CN110308175B - 一种液氦贮存以及液氦温区下多层绝热材料测试的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种液氦贮存以及液氦温区下多层绝热材料测试的装置，包括有真空桶体，真空桶体的顶部安装有盖板，底端部侧面上设有抽空口，真空桶体内设置有储液式液氮冷屏，液氮冷屏内从上至下依次架设有液氮桶、遮热板、上保护胆、测量胆、下保护胆以及吸附袋，真空桶体和液氮桶上分别连接有液氮进口管和氮气回气管，上保护胆和测量胆上分别连接有液氦进口管、氦气回气管和液位计安装管，液氮冷屏、液氮桶、上保护胆、测量胆、下保护胆的外侧壁上以及遮热板的上平面分别包裹有多层绝热材料。本发明可方便、高效、精确地测试各种多层绝热材料，装置易于安装，便于运行，可适用于不同的多层绝热材料性能测试和不同的低温工质的贮存。
Description
技术领域：
本发明涉及低温工质的贮存和多层绝热材料的性能测试设备领域，主要涉及一种液氦贮存以及液氦温区下多层绝热材料测试的装置。
背景技术：
氦气是低温***的必不可少的工作媒介，制冷机可实现氦气的液化，并且为科学研究以及航空航天等重要领域提供极低温的实验条件。由于液氦的潜热非常之小，因此容易蒸发。如何长时间的贮存液氦是国内外低温领域的专家和学者一直面临的挑战和亟待解决的问题。
解决贮存低温工质的问题，实际上就是需要获得一个稳定可靠且保温性能更优的贮存容器。而高真空多层绝热作为目前采用的最多的绝热方式，绝热材料的绝热性能受到了国内外学者的关注，一直以来致力于寻求更合适的材料组合方式和新材料的组合以希望能够获得更好的绝热效果。而目前国内能够自主生产液氦的机构较少，所以液氦温区下多层绝热材料的性能测试数据也较少，因此需要一种既可以贮存又能测试的一种装置
发明内容：
本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种液氦贮存以及液氦温区下多层绝热材料测试的装置，既可以用于低温工质的贮存，又可用于对多层绝热材料进行测试，以获得各种性能参数，可广泛应用于军工、科研、制冷、医疗、航空航天、管道检漏、超导实验等重要领域。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种液氦贮存以及液氦温区下多层绝热材料测试的装置，包括有真空桶体，所述真空桶体的顶部安装有盖板，底端部侧面上设有抽空口，其特征在于：所述真空桶体内设置有筒形结构的储液式液氮冷屏，所述液氮冷屏内从上至下依次架设有液氮桶、遮热板、上保护胆、测量胆、下保护胆以及吸附袋，所述真空桶体和液氮桶上分别连接有液氮进口管和氮气回气管，所述上保护胆和测量胆上分别连接有液氦进口管、氦气回气管和液位计安装管，所述液氮桶的液氮进口管和氮气回气管以及上保护胆和测量胆上的液氦进口管、氦气回气管和液位计安装管的上端部分别穿过盖板且固定在盖板上端面上，所述液氮冷屏、液氮桶、上保护胆、测量胆、下保护胆的外侧壁上以及遮热板的上平面分别包裹有多层绝热材料。
所述的真空桶体的上端口通过法兰与盖板配合，且其之间安装有O型密封圈，所述的盖板上设有用于安装液氮进口管、氮气回气管、液氦进口管、氦气回气管、温度计、液位计和阀门的安装孔，所述真空桶体四周安装有用于起吊装卸的吊耳，所述真空桶体上端部侧壁上安装有真空规管。
所述的液氮冷屏通过其底端部的支撑架架设在真空桶体内，所述支撑架由不锈钢和G10材料组成，所述液氮冷屏与真空桶体内侧壁之间分布有多个间隔设置的定位元件，所述定位元件为G10材料。
所述液氮进口管和氮气回气管以及液氦进口管和氦气回气管均为两组，分别包括有液氮进口管一和氮气回气管一、液氮进口管二和液氮回气管二、液氦进口管一和氦气回气管一、液氦进口管二和液氦回气管二，且液氮进口管二、液氦进口管一以及液氦进口管二上分别安装有压力表和安全阀。
所述的液氮冷屏与真空桶体之间的上端口连接有液氮进口管一和氮气回气管一，所述液氮进口管一和氮气回气管一的外端穿过真空桶体侧壁伸出真空桶体外，所述液氮冷屏内的底端部置有吸附袋，所述吸附袋内装有吸附剂，所述吸附剂为氧化铝或活性炭。
所述液氮桶通过液氮进口管二和液氮回气管二吊装于液氮冷屏的上端端口处。
所述的遮热板安装于液氮桶和上保护胆之间，且上平面裹上多层绝热，遮热板的材料为铜。
所述上保护胆通过液氦进口管一和液氦回气管一吊装于液氮冷屏的中部，所述上保护胆内配置有液位计，所述液位计经由一根独立的液位计安装管伸入上保护胆的内部，所述下保护胆通过连接管与上保护胆连接。
所述测量胆通过液氦进口管二和氦气回气管二吊装在液氮冷屏内，且位于上、下保护胆之间，所述测量胆内配置有液位计，所述液位计经由一根独立的液位计安装管伸入测量胆的内部。
其原理是：所述的真空桶体由分子泵机组抽真空得到一个真空的环境（10-3 Pa或更优），安装两个真空规管（电阻规和电离规）可实时监测桶体真空度，液氮从进液口进入液氮冷屏和液氮桶，并蓄在冷屏和液氮桶中，蒸发得到的氮气通过氮气回气口排入大气中；液氮冷屏和液氮桶外侧均包裹着多层绝热以减少来自环境热源的辐射传热，液氮冷屏和液氮桶组合得到一个温度为77K的环境；液氦从进液口进入到保护胆和测量胆，并蓄在保护胆和测量胆中，蒸发得到的氦气通过氦气回气管回收，实现循环利用，其中上保护胆和测量胆均配有液位计实现对液位的实时测量。上保护胆外侧包裹着多层绝热以减少外界热源的辐射，测量胆外包裹着需要测试的多层绝热，通过测量得到的氦气流量、多层绝热的热边界和冷边界的温度等参数即可求得多层绝热的表观热导率和热流量等性能参数。向真空桶体内充入热氮气可以将桶体内不易抽空的气体排出，且吸附袋内的吸附对氮气拥有更好的吸附能力。遮热板是用于减少外界热源向保护胆的纵向传热。
本发明的优点是：
1、本发明提供一种节能高效的低温工质贮存和多层绝热材料测量装置，将内部测量胆吊装于盖板之下，起吊盖板即可以更换测试的多层绝热材料，也可以对内部进行一系列操作，方便且灵活。
2、由于采用了液氮冷屏、液氮桶、遮热板、G10等材料和结构，此装置极大减少了来自外部热源的的传热，降低了液氦的消耗。
3 、装置的液氮冷屏装有定位元件，以便于在装配时能够更好的定位和限位。
4、液氮冷屏内测装有加强筋，加强筋可提高强度。
5、根据测量胆内充注的低温液体不同，可测试不同低温温区下多层绝热的性能。
附图说明：
图1为本发明的主视图。
图2为本发明的右视图。
图3为本发明的俯视图。
具体实施方式：
参见附图。
一种液氦贮存以及液氦温区下多层绝热材料测试的装置，包括有真空桶体8，所述真空桶体8的顶部安装有盖板3，底端部侧面上设有抽空口12，所述抽空口12为KF50真空法兰接口，所述真空桶体8内设置有筒形结构的储液式液氮冷屏9，所述液氮冷屏9内从上至下依次架设有液氮桶18、遮热板16、上保护胆15、测量胆14、下保护胆13以及吸附袋10，所述真空桶体8和液氮桶18上分别连接有液氮进口管和氮气回气管，所述上保护胆15和测量胆14上分别连接有液氦进口管、氦气回气管和液位计安装管23，所述液氮桶的液氮进口管和氮气回气管以及上保护胆和测量胆上的液氦进口管、氦气回气管和液位计安装管23的上端部分别穿过盖板且固定在盖板3上端面上，所述液氮冷屏9、液氮桶18、上保护胆15、测量胆14、下保护胆13的外侧壁上以及遮热板16的上平面分别包裹有多层绝热材料。
所述的真空桶体8的上端口通过法兰与盖板3配合，且其之间安装有O型密封圈，所述的盖板3上设有用于安装液氮进口管、氮气回气管、液氦进口管、氦气回气管、温度计22、液位计和阀门的安装孔，所述真空桶体8四周安装有用于起吊装卸的吊耳17，所述真空桶体8上端部侧壁上安装有真空规管（电阻规7和电离规6）。
所述的液氮冷屏9通过其底端部的支撑架11架设在真空桶体8内，所述支撑架由不锈钢和G10材料组成，所述液氮冷屏9与真空桶体8内侧壁之间分布有多个间隔设置的定位元件，所述定位元件为G10材料。
所述液氮进口管和氮气回气管以及液氦进口管和氦气回气管均为两组，分别包括有液氮进口管一20和氮气回气管一5、液氮进口管二21和液氮回气管二4、液氦进口管一1和氦气回气管一24、液氦进口管二25和液氦回气管二2，且液氮进口管二21、液氦进口管一1以及液氦进口管二25上分别安装有压力表26和安全阀。
所述的液氮冷屏9与真空桶体8之间的上端口连接有液氮进口管一20和氮气回气管一5，所述液氮进口管一20和氮气回气管一5的外端穿过真空桶体8侧壁伸出真空桶体外，所述液氮冷屏9内的底端部置有吸附袋10，所述吸附袋10内装有吸附剂，所述吸附剂为氧化铝或活性炭。
所述液氮桶18通过液氮进口管二21和液氮回气管二4吊装于液氮冷屏9的上端端口处。
所述的遮热板16安装于液氮桶18和上保护胆15之间，且上平面裹上多层绝热，遮热板16的材料为铜。
所述上保护胆15通过液氦进口管一1和液氦回气管一24吊装于液氮冷屏9的中部，所述上保护胆15内配置有液位计，所述液位计经由一根独立的液位计安装管23伸入上保护胆的内部，所述下保护胆通过连接管与上保护胆连接。
所述测量胆14通过液氦进口管二1和氦气回气管二24吊装在液氮冷屏9内，且位于上、下保护胆15、13之间，所述测量胆14内配置有液位计，所述液位计经由一根独立的液位计安装管23伸入测量胆14的内部。
在测试和充注低温工质之前，先向真空桶体内冲入热氮气并抽空，实现抽空置换。将液氮经由液氮输液管充入液氮冷屏和液氮桶中，使液氮冷屏和液氮桶围成的空间内维持在77K的温度。隔绝外界热源向内部空间的辐射传热。蒸发产生的氮气通过氮气回气口排入大气，在液氮冷屏和液氮桶外侧包裹多层绝热能够减少液氮的蒸发量。将液氦经由液氦输液管充入测量胆中，可以测试包裹在测量胆外侧的多层绝热性能，测量胆中蒸发产生的氦气将通过氦气回收管进行回收，实现循环利用。在保护胆与液氮桶之间加入了遮热板，遮热板可以减小外界热源对保护但和测量的影响。将液氦经由液氦输液管充入保护胆中，使保护胆获得4.2K的温度，从而避免了外部热源从纵向传入测量胆，保证了测量胆测试的准确性，测量胆外侧包裹着多层绝热，可减少液氦的蒸发量，蒸发产生的氦气通过氦气回收管进行回收，实现循环利用。真空桶体的封头内部装有液氮支撑架，支撑架由不锈钢和G10材料组成，在起到支撑作用的同时又避免了传热问题。本发明的节能高效的低温工质贮存和多层绝热材料测量装置，降低了低温工质***的能量损失，提高了低温工质贮存的时间，可方便、高效、精确地测试各种多层绝热材料，装置易于安装，便于运行，可适用于不同的多层绝热材料性能测试和不同的低温工质的贮存。
在本实施例中，遮热板的个数为5个，可根据空间和容器尺寸的变化而调整，从而确保尽可能隔绝外部热源对保护胆的纵向传热。液氮冷屏9内侧加入了加强筋，可提高冷屏的强度。真空筒体8和盖板3之间通过O形圈密封，以维持真空桶体内部压力为10^3 Pa或更优，真空度过差将影响量热器的保温性能并造成冷量的大量流失。内部所有容器均需包裹多层绝热，以减少外部热源的辐射传热，从而减少低温工质的蒸发量。
Claims (7)
1.一种液氦贮存以及液氦温区下多层绝热材料测试的装置，包括有真空桶体，所述真空桶体的顶部安装有盖板，底端部侧面上设有抽空口，其特征在于：所述真空桶体内设置有筒形结构的储液式液氮冷屏，所述液氮冷屏内从上至下依次架设有液氮桶、遮热板、上保护胆、测量胆、下保护胆以及吸附袋，所述真空桶体和液氮桶上分别连接有液氮进口管和氮气回气管，所述上保护胆和测量胆上分别连接有液氦进口管、氦气回气管和液位计安装管，所述液氮桶的液氮进口管和氮气回气管以及上保护胆和测量胆上的液氦进口管、氦气回气管和液位计安装管的上端部分别穿过盖板且固定在盖板上端面上，所述液氮冷屏、液氮桶、上保护胆、测量胆、下保护胆的外侧壁上以及遮热板的上平面分别包裹有多层绝热材料；
所述的真空桶体的上端口通过法兰与盖板配合，且其之间安装有O型密封圈，所述的盖板上设有用于安装液氮进口管、氮气回气管、液氦进口管、氦气回气管、温度计、液位计和阀门的安装孔，所述真空桶体四周安装有用于起吊装卸的吊耳，所述真空桶体上端部侧壁上安装有真空规管；
所述的液氮冷屏通过其底端部的支撑架架设在真空桶体内，所述支撑架由不锈钢和G10材料组成，所述液氮冷屏与真空桶体内侧壁之间分布有多个间隔设置的定位元件，所述定位元件为G10材料。
2.根据权利要求1所述的液氦贮存以及液氦温区下多层绝热材料测试的装置，其特征在于：所述液氮进口管和氮气回气管以及液氦进口管和氦气回气管均为两组，分别包括有液氮进口管一和氮气回气管一、液氮进口管二和液氮回气管二、液氦进口管一和氦气回气管一、液氦进口管二和液氦回气管二，且液氮进口管二、液氦进口管一以及液氦进口管二上分别安装有压力表和安全阀。
3.根据权利要求2所述的液氦贮存以及液氦温区下多层绝热材料测试的装置，其特征在于：所述的液氮冷屏与真空桶体之间的上端口连接有液氮进口管一和氮气回气管一，所述液氮进口管一和氮气回气管一的外端穿过真空桶体侧壁伸出真空桶体外，所述液氮冷屏内的底端部置有吸附袋，所述吸附袋内装有吸附剂，所述吸附剂为氧化铝或活性炭。
4.根据权利要求2所述的液氦贮存以及液氦温区下多层绝热材料测试的装置，其特征在于：所述液氮桶通过液氮进口管二和液氮回气管二吊装于液氮冷屏的上端端口处。
5.根据权利要求1所述的液氦贮存以及液氦温区下多层绝热材料测试的装置，其特征在于：所述的遮热板安装于液氮桶和上保护胆之间，且上平面裹上多层绝热，遮热板的材料为铜。
6.根据权利要求2所述的液氦贮存以及液氦温区下多层绝热材料测试的装置，其特征在于：所述上保护胆通过液氦进口管一和液氦回气管一吊装于液氮冷屏的中部，所述上保护胆内配置有液位计，所述液位计经由一根独立的液位计安装管伸入上保护胆的内部，所述下保护胆通过连接管与上保护胆连接。
7.根据权利要求2所述的液氦贮存以及液氦温区下多层绝热材料测试的装置，其特征在于：所述测量胆通过液氦进口管二和氦气回气管二吊装在液氮冷屏内，且位于上、下保护胆之间，所述测量胆内配置有液位计，所述液位计经由一根独立的液位计安装管伸入测量胆的内部。
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