一种一体化液氦装车系统

本技术涉及制冷与低温领域中的低温液体储存、加注与转注技术，特别涉及一种一体化液氦装车系统。

背景技术：

1、氦气作为一种不可再生的稀缺性资源。无论是高纯氦气或者液氦在各个领域都扮演着极其重要的角色。比如在半导体和芯片制造等高技术领域，高纯和超高纯氦气可以作为保护气和电子特气被大量使用；在医疗领域的核磁共振设备，液氦作为核磁共振设备中超导线圈的冷却剂被广泛使用；在大科学工程中，液氦、超临界氦作为超导磁体或超导线圈的冷却剂，是实现超导态的关键所在。氦气已经是国家安全和高新技术产业发展不可或缺的关键资源，具有重要的地位。

2、液氦与其他低温液体相比，具有潜热小、密度小、良好的导热性和很强的扩散性的特点。国际上，氦液化器或液氦工厂产生液氦后，向固定式液氦容器内加注液氦以及固定式液氦容器向液氦罐式集装箱或液氦杜瓦转注液氦过程中，仅能实现单一的加注或转注操作。

3、目前大量液氦存储在液氦罐式集装箱内进口到国内港口后，均通过液氦罐式集装箱运输到各气体分销商，再以液氦的方式从液氦罐式集装箱转注到液氦杜瓦进行液氦的运输和分销，或者汽化为氦气增压到氦气钢瓶或氦气高压管束车进行运输。由于目前大型国产氦液化器、固定式液氦容器(如液氦杜瓦或液氦储罐)和移动式液氦容器(如液氦罐式集装箱)等装备尚处于研制过程中，还缺乏将氦液化器、固定式液氦容器和移动式液氦容器高效结合，并实现液氦装车系统。

技术实现思路

1、鉴于此，有必要针对现有技术存在的缺乏将氦液化器、固定式液氦容器和移动式液氦容器高效结合的技术缺陷提供一种可实现装车系统置气纯化、预冷、液氦积液加注和转注装车多种工作模式的智能调控的一体化液氦装车系统及控制方法。

2、为解决上述问题，本实用新型采用下述技术方案：

3、本实用新型目的之一，提供了一种一体化液氦装车系统，包括：氦液化器(1)、多通道复合低温传输管路(2)、液氦分配阀箱(3)、第一液氦传输管路(4)、第一固定式液氦容器(5)、第二液氦传输管路(7)、第二固定式液氦容器(8)、液氦输送泵(10)、氦气增压单元(11)、第一移动式液氦容器(12)、第二移动式液氦容器(13)、低温氦气复温单元(14)、置气纯化单元(15)及液氦加注和转注控制单元(16)，所述液氦加注和转注控制单元(16)电性连接所述氦液化器(1)、所述液氦分配阀箱(3)、所述液氦输送泵(10)、所述氦气增压单元(11)、所述低温氦气复温单元(14)及所述置气纯化单元(15)；其中：

4、所述氦液化器(1)产生的液氦通过所述多通道复合低温传输管路(2)，进入所述液氦分配阀箱(3)，通过所述液氦分配阀箱(3)的分配的液氦再分别通过所述第一液氦传输管路(4)向所述第一固定式液氦容器(5)加注液氦；和/或通过所述第二液氦传输管路(7)向所述第二固定式液氦容器(8)加注液氦；和/或通过所述液氦输送泵(10)向所述第一移动式液氦容器(12)转注液氦；和/或通过所述氦气增压单元(11)向所述第二移动式液氦容器(13)转注液氦；

5、所述低温氦气复温单元(14)通过管线连接所述液氦分配阀箱(3)，可实现低温回气复温；所述置气纯化单元(15)通过管线连接所述多通道复合低温传输管路(2)用于对所述多通道复合低温传输管路(2)进行充排气并可通过调节阀门向液氦分配阀箱(3)进行充排气。

6、在其中一些实施例中，所述氦液化器(1)液化循环可以是基于克劳德循环、修正克劳德循环、两级透平的柯林斯循环、多级(2<n≤6)透平的柯林斯循环或多级(2<n≤6)透平的修正克劳德循环与柯林斯循环相结合。

7、在其中一些实施例中，所述氦液化器(1)具有4.5k饱和氦气回气管路boyonet(1-1)、第一低温电磁阀(1-2)、30k温区低温氦气回气管路boyonet(1-3)、第二低温电磁阀(1-4)、80k温区低温氦气回气管路boyonet(1-5)、第三低温电磁阀(1-6)和节流阀(1-7)。

8、在其中一些实施例中，所述的多通道复合低温传输管路(2)包括4.5k液氦管路(2-1)、4.5k饱和氦气回气管路(2-2)，30k温区低温氦气回气管路(2-3)及80k温区低温氦气回气管路(2-4)。

9、在其中一些实施例中，还包括绝热支撑(2-5)，所述绝热支撑(2-5)采用g10玻璃钢，所述绝热支撑(2-5)与所述4.5k饱和氦气回气管路(2-2)，所述30k温区低温氦气回气管路(2-3)及所述80k温区低温氦气回气管路(2-4)三点式接触。

10、在其中一些实施例中，所述4.5k饱和氦气回气管路(2-2)、所述30k温区低温氦气回气管路(2-3)及所述80k温区低温氦气回气管路(2-4)的外层包裹多层绝热材料(2-6)，所述多层绝热材料(2-6)可以是复合型铝箔或中空玻璃微珠材料，所述多层绝热材料(2-6)可以采用等密度或变密度包裹。

11、在其中一些实施例中，所述的液氦分配阀箱(3)包括阀箱法兰盖板(3-1)、阀箱筒体(3-2)、第一加注与转注调控单元(3-3)及第二加注与转注调控单元(3-4)，其中：

12、所述阀箱法兰盖板(3-1)上置于所述阀箱筒体(3-2)上且之间采用铜垫或o型密封圈并用螺栓通孔紧固以形成高真空绝热筒体；

13、所述第一加注与转注调控单元(3-3)包括第一液氦加注管路(3-3-2)、第一液氦转注管路(3-3-4)和第一低温氦气回气管系(3-3-6)，所述第一液氦加注管路(3-3-2)上设置有第一加注调节阀(3-3-1)，所述第一液氦转注管路(3-3-4)上设置有第一转注调节阀(3-3-3)，所述第一低温氦气回气管系(3-3-6)包括若干低温氦气回气管且任意一低温氦气回气管上均设置有回气温控调节阀，所述回气温控调节阀构成第一回气温控调节阀组(3-3-5)，所述第一液氦加注管路(3-3-2)、所述第一液氦转注管路(3-3-4)和所述第一低温氦气回气管系(3-3-6)的外表面包覆有多层绝热材料；

14、所述第二加注与转注调控单元(3-4)包括第二液氦加注管路(3-4-2)、第二液氦转注管路(3-4-4)及第二低温氦气回气管系(3-4-6)，所述第二液氦加注管路(3-4-2)上设置有第二加注调节阀(3-4-1)，所述第二液氦转注管路(3-4-4)上设置有第二转注调节阀(3-4-3)，所述第二低温氦气回气管系(3-4-6)包括若干低温氦气回气管且任意一低温氦气回气管上均设置有加注调节阀，所述加注调节阀构成第二回气温控调节阀组(3-4-5)，所述第二液氦加注管路(3-4-2)、所述第二液氦转注管路(3-4-4)及所述第二低温氦气回气管系(3-4-6)的外表面包覆有多层绝热材料。

15、可以理解，在实际中需要根据固定式液氦容器或移动式液氦容器个数的增加，加注与转注调控单元也随之相应增加。

16、在其中一些实施例中，所述第一回气温控调节阀组(3-3-5)前置于所述第一低温氦气回气管系(3-3-6)，可依据回气温度控制所述第一回气温控调节阀组(3-3-5)开启以实现所述第一低温氦气回气管系(3-3-6)中30k、80k和300k不同温区低温氦气回气；所述第二回气温控调节阀组(3-4-5)前置于所述第二低温氦气回气管系(3-4-6)，可依据回气温度控制所述第二回气温控调节阀组(3-4-5)开启以实现第二低温氦气回气管系(3-4-6)中30k、80k和300k不同温区低温氦气回气。

17、在其中一些实施例中，所述第一固定式液氦容器(5)可以为立式液氦容器或卧式液氦储罐，所述第一固定式液氦容器(5)内置第一液位测量装置(5-1)、第一氦气增压管路(5-2)、第一氦气增压管路阀门(5-3)和第一安全附件(5-4)，所述第一氦气增压管路(5-2)上设置有所述第一氦气增压管路阀门(5-3)，液氦通过所述第一氦气增压管路(5-2)进入所述第一固定式液氦容器(5)。

18、在其中一些实施例中，所述第二固定式液氦容器(8)可以是立式液氦杜瓦或立式或卧式液氦储罐，所述第二固定式液氦容器(8)内置第二液位测量装置(8-1)，第二氦气增压管路(8-2)，第二氦气增压管路阀门(8-3)和第二安全附件(8-4)，所述第二氦气增压管路(8-2)上设置有所述第二氦气增压管路阀门(8-3)，液氦通过所述第二氦气增压管路(8-2)进入所述第二固定式液氦容器(8)。

19、可以理解，第一固定式液氦容器(5)和第二固定式液氦容器(8)可以采用两个立式液氦容器，两个大容量卧式液氦储罐，也可以采用一个立式液氦容器与一个大容量卧式液氦储罐的组合方式使用。

20、在其中一些实施例中，所述的氦气增压单元(11)包括外接氦气缓冲罐接口阀门(11-1)或高压气瓶(组)接口阀门(11-2)，用于实现转注过程中所述第一固定式液氦容器(5)和/或所述第二固定式液氦容器(8)内部增压。

21、在其中一些实施例中，所述的第一移动式液氦容器(12)可以是移动式液氦杜瓦、液氦罐式集装箱或者液氦罐车，用于实现液氦从所述第一固定式液氦容器(5)和/或所述第二固定式液氦容器(8)向所述第一移动式液氦容器(12)的转注。

22、在其中一些实施例中，所述的第二移动式液氦容器(13)可以是移动式液氦杜瓦、液氦罐式集装箱或者液氦罐车，用于实现液氦从所述第一固定式液氦容器(5)和/或所述第二固定式液氦容器(8)向所述第一移动式液氦容器(12)的转注。

23、可以理解，第一移动式液氦容器(12)和第二移动式液氦容器(13)可以采用两个移动式液氦杜瓦、液氦罐式集装箱或者液氦罐车，也可以采用一个移动式液氦杜瓦、一个液氦罐式集装箱或液氦罐车两两组合的方式使用。

24、在其中一些实施例中，所述的低温氦气复温单元(14)包括真空加热器(14-1)、汽化器(14-2)或者两者组合，所述真空加热器(14-1)及所述汽化器(14-2)通过管线连接所述液氦分配阀箱(3)，可实现低温回气复温可实现低温回气复温功能。

25、在其中一些实施例中，所述的置气纯化单元(15)包括高纯氮气置换单元(15-1)、高纯氦气置气单元(15-2)、真空泵组(15-3)和外纯化器(15-4)，所述真空泵组(15-3)用于驱动所述高纯氮气置换单元(15-1)、所述高纯氦气置气单元(15-2)及所述外纯化器(15-4)。

26、在其中一些实施例中，所述的液氦加注和转注控制单元(16)包括液氦加注控制单元(16-1)、液氦转注控制单元(16-2)、增压控制单元(16-3)、低温回气复温控制单元(16-4)，可实现装车系统置气纯化、预冷、液氦积液加注和转注装车多种工作模式的智能调控。

27、本实用新型采用上述技术方案，其有益效果如下：

28、本实用新型提供的一体化液氦装车系统，集成有氦液化器、液氦分配阀箱、液氦容器、氦气增压单元、低温氦气复温单元、置气纯化单元及液氦加注和转注控制单元，通过配合多通道复合低温传输管路、液氦传输管路可以实现装车系统置气纯化、预冷、液氦积液加注和转注装车多种工作模式的智能调控，可在液氦加注的同时，实现液氦向其他多个容器的转注过程，不会造成液氦的大量损失与浪费，也可避免出现液氦转注过程中容器压力升高等的安全隐患，从而实现液氦安全有效分配和高效转注；同时加注和转注过程中的低温氦气回到氦液化器中，能够有效利用加注和转注过程中的低温氦气冷能。