一种大口径低挥发损耗杜瓦的制作方法

本发明属于低温液体储存领域，具体涉及一种大口径杜瓦容器。

背景技术：

杜瓦装置也叫低温容器，是由苏格兰物理学家和化学家詹姆斯-杜瓦爵士发明的。杜瓦装置是一种储存低温液体较理想容器和工具，具有储存能力强、易于运输、使用便利、操作简易、安全性好等特点。

液氦在一个标准大气压下温度可以达到4.2k，很多低温超导实验经常需要依靠液氦浸泡产生一个恒定的低温环境。液氦主要来源于天然气，属于不可再生资源。

现有的液氦储存杜瓦大都采用细口径的双层容器的方案，其包括罐体和顶盖，其中罐体包括内筒和外筒。其中内筒和外筒之间是真空层，用于隔热。在许多科研和工程领域，经常需要将大尺寸的实验器件伸入液氦杜瓦中进行浸泡，现有的实验杜瓦大都是采取直接增大顶盖的尺寸的方案，这样加速了杜瓦内部液氦的挥发速率，增加了杜瓦装置的液氦损耗。

技术实现要素：

本发明针对现有技术问题做出改进，即发明一种满足实验操作的大口径、高保温性能、低挥发率的杜瓦装置。

针对上述技术问题：本发明提供的技术方案为：一种满足实验操作的大口径低挥发损耗的液氦杜瓦装置。包括外筒，悬吊在外筒内的内筒，还包括嵌套在内筒中的液氦筒，还包括连接实验设备的伸入杆。其特征在于：所述液氦筒外部有外筒和内筒两层结构，所述内筒和外筒之间通过细不锈钢丝悬吊固定；外筒和液氦筒之间使用螺旋波纹管作为馈线管；内筒和液氦筒的焊接法兰采用厚法兰连接；外筒，内筒，液氦筒侧壁均采用波纹管设计；内筒底板是铝辐射板，所述外筒、内筒侧壁和辐射板中心开通气孔，外筒通气孔安装有真空阀，所述真空阀定期抽出挥发的氦气，保证外筒和内筒之间，内筒和液氮筒之间，液氮筒和液氦筒之间的真空度。

基于上述满足实验操作的大口径低挥发损耗的液氦杜瓦装置，阻挡或降低了热传导，热辐射，热对流三种漏热形式。其中通过不锈钢丝悬吊的方式，将原本液氦杜瓦的顶盖处的温度从室温降低至某一温度，顶盖温度稳定后会远远低于室温，内筒与室温状态的外筒的热传导途径是三根悬吊不锈钢丝，降低两层间的热传导功率，将馈线管设计成螺旋型，可以增加外筒顶盖与液氦筒顶盖的热传导距离，同时外筒和内筒之间是真空层，相当于增加了一层冷屏，阻止了大口径液氦杜瓦开口顶盖处的热传导途径。

进一步，液氦杜瓦侧壁采用两端管焊接，下部是普通圆管，上部是为峰距较短的波纹管，使用波纹管延长热传导距离。外筒，内筒，液氮筒侧壁均采用波纹管，波纹峰距相对液氦杜瓦侧壁使用的波纹管较长，由于外筒和内筒之间，内筒和液氮筒，液氮筒和液氦筒之间是真空层，受压差作用会有径向压力，波纹管可以提供抗压刚度。

附图说明

为了更清楚的说明本发明具体实施方式，下面对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单的介绍，应该了解的，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，在不脱离本发明精神和范围的前提下，还可以有各种变化。

图1为本发明的大口径低挥发损耗液氦杜瓦装置的剖面结构示意图：1-上外筒、2-下外筒、3-内筒、4-液氦筒、5-实验杆、6-铝辐射板、7-碳过滤网、8-mli夹层、9-真空泵、10-连接不锈钢丝、11-耳片、12-外筒法兰、13-谐振阻尼杆、14-馈线管、15-室温线缆接口、16-安全阀

具体实施方式

下面描述为了便于本领域普通技术人员更好理解和实现本发明。以下实例仅作为举例，不应理解为本发明局限于这里描述的示例性实例。

实施例一：

如图1所示，本发明提供了一种满足实验操作的大口径低挥发损耗的液氦杜瓦装置。该杜瓦分为3层结构，分别是外筒(1和2)，内筒3，液氦杜瓦4。该三层结构均采用波纹管设计。

液氦杜瓦4中储存液氦，用于浸泡实验杆5，实验杆5上盖是一法兰盘，和液氦杜瓦4顶盖螺栓连接，并通过o型圈密封。

外筒由上外筒1和下外筒2组成，两部分焊接有外筒法兰12，外筒法兰12通过螺栓连接，并通过o型圈进行密封，外筒波纹管侧壁焊接有谐振阻尼杆13，增加波纹管的稳定性。

三层杜瓦结构，外筒1和2，内筒3，液氦杜瓦4同轴心安装。上外筒1的波纹管内壁上沿周向焊接3只耳片11，内筒3的波纹管外壁上相应位置也焊接三只耳片11，内筒3通过不锈钢丝10悬吊在上外筒1上。内筒3和液氦杜瓦4通过内筒顶盖法兰焊接连接。

液氦杜瓦4上部安装安全阀16，下外筒2上波纹管侧壁焊接有两个kf40的真空泵接口9，内筒3侧壁开一个40mm的孔，内筒3底部焊接铝辐射板6，铝辐射板6中心开口，焊接有碳过滤层7。通过从杜瓦外部使用真空泵，使外筒1和2和内筒3之间，内筒3和液氦杜瓦4之间形成真空夹层。真空层中使用mli夹层8填充。

实验杆6的上法兰顶盖上开孔，安装lemo接口，通过o型圈密封；在上外筒1的顶盖上开孔焊接有异型kf40法兰15，安装lemo接口，通过o型圈密封；实验杆上法兰接口和外筒上法兰接口之间通过馈线管14连接，馈线管14是螺旋结构，该馈线管内部有线缆，用于实验器件的室温段和低温段电路连通。实验杆6顶盖的lemo接口处焊接有低温段线缆通道，在液氦筒4内部向下延伸至液氦浸泡中的实验器件，构成低温段线缆通路。

技术特征：

1.一种满足实验操作的大口径低挥发损耗的液氦杜瓦装置。包括外筒，悬吊在外筒内的内筒，还包括嵌套在内筒中的液氦筒，还包括连接实验设备的伸入杆。其特征在于：所述液氦筒外部有外筒和内筒两层结构，所述内筒和外筒之间通过细不锈钢丝悬吊固定；所述外筒和液氦筒之间使用螺旋波纹管作为馈线管；内筒和液氦筒的焊接法兰采用厚法兰连接；外筒，内筒，液氦筒侧壁均采用波纹管设计。

2.根据权利要求1所述的满足实验操作的大口径低挥发损耗的液氦杜瓦装置，其特征在于：所述外筒为分体式结构，顶盖和底盖是焊接平面堵，密封面是焊接密封法兰，上波纹管侧壁内侧焊接有三对耳片，通过细不锈钢丝和所述内筒侧壁外侧的三对耳片连接。

3.根据权利要求1所述的满足实验操作的大口径低挥发损耗的液氦杜瓦装置，其特征在于：液氦杜瓦侧壁采用两端管焊接，下部是普通圆管，上部是为峰距较短的波纹管。外筒，内筒，液氮筒侧壁均采用波纹管，波纹峰距相对液氦杜瓦侧壁使用的波纹管较长。

4.根据权利要求1所述的满足实验操作的大口径低挥发损耗的液氦杜瓦装置，其特征在于：所述液氮筒和液氦筒的真空层采用多层隔热材料(mli)夹层填充。

5.根据权利要求3所述的满足实验操作的大口径低挥发损耗的液氦杜瓦装置，其特征在于：液氦筒内的低温液体可以是液氦，液氧，液氩中的任意一种。

6.根据权利要求3所述的满足实验操作的大口径低挥发损耗的液氦杜瓦装置，其特征在于：内筒和液氦筒的焊接法兰采用厚法兰连接。

技术总结
本发明公开了一种满足实验操作的大口径低挥发损耗的液氦杜瓦装置。包括外筒，悬吊在外筒内的内筒，还包括嵌套在内筒中的液氦筒，还包括连接实验设备的伸入杆。其特征在于：所述液氦筒外部有外筒和内筒两层结构，所述内筒和外筒之间通过细不锈钢丝悬吊固定，降低两层间的热传导功率；液氦筒和外筒之间馈线管是螺旋的细波纹管，增加了传导热距离；内筒和液氦筒的焊接法兰采用厚法兰连接，减少沿液氦筒向下传导的热流；外筒，内筒，液氦筒侧壁均采用波纹管设计，液氦筒波纹管延长热传导距离，降低挥发损耗，波纹管还可以提供抗弯刚度；内筒底板是铝辐射板，所述外筒、内筒侧壁和辐射板中心开通气孔，外筒通气孔安装有真空阀，所述真空阀定期抽出挥发的氦气，保证外筒和内筒之间，内筒和液氮筒之间，液氮筒和液氦筒之间的真空度。本发明提供的杜瓦装置，解决了大口径实验杜瓦高漏热的问题，提高了杜瓦的保温性能，降低了液氦的挥发损耗。

技术研发人员：陈培;贾振俊;茆雪健
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：2019.03.21
技术公布日：2020.09.29