[發明專利]可拆卸低溫流體可視化視窗、裝置和容器

有效

• 申請號: 201510590914.2
• 申請日: 2015-09-16
• 公開（公告）號: CN105299439B
• 公開（公告）日: 2018-06-19
• 發明（設計）人: 張小斌;朱佳凱;余柳
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: F17C1/12
• 分類號: F17C1/12;F17C13/00
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 黃燕

本發明公開了一種可拆卸低溫流體可視化視窗，包括外管、內管和透明板，所述外管通過可拆卸方式將所述透明板抵壓固定在內管一端，將內管該端封堵；所述外管的熱膨脹系數分別大于內管和透明板的熱膨脹系數；低溫下所述外管的收縮量大于內管和透明板的收縮量之和，保證外管將透明板與內管一端進一步緊密配合。本發明還公開了一種采用上述可視化視窗的低溫流體可視化裝置和帶有液位觀察功能的低溫液體容器。本發明的透明板與內管、外管之間的連接方便，在低溫流體引導的溫度變化下能夠實現自動密封的功能；螺紋連接使得裝置可拆卸，便于更換透明玻璃，提高裝置的使用壽命。整個裝置結構簡單，便于低溫流體沸騰等現象的觀察和研究。

技術領域

本發明涉及航空航天與制冷低溫工程技術領域，尤其涉及一種可拆卸低溫流體可視化視窗及可視化裝置和低溫液體容器。

背景技術

在航空航天與制冷低溫工程技術領域，液化天然氣、液氮、液氧和液氫等得到廣泛的使用，這些物質的液化分餾、運輸和貯存都需要使用大量的低溫設備，這些設備的性能和可靠性直接影響著相關成套設備的安全和經濟運行。如空分裝置中的主冷凝器是使下塔頂部氮氣冷凝，上塔底部液氧蒸發，以提供下塔回流液和上塔上升蒸氣的裝置，一般采用板翅式換熱器，其換熱溫差每降低0.5K，整套空分裝置能耗即可下降2.46％。因此，對換熱器內部的汽液相變及傳熱機理的深入研究具有重要的意義。

由于低溫流體，如液氮、液氧和液氫等的溫度低于120K，實驗研究其沸騰機理時，需要將其與外部環境隔絕以防止外部導熱干擾實驗現象，常用方法是使用真空絕熱夾層，在真空度為10^-3Pa時，氣體分子導熱可忽略不計。另外，沸騰過程的圖像對沸騰機理的理解具有至關重要的作用，常用方式是在真空夾層兩側的管壁上裝兩個視窗，一個視窗為常溫視窗，一側接觸空氣，另一側為真空夾層；另外一個視窗稱為低溫視窗，一側接觸低溫流體，另一側為真空。通過這兩個視窗，可直接觀察和拍攝液體內部的沸騰過程。常溫視窗采用普通的螺栓和O型圈密封方式即可保證不漏。而對于低溫視窗，若傳統的O型圈密封以及法蘭配合螺栓密封方式，由于材料的熱脹冷縮作用以及低溫對材料物性的影響(如低溫下材料變脆等)，該方式密封效果較差甚至失效。為了解決低溫視窗的密封問題，現在主要采用兩種方法。一種方法是使用銅墊作為密封墊，但需要銅墊在被壓緊的時候受力均勻，安裝要求較高，成功率較低，同時銅墊只能使用一次，成本較高。第二種方法是直接將石英玻璃與不銹鋼管通過科伐焊接，該方法雖然能良好密封，但制作過程中成品率低，價格昂貴，且透明材料不能使用有機玻璃等強度比石英玻璃強的其他材料，限制了其在更高壓力下的使用范圍。

因此，需要設計一種便于拆接并在低溫下具有良好密封性能的低溫視窗，使其能高效并快捷地和其他結構集成為低溫測試裝置進行低溫流體沸騰現象的觀察和研究。

目前的低溫視窗主要存在如下問題：

1、現有的透明窗一般采用法蘭結構固定，安裝更換困難、結構普遍較為復雜，且僅能用于某一特定的場所使用，不具備普遍性；

2、透明窗的密封性很難得到保證，某些結構對透明窗本身的傳熱性能和機械強度有一定要求，這也大大限制了的對透明窗材質的選擇；

3、若透明窗為圓柱形結構，由于透明窗側壁較厚，會產生折射效應，對觀察結果影響較大。

發明內容

本發明提供了一種可拆卸低溫流體可視化視窗，內管和外管采用可拆卸方式固定，低溫下能夠自動密封，安裝更換方便；同時其利用內外管之間的熱膨脹性能差別將透明板與內管端部軸向密封。

本發明還提供了一種采用上述可視化視窗的低溫流體可視化裝置。

本發明同時提供了一種采用上述可視化視窗的帶有液位觀察功能的低溫液體容器。