本发明涉及超导医疗领域、超导无损检测领域以及超导无损探测领域，特别是涉及一种低电磁噪声、低液氦挥发率、长时间可靠工作的复合材料液氦杜瓦。
背景技术：
复合材料液氦杜瓦是超导脑磁仪、超导心磁仪、超导无损检测设备和超导无损探测设备中的关键部件，例如在超导脑磁仪、超导心磁仪中，用于盛装超导量子放大器的复合材料液氦杜瓦具有无磁、绝缘、耐低温以及力学性能优良的特性，能够保证超导量子放大器的探测精度，从而实现微弱生物磁场的精确探测并诊断人的大脑和心脏的健康状况。
基于杜瓦内筒的圆柱壳体和圆盘形下底板、中筒的圆柱壳体和圆环形下底板以及外筒的圆柱壳体和圆盘形下底板采用纤维编织结构通过真空压力浸渍环氧树脂固化成型，能实现纤维增强环氧树脂复合材料具有较低的气隙率并获得优良的常温、低温抗疲劳力学性能和化学稳定性，本发明的复合材料液氦杜瓦除了在脑磁仪、心磁仪中使用，还可用于地磁探测设备、无损检测设备以及其他弱磁探测设备中。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种带有液氮冷屏的复合材料液氦杜瓦，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种带有液氮冷屏的复合材料液氦杜瓦，包括由复合材料制成的、用于盛装液氦的内筒；由复合材料制成的、用于盛装液氮的中筒；由复合材料制成的、用于真空保持的外筒；以及用于降低液氦挥发的低漏热塞子；其中，复合材料为纤维增强环氧树脂；所述内筒位于所述中筒的内部，且所述中筒位于所述外筒的内部，三者套装在一起，并在所述内筒的开口处与所述低漏塞子密封连接。
作为本发明的优选技术方案：所述内筒包括采用纤维编织结构，并通过真空压力浸渍环氧树脂实现固化成型的内筒圆柱壳体和内筒下底板；所述中筒，包括采用纤维编织结构，并通过真空压力浸渍环氧树脂实现固化成型的中筒内侧圆柱壳体、中筒外侧圆柱壳体和中筒圆环形下底板；所述外筒包括采用纤维编织结构，并通过真空压力浸渍环氧树脂实现固化成型的外筒圆柱壳体和外筒圆盘形下底板。
作为本发明的优选技术方案：所述内筒的外表面与所述中筒内侧圆柱壳体和所述中筒圆环形下底板的外表面均包裹多层绝热冷屏，且该绝热冷屏由能够透过电磁波的、且网格化双面金属镀膜的防辐射屏和纤维网交错布置。
作为本发明的优选技术方案：还包括用于密封的连接板，所述连接板的外侧插入到所述中筒外侧圆柱壳体内，且所述内筒圆柱壳体与所述连接板螺纹连接，实现所述中筒外侧圆柱壳体与所述内筒圆柱壳体之间的密封。
作为本发明的优选技术方案：所述中筒内侧圆柱壳体与所述内筒圆柱壳体之间通过设有的外筒上底板螺纹连接，且所述外筒上底板，包括第一内螺纹、第二内螺纹和外螺纹，所述第二内螺纹与所述内筒圆柱壳体螺纹连接，所述第一内螺纹与所述中筒内侧圆柱壳体螺纹连接，且所述外螺纹与所述外筒上的外筒圆柱壳体螺纹连接。
作为本发明的优选技术方案：所述低漏热塞子，包括网格化金属镀膜的防辐射屏、低导热非金属材料制作的圆柱隔热块、复合材料制成的圆盘板、下端带有外螺纹的复合材料制成的空心管和复合材料制成的螺母；所述圆柱隔热块的两侧面与所述防辐射屏贴合，且所述空心管贯穿所述圆柱隔热块和防辐射屏，并通过所述螺母将所述圆盘板、所述圆柱隔热块和所述防辐射屏固定在所述空心管上。
采用上述技术方案，本发明的有益效果是：由于复合材料制成的内筒、中筒、外筒以及复合材料等制成的低漏热塞子，外筒用于真空保持，中筒用于储存液氮，内筒用于储存液氦，中筒和内筒、外筒所围空间可长期保持≤10-3pa的高真空，内筒、中筒和外筒的圆柱壳体及下底板采用纤维编织，并通过真空压力浸渍环氧树脂固化成型，所得复合材料的气隙率＜1％；
内筒外表面、中筒外侧面及其下底面固定的圆盘形复合材料隔板外表面附着的多层绝热材料起到冷屏作用，降低外筒下底板对内筒下底板的辐射热；
由金属镀膜防辐射屏、低导热材料、复合材料空心管和螺母组成的低漏热塞子降低杜瓦上部开口漏热。
附图说明
图1为本发明的一种基本结构示意图；
图2为本发明实施例提供的内筒结构示意图；
图3为本发明实施例提供的中筒结构示意图；
图4为本发明实施例提供的外筒结构示意图；
图5为本发明实施例提供的低漏热塞子示意图；
图6为本发明实施例提供的外筒和中筒外侧圆柱壳体密封上底板结构示意图；
图7为本发明实施例提供的中筒内侧圆柱壳体与内筒密封连接板结构示意图。
图中：1、内筒；11、内筒圆柱壳体；12、内筒下底板；2、中筒；21、中筒内侧圆柱壳体；22、中筒外侧圆柱壳体；23、中筒圆环形下底板；3、外筒；31、外筒圆柱壳体；32、外筒圆盘形下底板；4、低漏热塞子；41、防辐射屏；42、圆柱隔热块；43、圆盘板；44、空心管；45、螺母；5、外筒上底板；51、第一内螺纹；52、外螺纹；53、第二内螺纹；6、密封连接板。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“正面”、“上表面”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参阅图1-7，本发明提供的一种实施例：一种带有液氮冷屏的复合材料液氦杜瓦，包括由复合材料制成的、用于盛装液氦的内筒1；由复合材料制成的、用于盛装液氮的中筒2；由复合材料制成的、用于真空保持的外筒3；以及用于降低液氦挥发的低漏热塞子4；其中，复合材料为纤维增强环氧树脂；所述内筒1位于所述中筒2的内部，且所述中筒2位于所述外筒3的内部，三者套装在一起，并在所述内筒1的开口处与所述低漏热塞子4密封连接。所述内筒1、中筒2和外筒3的复合材料结构材料的气隙率小于1％；所述带有液氮冷屏的复合材料液氦杜瓦能长期保持≤10-3pa的高真空。
其中，所述内筒1包括采用纤维编织结构，并通过真空压力浸渍环氧树脂实现固化成型的内筒圆柱壳体11和内筒下底板12；所述中筒2，包括采用纤维编织结构，并通过真空压力浸渍环氧树脂实现固化成型的中筒内侧圆柱壳体21、中筒外侧圆柱壳体22和中筒圆环形下底板23；所述外筒3包括采用纤维编织结构，并通过真空压力浸渍环氧树脂实现固化成型的外筒圆柱壳体31和外筒圆盘形下底板32；内筒1、中筒2和外筒3能以超薄壁厚实现高强度、低漏率和低传导漏热，其中壁厚只有15毫米。位于内筒1和外筒3之间的中筒2中盛装的液氮吸收室温外筒3的辐射热，由辐射传热公式可知，77k液氮冷屏对于4.2k液氦的辐射热负荷远低于室温约300k对4.2k液氦的辐射热负荷，本发明通过消耗廉价、易得到的液氮大幅降低液氦的消耗。
其中，所述内筒1的外表面与所述中筒内侧圆柱壳体21和所述中筒圆环形下底板23的外表面均包裹多层绝热冷屏，且该绝热冷屏由能够透过电磁波的、且网格化双面金属镀膜的防辐射屏和纤维网交错布置，从而降低外筒圆盘形下底板32对内筒下底板12的辐射热并且对于超导量子放大器不产生电磁噪声。
其中，还包括用于密封的连接板6，所述连接板6的外侧插入到所述中筒外侧圆柱壳体22内，且所述内筒圆柱壳体11与所述连接板6螺纹连接，实现所述中筒外侧圆柱壳体22与所述内筒圆柱壳体11之间的密封，连接板6能够实现内筒圆柱壳体11和中筒外侧圆柱壳体22之间的密封连接，从而形成了密封的内筒1和密封的中筒2。
其中，所述中筒内侧圆柱壳体21与所述内筒圆柱壳体11之间通过设有的外筒上底板5螺纹连接，且所述外筒上底板5，包括第一内螺纹51、第二内螺纹53和外螺纹52，所述第二内螺纹53与所述内筒圆柱壳体11螺纹连接，所述第一内螺纹51与所述中筒内侧圆柱壳体21螺纹连接，且所述外螺纹52与所述外筒3上的外筒圆柱壳体31螺纹连接，所述的外筒上底板5能够实现外筒圆柱壳体31和中筒外侧圆柱壳体22之间的密封连接。
其中，所述低漏热塞子4，包括网格化金属镀膜的防辐射屏41、低导热非金属材料制作的圆柱隔热块42、复合材料制成的圆盘板43、下端带有螺纹的复合材料制成的空心管44和复合材料制成的螺母45；所述圆柱隔热块42的两侧面与所述防辐射屏41贴合，且所述空心管44贯穿所述圆柱隔热块42和防辐射屏41，并通过所述螺母45将所述圆盘板43、所述圆柱隔热块42和所述防辐射屏41固定在所述空心管44上，复合材料薄壁空心管44既起到输液、出气作用，与螺母45配合使用还具有支撑和定位作用。
使用时，将中筒2与内筒1、外筒3围成的空间抽至10-3pa的高真空，将77k液氮注入中筒的双层圆柱壳体中，再向内筒1中注入冷氮气预冷到77k后接着注入液氦，然后将低漏热塞子4插入内筒1上端开口直到塞子上端的盖板和内筒1上端面接触，本发明的复合材料液氦杜瓦可用于盛装液氮温度77k至液氦温度4k的冷却介质。
以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。
1.一种带有液氮冷屏的复合材料液氦杜瓦，其特征在于，包括由复合材料制成的、用于盛装液氦的内筒(1)；
由复合材料制成的、用于盛装液氮的中筒(2)；
由复合材料制成的、用于真空保持的外筒(3)；
以及用于降低液氦挥发的低漏热塞子(4)；
其中，复合材料为纤维增强环氧树脂；
所述内筒(1)位于所述中筒(2)的内部，且所述中筒(2)位于所述外筒(3)的内部，三者套装在一起，并在所述内筒(1)的开口处与所述低漏塞子(4)密封连接。
2.根据权利要求1所述的一种带有液氮冷屏的复合材料液氦杜瓦，其特征在于：所述内筒(1)包括采用纤维编织结构，并通过真空压力浸渍环氧树脂实现固化成型的内筒圆柱壳体(11)和内筒下底板(12)；
所述中筒(2)，包括采用纤维编织结构，并通过真空压力浸渍环氧树脂实现固化成型的中筒内侧圆柱壳体(21)、中筒外侧圆柱壳体(22)和中筒圆环形下底板(23)；
所述外筒(3)包括采用纤维编织结构，并通过真空压力浸渍环氧树脂实现固化成型的外筒圆柱壳体(31)和外筒圆盘形下底板(32)。
3.根据权利要求2所述的一种带有液氮冷屏的复合材料液氦杜瓦，其特征在于：所述内筒(1)的外表面与所述中筒内侧圆柱壳体(21)和所述中筒圆环形下底板(23)的外表面均包裹多层绝热冷屏，且该绝热冷屏由能够透过电磁波的、且网格化双面金属镀膜的防辐射屏和纤维网交错布置。
4.根据权利要求3所述的一种带有液氮冷屏的复合材料液氦杜瓦，其特征在于：还包括用于密封的连接板(6)，所述连接板(6)的外侧插入到所述中筒外侧圆柱壳体(22)内，且所述内筒圆柱壳体(11)与所述连接板(6)螺纹连接，实现所述中筒外侧圆柱壳体(22)与所述内筒圆柱壳体(11)之间的密封。
5.根据权利要求4所述的一种带有液氮冷屏的复合材料液氦杜瓦，其特征在于：所述中筒内侧圆柱壳体(21)与所述内筒圆柱壳体(11)之间通过设有的外筒上底板(5)螺纹连接，且所述外筒上底板(5)，包括第一内螺纹(51)、第二内螺纹(53)和外螺纹(52)，所述第二内螺纹(53)与所述内筒圆柱壳体(11)螺纹连接，所述第一内螺纹(51)与所述中筒内侧圆柱壳体(21)螺纹连接，且所述外螺纹(52)与所述外筒(3)上的外筒圆柱壳体(31)螺纹连接。
6.根据权利要求1所述的一种带有液氮冷屏的复合材料液氦杜瓦，其特征在于：所述低漏热塞子(4)，包括网格化金属镀膜的防辐射屏(41)、低导热非金属材料制作的圆柱隔热块(42)、复合材料制成的圆盘板(43)、下端带有外螺纹的复合材料制成的空心管(44)和复合材料制成的螺母(45)；所述圆柱隔热块(42)的两侧面与所述防辐射屏(41)贴合，且所述空心管(44)贯穿所述圆柱隔热块(42)和防辐射屏(41)，并通过所述螺母(45)将所述圆盘板(43)、所述圆柱隔热块(42)和所述防辐射屏(41)固定在所述空心管(44)上。
技术总结