多层绝热无液氮保护金属实验液氦杜瓦瓶的研制

由我们研制的几种杜瓦瓶表明，将多层绝热结构应用于低温液氨实验杜瓦瓶，代替液氮保护，可以得到良好的效果.我们研制的口径为中120mm、中150mm、中200min， 内胆容积分别为10升、27升、38升，用铝箔和玻璃纤维纸作多层绝热结构的液氦杜瓦瓶液氦平均蒸发率分别为100毫升/小时、120毫升/小时、180毫升/小时，适于低温实验室推广使用.另一个口径为中120mm，内胆容积为10升，用喷铝涤纶薄膜和两个铜屏作多层绝热结构的液氨实验杜瓦瓶已使用六年，液氨蒸发率小于200毫升/小时，在该杜瓦瓶夹层中放有八个铜-康铜热偶温度计，提供了有关屏温分布的参考数据.
引言
一^、由于玻璃杜瓦瓶受容积、形状等因素的限制及其易破碎的弱点，在低温实验室中，它势必大部分要被金属杜瓦瓶所代替.一般杜瓦瓶是一个双壁容器，壁面镀银或抛光，夹层抽成高真空以尽量减少辐射漏热和气体传导漏热的影响，而液氦杜瓦瓶，由于液氦的蒸发潜热特别小，因此，对绝热要求特别严格.否则达不到长期保存液氦的要求.十年前的金属液氦容器常采用高真空绝热并加液氮保护，使对内壁的热辐射由室温减到液氮温度.由于要加液氮容器，不但使得其结构和制作工艺复杂，增加了容器的重量和体积，并且在使用时要经常注入液氮而十分不方便.六十年代，国外采用了多层绝热结构无液氮保护的液氢贮槽，充分利用了液氦冷回气来冷却多层结构代替液氮保护，使得液氦的日蒸发量只有1%左右.代替液氮保护的多层结构可采用多层喷铝涤纶薄膜或铝箔和绝热材料等方式做成。如果多层结构的横向热阻尽可能大，纵向热导尽可能好，就能把其吸收的辐射热尽可能的传到杜瓦瓶上端，被蒸发的冷回气带走而不至于横向传到杜瓦瓶的下端，造成液氦的大量蒸发.一般说来，实验用的金属液氦杜瓦瓶做得比较长，因而无论是喷铝涤纶薄膜或铝箔结构，其纵向热阻都较大，可造成杜瓦瓶底部与颈部有近百度的温差.同一原因，也可能使杜瓦瓶的预冷时间较长.杜瓦瓶的使用情况不同于贮槽.贮槽在较长的预冷时间后可以长期处于贮存液体的低温状态，故并不带来多少不便之处；对实验用的杜瓦瓶，仅在实验时才贮存氦液.因此，频繁的需要从室温很快地冷到低温.较长的预冷时间就会带来很多不便.因而如何减小多层结构的纵向温差，缩短预冷时间，使多层结构能用在实验杜瓦瓶上代替液氮的保护作用，是一个很值得研究的问题.根据工作的需要，近年来我们研制了几种实验用金属液氦杜瓦瓶，使用情况表明效果良好.
二、结构和实验结果
图1足采用铝箔和玻璃纤维纸绝热材料作多层结构的金属液氦杜瓦瓶.这个杜瓦瓶内胆法兰是为配合超导磁体的使用而研制的，故口径较大.它一密封橡皮圈一外胆法兰由内胆(由壁厚0.5mm，直径中200mm，长1200mm的哈通无缝钢管制作.)，外胆(由厚2mm，长1300mm的_抽气不锈钢板卷绕氩弧焊成，直径310mm.)，内胆底(由厚10mm的不锈钢板做成.)，外胆底(由厚14mm的不锈钢板做成)，内胆法兰和外胆法兰(由厚12mm的不锈一真空表接口KL第一定调银焊做成，直径d260mm，长1000mm.)，固定圈(由厚
5mm紫铜板车成，其上打有中6抽气孔24个)，密封橡皮圈，可拆卸阀抽气口，真空表接口等部分组成.在设计这一杜瓦瓶时，我们特别考虑了下面三个问题：(一)，要求拆卸、维修和检漏方便.国外使用的金属杜瓦瓶和贮槽很多是把内外胆氩弧焊接、如一旦发生夹层漏气，则必须把外胆锯开才能维修，使得维修极不方便.也曾有人改用法兰连接，用金属圈(金、银内-铜外二二.内胆底一活性碳-外胆底p200杜瓦瓶结构示意图或无氧铜圈等)作为密封圈，这又增加了维修费用.在设计本杜瓦瓶时，我们把内外胆改用法兰连接，用真空橡皮圈作为密封圈.以后的实践证明，只要上下法兰与橡皮圈配合得好，即使在最快输液情况下，也是安全可靠的.此外，为了防止长时间微量漏气造成夹层真空度不好，我们在该杜瓦瓶上采用了可拆卸阀抽气口装置来代替锡管密封，因而可以方便地对夹层进行抽空处理.经过上述考虑后，使得本杜瓦瓶在检漏和拆卸修理时非常简单方便.
(二)，减小纵向温差和预冷时间.我们采用厚约25pm的铝箔作防热辐射屏，其热导虽然比喷铝涤纶薄膜好很多，但由下述图3的杜瓦瓶的铜屏温度分布的测量可知，只用这种铝箔作多层结构仍可能造成较大的纵向温差.为此我们在第八固定圈上装有厚为1mm的铜防热辐射屏.它的作用有两方面：当杜瓦瓶进行预冷吋，只要灌入的液氮面高到这个固定圈附近，铜屏就能达到液氮的温度，这就大大加快了多层结构的铝箔和玻璃纤维纸的冷却速度，缩短了预冷时间.实验证明，只要在输液氦前八小时左右进行预冷，