CN2788100Y - 超流氦加压装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及的超流氦加压装置，包括：一杜瓦，其内腔为正常液氦腔，正常液氦腔底部放置有加压超流氦腔和与其上部相连通的饱和超流氦腔；饱和超流氦腔通过抽气管和与真空泵连接；与饱和超流氦腔相连的饱和腔针阀的端部设有针阀调节旋钮；杜瓦设有与正常液氦腔相连通的排气管；正常液氦腔内的上部腔体内设有防辐射板；特点在于，饱和超流氦腔和加压超流氦腔腔内的液体通过多孔介质连通；饱和超流氦腔和加压超流氦腔均为带真空夹层；加压超流氦腔设置有截至阀。具有加工方便、易于调节和控制、漏热小、液氦损失慢等优点。
Description
发明领域
本实用新型涉及低温冷却系统中的加压装置，特别涉及一种超流氦加压装置，特别适用于各种使用超流氦对低温超导磁体进行冷却的领域。
背景技术
目前通用的用以超流氦加压的装置有两种，一种是分层式超流氦加压装置，另一种是直接压缩式超流氦加压装置。在应用中，它们还分别存在一些缺点。
分层式超流氦加压装置结构形式如图1所示，其结构主要包括：一杜瓦3，其内设有底部的加压超流氦腔8和上部的正常液氦腔6，所述加压超流氦腔8和正常液氦腔6之间设置饱和超流氦腔7。其工作流程是先在杜瓦内3输入一定高度的液氦，通过正常抽气管10，用控压真空泵21将整个杜瓦抽到需要的压力，然后通过与饱和超流氦腔7相连通的加压针阀12输入一定流量的液氦到饱和超流氦腔7，通过饱和抽气管5，用与饱和超流氦腔7相连通的真空泵1不断抽出饱和超流氦腔7内的氦气，使饱和超流氦腔7的温度降到一定温度，通过饱和超流氦腔7的腔壁进行传导，使加压超流氦腔8的温度降到需要的温度。正常液氦腔6的液氦通过隔在加压超流氦腔8与正常液氦腔6之间的隔热板22(隔热板22与杜瓦3内壁之间设有3mm-7mm的间隙)与加压超流氦腔8进行流通和传导，调节与正常液氦腔6相通的控压真空泵21的转速，通过隔热板13与杜瓦内壁之间的间隙可以控制加压超流氦腔8中的压力。
这种分层式加压超流氦装置的主要缺点在于：正常液氦腔6的液氦和加压超流氦腔8通过隔热板22与杜瓦3内壁之间形成的间隙流通，此间隙使得正常液氦向加压超流氦腔8的漏热增加了液氦损失量。在装置运行过程中，调节和控制过程较为复杂，因为隔热板22的位置是固定的，为了减少漏热，需要将正常液氦腔6的正常液氦和加压超流氦腔8的加压超流氦之间的液体界面控制在隔热板22的高度。
直接压缩式超流氦加压装置的结构形式如图2，其结构主要包括：一杜瓦3，其内设有底部加压超流氦腔8，所述的底部加压超流氦腔8和正常液氦腔6之间设置饱和超流氦腔7，所述的饱和超流氦腔7内设置超压氦液体压缩泵23，其工作流程是先在杜瓦3内输入一定高度的液氦，然后通过饱和针阀12输入一定流量的正常液氦到饱和超流氦腔7，通过饱和抽气管5，用真空泵1将饱和超流氦腔7的气体不断抽出，使饱和超流氦腔7温度下降到一定的温度，然后打开超流氦液体压缩泵23，逐渐对降温后的饱和超流氦腔7内的饱和超流氦加压，饱和超流氦通过校验阀24输入到加压超流氦腔8，调节压缩泵驱动器25并由校验阀24传输，可以调节加压超流氦腔8的压力。
这种直接压缩式超流氦装置加压的主要缺点在于：装置中饱和超流氦腔7内设置有一台超流氦液体压缩泵23，涉及的技术难度较大，加工工艺要求高，因此价格昂贵，并且在运行过程中会造成加压超流氦腔内的压力有较大的波动。
发明内容
本实用新型采用低温超流氦传热和流动系统，解决现有超流氦加压装置存在的漏热大、液氦损失较快、调节控制难度大或技术复杂程度较高、加工工艺要求高、成本高昂、运行稳定性不强的技术缺陷，提供一种加工方便、易于调节和控制、漏热较小、液氦损失较慢的超流氦加压的装置。
本实用新型的目的是这样实现的：
本实用新型提供的超流氦加压装置，如附图3，包括：
一杜瓦3，其内腔为正常液氦腔6，正常液氦腔6底部放置有加压超流氦腔8和与其上部相连通的饱和超流氦腔7；所述饱和超流氦腔7通过饱和抽气管5和与真空泵1连接；与所述饱和超流氦腔7相连的饱和针阀12的端部设有饱和针阀旋钮9；与所述加压超流氦腔8相连的加压针阀14的端部设有加压针阀旋钮16；杜瓦3设有与正常液氦腔6相连通的正常排气管10；所述正常液氦腔6内的上部腔体内设有防辐射板4；其特征在于，还包括；
饱和超流氦腔7和加压超流氦腔8腔内的液体通过多孔介质17连通；所述的饱和超流氦腔7和加压超流氦腔8均为带真空夹层；所述的加压超流氦腔8设置有截至阀13。
所述的多孔介质17为金属粉末烧结体或金属铝氧化物以及微孔陶瓷。
所述的多孔介质17的厚度为4mm-12mm。
所述的多孔介质17的微孔平均直径在0.1μm-20μm。
所述的多孔介质17放置在多孔介质底座18内，多孔介质底座18放置在带真空夹层的饱和超流氦腔7内，多孔介质底座18与带真空夹层的饱和超流氦腔7相连的表面上开有光滑的方形密封槽，槽内设有采用铟丝材料制作的密封圈(19)。
本实用新型在饱和超流氦腔7外壁设置饱和真空夹层11，加压超流氦腔8外壁设置加压真空夹层15，可以大大减小向这两个腔内减小漏热量，减少液氦损失量。
本实用新型的正常液氦腔6内灌注有一定高度的正常液氦，饱和超流氦腔7内灌注有一定高度的饱和超流氦，加压超流氦腔8中充满超流氦。
本实用新型的正常液氦腔6和饱和超流氦腔7通过饱和针阀12相连接，工作时，有一定量的正常超流氦流过饱和针阀12注入到饱和超流氦腔7中。饱和超流氦腔7中上部的蒸发氦气通过饱和抽气管5由括真空泵1不断抽出，以维持饱和超流氦腔7中的温度稳定性。
本实用新型的加压针阀14在初次往加压超流氦腔8内充入正常液氦时打开，液氦充满之后关闭。
本实用新型的多孔介质底座(18)与饱和超流氦腔(7)的底端使用螺栓组件20连接或使用一体烧结加工制成或使用低温胶粘接。
本实用新型超流氦加压装置的工作过程如下：
将超导磁体安装在加压超流氦腔8内，再安装加压真空夹层15，打开截至阀13并利用通用真空设备抽出加压真空夹层15内的气体然后关闭截至阀13，在杜瓦3与杜瓦盖2之间采用通用橡胶圈密封。杜瓦3内腔为正常液氦腔6，使用通常方法向整个杜瓦3内输入正常液氦，使正常液氦注入的液面高度略低于防辐射板4，旋转饱和针阀旋钮9打开饱和针阀12，旋转加压针阀旋钮16打开加压针阀14，向饱和超流氦腔7和加压超流氦腔8内充入正常液氦，关上加压针阀14，调节饱和针阀12，使其处于微开状态。打开真空泵1通过饱和抽气管5不断抽出饱和超流氦腔7上部的蒸发氦气，使饱和超流氦腔7内达到一定的温度，在此过程中可以调节真空泵1的抽速和饱和针阀12的开度，以控制饱和超流氦腔7内达到设计的温度；饱和超流氦腔7内温度下降后，加压超流氦腔8内的温度就高于饱和加压超流氦腔7内温度，即在多孔介质17的两端出现温差，由于超流氦在多孔介质17中存在热机械效应，使处于加压超流氦腔8和饱和超流氦腔7之间的多孔介质17的两端将会产生相应较大的压差，此时加压超流氦腔8内的压力就高于饱和超流氦腔7内的压力，两者之间的压力差和温度差成正比，远大于温度差导致的饱和压力差，这样就使得加压超流氦腔8内处于加压的状态，并且加压超流氦腔8内的压力可以通过调节饱和超流氦腔7内温度来控制。被冷却的器件放置于加压超流氦腔8内，它释放的热量先被加压超流氦腔8内的液体冷却，然后热量通过多孔介质17传递到饱和超流氦腔7内经蒸发吸热，通过饱和抽气管5和真空泵1排出。这样就实现了对超流氦加压、并冷却器件的功能，并且可以方便地控制。
技术效果
本实用新型超流氦加压装置提供了一种新的结构形式和操作方法，因而获得以下几方面技术效果。超流氦腔使用真空夹层隔热，大大减少了漏热量。相比于分层式超流氦加压装置，本装置中不存在正常液氦和加压超流氦直接接触的情况，直接减少了向加压超流氦腔的漏热。通过减少漏热可以大大减小正常液氦的损失量，增加了装置在运行过程中的经济性。
本实用新型装置不需要加工工艺复杂、价格昂贵的超流氦液体压缩泵，其核心部件为多孔介质，加工工艺较为简单，材料便宜。因此大大降低了装置的制作加工成本。
本实用新型装置在运行和操作过程中，避免了分层式超流氦加压装置中正常液氦腔6和加压超流氦腔8之间液体界面必须处于隔热板22位置的高度的问题，也避免了直接压缩式超流氦加压装置中压力波动的问题，因而增加了运行稳定性。通过调节真空泵1的抽速和饱和针阀12的开度可以方便地对运行过程进行调节和控制。因而增加了装置的可操作性。
附图说明
图1是现有技术中的分层式加压超流氦装置结构示意图；
图2是现有技术中的直接压缩式超流氦加压装置结构示意图；
图3是本实用新型的结构示意图；
图4是图3中A的局部放大示意图；
其中：真空泵1 杜瓦盖2 杜瓦3
防辐射板4 饱和抽气管5 正常液氦腔6
饱和超流氦腔7 加压超流氦腔8 饱和针阀旋钮9
正常抽气管10 饱和真空夹层11 饱和针阀12
截至阀13 加压针阀14 加压真空腔15
加压针阀旋钮16 多孔介质17 多孔介质底座18
软金属密封圈19， 螺栓组件20 控压真空泵21
隔热板22 超流氦液体压缩泵23 校验阀24
调节压缩泵驱动器25
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细说明。
实施例1：
本实用新型提供的超流氦加压装置，如图3，图4包括：
一杜瓦3，其内腔为正常液氦腔6，正常液氦腔6底部放置有加压超流氦腔8和与其上部相连通的饱和超流氦腔7；所述饱和超流氦腔7通过饱和抽气管5和与真空泵1连接；与所述饱和超流氦腔7相连的饱和针阀12的端部设有饱和针阀旋钮9；与所述加压超流氦腔8相连的加压针阀14的端部设有加压针阀旋钮16；杜瓦3设有与正常液氦腔6相连通的正常排气管10；所述正常液氦腔6内的上部腔体内设有防辐射板4；其特征在于，还包括；
饱和超流氦腔7和加压超流氦腔8腔内的液体通过多孔介质17连通；所述的饱和超流氦腔7和加压超流氦腔8均为带真空夹层；所述的加压超流氦腔8设置有截至阀13。
所述的多孔介质17为金属粉末烧结体或金属铝氧化物以及微孔陶瓷都可以。
所述的多孔介质17的材料采用氧化铝，多孔介质1的厚度为5mm，微孔平均直径2微米；多孔介质17与多孔介质底座18分别加工制作，采用低温胶将两者粘接在一起。
所述的多孔介质17放置在多孔介质底座18内，多孔介质底座18放置在带真空夹层的饱和超流氦腔7内，多孔介质底座18与带真空夹层的饱和超流氦腔7相连的表面上开有光滑的方形密封槽，槽内设有铟丝材料制作的截面直径为1mm的密封圈19。
本实用新型的饱和超流氦腔7外壁设置了饱和真空夹层11，加压超流氦腔8外壁设置了加压真空夹层15，可以大大减小向这两个腔内减小漏热量，减少液氦损失量。
本实用新型的正常液氦腔6内灌注有一定高度的正常液氦，饱和超流氦腔7内灌注有一定高度的饱和超流氦，加压超流氦腔8中充满超流氦。
本实用新型的正常液氦腔6和饱和超流氦腔7通过饱和针阀12相连接，工作时，有一定量的正常超流氦流过饱和针阀12注入到饱和超流氦腔7中。饱和超流氦腔7中上部的蒸发氦气通过抽气管5由括真空泵1不断抽出，以维持饱和超流氦腔7中的温度稳定性。
本实用新型的加压针阀14在初次往加压超流氦腔8内充入正常液氦时打开，液氦充满之后关闭。
本实用新型的多孔介质底座(18)与饱和超流氦腔(7)的底端使用螺栓组件20连接。
本实施例工作过程如下：将超导磁体安装在加压超流氦腔8内，再安装加压真空夹层15，打开截至阀13并利用通用真空设备抽出加压真空夹层15内的气体，然后再关闭截至阀13。在杜瓦3与杜瓦盖2之间采用通用橡胶圈密封。杜瓦3内腔为正常液氦腔6，使用通常方法向整个杜瓦3内输入正常液氦，使正常液氦注入的液面高度低于防辐射板4，然后旋转饱和针阀旋钮9，打开饱和针阀12，旋转加压针阀旋钮16，打开加压针阀14，向饱和超流氦腔7和加压超流氦腔8内充入正常液氦，关上加压针阀14，调节饱和针阀12，使其处于微开状态。打开真空泵1通过饱和抽气管5不断抽出饱和超流氦腔7上部的蒸发氦气，使饱和超流氦腔7内达到一定的温度，在此过程中可以调节真空泵1的抽速和饱和针阀12的开度，以控制饱和超流氦腔7内的温度达到1.7K。在饱和超流氦腔7内温度下降过程中，加压超流氦腔8内的温度就高于饱和超流氦腔7内的温度，当加压超流氦腔8的温度达到1.9K，在多孔介质17的两端出现的温差为0.1K，由于超流氦在多孔介质17中热机械效应存在，因此加压超流氦腔8内的压力就高于饱和超流氦腔7内的压力，两者之间的压力差为7.8KPa，这样就使得加压超流氦腔8内的压力比饱和超流氦腔7的压力(2.7KPa)增加5.1KPa，加压超流氦腔8内的压力可以通过调节饱和超流氦腔7内的温度来控制。被冷却的超导磁体释放的热量先被加压超流氦腔8内的液体冷却，然后热量通过多孔介质17传递到饱和超流氦腔7内经蒸发吸热，通过饱和抽气管5和真空泵1排出。这样就方便地实现了对超流氦加压、并冷却超导磁体的功能。
实施例2：本实施例多孔介质17的厚度为6mm，截面直径10mm，多孔介质17的材料采用不锈钢粉末烧结材料，微孔平均直径10微米，多孔介质17与多孔介质底座18采用一体烧结加工制成。本实施例的其他部分同实施例1。
实施例3：本实施例多孔介质17的厚度为11mm，多孔介质17的材料采用微孔陶瓷材料，微孔平均直径0.3微米，多孔介质17与多孔介质底座18使用低温胶粘接在一起。本实施例的其他部分同实施例1或2。
此超流氦加压装置还包括其他变化形式：饱和超流氦腔7外壁不设置真空夹层，用单层隔热壁；加压超流氦腔8外壁不设置真空夹层，采用单层隔热壁；饱和超流氦腔7和加压超流氦腔8之间设置有多孔介质17，其他部分与本装置不相同；不设置多孔介质底座18，将多孔介质17直接粘接在饱和超流氦腔7的底端，其他部分与本装置相同；申请人已经就本实用新型的构思和实施方案作出了详细的说明，应该明白，在上述说明的基础上对于本专业的普通技术人员还可作出各种变换和改进，当这些变换和改进都在本发明所附的权利要求书要求保护的范围之内。
Claims (6)
1.一种超流氦加压装置，包括：一杜瓦(3)，其内腔为正常液氦腔(6)，所述正常液氦腔(6)底部放置有加压超流氦腔(8)和与其上部相连通的饱和超流氦腔(7)；所述饱和超流氦腔(7)通过饱和抽气管(5)和与真空泵(1)连接；与所述饱和超流氦腔(7)相连的饱和针阀(12)的端部设有饱和针阀旋钮(9)；与所述加压超流氦腔(8)相连的加压针阀(14)的端部设有加压针阀旋钮(16)；杜瓦(3)设有与正常液氦腔(6)相连通的正常排气管(10)；所述正常液氦腔(6)内的上部腔体内设有防辐射板(4)；其特征在于，所述饱和超流氦腔(7)和加压超流氦腔(8)之间设置多孔介质(17)，饱和超流氦腔(7)和加压超流氦腔(8)腔内的液体通过多孔介质(17)连通；所述的饱和超流氦腔(7)和加压超流氦腔(8)均为真空夹层；所述的加压超流氦腔(8)设置有截至阀(13)。
2.根据权利要求1所述的超流氦加压装置，其特征在于，所述的多孔介质(17)为金属粉末烧结体或金属铝氧化物以及微孔陶瓷。
3.根据权利要求1或2所述的超流氦加压装置，其特征在于，所述的多孔介质(17)的厚度为4mm-12mm。
4.根据权利要求1或2所述的超流氦加压装置，其特征在于，所述的多孔介质(17)的微孔平均直径在0.1μm-20μm。
5、根据权利要求3所述的超流氦加压装置，其特征在于，所述的多孔介质(17)的微孔平均直径在0.1μm-20μm。
6.根据权利要求1所根据权利要求所述的超流氦加压装置，其特征在于，所述多孔介质(17)放置在多孔介质底座(18)内，多孔介质底座(18)放置在带真空夹层的饱和超流氦腔(7)内，多孔介质底座(18)与带真空夹层的饱和超流氦腔(7)相连的表面上开有光滑的方形密封槽，槽内设有使用铟丝材料制作的密封圈(19)。
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| CN 200520009012 CN2788100Y (zh) | 2005-03-24 | 2005-03-24 | 超流氦加压装置 |
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| CN2788100Y true CN2788100Y (zh) | 2006-06-14 |
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Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN101856630A (zh) * | 2010-06-10 | 2010-10-13 | 上海交通大学 | 超流氦恒温浴装置 |
| CN114424004A (zh) * | 2019-09-24 | 2022-04-29 | Ls电气株式会社 | 超导体冷却容器用冷却装置 |
| CN114754508A (zh) * | 2022-03-11 | 2022-07-15 | 上海铂钺制冷科技有限公司 | 可抑制超流氦液膜反重力爬升的极低温冷头蒸发器 |
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2005
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