[发明专利]一种月球氦3的储运装置

说明书

本发明涉及一种月球氦3的储运装置，包括被动冷却结构和主动制冷结构，所述被动冷却结构采用双层绝热结构对液态氦3进行绝热以减小漏热，并利用超流氦4为液态氦3提供低温储存的冷量，减小液态氦3的蒸发；所述主动制冷结构采用斯特林制冷技术与J‑T节流制冷技术相结合的制冷机进行制冷，提供1.7K的低温，使得因漏热而蒸发的氦3气体能够被重新冷却形成液态氦3，通过被动冷却绝热和主动制冷的方式，实现了液态氦3储存的零蒸发效果。

技术领域

本发明涉及氦3储运技术领域，特别是涉及一种月球氦3的储运装置。

背景技术

氦3是一种可供人类长期使用的高效清洁稳定的可控核聚变燃料，在极低温技术等领域均有十分重要的作用。传统的反应堆燃料氚在核聚变中产生具有放射性的高能中子,而氦3在核聚变过程中产生的是无放射性的质子，造成的辐射小,对环境造成的损害也较小。地球氦3资源稀少,总量约20吨，因而价格昂贵。目前在地球上采买运输液态氦3时，均采用小容量的气体储罐，并没有特别用于存储运输液态氦3的低温储罐。月球具有进行太空探索和挖掘宝贵资源的巨大潜力。特别是月球丰富的氦3资源可提供丰富的非放射性聚变燃料来源，以满足地月能源需求。在月球上，由于没有大气与地磁场,太阳风粒子直接照射月球表面而被月壤层捕获,在漫长的月球地质历史过程中使得月壤层积累了丰富的氦3。据估计，月球氦3储量巨大，总量约100万吨，可供人类使用1万年。但是目前并没有能够在月球表面储存液态氦3的低温储罐，而且由于地月间氦3运输的相关设备在保证低蒸发率的情况下还要尽可能的减少体积和重量，因此目前也没有合适的能够用于将月球表面提取出的液态氦3运输到地球的低温储罐，地月间的液态氦3的运输成本较高。

月球特殊的环境使得氦3在月球表面的储存更有难度。月球一次自转28天，月昼120℃维持14天，月夜-180℃维持14天。与地球相比，月球具有极为不同的自转周期、高真空、低重力的环境，对液氦3可选择的存储形式提出了更高的要求。月壤经处理后可以获得分离的液态氦3和超流氦4，分离后的液态氦3和超流氦4如何在月球基地储存，需要特殊的制冷方式与特定的低温储罐。储存超流氦4的容器的密封及绝热有两大难点：一、超流氦具有超流动特性，粘性系数很小，能够渗透进入很窄的狭缝；二、密封装置在低温下会发生形变或物理特性的改变，导致常温下不漏的装置在低温下可能会大量泄漏。低温储运装置根据有无主动冷却设备分为两种，一种是有主动冷却的低温储运装置，该类装置通常采用真空罩等体积和重量较大的部件，而且由于在月球的微重力环境下，气体和液体不存在明显的分离界面，需要配备气液相分离器，因此该类低温储运装置存在体积大、重量重的问题；另一种是无主动冷却的低温储运装置，其结构紧凑，但面临目标温度保存时间有限等问题。传统的低温储罐存在蒸发率过高问题，对于宝贵的液态氦3，如何减少运输过程中氦3的蒸发十分重要。

发明内容

基于此，本发明的一目的是，提供一种月球氦3的储运装置，能够在月球表面实现零蒸发储存液态氦3，并且能够满足地月间液态氦3的运输需求，省略了质量和体积较大的真空罩等部件，整体结构简单、体积小、重量轻且成本低。

一种月球氦3的储运装置，包括间隔且密封连接的内侧被动绝热层和外侧被动绝热层，其中所述内侧被动绝热层之间形成有第一储存腔，用于储存液态氦3，所述内侧被动绝热层和所述外侧被动绝热层之间形成有第二储存腔，用于储存超流氦4，所述内侧被动绝热层、所述外侧被动绝热层以及超流氦4构成液态氦3的被动冷却结构，用于对液态氦3进行被动的热防护，以减少液态氦3的蒸发。

在本发明的一实施例中，所述月球氦3的储运装置还包括主动制冷结构，所述主动制冷结构包括制冷机、连通所述制冷机的制冷机冷盘和所述第一储存腔的第一进气管与第一出液管、以及设置在所述第一进气管的第一阀门，其中在所述第一储存腔的温度超过安全值时，所述第一储存腔内产生蒸发的氦3气体，通过开启所述制冷机并打开所述第一阀门的方式，能够使得氦3气体经由所述第一进气管进入所述制冷机冷盘中冷却降温，重新形成液氦3并经由所述第一出液管流回所述第一储存腔。