一种双通道液氦输液管

技术领域

本发明涉及液氦输液管设备技术领域，更具体涉及一种双通道液氦输液管。

背景技术

随着低温技术的发展，液氦在低温超导、半导体生产等领域具有重要用途，由于氦元素极不活泼，液化较为困难，导致液氦价格较为昂贵，而液氦的温度为-269K，使其极容易气化。故液氦的使用成本特别高，在液氦输送过程中，如果不及时回收利用，气化后的氦气直接排放，会造成重大的经济损失。

对于使用液氦降温的低温测试装置而言，液氦被利用完后，气化后的氦气仍然具有极低的温度，该低温下的氦气还可继续被利用，从而最大化的利用液氦提供的冷量。如果不及时利用的话，气化后氦气直接排放，也将损耗较大的冷量，液氦的冷量得不到充分的利用，也是能源的一种浪费。

液氦输液管除具有直接的输送液氦功能外，还需具有连续可调的能力，如果输液管只是单纯的依据内管口径大小固定后直接输送，缺乏连续可调的功能，将极大浪费液氦资源。根据测试装置的需求，适应性的进行调节液氦流量，以满足不同测试装置的需求，是液氦输液管的真正价值所在。

传统液氦输液管均采用输液内管外表面多层绝热包扎、内外管夹层抽真空的方法，但这样会导致因缺乏冷源或者冷源设计不合理，进而导致漏热较大，从而带来更多的液氦损耗。冷源设计较为粗糙，操作难度较大，也无法真正应用到低温装置中去。

因此，人们试图对上述技术方案进行改进。现有公开号为CN107489858A的专利文献公开了低温热液氦输液管，该输液管通过增加冷屏和吸附材料形式，降低液氦输送过程中的漏热量，同时内部设计多段式结构，提高输液管的柔韧度。

但缺点很明显，冷屏的冷源来自于冷屏与内管之间填充的氩气通过与内管液氦进行对流换热从而为冷屏提供冷量，本身对流换热过程中就是对内管输送液氦的损耗，需要源源不断进行对流换热才能维持冷屏的温度。另外氩气需要提前预充进去后，再焊接封死，该工艺较为复杂，操作极为不便。而且多段式结构由于有冷屏和内管连接长度的限制，也导致柔韧性不足，输液管在使用过程中，变形量较小，使用不方便。同时支撑结构设计虽然为点接触，但是点到内管的距离较近，导热路径的缩短，显著增加液氦的漏热量。而且其低温截止阀，阀杆较短，漏热较大，而且调节位置放到直角口，导致调节能力较差，流量连续调节也较为困难。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，如何提高液氦的利用率。

本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：一种双通道液氦输液管，包括真空外管，所述真空外管两端分别设有输液接口，还包括设于真空外管内的液氦输送管道和氦气回气管道，所述液氦输送管道用于输送液氦，液氦经测试装置后气化的气体形成氦气，所述氦气回气管道用于输送所述氦气，所述氦气回气管道与液氦输送管道的一段平行排布，并通过导冷连接件耦合连接，所述液氦输送管道、氦气回气管道与真空外管之间设有绝热支撑结构，所述液氦输送管道上还连接有用于调节其输送流量的流量调节阀。

通过液氦的低温回气对液氦输送管道进行冷却，提高了液氦的利用率，同时也通过导冷连接件对液氦输送管道进行预冷，降低了液氦在输送过程中漏热导致的损耗，提高了液氦的利用率。

作为优选的技术方案，所述真空外管包括水平真空外管和竖直真空外管，所述水平真空外管通过真空外管弯头与竖直真空外管固定连接，并形成L型结构，所述液氦输送管道位于水平真空外管内的一段、氦气回气管道、水平真空外管均为不锈钢波纹管。

作为优选的技术方案，所述流量调节阀固定设置于液氦输送管道位于竖直真空外管的一端，所述流量调节阀包括控制阀座和控制阀针，所述液氦输送管道与控制阀座相连通，所述竖直真空外管与控制阀座固定连接，所述竖直真空外管外侧转动连接有调节阀竖直管，所述控制阀座上开设有与液氦输送管道相连通的输入通道，所述调节阀竖直管底部与控制阀针一端固定连接，所述控制阀针的另一端能够伸入或伸出输入通道内。

作为优选的技术方案，所述控制阀针包括依次固定连接且管径递减的螺纹连接部、中间连接部、圆锥部，所述调节阀竖直管底部固定连接有螺纹连接部，所述输入通道包括依次开设的螺纹孔、变径孔、柱形孔，所述圆锥部与柱形孔尺寸相适配，所述螺纹孔与螺纹连接部螺纹配合，所述控制阀座侧壁开设有与输入通道相连通的输液孔，所述调节阀竖直管上开设有多个通孔。

作为优选的技术方案，所述调节阀竖直管顶部固定连接有调节手轮，所述调节手轮上标有刻度盘。

作为优选的技术方案，所述水平真空外管背离真空外管弯头的一端固定有测试接头，所述测试接头包括内部管、前端水平真空外管，所述内部管通过内部管补芯与前端水平真空外管一端固定连接，所述内部管通过水平真空外管绝热支撑连接有前端回气管，所述前端回气管通过回气变径室与氦气回气管道相连通。

作为优选的技术方案，所述液氦输送管道包括毛细管，所述毛细管位于水平真空外管的一段外侧设有冷屏管，所述冷屏管包括多个间隔设置的绝热层和绝热层硬管，相邻绝热层之间固定连接有绝热层硬管，所述冷屏管一端与回气变径室固定，另一端固定有弯头绝热层，所述弯头绝热层的端部固定连接有真空外管弯头补芯，所述绝热层硬管通过导冷带与氦气回气管路耦合固定，所述绝热层、绝热层硬管、弯头绝热层的绝热材料均为双面镀铝薄膜。

作为优选的技术方案，所述氦气回气管路伸出真空外管弯头的一端设有手动截止阀。

作为优选的技术方案，所述毛细管外侧固定连接有水平毛细管套管，所述水平毛细管套管端部通过毛细管水平接口补芯连接有喷嘴，所述喷嘴前端为半球形，且与毛细管连通，所述前端回气管套设于水平毛细管套管外侧，所述前端回气管一端与回气变径室固定，另一端通过前端回气管补芯、密封垫圈与水平毛细管套管密封固定，所述前端水平真空外管套设于前端回气管外侧，所述前端水平真空外管一端与前端回气管密封固定，另一端通过前端水平真空外管补芯与前端回气管固定连接。

作为优选的技术方案，所述毛细管与水平毛细管套管之间设有毛细管绝热支撑，所述前端回气管与前端水平真空外管之间设有前端回气管绝热支撑，所述毛细管绝热支撑和前端回气管绝热支撑上均开设有腰孔。

本发明的优点在于：

(1)本发明中，通过液氦的低温回气对液氦输送管道进行冷却，提高了液氦的利用率，同时也通过导冷连接件对液氦输送管道进行预冷，降低了液氦在输送过程中漏热导致的损耗，提高了液氦的利用率。

(2)本发明中，通过液氦调节阀的设置，可通过转动带有刻度盘的调节手轮，可带动调节阀竖直管转动，从而调节控制阀针的圆锥部顶端与变径孔之间的导流面积，从而调节流量，可广泛应用于对液氦流量需求不同的低温测试装置。

(3)本发明中，将液氦输送管道位于水平真空外管内的一段、氦气回气管道、水平真空外管、设置为柔韧性较强的波纹管结构，多层绝热材料包扎形成冷屏管，在增加冷屏的条件下，仍然具有较好的延展性和柔韧度，极大方便了输液管的安装和使用。

(4)本发明中，通过在绝热支撑内进行镂空设计，不仅降低了支撑的自重，同时延长了传热路径，可大幅度降低常温壁面的固体导热。

(5)本发明中，通过真空安全阀的设置，当内部管路出现泄露时，气体将直接泄漏到真空腔内，当压力超过大气压力后，可通过真空安全阀直接将气体泄放，以保护液氦输液管和实验错操作者。

附图说明

图1为本发明实施例提供的整体剖面结构示意图；

图2为本发明实施例提供的图1的A局部放大结构示意图；

图3为本发明实施例提供的图1的B局部放大结构示意图；

图4为本发明实施例提供的图1的C-C剖面结构示意图；

附图标号：1、喷嘴；2、毛细管水平接口补芯；3、毛细管；4、水平毛细管套管；5、毛细管绝热支撑；6、密封垫圈；7、前端回气管补芯；8、前端回气管；9、前端水平真空外管补芯；10、前端水平真空外管；11、前端回气管绝热支撑；12、水平真空外管绝热支撑；13、回气变径室；14、水平真空外管；15、中间回气管；16、冷屏管；161、绝热层；162、绝热层硬管；17、导冷带；18、弯头绝热层；19、真空外管弯头；20、手动截止阀；21、抽空阀；22、真空安全阀；23、弯头绝热层径向绝热支撑；24、弯头绝热层底部绝热支撑；25、真空外管弯头补芯；26、竖直真空外管；27、橡胶圈；28、调节手轮；29、调节阀竖直管；30、竖直真空外管补芯；31、流量调节阀；311、控制阀座；312、控制阀针；32、第一内夹层真空腔室；33、氦气回气夹层；34、第二外夹层真空腔室；35、总真空腔室；36、内部管。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参阅图1，一种双通道液氦输液管，包括真空外管，真空外管两端分别设有输液接口，还包括设于真空外管内的液氦输送管道和氦气回气管道，液氦输送管道用于输送液氦，液氦经测试装置后气化的气体形成氦气，氦气回气管道用于输送该氦气，氦气回气管道与液氦输送管道的一段平行排布，并通过导冷连接件耦合连接，液氦输送管道、氦气回气管道与真空外管之间设有绝热支撑结构，液氦输送管道上还连接有用于调节其输送流量的流量调节阀31。

参阅图1，真空外管包括依次固定的测试接头、内部管36、水平真空外管14、真空外管弯头19、竖直真空外管26，内部管36一端与水平真空外管14一端焊接固定，内部管36另一端通过内部管补芯与测试接头焊接固定，内部管补芯与前端水平真空外管10外壁固定，水平真空外管14另一端通过真空外管弯头19与竖直真空外管26固定连接，并形成L型结构，真空外管弯头19与竖直真空外管26相连的一端还固定连接有真空外管弯头补芯25，本实施例中的液氦输送管道包括毛细管3，毛细管3为软态的不锈钢管，不锈钢毛细管本身就具有一定的柔韧性，经过退火处理后可提高其柔韧性，液氦输送管道位于水平真空外管14内的一段外侧设有冷屏管16，氦气回气管道、水平真空外管14均为柔性不锈钢波纹管结构，使其具有良好的延展性，水平真空外管14为不锈钢波纹管，使得输液管在使用时柔韧性较好；竖直真空外管26为薄壁不锈钢硬管，需要说明的是，本实施例中，水平真空外管14长度大于内部管36长度与真空外管弯头19长度之和；毛细管3为不锈钢毛细软态管，为市购件；

在真空外管的测试接头处，为降低毛细管3输送过程中的漏热，在毛细管3外侧套设水平毛细管套管4，毛细管3与水平毛细管套管4之间设置有毛细管绝热支撑5，以此隔开毛细管3和水平毛细管套管4，降低热传导和对流换热，毛细管绝热支撑5大体为圆形，其周向设置有至少三个凸起(点接触的圆环状结构)并与水平毛细管套管4点接触，其内部开设有与毛细管3相适配的支撑孔，毛细管绝热支撑5上进行镂空设置，即开设有多个腰孔，以延长导热路径，水平毛细管套管4端部通过毛细管水平接口补芯2连接有喷嘴1，毛细管水平接口补芯2中部与毛细管3固定连接，其一端与水平毛细管套管4焊接固定，另一端与喷嘴1螺纹连接，喷嘴1前端为半球形，且与毛细管3连通，使得整个输液管插入到低温测试装置更加顺畅，同时可有效保护输液管的前端免受撞击，中心开有圆孔，便于液氦的定向喷出，避免液氦喷出时流动方向紊乱，毛细管3与水平毛细管套管4之间形成第一内夹层真空腔室32；

水平毛细管套管4外侧套设有前端回气管8，前端回气管8一端与回气变径室13固定，另一端通过前端回气管补芯7、密封垫圈6与水平毛细管套管4固定连接，前端回气管补芯7固定连接在水平毛细管套管4外侧，前端回气管8左端与回气变径室13焊接固定并连通，右端与前端回气管补芯7焊接固定，其焊接固定处外侧还固定有密封垫圈6，以此隔开进入液氦和返回氦气，前端回气管8外侧套设有前端水平真空外管10，前端回气管8外侧固定连接有前端水平真空外管补芯9并对前端水平真空外管10另一端(本实施例中为右端)进行密封，前端水平真空外管10一端(本实施例中为左端)与内部管36固定连接，其中，水平毛细管套管4与前端回气管8之间形成氦气回气夹层33，前端回气管8上开设有两个进气口，在实际使用时，整个测试接头即内部管36与水平真空外管14的连接处右侧部分整个伸入低温测试装置内，液氦形成的氦气由进气口进入前端回气管8内，前端回气管8与前端水平真空外管组10之间形成第二外夹层真空腔室34，前端回气管8与前端水平真空外管10之间设置有前端回气管绝热支撑11，以此隔开前端回气管8和前端水平真空外管10，降低热传导，前端回气管绝热支撑11与毛细管绝热支撑5结构大体上相同，区别在于尺寸不同。

参阅图1和图3，流量调节阀31固定设置于毛细管3位于竖直真空外管26的一端，流量调节阀31包括控制阀座311和控制阀针312，控制阀座311材质为硬质合金，控制阀针312为不锈钢材质，毛细管3与控制阀座311相连通，竖直真空外管26通过竖直真空外管补芯30与控制阀座311固定连接，竖直真空外管26外侧转动连接有调节阀竖直管29，控制阀座311上开设有与毛细管3相连通的输入通道，调节阀竖直管29底部与控制阀针312一端固定连接，控制阀针312的另一端能够伸入或伸出输入通道内，控制阀针312包括依次固定连接且管径递减的螺纹连接部、中间连接部、圆锥部，中间连接部为圆柱台状，调节阀竖直管29底部固定连接有螺纹连接部，输入通道包括依次开设的螺纹孔、变径孔、柱形孔，圆锥部与柱形孔尺寸相适配，螺纹孔与螺纹连接部螺纹配合，变径孔具有两个孔径分别为第一孔径和第二孔径，其中第一孔径与螺纹孔孔径相同，第二孔径与柱形孔孔径相同，第一孔径大于第二孔径，为保证液氦在变径孔内的输送，变径孔尺寸大于中间连接部尺寸，控制阀座311侧壁开设有与输入通道相连通的输液孔，调节阀竖直管29上开设有多个通孔以保证外部的液氦管能够穿过调节阀竖直管29与输液孔连接，并进入变径孔、柱形孔从而进入到毛细管3内，输液孔位于中间连接部中间处，调节阀竖直管29顶部焊接固定有调节手轮28，调节手轮28上标有刻度盘，刻度值由从0°到360°进行分布，可方便观察低温流量调节阀31的调节开度，调节手轮28与竖直真空外管26为旋转密封，具体为调节手轮28内侧加工矩形槽，用于安装橡胶圈27，竖直真空外管26与调节阀竖直管29之间通过橡胶圈27进行侧密封，以阻止氦气向上窜出造成损失。

参阅图1和图2，氦气回气管路包括中间回气管15，测试接头包括内部管36、前端水平真空外管10，前端回气管8与内部管36之间设置有水平真空外管绝热支撑12，以此隔开前端回气管8和内部管36，降低热传导，绝热支撑12外部通过至少三个凸起与内部管36内部相抵，内部开设有与前端回气管8相适配的孔，沿其半径方向错位开设有多个腰孔，前端回气管8通过回气变径室13与中间回气管15相连通，毛细管3位于水平真空外管14的一段外侧设有冷屏管16，毛细管3安装在冷屏管16内侧，冷屏管16由分段式绝热层161组成，其包括多个间隔设置的绝热层161和绝热层硬管162，相邻绝热层161之间固定连接有绝热层硬管162，其中，绝热层硬管162长度远小于绝热层161，冷屏管16一端与回气变径室13固定，另一端固定有弯头绝热层18，液氦输送管道位于真空外管弯头外侧的一段套设有弯头绝热层18，弯头绝热层18的端部固定连接有真空外管弯头补芯25，绝热层硬管162通过导冷带17与中间回气管15耦合固定，中间回气管15伸出真空外管弯头19的一端设有手动截止阀20。

参阅图1，真空外管弯头19上还固定有抽空阀21和真空安全阀22，冷屏管16通过弯头绝热层18与竖直真空外管26固定，弯头绝热层18外部设有弯头绝热层径向绝热支撑23，下部设有弯头绝热层底部绝热支撑24，避免弯头绝热层18与真空外管弯头19接触，引起弯头绝热层18温度升高，导致漏热增加，弯头绝热层18为弯管状结构，通过弯头绝热层底部绝热支撑24与真空外管弯头补芯25相抵，弯头绝热层径向绝热支撑23通过点接触与真空外管弯头19接触，内部开设与弯头绝热层18相适配的孔，其上沿其半径方向错位还开设有多个腰孔。

参阅图1和图4，双通道液氦输液管测试接头末端，为四层同轴排布结构，由内至外依次为毛细管3、水平毛细管套管4、前端回气管8和前端水平真空外管10，第二外夹层真空腔室34、水平真空外管14内、内部管36内、真空外管弯头19与弯头绝热层18之间、竖直真空外管26与毛细管3之间形成总真空腔室35，真空安全阀22用于为总真空腔室35进行泄压，当内部毛细管3出现意外破坏时，输送的液氦将直接气化进入到总真空腔室35内，安全阀设计为常压P(0.1MPa)的1.15倍，当总真空腔室35内的压力值高于1.15P时，真空安全阀22将自动泄放，将多余的氦气及时排除，以保护输液管以及实验操作者的安全，需要说明的是，中间回气管15为不锈钢材质波纹管，由多段焊接连接而成，该波纹管具有足够的柔韧性，其外表面进行镜面抛光处理，提高表面的光洁度和亮度，降低自身材料的发射率，减少辐射漏热，中间硬管段通过火焰银钎焊连接导冷带17，中间回气管15与导冷带17固定连接，导冷带17另一端与冷屏管16同样通过低温胶耦合连接，冷屏管16采用多层绝热材料包扎形成，材质为，弯头绝热层18为多层绝热材料包扎形成，本实施例中的绝热支撑结构均为G10材质(G10是由无碱玻璃纤维布浸以环氧树脂，并添加相应的阻燃剂，胶粘剂等添加剂，经热压加工而成的板状绝缘绝热材料)，该材料热导率极低。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。