一种液氦供应机构的制作方法

1.本发明涉及液氦供应机构领域。


背景技术：

2.粒子放射治疗中心含有许多磁部件，超导粒子放射治疗中心的含义是，中心中的绝大部分磁部件实现超导，以实现设备的小型化，降低日常运营费用。如超导磁部件中的励磁线圈采用低温超导材料，就需要用液氦制冷。大量的液氦超导磁部件需要大量的液氦，需要配置单独的液氦制取设备。氦液化是成熟技术，已实现规模化生产，其制取设备结构复杂，体积庞大。但液氦超导治疗中心使用的液氦量毕竟是有限的，不需要将庞大复杂的氦液化设备照搬过来。液氦制取设备的小型化是探索的方向。另一方面，液氦超导磁部件中的液氦会因漏热而挥发，液氦的及时补偿是一项繁索而复杂的工作，而目前小型化的液氦制取设备中不能兼具液氦的自动补偿功能。


技术实现要素：

3.本发明针对目前超导粒子放射治疗中心中，为其提供液氦制冷的液氦制取设备不能兼具液氦自动补偿的不足，提供一种兼具液氦制取和补偿的液氦供应机构。
4.本发明为实现其技术目的所采用的技术方案是一种液氦供应机构，为超导粒子放射治疗设备中的低温超导材料提供冷源，包括利用氦气降温制备液氦的液氦制备机构，所述液氦制备机构液氦流入到对所述的低温超导材料降温的液氦终端中；还包括液氦补偿机构；所述的液氦补偿机构收集各液氨终端由于冷却低温超导材料而吸热汽化的氦气，并将这些氦气传送到所述的液氦制备机构。
5.进一步的，上述的液氦供应机构中：所述的液氦制备机构包括储存氦气的气库、气泵和冷却器、制冷机；所述的气泵将气库内的氦气泵入到冷却器中，所述的冷却器为制冷机的冷端热交换器。
6.进一步的，上述的液氦供应机构中：所述的气泵包括一个一端开口并带法兰的圆桶形腔体a，从带法兰的开口端向腔体a中插入一个带推拉杆的活塞，腔体a带法兰的开口端与一个笔试直线电机连接，活塞的推拉杆穿过直线电机。
7.进一步的，上述的液氦供应机构中：腔体a的底部与一个t形氦气管道aa连通，t形管道aa横管道的一端与腔体a的底部连通，另一端利用氦气通道ab与所述的冷却器连通；t形管道aa竖管道的延伸部分与气库连通，在t形管道aa的横管上靠近腔体a底部的部位安装一个阀门a，在t形管道aa竖管道上安装一个阀门b。
8.进一步的，上述的液氦供应机构中：所述的氦气通道ab为板式氦气通道，包括三角形上板和三角形下板；所述三角形上板和三角形下板上下叠合，其中两边相互密封连接，它们的夹角上形成与t形管道aa横管道相接的氦气进气接口，另一边与冷却器相连，在所述三角形上板和三角形下板之间形成缝隙，实现氦气进气接口与冷却器相连，氦气经氦气进气接口进入缝隙内，扩散开来，呈条形面状导出氦气到冷却器。
9.进一步的，上述的液氦供应机构中：所述的制冷机为二级斯特林制冷机构包括初级制冷机构和次级制冷机构；
10.所述的初级制冷机构包括依次连通的压缩机b、热端热交换器b、回热器a、冷端热交换器b、膨胀机b；
11.所述的次级制冷机构包括依次连通的压缩机c、热端热交换器c、回热器b、冷端热交换器c、膨胀机c；
12.所述的热端热交换器c为所述冷端热交换器b，所述的冷端热交换器c为所述的冷却器。
13.进一步的，上述的液氦供应机构中：所述的热端热交换器b、冷端热交换器b或者冷却器均是进行热交换的，具有相同的热交换器结构。
14.进一步的，上述的液氦供应机构中：所述的液氦制备机构和液氦补偿机构设置在真空箱体内。
15.本发明的液氦供应机构中不但包括了液氦制备机构还包括了液氦补偿机构，克服目前液氦供应设备中只提供液氦制取设备不能兼具液氦自动补偿的不足。
16.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细地说明。
附图说明
17.附图1、液氦制取和补偿机构的组装图；
18.附图2、加装真空箱体后的液氦制取和补偿机构；
19.附图3、液氦制备机构的组装图；
20.附图4、压缩机a的剖面结构图；
21.图5、板式氦气通道的剖面结构图；
22.图6、冷却器的剖面结构图；
23.图7、热交换器的剖面结构图；
24.图8、初级制冷机构的组装图；
25.图9、热端热交换器b的结构图；
26.图10、回热器a的结构图；
27.图11、次级制冷机构的组装图；
28.图12、回热器b的剖面结构图；
29.图13、真空箱体的外观图；
30.图14、液氦制取和补偿机构的简单结构图；
31.图15、初级制冷机构的工作原理图之一；
32.图16、初级制冷机构的工作原理图之二；
33.图17、初级制冷机构的工作原理图之三；
34.图18、初级制冷机构的工作原理图之四；
35.图19、初级制冷机构的工作原理图之五；
36.图20、次级制冷机构的工作原理图；
37.图21、液氦制取和补偿的工作原理之一；
38.图22、液氦制取和补偿的工作原理之二；
39.图23、液氦制取和补偿的工作原理之三；
40.图24、液氦制取和补偿的工作原理之四。
41.图中符号：
42.1、液氦制备机构，1-1、气泵，1-1-1、圆桶形腔体a，1-1-2、带推拉杆的活塞，1-1-3、密封圈，1-1-4、笔试直线电机；1-2、气库，1-3-1、阀门a，1-3-2、阀门b，1-4、冷却器、1-4-1、固定板，1-4-2、细氦气管道，1-4-3、矩形箱体，1-4-4、隔板，1-5、框式绝热垫a，1-6、热交换器，1-7、节流阀，1-8、气液分离器，1-9、液氦分配器，1-10、液氦终端；
43.2、初级制冷机构，2-1、压缩机b，2-1-1、圆筒形腔体b，2-2、热端热交换器b，2-3、框式绝热垫b，2-4、回热器a，2-4-1、箱体a，2-4-2、吸热材料a，2-5、框式绝热垫c，2-6、冷端热交换器b，2-7、膨胀机b；
44.3、次级制冷机构，3-1、压缩机c，3-2、回热器b，3-2-1、箱体b，3-2-2、吸热材料b，3-3、膨胀机c；
45.4、二级斯特林制冷机构；
46.5、辅助气液通道，5-1-1、t形氦气管道aa，5-1-2、板式氦气通道ab，5-1-3、氦气管道ac，5-1-4、氦气管道ad，5-1-5、板式氦气通道ae，5-1-6、板式氦气通道af，5-1-7、液氦管道ag，5-1-8、液氦引出管道ah，5-1-9、氦气注入管道ai，5-2-1、板式氦气通道ba，5-2-2、冷却水管道bb，5-2-3、板式氦气通道bc，5-3-1、板式氦气通道ca，5-3-2、板式氦气通道cb，5-3-3、板式气流通道cc，5-3-4、板式氦气通道cd；6、真空箱体。
具体实施方式
47.本实施例是一种液氦供应机构，为超导粒子放射治疗设备中的低温超导材料提供冷源，包括利用氦气降温制备液氦的液氦制备机构1，液氦制备机构液氦流入到对低温超导材料降温的液氦终端1-10中；还包括液氦补偿机构；液氦补偿机构收集各液氨终端1-10由于冷却低温超导材料而吸热汽化的氦气，并将这些氦气传送到液氦制备机构1。
48.本实施例中，可在制取超导粒子放射治疗中心超导磁部件所需液氦后，自动补偿因漏热消耗的液氦。如液氦超导粒子放射治疗中心启动时所需液氦采用采购注入的方法，则液氦制取和补偿机构可只发挥液氦的自动补偿功能。
49.如图1所示，是本实施例液氦供应机构中的液氦制取和补偿机构，如图1所示，包括配有气库1-2的液氦制备机构1、由初级制冷机构2和次级制冷机构3级连组成的二级斯特林制冷机构4、若干辅助气液通道5和一个真空箱体6，其中，液氦制备机构1中的冷却器1-4代替次级制冷机构3中的冷端热交器，辅助气液通道5连通液氦制备机构1和二级斯特林制冷机构4中的相关部件。
50.本实施例中，制冷机为二级斯特林制冷机构4包括初级制冷机构2和次级制冷机构3；初级制冷机构2包括依次连通的压缩机b2-1、热端热交换器b2-2、回热器a2-4、冷端热交换器b2-6、膨胀机b2-7；次级制冷机构3包括依次连通的压缩机c3-1、热端热交换器c、回热器b3-2、冷端热交换器c、膨胀机c3-3；热端热交换器c为冷端热交换器b2-6，所述的冷端热交换器c为冷却器1-4。本实施例中，热端热交换器b2-2、冷端热交换器b2-6或者冷却器1-4均是进行热交换的，具有相同的热交换器结构。
51.这里，a、b、c是区分相同结构的模块设置在不同的地方。
52.如图2所示，真空箱体6将本实施例的液氦供应装置置于其中。
53.图3所示是，液氦制备机构1结构图，包括气库1-2和气泵1-1，气泵1-1的作用是将氦气从气库1-2中抽出制备液氦。
54.如图3和图4所示，气泵1-1实际上也具有压缩机的结构，包括一个一端开口并带法兰的圆桶形腔体a1-1-1，从带法兰的开口端向腔体a1-1-1中插入一个带推拉杆的活塞1-1-2，活塞1-1-2的两端嵌入两个密封圈1-1-3，密封圈1-1-3与腔体a1-1-1的内壁紧配合，腔体a1-1-1带法兰的开口端与一个笔试直线电机1-1-4连接，活塞1-1-2的推拉杆穿过直线电机1-1-4。
55.在笔试直线电机1-1-4和活塞1-1-2的推拉杆中分别安装按规则排列的磁块，两组磁块相互作用产生推拉力，若要增加推拉力要增加磁块的数目，这样会增加笔试直线电机1-1-4长度，笔试直线电机1-1-4的特点是反应速度快，推拉频率高。
56.腔体a1-1-1的底部与一个t形氦气管道aa5-1-1连通，t形管道aa5-1-1横管道的一端与腔体a1-1-1的底部连通，另一端与氦气通道ab5-1-2对接，t形管道aa5-1-1竖管道的延伸部分与气库1-2连通，在t形管道aa5-1-1的横管上靠近腔体a1-1-1底部的部位安装一个阀门a1-3-1，在t形管道aa5-1-1竖管道上安装一个阀门b1-3-2。
57.氦气通道ab5-1-2为板式氦气通道，如图5所示，包括三角形上板5-1-2-1和三角形下板5-1-2-2；三角形上板5-1-2-1和三角形下板5-1-2-2上下叠合，其中两边相互密封连接，它们的夹角上形成与t形管道aa5-1-1横管道相接的氦气进气接口5-1-2-3，另一边与冷却器1-4相连，在三角形上板5-1-2-1和三角形下板5-1-2-2之间形成缝隙5-1-2-4，实现氦气进气接口5-1-2-3与冷却器1-4相连，氦气经氦气进气接口5-1-2-3进入缝隙5-1-2-4内，扩散开来，呈条形面状导出氦气到冷却器1-4。
58.如图3和图4所示，氦气通道ab5-1-2做了剖面处理，气泵1-1压入的氦气经一个圆孔进入氦气通道ab5-1-2内部，然后扩散开来，呈条形面状导出氦气。下面介绍的板式氦气通道均采用类似的原理，有的采用条形面状导入和条形面状导出氦气，有的采用圆面导入和条形面状导出氦气，圆面导入氦气时，相当于图5中的圆孔放大。
59.氦气通道ab5-1-2与冷却器1-4的侧壁连通。
60.本实施例中冷却器1-4取热交换器的标准样式之一，如图6所示，为应用于一种液氦制取和补偿机构做了特别的改造，接下来介绍的多个热交换器均采用类似的结构，只有细微的差别。
61.如图3和图6所示，冷却器1-4包括两个固定板1-4-1，一组横竖密集排列的细氦气管道1-4-2穿过两个固定板1-4-1并与两个固定板1-4-1的外端面齐平，两个固定板1-4-1和一组横竖密集排列的细氦气管道1-4-2的组合构成冷却器1-4的纵向氦气通道，两个固定板1-4-1连同横竖密集排列的细氦气管道1-4-2置于一个一端开口的矩形箱体1-4-3之中，两个固定板1-4-1的四个侧壁与矩形箱体1-4-3的四个内壁连接，一个固定板1-4-1的外端面与矩形箱体1-4-3的开口端齐平，另一个固定板1-4-1的外端面与矩形箱体1-4-3内的底面之间留有间隙，在间隙处的矩形箱体1-4-3侧壁上开有一个条形孔，条形孔与板式氦气通道ab5-1-2对接，在矩形箱体1-4-3两个相对的内壁之间安装一组表面与矩形箱体1-4-3底面平行长度短于相对内壁之间的距离的隔板1-4-4，每个隔板1-4-4有三个侧壁与矩形箱体1-4-3的内壁相连，交错排列后与矩形箱体1-4-3一起组成冷却器1-4的横向气液通道，在气液
横向通道的进出口部位的矩形箱体1-4-3侧壁上各开有一个进出气通孔，通孔可以为条形通孔，也可与为圆形通孔，隔板1-4-4的数目为偶数，则气液横向通道的进出口位于矩形箱体1-4-3相对的两侧，隔板1-4-4的数目为奇数，则气液横向通道的进出口位于矩形箱体1-4-3的同一侧，具体到冷却器1-4，隔板1-4-4的数目取偶数，进出气通孔为条形通孔，横向气液通道为氦气通道。
62.矩形箱体1-4-3的开口端与一个框式绝热垫a1-5的一端连接，框式绝热垫a1-5的另一端与一个热交换器1-6连接。
63.如图3、图6和图7所示，热交换器1-6与冷却器1-4的结构基本相同，细微差别是，隔板的数目取奇数。
64.热交换器1-6的开口端与框式绝热垫a1-5连接，底端与一个氦气管道ac5-1-3连通，氦气管道ac5-1-3上安装一个节流阀1-7。
65.节流阀1-7选择现有的节流阀。
66.氦气管道ac5-1-3的另一端从上方与一个气液分离器1-8连通，气液分离器1-8的上方与另一个氦气管道ad5-1-4连通，氦气管道ad5-1-4的另一端与一个板式氦气通道ae5-1-5对接，板式氦气通道ae5-1-5与热交换器1-6横向氦气通道的一个条形进出气通孔对接，热交换器1-6横向氦气通道的另一个条形进出气通孔与一个板式氦气通道af5-1-6的一端对接，板式氦气辅助通道af5-1-6的另一端与气库1-2连通，气液分离器1-8的下方连通一个液氦管道ag5-1-7，液氦管道ag5-1-7的另一端与一个液氦分配器1-9连通，液氦分配器1-9连通多个液氦引出管道ah5-1-8，气库1-2的一个端面与一个氦气注入管道ai5-1-9连通。
67.如图8所示，二级斯特林制冷机构4中的初级制冷机构2包括一个压缩机b2-1，其结构与气泵1-1基本相同，差别在于，其腔体b2-1-1为两端开口并带有法兰的圆筒，腔体b2-1-1的一端与一个板式氦气通道ba5-2-1对接，板式氦气通道ba5-2-1与热端热交换器b2-2底部侧壁上的条形孔对接，进而与热端热交换器b2-2的纵向氦气通道连通。
68.如图8和图9所示，热端热交换器b2-2的结构与冷却器1-4基本相同，差别在于，其隔板的数目取奇数，横向气液通道为冷却水通道，进出水通孔为圆形通孔，横向冷却水通道的进出水圆形通孔分别与一个冷却水管道bb5-2-2对接，热端热交换器b2-2的开口端与一个框式绝热垫b2-3连接，框式绝热垫b2-3与一个回热器a2-4连接。
69.如图8和图10所示，回热器a2-4包括一个两端开口并带法兰的箱体a2-4-1，箱体a2-4-1中填充吸热材料a2-4-2，箱体b2-4-1的一端与框式绝热垫b2-3连接，箱体a2-4-1的一端与另一个框式绝热垫c2-5连接，框式绝热垫c2-5与一个冷端热交换器b2-6连接，冷端热交换器b2-6的结构与冷却器1-4相同，冷端热交换器b2-5的开口端与框式绝热垫c2-5连接，冷端热交换器b2-6底部的侧向条形孔与一个板式氦气通道bc5-2-3对接，进而连通冷端热交换器b2-6的纵向氦气通道，板式氦气通道bc5-2-3与一个膨胀机b2-7对接，其结构与压缩机b2-1相同。
70.如图11所示，二级斯特林制冷机构4中的次级制冷机构3包括一个压缩机c3-1，压缩机c3-1的结构与压缩机b2-1相同，其腔体c3-1-1的一个开口端与一个板式氦气通道ca5-3-1对接，板式氦气辅助通道ca5-3-1与初级制冷机构2中的冷端热交换器b2-6横向氦气通道的一个条形进出气通孔对接，横向氦气通道的另一个进出气条形通孔与一个板式氦气通道cb5-3-2对接，板式氦气通道cb5-3-2的另一端与一个回热器b3-2连通。
71.如图11和图12所示，图12是回热器b3-2的剖面图，回热器b3-2的箱体b3-2-1内填充吸热材料b3-2-2，在箱体b3-2-1的两个侧壁上吸热材料b3-2-2上下表面处开有两个条形氦气条形通孔，其中一个条形通孔与板式氦气辅助通道cb5-3-2对接，另一个条形通孔与一个板式气流辅助通道cc5-3-3对接，板式气流辅助通道cc5-3-3与液氦制备机构(1)中冷却器1-4横向氦气通道的一个进出气条形通孔对接，冷却器1-4横向氦气通道的另一个进出气条形通孔与一个板式氦气通道cd5-3-4对接，板式氦气通道cd5-3-4的另一个端与一个膨胀机c3-3对接，膨胀机c3-3的结构与压缩机b2-1相同。
72.如图2和图13所示，真空箱体6为一个长方体下接一个小的圆柱体，真空箱体6中空，其上开有多个通孔，一个通孔供氦气注入管道ai5-1-9通过，两个通孔供两个冷却水通道bb5-2-2穿过，在小圆柱体上的多个通孔供液氦分配器1-9上的多个液氦引出管道ag5-1-7通过，其中，氦气注入管道ai5-1-9和液氦分配器1-9上的多个液氦引出管道ag5-1-7通过真空箱体6时不与其接触。
73.本实施例液氦供应机构的工作原理：图14为液氦供应机构的简化结构图，其中，液氦制取和补偿机构的相关部件做了简化处理，取消了辅助气液通道5中的板式氦气通道，气液管道用线段表示，图中的箭头表示冷却水或氦气的流动方向，未标箭头的线段表示氦气或液氦可双向流动。
74.二级斯特林制冷机构4中初级制冷机构2的工作原理：初级制冷机构2的拓扑图如图15所示，按理想斯特林制冷循环运行。如图15所示是理想斯特林制冷循环的初始状态图，其特征是压缩机b2-1和膨胀机b2-7中的活塞均处于“上止点”。
75.下面开始理想斯特林制冷循环。
76.1、等温压缩过程
77.如图16所示，压缩腔b2-1中的活塞向下移动至中部(左右，以下同)，膨胀机b2-7中的活塞不动，氦气制冷工质被压缩，这时气压会升高，气压升高的过程中气体的温度会升高，热量会增加，假设增加的热量全部被热端热交换器b2-2中经横向通道流动的冷却水及时带走，则温度不会增加，故称这个过程为等温压缩过程，这只是理想情况。
78.2、等容压缩过程
79.如图17所示，压缩机b2-1中的活塞b移至下止点，膨胀机b2-7中的活塞a下移至中部，这个过程中，两个活塞之间的氦气体积不变，故称等容过程。过程中，压迫氦气经过回热器a2-4，将热量传递给会回热器a2-4中的吸热材料a2-4-2，因而使氦气的温度降低，压力也会降低。
80.3、等温膨胀过程
81.如图18所示，压缩机b2-1中的活塞停留在下止点，膨胀机b2-7中的活塞a下降至下止点，这时膨胀机b2-1腔体和冷端热交换器b2-6中的氦气压会进一步降低，温度也会进一步降低。这是个制冷氦气的过程。
82.4、等容吸热过程
83.如图19所示，压缩机b2-1和膨胀机b2-7中的活塞同时从下止点上升到上止点，已制冷的氦气从膨胀机b2-7的腔体中排除，通过冷端热交换器b2-6时使之继续冷却，通过回热器b2-4时从中吸收热量，经过热端热交换器b2-2时继续吸取热量，进入压缩腔b2-1后回到初始温度。
84.至此，一个斯特林循环完成。结果是，一部分热量经热端热交换器b2-2排除机构之外，压缩机b2-1和膨胀机b2-7做了功，冷端热交换器b2-6获取了冷量。
85.接下来反复重复1～4的循环过程，经过冷端热交换器b2-6的氦气温度会降低到40k左右，通过热传导冷端热交换器b2-6中的由横竖密集排列的细氦气管道组成的纵向通道也基本处于同样的温度。
86.二级斯特林制冷机构4中次级制冷机构3的工作原理
87.次级制冷机构3也按理想斯特林制冷循环运行。
88.图20是次级制冷机构3斯特林制冷循环的初始状态图，接下来的斯特林制冷循环与初级制冷机构2的斯特林制冷基本相同，不同的是，由于次级制冷机构的热端热交换器被初级制冷机构2的冷端热交换器b2-6取代，冷端热交换器被液氦制备机构1中的冷却器1-4取代，氦气经过冷端热交换器b2-6和冷却器1-4时走的是由隔板组成的横向通道。多次循环后，经过冷却器1-4的氦气降低到20k左右，氦气冷却冷却器1-4中由横竖密集排列的细氦气管道组成的纵向氦气通道也被冷却到基本同样的温度。至此，完成了二级斯特林制冷机构4的功能。最终结果是，一部分热量经初级制冷机构2中的热端热交换器b2-2排除到机构之外，两组压缩机和膨胀机做了功，冷却器1-4获取了更多的冷量。
89.液氦制备机构1的工作原理
90.氦液制备机构1的制备液氦和液氦补偿有所区别，分别介绍。
91.液氦制取的工作原理：
92.图21是液氦制取的原理图，并处于初始状态，这时，氦气的注入通道打开，向气库1-2注入氦气，充满氦气后气压为常压(大气压)，温度为常温(约300k左右)。同时气泵1-1(实际上是压缩机)中的活塞处于下止点。
93.1)压缩机抽气。
94.压缩机抽气前打开阀门a1-3-2，关闭阀门b1-3-1，然后压缩机中的活塞从下止点上升至上止点，这时，氦气从气库1-2流入压缩机a1-1的腔体。由于氦气不停止供应，压缩机腔体中的气压和温度与气库1-2中的气压和温度相同。
95.2)压缩机开始工作。
96.压缩机开始工作前，打开阀门a1-3-1，关闭阀门b1-3-2，然后压缩腔a1-1中的活塞向下移动一定行程，将压缩机a1-1至节流阀1-7之间的氦气压缩到一定的高压，这时氦气的温度会上升。然后经过两个降温过程，处于冷却器1-4中的氦气得到较大幅度的降温(至20k左右)，处于热交换器1-6中的氦气会得到进一步降温到所需的温度(10k左右)。
97.3)氦气的液化
98.打开节流阀1-7，压缩机中的活塞进一步下降到下止点，节流阀1-7之前的已具有一定高压和低温的氦气，由较高气压突然降至常压，氦气的温度会下降一定幅度，恰好达到氦的气液饱和温度，一部分氦气会液化，存留于气液分离器1-8之中，未液化的氦气(处于气液饱和温度4k左右)经热交换器1-6返回气库1-2，低温氦气经过热交换器1-6时将其冷却，热交换器1-6再冷却反向流动的氦气，这就是热交换器名称的由来。在热交换器1-6的底端将氦气温度降低到10k左右是个反复循环逐步冷却的过程，称为启动过程。
99.4)液氦的分流。气液分离器1-8中的液氦经液氦分配器1-9分流到多个液氦终端1-10，每个液氦终端1-10充满液氦后，液氦的制取过程结束。如果液氦终端1-10较多，容积较
大，液氦的制取是一个较长的过程。
100.液氦的补偿
101.在液氦的补偿阶段，氦气注入气库1-2的通道关闭。由于漏热，多个液氦终端1-10中的液氦吸收热量后会挥发，挥发氦气会在气液分离器1-8中液氦的表面处溢出，这部分氦气也具有气液饱和温度，经过热交换器1-6返回气库1-2，成为液氦补偿阶段的氦气来源，当气库1-2中的氦气全部被返还氦气替换后，气库1-2中氦气的温度已经很低，这是与液氦制取阶段的主要差别，在液氦制取阶段，气库1-2中氦气的温度为常温。温差(气库1-2中氦气的温度与节流前的氦气温度之差)的缩小氦提高液氦补偿阶段的液化效率。
102.监控气库a9中气体的气压，达到设定值时，再次启动氦液化循环，制取补偿的液氦。
103.在氦液化循环的“1)压缩机抽气”阶段，压缩机中氦气的温度和气压与原气库1-2中的氦气相比会有小幅变化，变化多少取决于压缩机腔体容积与气库1-2容积之比和气库1-2中的气压。
104.氦液化循环的接续过程与液氦制取过程中的氦液化循环液化循环相同。
105.发明的液氦制取和补偿机构的几个主要特征
106.主要特征相对于传统液氦制备机构而言。
107.1、用液氦制备机构1中的冷却器1-4替换了次级制冷机构3中的冷端热交换器(或反过来说，用次级制冷机构3中的冷端热交换器替换了液氦制备机构1中的冷却器1-4)。
108.传统液氦制备机构包括一个压缩机、一个水冷冷却器、一个或多个串联的预冷机构(由液氮和液氢组成)，一个或多个串联的热交换器(每增加一个热交换器须增配一个膨胀机)，一个节流阀和一个气液分离器。本发明用次级制冷机构3中的冷端热交换器(即冷却器1-4)带替了传统液氦制备机构中的水冷冷却器和预冷机构，同时只保留一个热交换器，实现了液氦制取机构的小型化。这样做还有一个重要的原因，就是水冷冷却器不能在液氦的补偿过程中出现，如还保留水冷冷却器，压缩机压缩并推动的氦气经过水冷冷却器时不是降温而是升温。
109.2、设置了气库1-2。
110.设置气库是为收集液氦终端1-10挥发的氦气，并作为补偿液氦的氦气来源。在液氦制取和补偿机构工作在液氦补偿阶段时，不再需要外界补充氦气。
111.3、通过监测气库1-2中压力的变化，决定液氦补偿过程的开启与终止，实现了液氦补偿的自动化。启动时的气压可高于大气压，这有利于提高液化效率。
112.4、为减轻液氦制取和补偿机构在液氦制取过程的负担(如液氦的制取量很大)，可在超导粒子放射治疗中心启动时，采用采购液氦并一次性注入到液氦终端容器1-10中，则液氦制取和补偿机构可直接进入液氦补偿的工作状态。

技术特征：
1.一种液氦供应机构，为超导粒子放射治疗设备中的低温超导材料提供冷源，包括利用氦气降温制备液氦的液氦制备机构(1)，所述液氦制备机构(1)液氦流入到对所述的低温超导材料降温的液氦终端(1-10)中；其特征在于：还包括液氦补偿机构；所述的液氦补偿机构收集各液氨终端(1-10)由于冷却低温超导材料而吸热汽化的氦气，并将这些氦气传送到所述的液氦制备机构(1)。2.根据权利要求1所述的液氦供应机构，其特征在于：所述的液氦制备机构(1)包括储存氦气的气库(1-2)、气泵(1-1)和冷却器(1-4)、制冷机；所述的气泵(1-1)将气库(1-2)内的氦气泵入到冷却器(1-4)中，所述的冷却器(1-4)为制冷机的冷端热交换器。3.根据权利要求2所述的液氦供应机构，其特征在于：所述的气泵(1-1)包括一个一端开口并带法兰的圆桶形腔体a(1-1-1)，从带法兰的开口端向腔体a(1-1-1)中插入一个带推拉杆的活塞(1-1-2)，腔体a(1-1-1)带法兰的开口端与一个笔试直线电机(1-1-4)连接，活塞(1-1-2)的推拉杆穿过直线电机(1-1-4)。4.根据权利要求3所述的液氦供应机构，其特征在于：腔体a(1-1-1)的底部与一个t形氦气管道aa(5-1-1)连通，t形管道aa(5-1-1)横管道的一端与腔体a(1-1-1)的底部连通，另一端利用氦气通道ab(5-1-2)与所述的冷却器(1-4)连通；t形管道aa(5-1-1)竖管道的延伸部分与气库(1-2)连通，在t形管道aa(5-1-1)的横管上靠近腔体a(1-1-1)底部的部位安装一个阀门a(1-3-1)，在t形管道aa(5-1-1)竖管道上安装一个阀门b(1-3-2)。5.根据权利要求4所述的液氦供应机构，其特征在于：所述的氦气通道ab(5-1-2)为板式氦气通道，包括三角形上板(5-1-2-1)和三角形下板(5-1-2-2)；所述三角形上板(5-1-2-1)和三角形下板(5-1-2-2)上下叠合，其中两边相互密封连接，它们的夹角上形成与t形管道m(5-1-1)横管道相接的氦气进气接口(5-1-2-3)，另一边与冷却器(1-4)相连，在所述三角形上板(5-1-2-1)和三角形下板(5-1-2-2)之间形成缝隙(5-1-2-4)，实现氦气进气接口(5-1-2-3)与冷却器(1-4)相连，氦气经氦气进气接口(5-1-2-3)进入缝隙(5-1-2-4)内，扩散开来，呈条形面状导出氦气到冷却器(1-4)。6.根据权利要求2所述的液氦供应机构，其特征在于：所述的制冷机为二级斯特林制冷机构(4)包括初级制冷机构(2)和次级制冷机构(3)；所述的初级制冷机构(2)包括依次连通的压缩机b(2-1)、热端热交换器b(2-2)、回热器a(2-4)、冷端热交换器b(2-6)、膨胀机b(2-7)；所述的次级制冷机构(3)包括依次连通的压缩机c(3-1)、热端热交换器c、回热器b(3-2)、冷端热交换器c、膨胀机c(3-3)；所述的热端热交换器c为所述冷端热交换器b(2-6)，所述的冷端热交换器c为所述的冷却器(1-4)。7.根据权利要求6所述的液氦供应机构，其特征在于：所述的热端热交换器b(2-2)、冷端热交换器b(2-6)或者冷却器(1-4)均是进行热交换的，具有相同的热交换器结构。8.根据权利要求1至7中任一所述的液氦供应机构，其特征在于：所述的液氦制备机构(1)和液氦补偿机构设置在真空箱体(6)内。

技术总结
本发明是一种液氦供应机构，为超导粒子放射治疗设备中的低温超导材料提供冷源，包括利用氦气降温制备液氦的液氦制备机构，所述液氦制备机构液氦流入到对所述的低温超导材料降温的液氦终端中；还包括液氦补偿机构；所述的液氦补偿机构收集各液氨终端由于冷却低温超导材料而吸热汽化的氦气，并将这些氦气传送到所述的液氦制备机构。本发明的液氦供应机构中不但包括了液氦制备机构还包括了液氦补偿机构，克服目前液氦供应设备中只提供液氦制取设备不能兼具液氦自动补偿的不足。备不能兼具液氦自动补偿的不足。备不能兼具液氦自动补偿的不足。


技术研发人员：连卫东
受保护的技术使用者：新里程医疗技术（深圳）有限责任公司
技术研发日：2023.06.05
技术公布日：2023/8/13