管隔板6。

蒸馏室1是（超低温）稀释制冷机中的一个重要部分，蒸馏室1内的刀口则是关系到蒸馏室1性能好坏的关键零件。当（超低温）稀释制冷机的蒸馏室1工作时，其中氦-3稀相液体中的氦-4超流液体会沿着蒸馏室1的侧壁向上爬行，这种现象是氦-4超流的特性。现有的（超低温）稀释制冷机通常仅在与蒸馏室1相连通的密封管道4（此实施例中密封管道采用常见的密封法兰管道，但亦可根据实际制造需求采用其他类型的密封管道）内设置一正向刀口管3。正向刀口管3的刀刃的尺度理论上应该为纳米级的量级，氦-4超流液体是很难翻过这样尺度的刀刃的，但由于实际加工水平的缘故，通常正向刀口管3的刀刃没有那么锋利，还是有一少部分的氦-4超流液体会翻过正向刀口管3的刀刃，然后沿着密封管道4的内壁继续向上爬行。这部分氦-4超流液体而后进入到（超低温）稀释制冷机的抽吸管道8中，当稀释制冷机中的回流混气中氦-4的含量超过10%，稀释制冷机就不能正常工作了。

本发明在现有正向刀口管3的基础上增设了反向刀口管5和反向刀口管隔板6，如附图1所示，正向刀口管3的刀刃朝上，反向刀口管5的刀刃朝下，正向刀口管3的直径略大于反向刀口管5的直径，从而当正向刀口管3的刀刃与反向刀口管5的刀刃在同一高度时就形成了一个环形缝隙。正向刀口管3和反向刀口管5都是中空的管道，气体在管道内流通。反向刀口管隔板6与反向刀口管5的非刀刃端相连，正向刀口管隔板2、正向刀口管3、反向刀口管5、反向刀口管隔板6和密封管道4之间形成超流氦-4回流路径。如附图2所示，氦-4超流液体沿着蒸馏室1的侧壁向上爬行，当爬到正向刀口管隔板2时，很大一部分的氦-4超流液体被正向刀口管隔板2挡住不再继续向上爬行，但仍然还有一部分氦-4超流液体流过正向刀口管隔板2继续向上爬；由于正向刀口管3刀刃的锋利度不够还是不能完全阻止氦-4超流液体继续爬行，还有一部分的氦-4超流液体会翻过正向刀口管3的刀刃进入到回流路径内，无法翻越正向刀口管3刀刃的氦-4超流液体则回流至蒸馏室1内；进入到回流路径的氦-4超流液体顺着回流路径的内壁爬行到反向刀口管5的刀刃处，爬行的顺序为正向刀口管3外壁、正向刀口管隔板2、密封管道4内壁、反向刀口管隔板6、反向刀口管5外壁；此时，氦-4超流液体就再也没有能力越过这倒挂的插入正向刀口管3内的反向刀口管5的锋利的刀刃了，再加上重力的作用，最后剩余的一点氦-4超流液体被彻底拉回到蒸馏室1中，从而实现了100%抑制氦-4超流液体沿壁面逃逸的过程。本发明实施例通过在正向刀口管3的正上方增设反向刀口管5和反向刀口管隔板6，反向刀口管5的刀刃插入正向刀口管3内，部分越过正向刀口管3的氦-4超流液体在反向刀口管5锋利刀刃和重力的作用下，巧妙地实现了抑制氦-4超流液体翻越的作用，可以100%地阻止氦-4超流液体的爬行翻越流动，减小了漏热损失，解决了超流氦-4在（超低温）稀释制冷机等超低温设备中引起漏热损失的问题，可使（超低温）稀释制冷机更加可靠、稳定地工作，提高制冷量，节约氦-3用量，节约能源，减少能源损耗，经济效益显著。

作为本发明的一种优选实施例，所述正向刀口管隔板2的材质为316LN不锈钢。

具体的，（超低温）稀释制冷机的蒸馏室1通常是采用不锈钢材料制成的，正向刀口管隔板2采用316LN不锈钢可以与蒸馏室1更方便的连接，例如正向刀口管隔板2和蒸馏室1可以通过焊接相连。此外，316LN不锈钢有减少热传导的作用，可以防止蒸馏室1的冷量上传，将被抽走氦-4的气体量控制为最少，充分发挥氦-3在气体循环系统中的最大作用，提高整个（超低温）稀释制冷机的工作效率。

作为本发明的一种优选实施例，所述正向刀口管3的材质为316LN不锈钢。

具体的，正向刀口管3采用316LN不锈钢可以更方便的和正向刀口管隔板2、蒸馏室1连接。此外，316LN不锈钢有减少热传导的作用，可以防止蒸馏室1的冷量上传，将被抽走氦-4的气体量控制为最少，充分发挥氦-3在气体循环系统中的最大作用，提高整个（超低温）稀释制冷机的工作效率。

作为本发明的一种优选实施例，所述正向刀口管隔板2为环状；所述正向刀口管3与所述正向刀口管隔板2焊接在一起。

具体的，正向刀口管3的非刀刃端与正向刀口管隔板2焊接在一起，环状的正向刀口管隔板2焊接在蒸馏室1上。

如附图1所示，作为本发明的一种优选实施例，所述密封管道4与所述抽吸管道8之间通过密封法兰7相连通，所述反向刀口管隔板6固定设置在所述密封法兰7上。

具体的，密封管道4又可称作密封法兰管，密封管道4焊接在蒸馏室1上，密封法兰7位于密封管道4远离蒸馏室1的一端，密封法兰7用来密封和固定反向刀口管5。反向刀口管5与反向刀口管隔板6相连，通过密封法兰7使反向刀口管隔板6与密封管道4固定连接。

作为本发明的一种优选实施例，所述反向刀口管隔板6的材质为无氧铜。

具体的，密封法兰7采用不锈钢制作而成，反向刀口管隔板6采用无氧铜制作而成。无氧铜材质比其他金属材质柔软，刚好可以充当密封法兰7铜制密封圈的作用。

作为本发明的一种优选实施例，所述反向刀口管5的材质为无氧铜。

具体的，反向刀口管5的非刀刃端的反向刀口管隔板边缘刚好是充当密封法兰7铜制密封圈的作用，它不和正向刀口管3相接触，从而使反向刀口管5完成了抑制氦4超流液体的功能。

作为本发明的一种优选实施例，所述反向刀口管5与所述反向刀口管隔板6一体成型。

具体的，反向刀口管5和反向刀口管隔板6均采用无氧铜制作而成，无氧铜材质比其他金属材质柔软，刚好可以充当密封法兰7铜制密封圈的作用。出于制造方便，二者一体成型。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种反向刀口管式氦-4超流抑制器，包括与超低温稀释制冷机的蒸馏室相连通的正向刀口管，所述正向刀口管与所述蒸馏室通过正向刀口管隔板相连，所述蒸馏室通过密封管道与抽吸管道相连通，所述正向刀口管位于在所述密封管道内部，其特征在于，所述超流抑制器还包括：

位于所述正向刀口管正上方反向刀口管；以及

与所述反向刀口管一端相连的反向刀口管隔板，正向刀口管的刀刃朝上，反向刀口管的刀刃朝下，正向刀口管的直径略大于反向刀口管的直径，正向刀口管和反向刀口管都是中空的管道，反向刀口管隔板与反向刀口管的非刀刃端相连，正向刀口管隔板、正向刀口管、反向刀口管、反向刀口管隔板和密封管道之间形成超流氦-4回流路径，所述正向刀口管隔板为环状；所述正向刀口管与所述正向刀口管隔板焊接在一起，所述密封管道与所述抽吸管道之间通过密封法兰相连通，所述反向刀口管隔板固定设置在所述密封法兰上。

2.根据权利要求1所述的一种反向刀口管式氦-4超流抑制器，其特征在于，所述反向刀口管隔板的材质为无氧铜。

3.根据权利要求2所述的一种反向刀口管式氦-4超流抑制器，其特征在于，所述反向刀口管的材质为无氧铜。

4.根据权利要求3所述的一种反向刀口管式氦-4超流抑制器，其特征在于，所述反向刀口管与所述反向刀口管隔板一体成型。

Images