CN116164225A - 一种液氦储罐 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液氦储罐，属于液氦存储技术领域，液氦储罐包括从外到内依次设置的外壳体、冷屏以及内容器，冷屏包裹在内容器外，外壳体包裹在冷屏外，形成三层直筒形卧式结构，液氦储罐以冷屏为界区和支点，将储罐支撑分割成2个温度区间，内容器支撑在冷屏、外壳体上，冷屏支撑在外壳体上，内容器支撑结构的热端温度可从293K降到77K，从而大幅度减小辐射传热。该液氦储罐还设置有氦气管道，在氦气管道导出氦气时可在液氦管道外形成屏蔽层以吸收外部传热，能够有效降低液氦管道中液氦的蒸发损失；通过设置热桥和真空管道，可形成真空屏蔽层，从而减少外部热量向液氦管道内传导，同时热桥可满足在温差作用下的变形协调。

Description

一种液氦储罐

技术领域

本发明涉及液氦存储技术领域，特别涉及一种液氦储罐。

背景技术

氦气作为不可再生资源，在地球中的含量非常少，主要存在于天然气或放射性矿石中。由于液氦温区属于极低温，且密度小、气化潜热小，传统的双层真空粉末或高真空多层绝热储罐无法满足液氦长期储存要求。

发明内容

基于此，本发明提供一种液氦储罐，包括从外到内依次设置的外壳体、冷屏以及内容器，冷屏包裹在内容器外，外壳体包裹在冷屏外，形成三层直筒形卧式结构，液氦储罐以冷屏为界区和支点，将储罐支撑分割成2个温度区间，内容器支撑在冷屏、外壳体上，冷屏支撑在外壳体上，内容器支撑结构的热端温度可从293K降到77K，从而大幅度减小辐射传热。

本发明采用的技术方案是：

一种液氦储罐，为卧式罐体，包括：

外壳体，其底部设置有鞍座；

冷屏，设置在所述外壳体内，并通过冷屏支撑结构支撑在所述外壳体上；所述冷屏与所述外壳体之间形成第一腔体；

内容器，设置在所述冷屏内，并通过内容器支撑结构支撑在所述冷屏、外壳体上；所述内容器用于储存液氦，其与所述冷屏之间形成第二腔体，所述第二腔体与第一腔体连通，且为真空环境；

管道组件，贯穿设置在所述外壳体上，具有从内到外依次设置且同轴的液氦管道、氦气管道以及连接管道；

所述液氦管道的一端与所述内容器的内部连通，另一端延伸至所述外壳体的外部，用于排放液氦；

所述氦气管道的一端向上引出后与所述内容器的内部连通，另一端延伸至所述外壳体的外部，用于导出氦气而形成屏蔽层以防止所述液氦管道中液氦的蒸发；

所述连接管道具有热桥和真空管道；所述真空管道位于所述外壳体的外部，呈真空状态，用于减少外部热量向所述液氦管道、氦气管道内传导；

所述热桥的外侧壁与所述外壳体密封连接，其一端与所述第一腔体连通，另一端与所述真空管道密封对接，用于协调因温差作用而引起的变形。

在本申请公开的液氦储罐中，所述冷屏包括：

冷屏圆筒，包裹在内容器外；

盘管，缠绕或盘绕于所述冷屏圆筒的外侧壁；

液氮容器，设置在所述冷屏圆筒的内部一侧，与所述盘管连通，其内储存有液氮作为所述冷屏的冷源；

承重圈，设置在所述冷屏圆筒的两端，用于支撑所述冷屏圆筒。

在本申请公开的液氦储罐中，所述内容器支撑结构包括：

径向支撑，设置在所述内容器的两端；所述径向支撑的数量为多个，采用悬挂方式，一端与所述内容器相连，另一端与对应所述承重圈相连，用于承受横向和垂直方向上的载荷；

轴向支撑，为锥形结构，其直径较小的一端与所述内容器的尾端相连，直径较大的一端穿过所述冷屏圆筒与所述外壳体相连。

在本申请公开的液氦储罐中，所述冷屏支撑结构包括：

周向支撑，其数量为多个，分布在所述承重圈的四周；

所述周向支撑的一端与所述承重圈相连，另一端与所述外壳相连，用于承受所述冷屏、内容器在径向、轴向和垂直方向上的载荷。

在本申请公开的液氦储罐中，所述冷屏支撑结构还包括调节支撑，所述调节支撑具有：

固定支座，设置在所述外壳体上，位于所述冷屏圆筒的尾端一侧，其上设置有一圆孔；

限位支柱，其一端与所述冷屏圆筒的尾端相连，另一端设置在所述圆孔内，可限制所述冷屏移动；

移动支座，设置在所述外壳体上，位于所述冷屏圆筒的前端一侧，其上设置有一长圆孔；

滑移支柱，其一端与所述冷屏圆筒的前端相连，另一端设置在所述长圆孔内，可在所述长圆孔内滑动，以满足所述冷屏的变形协调。

在本申请公开的液氦储罐中，所述热桥具有依次设置的内环形夹层、中环形夹层以及外环形夹层；

所述内环形夹层与外环形夹层的左端分别与第一腔体连通，右端均封闭；

所述中环形夹层的左端封闭，右端与所述真空管道连通。

在本申请公开的液氦储罐中，所述热桥包括从内到外依次设置且同轴的第一套管、第二套管以及第三套管，所述第三套管的外侧壁与所述外壳体密封连接，所述第一套管套设于所述氦气管道外；

所述第一套管的右端通过第一封口环与所述氦气管道外圆面密封焊接以构成右端封闭的内环形夹层；

所述第二套管的左端与所述第一套管左端通过第二封口环密封焊接以构成左端封闭的中环形夹层；

所述第三套管右端与所述第二套管右端通过第三封口环密封焊接以构成右端封闭的外环形夹层；

所述第三封口环背向所述外环形夹层的一侧与所述真空管道对接且密封焊接。

在本申请公开的液氦储罐中，所述第三套管左端内部依次嵌装有第一挡环和第二挡环；

所述第一挡环自由贴合于所述第二封口环左侧，所述第一挡环外径与所述第三套管左端内圆面直径相等、内径与所述氦气管道外圆面直径相等，且所述第一挡环设有用于连通所述内环形夹层、外环形夹层及第一腔体的通孔；

所述第二挡环与所述第三套管左端内圆面焊接连接、用于抵挡住所述第一挡环左侧，且所述第二挡环内径大于所述第二套管外圆面直径。

在本申请公开的液氦储罐中，所述外壳体上预留有直径大于所述第三套管外径的孔洞，所述孔洞外围搭接焊接有带孔盖板；

所述第三套管穿过所述带孔盖板、其外圆面与所述带孔盖板通过焊接密封配合。

在本申请公开的液氦储罐中，所述外壳体、冷屏圆筒、内容器的外侧表面均设置有绝热保温层。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）本申请的液氦储罐包括从外到内依次设置的外壳体、冷屏以及内容器，冷屏包裹在内容器外，外壳体包裹在冷屏外，形成三层直筒形卧式结构，液氦储罐以冷屏为界区和支点，将储罐支撑分割成2个温度区间，内容器支撑在冷屏、外壳体上，冷屏支撑在外壳体上，内容器支撑结构的热端温度可从293K降到77K，从而大幅度减小辐射传热。

（2）该液氦储罐还设置有氦气管道，在氦气管道导出氦气时可在液氦管道外形成屏蔽层以吸收外部传热，能够有效降低液氦管道中液氦的蒸发损失；通过设置热桥和真空管道，可形成真空屏蔽层，从而减少外部热量向液氦管道内传导，同时热桥可满足在温差作用下的变形协调。

（3）本申请冷屏通过冷屏支撑结构支撑在外壳体上，内容器通过内容器支撑结构支撑在冷屏、外壳体上。内容器支撑结构具有径向支撑和轴向支撑，径向支撑采用悬挂方式，用于承受横向和垂直方向上的载荷，轴向支撑为锥形结构，主要承受运输工况的轴向载荷；冷屏支撑结构具有周向支撑和调节支撑，周向支撑用于承受冷屏、内容器在径向、轴向和垂直方向上的载荷，调节支撑用于满足冷屏的变形协调。本申请支撑结构可适用于大容器储罐，解决了大容器储罐支撑难的问题，既满足储罐变形协调，也可实现工作状态和运输状态的固定，同时能有效减小支撑的热传导，减少储罐蒸发。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为液氦储罐的结构示意图；

图2为液氦储罐的局部结构示意图；

图3为冷屏的结构示意图；

图4为图3中的A处放大图；

图5为轴向支撑的结构示意图；

图6为管道组件的结构示意图；

图7为图6中的B处放大图；

图8为图6中的C处放大图。

附图标记：

10、外壳体；11、第一腔体；12、鞍座；13、孔洞；

20、冷屏；21、第二腔体；22、冷屏圆筒；23、盘管；24、液氮容器；25、承重圈；

30、内容器；31、低温吸附室；

40、管道组件；41、液氦管道；42、氦气管道；43、真空管道；44、带孔盖板；45、第一封口环；46、第二封口环；47、第三封口环；

50、热桥；51、内环形夹层；52、中环形夹层；53、外环形夹层；54、第一套管；55、第二套管；56、第三套管；57、第一挡环；58、第二挡环；59、通孔；

70、冷屏支撑结构；71、周向支撑；

80、内容器支撑结构；81、径向支撑；82、轴向支撑；

90、绝热保温层。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图，对本申请的具体实施方式做详细的说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部结构。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请中的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

在本申请中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

请参阅图1~8所示，本申请公开了一种液氦储罐，该液氦储罐为卧式罐体，包括从外到内依次设置的外壳体10、冷屏20以及内容器30。冷屏20与外壳体10之间形成第一腔体11，内容器30与冷屏20之间形成第二腔体21，第二腔体21与第一腔体11连通，为真空环境。内容器30上设置有低温吸附室31，用于延长真空寿命。冷屏20通过冷屏支撑结构70支撑在外壳体10上，内容器30通过内容器支撑结构80支撑在冷屏20、外壳体10上。外壳体10的底部设置有鞍座12，外壳体10主要作用是保证腔体真空度，同时承受冷屏20和内容器30的重量载荷，并通过鞍座12传递至基础。

内容器30用于储存液氦，冷屏20包裹在内容器30外，外壳体10包裹在冷屏20外，形成三层直筒形卧式结构，液氦储罐以冷屏20为界区和支点，将储罐支撑分割成2个温度区间，内容器30支撑在冷屏20、外壳体10上，冷屏20支撑在外壳体10上，内容器支撑结构80的热端温度可从293K降到77K。

该液氦储罐还包括管道组件40，管道组件40贯穿设置在外壳体10上，具有从内到外依次设置且同轴的液氦管道41、氦气管道42以及连接管道。

液氦管道41的一端与内容器30的内部连通，另一端延伸至外壳体10的外部，用于排放液氦。

氦气管道42的一端向上引出后与内容器30的内部连通，另一端延伸至外壳体10的外部，用于导出氦气而形成屏蔽层以防止液氦管道41中液氦的蒸发，即氦气管道42在导出氦气时可在液氦管道41外形成屏蔽层以吸收外部传热，能够有效降低液氦管道41中液氦的蒸发损失。

连接管道具有热桥50和真空管道43。连接管道均为真空环境，可形成真空屏蔽层，从而减少外部热量向液氦管道41、氦气管道42内传导。

具体地，真空管道43位于外壳体10的外部，呈真空状态，用于减少外部热量向液氦管道41、氦气管道42内传导。

具体地，热桥50的外侧壁与外壳体10密封连接，其一端与第一腔体11连通，另一端与真空管道43密封对接，用于协调因温差作用而引起的变形。

在一个实施例中，请参见图3、4所示，冷屏20包括冷屏圆筒22、盘管23、液氮容器24以及承重圈25。冷屏圆筒22包裹在内容器30外，其材质为铝或铜。盘管23缠绕或盘绕在冷屏圆筒22的外侧壁，并通过限位件固定，其材质为不锈钢。液氮容器24设置在冷屏圆筒22的内部一侧，与盘管23连通，其内储存有液氮作为冷屏20的冷源。承重圈25设置在冷屏圆筒22的两端，用于支撑冷屏圆筒22。

本申请液氮容器24向盘管23提供冷却介质，盘管23和冷屏圆筒22共同起到为液氦储罐绝热的作用，以降低液氦储罐中液氦的蒸发损失，延长无损运输时间。本申请在冷屏圆筒22的内表面增设不锈钢承重圈25，这样既保证了冷屏圆筒22的圆度，同时增强了屏的强度、刚性，承重圈25与冷屏20通过特定结构连接成一体，解决了冷屏20支撑内容器30的问题。

具体地，不锈钢盘管23和铝制冷屏圆筒22共同组成了全包式液氮冷屏20，外部传入的热量绝大部分由液氮吸收。全包式液氮冷屏20可将内容器30周围的环境温度降到77K，从而大幅度减小辐射传热。

具体地，冷屏20表面设置有温度传感器，用于对冷屏20进行温度检测，可通过对整个液氦储罐进行数值模拟和温度场分析，对储罐尤其是冷屏20的绝热结构进行最优化设计，确定冷屏20的温度，以便对漏热量进行较准确的计算，并通过在冷屏20上设置温度测试点对实测值和理论值进行分析，从而掌握冷屏20设计的一般规律。

现有液氦储罐的绝热方式多采用高真空多层屏蔽绝热，高真空可有效减少真空夹套中气体对流传热和导热传热，多层屏蔽可减少辐射传热量。由于辐射传热量与温度差的4次方成正比，因此辐射传热对储罐漏热损失影响最大。为有效减少辐射传热，本申请液氦储罐采用液氮屏蔽层，通过液氮蒸发有效降低液氦的蒸发损失，延长无损运输时间。通常液氮屏的结构一般采用铝屏或铜屏上缠绕不锈钢管道，然后在管道外部包裹绝热材料。这样的结构虽然可以起到屏蔽绝热的作用，但是铝屏的强度、刚性较低无法对内容器30进行支撑的作用。

支撑结构决定了储罐蒸发性能指标的大小，现有液氦储罐的支撑结构仅能支撑容量小的内容器，并且支撑结构的辐射传热大，造成储罐蒸发率大。

基于此，本申请提供内容器支撑结构80和冷屏支撑结构70，以将内容器30支撑在冷屏20、外壳体10上，冷屏20支撑在外壳体10上。请参见图1、5所示，内容器支撑结构80包括径向支撑81和轴向支撑82。径向支撑81设置在内容器30的两端，轴向支撑82设置在内容器30的尾端。径向支撑81的数量为多个，采用悬挂方式，一端与内容器30相连，另一端与对应承重圈25相连，用于承受横向和垂直方向上的载荷。轴向支撑82为锥形结构，其直径较小的一端与内容器30的尾端相连，直径较大的一端穿过冷屏圆筒22与外壳体10相连。

具体地，内容器30采用9点支撑结构（八点径向支撑81+尾部轴向支撑82），其中8点径向支撑81主要承受罐体在运输和运行等工况下，横向和垂直方向上载荷；尾部轴向支撑82主要承受运输工况的轴向载荷，并可通过初始安装角度来满足温度载荷下内容器30轴向和径向变形协调。

由于内容器30运输工况条件下会承受2g的轴向载荷，则需在尾部设置轴向支撑82，其支撑主体由玻璃钢材料和不锈钢材料组合而成。请参见图5所示，考虑到减小传热的要求，玻璃钢采用锥形结构从而减小导热量；考虑到支撑结构受力，螺纹连接法兰盘采用玻璃钢板材加工，中间锥体结构采用玻璃钢棒材加工，连接法兰盘和椎体部分通过螺纹锁紧，并在连接螺纹处涂刷专用胶进行粘贴加固。

具体地，请参见图1、2所示，冷屏支撑结构70包括周向支撑71。周向支撑71的数量为多个，其以一定角度分布在承重圈25的四周，一端与承重圈25相连，另一端与外壳体10相连，用于承受冷屏20、内容器30在径向、轴向和垂直方向上的载荷。

具体地，周向支撑71采用8点支撑结构，前后两端分别设置4只玻璃钢，并且相互以一定角度布置，支撑一端与冷屏20的承重圈25接触、另一端与外壳体10接触，承受冷屏20和内容器30在运输和运行等工况下，径向、轴向和垂直方向的载荷。

在一个实施例中，冷屏支撑结构70还包括调节支撑（图中未示出），调节支撑具有固定支座、限位支柱、移动支座以及滑移支柱。固定支座设置在外壳体10上，位于冷屏圆筒22的尾端一侧，其上设置有一圆孔，限位支柱的一端与冷屏圆筒22的尾端相连，另一端设置在该圆孔内，可限制冷屏20移动。移动支座设置在外壳体10上，位于冷屏圆筒22的前端一侧，其上设置有一长圆孔，滑移支柱的一端与冷屏圆筒22的前端相连，另一端设置在长圆孔内，可在长圆孔内滑动，以满足冷屏20的变形协调。

在温度载荷作用下，冷屏20的轴向和径向存在热胀冷缩，结构设计时冷屏20一端为固定端、另一端为滑移端。该支撑结构既满足冷屏20的变形协调，也可实现工作状态和运输状态的固定，同时有效减小支撑的热传导。

本申请冷屏20通过冷屏支撑结构70支撑在外壳体10上，内容器30通过内容器支撑结构80支撑在冷屏20、外壳体10上。内容器支撑结构80具有径向支撑81和轴向支撑82，径向支撑81采用悬挂方式，用于承受横向和垂直方向上的载荷，轴向支撑82为锥形结构，主要承受运输工况的轴向载荷；冷屏支撑结构70具有周向支撑71和调节支撑，周向支撑71用于承受冷屏20、内容器30在径向、轴向和垂直方向上的载荷，调节支撑用于满足冷屏20的变形协调。本申请支撑结构适用于大容器储罐，解决了大容器储罐支撑难的问题，既满足变形协调，也可实现工作状态和运输状态的固定，同时能有效减小支撑的热传导，减少储罐蒸发。

在一个实施例中，请参见图6~8所示，热桥50具有依次设置的内环形夹层51、中环形夹层52以及外环形夹层53。内环形夹层51与外环形夹层53的左端分别与第一腔体11连通，右端均封闭；中环形夹层52的左端封闭，右端与真空管道43连通。

具体地，热桥50包括从内到外依次设置且同轴的第一套管54、第二套管55以及第三套管56。第三套管56的外侧壁与外壳体10密封连接，第一套管54套设于氦气管道42外。请参见图7、8所示，第一套管54的右端通过第一封口环45与氦气管道42外圆面密封焊接以构成右端封闭的内环形夹层51；第二套管55左端与第一套管54左端通过第二封口环46密封焊接以构成左端封闭的中环形夹层52；第三套管56右端与第二套管55右端通过第三封口环47密封焊接以构成右端封闭的外环形夹层53；第三封口环47背向外环形夹层53的一侧与真空管道43对接且密封焊接。

具体地，请参见图7所示，第三套管56左端内部依次嵌装有第一挡环57和第二挡环58；第一挡环57自由贴合于第二封口环46左侧，第一挡环57外径与第三套管56左端内圆面直径相等、内径与氦气管道42外圆面直径相等，且第一挡环57设有用于连通内环形夹层51、外环形夹层53及第一腔体11的通孔59；第二挡环58与第三套管56左端内圆面焊接连接、用于抵挡住第一挡环57左侧，且第二挡环58内径大于第二套管55外圆面直径。

具体地，请参见图6所示，外壳体10上预留有直径大于第三套管56外径的孔洞13，孔洞13外围搭接焊接有带孔盖板44；第三套管56穿过带孔盖板44、其外圆面与带孔盖板44通过焊接密封配合。带孔盖板44的厚度大于外壳体10的厚度，可避免外壳体10在焊接过程中发生损伤。

本申请设置有氦气管道42，在氦气管道42导出氦气时可在液氦管道41外形成屏蔽层以吸收外部传热，能够有效降低液氦管道41中液氦的蒸发损失；通过设置热桥50和真空管道43，可形成真空屏蔽层，从而减少外部热量向液氦管道41内传导，同时热桥50可满足在温差作用下的变形协调。本申请的热桥50设置的三个环形夹层，可形成两个不同且相互交叉的真空屏蔽层，能够进一步减少外部热量向液氦管道41内传导，同时提高对液氦管道41中液氦的保护效果。

本申请还通过设置第一挡环57支撑住第三套管56，并利用第二挡环58抵挡住第一挡环57，可以有效防止第三套管56发生左右或上下偏移，从而避免带孔盖板44与外壳的焊缝处产生局部应力变形致使焊缝损伤而出现泄漏，进而有效保证了密封效果。

在一个实施例中，外壳体10、冷屏圆筒22、内容器30的外侧表面均设置有绝热保温层90，可大幅度减小辐射传热。该绝热保温层90为复合绝热被。

基于上述各实施例，本发明实施例的液氦储罐具有以下优点：

（1）本申请的液氦储罐包括从外到内依次设置的外壳体10、冷屏20以及内容器30，冷屏20包裹在内容器30外，外壳体10包裹在冷屏20外，形成三层直筒形卧式结构，液氦储罐以冷屏20为界区和支点，将储罐支撑分割成2个温度区间，内容器30支撑在冷屏20、外壳体10上，冷屏20支撑在外壳体10上，内容器支撑结构80的热端温度可从293K降到77K，从而大幅度减小辐射传热。

（2）该液氦储罐还设置有氦气管道42，在氦气管道42导出氦气时可在液氦管道41外形成屏蔽层以吸收外部传热，能够有效降低液氦管道41中液氦的蒸发损失；通过设置热桥50和真空管道43，可形成真空屏蔽层，从而减少外部热量向液氦管道41内传导，同时热桥50可满足在温差作用下的变形协调。

（3）本申请冷屏20通过冷屏支撑结构70支撑在外壳体10上，内容器30通过内容器支撑结构80支撑在冷屏20、外壳体10上。内容器支撑结构80具有径向支撑81和轴向支撑82，径向支撑81采用悬挂方式，用于承受横向和垂直方向上的载荷，轴向支撑82为锥形结构，主要承受运输工况的轴向载荷；冷屏支撑结构70具有周向支撑71和调节支撑，周向支撑71用于承受冷屏20、内容器30在径向、轴向和垂直方向上的载荷，调节支撑用于满足冷屏20的变形协调。本申请支撑结构适用于大容器储罐，解决了大容器储罐支撑难的问题，既满足变形协调，也可实现工作状态和运输状态的固定，同时能有效减小支撑的热传导，减少储罐蒸发。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，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 (10)

1.一种液氦储罐，为卧式罐体，其特征在于，包括：

外壳体，其底部设置有鞍座；

冷屏，设置在所述外壳体内，并通过冷屏支撑结构支撑在所述外壳体上；所述冷屏与所述外壳体之间形成第一腔体；

内容器，设置在所述冷屏内，并通过内容器支撑结构支撑在所述冷屏、外壳体上；所述内容器用于储存液氦，其与所述冷屏之间形成第二腔体，所述第二腔体与第一腔体连通，且为真空环境；

管道组件，贯穿设置在所述外壳体上，具有从内到外依次设置且同轴的液氦管道、氦气管道以及连接管道；

所述液氦管道的一端与所述内容器的内部连通，另一端延伸至所述外壳体的外部，用于排放液氦；

所述氦气管道的一端向上引出后与所述内容器的内部连通，另一端延伸至所述外壳体的外部，用于导出氦气而形成屏蔽层以防止所述液氦管道中液氦的蒸发；

所述连接管道具有热桥和真空管道；所述真空管道位于所述外壳体的外部，呈真空状态，用于减少外部热量向所述液氦管道、氦气管道内传导；

所述热桥的外侧壁与所述外壳体密封连接，其一端与所述第一腔体连通，另一端与所述真空管道密封对接，用于协调因温差作用而引起的变形。

2.根据权利要求1所述的液氦储罐，其特征在于，所述冷屏包括：

冷屏圆筒，包裹在内容器外；

盘管，缠绕或盘绕于所述冷屏圆筒的外侧壁；

液氮容器，设置在所述冷屏圆筒的内部一侧，与所述盘管连通，其内储存有液氮作为所述冷屏的冷源；

承重圈，设置在所述冷屏圆筒的两端，用于支撑所述冷屏圆筒。

3.根据权利要求2所述的液氦储罐，其特征在于，所述内容器支撑结构包括：

径向支撑，设置在所述内容器的两端；所述径向支撑的数量为多个，采用悬挂方式，一端与所述内容器相连，另一端与对应所述承重圈相连，用于承受横向和垂直方向上的载荷；

轴向支撑，为锥形结构，其直径较小的一端与所述内容器的尾端相连，直径较大的一端穿过所述冷屏圆筒与所述外壳体相连。

4.根据权利要求2所述的液氦储罐，其特征在于，所述冷屏支撑结构包括：

周向支撑，其数量为多个，分布在所述承重圈的四周；

所述周向支撑的一端与所述承重圈相连，另一端与所述外壳相连，用于承受所述冷屏、内容器在径向、轴向和垂直方向上的载荷。

5.根据权利要求4所述的液氦储罐，其特征在于，所述冷屏支撑结构还包括调节支撑，所述调节支撑具有：

固定支座，设置在所述外壳体上，位于所述冷屏圆筒的尾端一侧，其上设置有一圆孔；

限位支柱，其一端与所述冷屏圆筒的尾端相连，另一端设置在所述圆孔内，可限制所述冷屏移动；

移动支座，设置在所述外壳体上，位于所述冷屏圆筒的前端一侧，其上设置有一长圆孔；

滑移支柱，其一端与所述冷屏圆筒的前端相连，另一端设置在所述长圆孔内，可在所述长圆孔内滑动，以满足所述冷屏的变形协调。

6.根据权利要求1或5所述的液氦储罐，其特征在于，所述热桥具有依次设置的内环形夹层、中环形夹层以及外环形夹层；

所述内环形夹层与外环形夹层的左端分别与第一腔体连通，右端均封闭；

所述中环形夹层的左端封闭，右端与所述真空管道连通。

7.根据权利要求6所述的液氦储罐，其特征在于，所述热桥包括从内到外依次设置且同轴的第一套管、第二套管以及第三套管，所述第三套管的外侧壁与所述外壳体密封连接，所述第一套管套设于所述氦气管道外；

所述第一套管的右端通过第一封口环与所述氦气管道外圆面密封焊接以构成右端封闭的内环形夹层；

所述第二套管的左端与所述第一套管左端通过第二封口环密封焊接以构成左端封闭的中环形夹层；

所述第三套管右端与所述第二套管右端通过第三封口环密封焊接以构成右端封闭的外环形夹层；

所述第三封口环背向所述外环形夹层的一侧与所述真空管道对接且密封焊接。

8.根据权利要求7所述的液氦储罐，其特征在于，所述第三套管左端内部依次嵌装有第一挡环和第二挡环；

所述第一挡环自由贴合于所述第二封口环左侧，所述第一挡环外径与所述第三套管左端内圆面直径相等、内径与所述氦气管道外圆面直径相等，且所述第一挡环设有用于连通所述内环形夹层、外环形夹层及第一腔体的通孔；

所述第二挡环与所述第三套管左端内圆面焊接连接、用于抵挡住所述第一挡环左侧，且所述第二挡环内径大于所述第二套管外圆面直径。

9.根据权利要求8所述的液氦储罐，其特征在于，所述外壳体上预留有直径大于所述第三套管外径的孔洞，所述孔洞外围搭接焊接有带孔盖板；

所述第三套管穿过所述带孔盖板、其外圆面与所述带孔盖板通过焊接密封配合。

10.根据权利要求1所述的液氦储罐，其特征在于，所述外壳体、冷屏圆筒、内容器的外侧表面均设置有绝热保温层。

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