專利名稱：雙盤管冷蒸氣制冷的低損耗液氦杜瓦的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及液氦杜瓦，特別涉及一種雙盤管冷蒸氣制冷的低損耗液氦杜瓦。
背景技術(shù)：
液氦杜瓦的目的是為了 (1)能夠長時間儲存液氦(2)能夠長時間地提供低溫環(huán)境以供 科學(xué)實驗之用。這兩點都要求液氦杜瓦的氦蒸發(fā)率處于較低水平。隨著科學(xué)的進(jìn)步，特別是 納米微觀科學(xué)與技術(shù)的提高，對液氦杜瓦又有了新的要求，即(3)極低震動以確保在杜瓦中 進(jìn)行的精密實驗不受震動的干擾。降低杜瓦的氦蒸發(fā)率也有助于降低杜瓦的震動。
現(xiàn)有的降低液氦杜瓦氦蒸發(fā)率技術(shù)主要有如下幾種(1)用液氮預(yù)冷外杜瓦，缺點是液 氮較重，它的揮發(fā)能帶來較大的杜瓦震動，且需要頻繁地補(bǔ)充液氮，對低溫測量產(chǎn)生較大影 響與不便，這種技術(shù)已趨于淘汰；(2)冷屏技術(shù)利用內(nèi)膽中蒸發(fā)的氦冷蒸汽冷卻罩在內(nèi)膽 外部的冷屏使得進(jìn)入到內(nèi)膽的輻射熱減少，或者冷卻內(nèi)膽與外殼之間的瓶頸使得通過瓶頸傳 導(dǎo)進(jìn)內(nèi)膽的傳導(dǎo)熱減少，或者先冷卻冷屏再冷卻瓶頸使得輻射熱與傳導(dǎo)熱都減少。
上述冷屏技術(shù)的缺點是輻射漏熱與傳導(dǎo)漏熱不能很好地兼顧。即使使用了上述先冷卻 冷屏再冷卻瓶頸這種冷屏與瓶頸串聯(lián)冷卻的技術(shù)，由于氦冷蒸汽冷卻完冷屏后已變得較熱， 不能再很好地冷卻瓶頸以較大程度地阻止瓶頸的傳導(dǎo)漏熱，這依然是一個厚此薄彼的方法。 由于輻射漏熱與傳導(dǎo)漏熱都是杜瓦漏熱的大戶，這種厚此薄彼的結(jié)果導(dǎo)致用冷屏技術(shù)制成的 杜瓦并不能把氦蒸發(fā)率減低到較低水平。較高的氦蒸發(fā)率不僅對稀缺資源的氦是一種極大的 浪費，也使得很多需要長時間進(jìn)行的、或者需在超低震動環(huán)境下進(jìn)行的重要低溫實驗無法進(jìn) 行。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有液氦杜瓦冷屏技術(shù)中存在的不能很好兼顧輻射漏熱與傳導(dǎo)漏熱的缺陷，制 造出能更好地兼顧輻射漏熱與傳導(dǎo)漏熱的雙盤管冷蒸氣制冷的低損耗液氦杜瓦。 本發(fā)明實現(xiàn)雙盤管冷蒸氣制冷的低損耗液氦杜瓦的技術(shù)方案是
本發(fā)明雙盤管冷蒸氣制冷的低損耗液氦杜瓦，包括外殼、內(nèi)膽、瓶頸和冷屏，其特征在 于還包括第一氦出氣管和第二氦出氣管，內(nèi)膽置于外殼內(nèi)部，所述瓶頸的兩端分別連接內(nèi)膽 的頂部和外殼的頂部，內(nèi)膽內(nèi)部通過瓶頸與外殼外部相通，所述第一氦出氣管盤繞于瓶頸之
3上，其兩端連通內(nèi)膽內(nèi)部與外殼外部，所述冷屏置于內(nèi)膽與外殼之間，所述第二氦出氣管盤 繞于冷屏之上，其兩端連通內(nèi)膽內(nèi)部與外殼外部，內(nèi)膽外部與外殼內(nèi)表面之間為真空。 本發(fā)明所述的雙盤管冷蒸氣制冷的低損耗液氦杜瓦，其特征也在于
所述瓶頸從內(nèi)膽頂部伸入至內(nèi)膽底部并與內(nèi)膽底部封接，內(nèi)膽內(nèi)部處于瓶頸內(nèi)的部分與 外殼外部相通，并可增設(shè)一根連通瓶頸內(nèi)部和外殼外部的抽充氣管。 所述內(nèi)膽頂部與外殼頂部之間增設(shè)氦注液管。 所述第一氦出氣管在外殼外部的端口增設(shè)了氣體流速控制閥。 所述第二氦出氣管在外殼外部的端口增設(shè)了氣體流速控制閥。
所述內(nèi)膽與冷屏之間和/或冷屏與外殼之間纏繞交替的多層噴鋁薄膜和真空絕熱纖維紙。
所述瓶頸的處于內(nèi)膽頂部到外殼頂部之間的部分為波紋管。
本發(fā)明雙盤管冷蒸氣制冷的低損耗液氦杜瓦的工作原理為
內(nèi)膽中蒸發(fā)出的冷氦氣通過兩根氦出氣管引出，而非如傳統(tǒng)的單管引出，其中第一氦出 氣管盤繞在瓶頸上用來冷卻瓶頸，第二氦出氣管盤繞在冷屏上用來冷卻冷屏。由于冷屏與瓶 頸都是由專用氦出氣管冷卻，而非如傳統(tǒng)用單根氦出氣管串聯(lián)冷卻冷屏與瓶頸，所以本發(fā)明 中冷屏與瓶頸的冷卻得到了更好地兼顧。所述第一氦出氣管和/或第二氦出氣管在出口處皆可 增設(shè)氣體流速控制閥，獨立控制其管內(nèi)冷蒸氣的流速，從而能從實驗上調(diào)節(jié)出最優(yōu)化的冷蒸 氣流速比，進(jìn)一步改進(jìn)了對輻射漏熱與傳導(dǎo)漏熱的兼顧，實現(xiàn)較低的液氦損耗。也避免了傳 統(tǒng)技術(shù)中所需的復(fù)雜且可靠性低的自洽性計算。
所述瓶頸可從內(nèi)膽頂部伸入至內(nèi)膽底部并與內(nèi)膽底部封接，能減少液氦的沸騰對瓶頸內(nèi) 實驗裝置所產(chǎn)生的震動。所述瓶頸的處于內(nèi)膽頂部到外殼頂部之間的部分可用波紋管制作， 進(jìn)一步減少瓶頸的傳導(dǎo)漏熱。通過連通瓶頸和杜瓦外殼外部的抽充氣管往瓶頸內(nèi)輸入少量氦 氣作為熱交換氣體，可較好地對處于瓶頸底部的實驗裝置降溫。
根據(jù)上述原理可以看出，與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在
(1) 使用兩根氦出氣管，能兼顧冷屏的冷卻和瓶頸的冷卻，從而降低氦蒸發(fā)率。
(2) 所述的兩根氦出氣管的流量可獨立控制，從而能根據(jù)實際情況具體調(diào)節(jié)出最佳流速比來 獲得最好的冷卻效果，實現(xiàn)最小液氦損耗，不需要進(jìn)行復(fù)雜且不可靠的自洽計算。
(3) 瓶頸可一直伸入內(nèi)膽底部并與內(nèi)膽底部封接獲得一個與液氦隔離的低溫環(huán)境，避免了液 氦的沸騰對測量儀器碰撞而帶來的震動問題。
(4) 瓶頸的處于內(nèi)膽頂部到外殼頂部之間的部分可用波紋管制作，進(jìn)一步減小來自瓶頸的傳
導(dǎo)漏熱。


圖1是用本發(fā)明基本型雙盤管冷蒸氣制冷的低損耗液氦杜瓦結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是用本發(fā)明瓶頸與內(nèi)膽底部封接的雙盤管冷蒸氣制冷的低損耗液氦杜瓦結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是用本發(fā)明瓶頸為波紋管的雙盤管冷蒸氣制冷的低損耗液氦杜瓦結(jié)構(gòu)示意圖。 圖中標(biāo)號l外殼、2內(nèi)膽、3、瓶頸、4第一氦出氣管、5第二氦出氣管、6冷屏、7抽 充氣管、8氦注液管
以下通過具體實施方式
和結(jié)構(gòu)附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
具體實施例方式
實施例l:基本型雙盤管冷蒸氣制冷的低損耗液氦杜瓦
參見圖l，本發(fā)明基本型雙盤管冷蒸氣制冷的低損耗液氦杜瓦，包括外殼l、內(nèi)膽2、瓶
頸3和冷屏6，其特征在于還包括第一氦出氣管4和第二氦出氣管5，內(nèi)膽2置于外殼1內(nèi)部， 所述瓶頸3的兩端分別連接內(nèi)膽2的頂部和外殼1的頂部，內(nèi)膽2內(nèi)部通過瓶頸3與外殼1 外部相通，所述第一氦出氣管盤4繞于瓶頸3之上，其兩端連通內(nèi)膽2內(nèi)部與外殼1外部， 所述冷屏6置于內(nèi)膽2與外殼1之間，所述第二氦出氣管盤5繞于冷屏6之上，其兩端連通 內(nèi)膽2內(nèi)部與外殼1外部，內(nèi)膽2外部與外殼1內(nèi)表面之間為真空。 本實施例的工作原理如下
由于各種漏熱而產(chǎn)生的氦蒸氣的一部分通過第一氦出氣管4直接在瓶頸3上纏繞，能較 大程度地降低瓶頸3的溫度，從而較大程度地減小從室溫到液氦的固體傳導(dǎo)漏熱，而氦蒸氣 的另一部分通過第二氦出氣管5后在冷屏6上盤繞，也能較大程度地降低冷屏6的溫度，從
而較大程度地減小從外殼1到內(nèi)膽2的輻射漏熱。
上述實施例中，在第一氦出氣管4和/或第二氦出氣管5的外殼1外部的端口處增設(shè)氣體
流速控制閥，控制第一氦出氣管4和第二出氣管5內(nèi)冷蒸氣的相對流速，從而獲得最優(yōu)化的
冷蒸氣流速比，實現(xiàn)較低的液氦損耗。
實施例2:瓶頸與內(nèi)膽底部封接的雙盤管冷蒸氣制冷的低損耗液氦杜瓦
在上述實施例1中，為了在內(nèi)膽2內(nèi)部隔離出來一個低溫的無液氦腔體以減小液氦的沸
騰對測量儀器帶來的震動，將瓶頸3伸入內(nèi)膽2底部并與內(nèi)膽2的底部封接，參見圖2。還
可增設(shè)一根連通內(nèi)膽2頂部與外殼1頂部的氦注液管8方便往內(nèi)膽2中補(bǔ)充液氦，同時還可
增設(shè)一根連通瓶頸3內(nèi)部和外殼1外部的抽充氣管7，用于向瓶頸3內(nèi)充入一定量的氦氣進(jìn)
行熱交換，對此隔離腔體內(nèi)的實驗裝置進(jìn)行較好地降溫。
5實施例3:瓶頸為波紋管的雙盤管冷蒸氣制冷的低損耗液氦杜瓦
在上述實施例1和2中，為了進(jìn)一步減小通過瓶頸3從外殼1到內(nèi)膽2的的固體傳導(dǎo)漏 熱，所述的從內(nèi)膽2到外殼1之間的瓶頸3使用壁厚更薄，熱傳導(dǎo)有效長度更長的波紋管代 替，參見圖3。
權(quán)利要求
1、一種雙盤管冷蒸氣制冷的低損耗液氦杜瓦，包括外殼、內(nèi)膽、瓶頸和冷屏，其特征在于還包括第一氦出氣管和第二氦出氣管，內(nèi)膽置于外殼內(nèi)部，所述瓶頸的兩端分別連接內(nèi)膽的頂部和外殼的頂部，內(nèi)膽內(nèi)部通過瓶頸與外殼外部相通，所述第一氦出氣管盤繞于瓶頸之上，其兩端連通內(nèi)膽內(nèi)部與外殼外部，所述冷屏置于內(nèi)膽與外殼之間并罩住內(nèi)膽，所述第二氦出氣管盤繞于冷屏之上，其兩端連通內(nèi)膽內(nèi)部與外殼外部，內(nèi)膽外部與外殼內(nèi)表面之間為真空。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙盤管冷蒸氣制冷的低損耗液氦杜瓦，其特征在于所述瓶頸從內(nèi)膽 頂部伸入至內(nèi)膽底部并與內(nèi)膽底部封接，內(nèi)膽內(nèi)部處于瓶頸內(nèi)的部分與外殼外部相通。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙盤管冷蒸氣制冷的低損耗液氦杜瓦，其特征在于所述內(nèi)膽頂部與 外殼頂部之間增設(shè)氦注液管。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙盤管冷蒸氣制冷的低損耗液氦杜瓦，其特征在于所述第一氦出氣 管在外殼外部的端口增設(shè)了氣體流速控制閥。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙盤管冷蒸氣制冷的低損耗液氦杜瓦，其特征在于所述第二氦出氣 管在外殼外部的端口增設(shè)了氣體流速控制閥。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4或5所述的雙盤管冷蒸氣制冷的低損耗液氦杜瓦，其特征在 于所述內(nèi)膽與冷屏之間和/或冷屏與外殼之間纏繞交替的多層噴鋁薄膜和真空絕熱纖維紙。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4或5所述的雙盤管冷蒸氣制冷的低損耗液氦杜瓦，其特征在 于所述瓶頸的處于內(nèi)膽頂部到外殼頂部之間的部分為波紋管。
8、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙盤管冷蒸氣制冷的低損耗液氦杜瓦，其特征在于增設(shè)一根連通瓶 頸內(nèi)部和外殼外部的抽充氣管。
全文摘要
本發(fā)明雙盤管冷蒸氣制冷的低損耗液氦杜瓦涉及液氦杜瓦，包括外殼、內(nèi)膽、瓶頸、冷屏、第一氦出氣管和第二氦出氣管，內(nèi)膽置于外殼內(nèi)部，瓶頸兩端分接內(nèi)膽的頂部和外殼的頂部，內(nèi)膽內(nèi)部通過瓶頸與外殼外部相通，第一氦出氣管盤繞于瓶頸上，其兩端連通內(nèi)膽內(nèi)部與外殼外部，冷屏罩住內(nèi)膽，第二氦出氣管盤繞于冷屏上，其兩端連通內(nèi)膽內(nèi)部與外殼外部，內(nèi)膽外部與外殼內(nèi)表面之間為真空。瓶頸可從內(nèi)膽頂部伸入至內(nèi)膽底部并與內(nèi)膽底部封接，瓶頸可用波紋管制作。本發(fā)明使用兩根氦出氣管，能更好兼顧冷屏和瓶頸的冷卻，降低氦蒸發(fā)率。兩根氦出氣管的流量可獨立控制，據(jù)實際情況調(diào)節(jié)出最佳流速比來獲得最好冷卻效果，無需進(jìn)行復(fù)雜且不可靠的自洽計算。
文檔編號F25D3/10GK101498538SQ20091011617
公開日2009年8月5日 申請日期2009年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月9日
發(fā)明者龐宗強(qiáng), 陸輕鈾 申請人:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)