[發明專利]負壓液氮過冷器裝置及其降低液氮溫度的方法

無效

• 申請號: 201110235123.X
• 申請日: 2011-08-16
• 公開（公告）號: CN102393107A
• 公開（公告）日: 2012-03-28
• 發明（設計）人: 蔡國飆;凌桂龍;張建華;王文龍;李曉娟;黃本誠;張國舟
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: F25B40/02
• 分類號: F25B40/02
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 周長琪

技術領域

本發明屬于發動機真空科學技術領域，本發明涉及一種用于將低溫液氮進一步降溫的過冷器裝置，具體是一種負壓液氮過冷器裝置及其降低液氮溫度的方法。

背景技術

熱沉溫度越低抽氣效率越高。常壓下的液氮溫度為77K，液氮熱沉采用液氮制冷至最低溫度為77K，無法使液氮熱沉溫度進一步降低；液氦熱沉在預冷過程中也先采用液氮制冷，將液氦熱沉制冷最低為77K，后轉換成液氦制冷，轉換點溫度越低，采用液氦制冷時消耗的液氦量越少，可有效節約液氦熱沉的運行費用。用于熱沉制冷的液氮外流程輸送系統一般采用閉式循環，該閉式循環為帶壓系統，目的是將液氮循環利用。一般情況下流經熱沉的液氮會有5K的溫升，即熱沉入口處的液氮溫度77K，熱沉出口處的液氮溫度82K，過冷器在閉式液氮外流程中主要負責將熱沉出口的高溫液氮(82K)經過熱交換后降溫成為低溫液氮(77K)，維持閉式液氮系統的循環。

過冷器是利用容器里溫度較低的液氮氣化所產生的潛熱來冷卻系統內循環的帶有一定壓力的液氮，通過過冷器后的液氮溫度和過冷器容器內部的液氮溫度相同，經過過冷器的液氮會直接被送到熱沉入口。

傳統的過冷器都是常壓過冷器，所謂的常壓過冷器是指過冷器容器內部的壓力為常壓(一個大氣壓)，而常壓(一個大氣壓)下的液氮最低溫度為77K，也就是說常壓過冷器容器內部的液氮溫度最低為77K，無法繼續降低，因此常壓過冷器不能為熱沉系統提供更低溫度的液氮，無法使熱沉溫度繼續降低至77K以下，而熱沉溫度越低抽氣效果越好，越能節約試驗成本，若能夠使得過冷器內部的液氮溫度更低，則可為熱沉系統提供更低的液氮。

發明內容

本發明的目的是為了使得過冷器內部的液氮溫度更低，提出一種負壓液氮過冷器裝置及其降低液氮溫度的方法，克服了常壓液氮過冷器僅能為熱沉提供最低溫度77K的缺點，能進一步降低熱沉溫度，實現熱沉溫度在70～77K間可調。

一種負壓液氮過冷器裝置，包括液氮輸送系統、過冷器系統、負壓抽氣系統以及排放系統。過冷器系統中包含有氣動調節閥、第二液位計和過冷器，過冷器又包含過冷器容器主體和換熱器；液氮輸送系統通過氣動調節閥將液氮輸入冷器容器主體，通過設置在過冷器容器主體頂部的第二液位計的測量值大小來遠程手動調節氣動調節閥的開度，保持過冷器容器主體內的液氮液位的恒定，且液氮液位高于換熱器；過冷器系統將流經熱沉的液氮通入換熱器，并將通過換熱器的液氮輸送入熱沉入口；負壓抽氣系統為過冷器降壓，使得冷器容器主體內部的蒸汽壓為0.03859～0.1Mpa；排放系統用于排放液氮氣化產生的氮氣。所述裝置的所有管路都采用聚氨酯發泡。

液氮輸送系統主要包括測滿閥、進液閥、出液閥、第一手閥、第二手閥、第三手閥、電磁閥、汽化器、第一現場壓力表、第一遠程壓力表、第一液位計、第一殘液排放閥、第一安全閥、第二安全閥、過冷器容器進液閥、過濾器和液氮容器。測滿閥的一端通過管路連接至液氮容器的頂部，用于測滿，當液氮容器加滿液氮時，液氮會從測滿閥處流出。進液閥的一端通過管路連接至液氮容器的底部，用于向液氮容器加注液氮。出液閥的一端通過管路連接至液氮容器的底部，另一端安裝有三通管路，三通管路的一端順次連接過冷器容器進液閥和過濾器并連接至過冷器系統，三通管路的另一端連接至第一殘液排放閥，第一殘液排放閥安裝在液氮輸送系統管路最低位置處。在過冷器容器進液閥的一端設置有第一安全閥，另一端設置有第二安全閥。電磁閥的左端連接有第一手閥，右端連接有第二手閥，第一手閥與第三手閥的左端通過三通管路連接至液氮容器的底部，第二手閥與第三手閥的右端通過三通管路連接至汽化器的入口。汽化器的出口通過管路直接連接至液氮容器的頂部。第一現場壓力表和第一遠程壓力表連接在液氮容器的頂部，用于測量液氮容器的容器壓力，通過壓力的測量來控制電磁閥或第三手閥的開度大小。過濾器用于過濾液氮管路中的雜質，保證供液系統的清潔。第一液位計用于測量液氮容器的液氮液位高低，當液氮液位過低時，及時加注。