[發明專利]一種液氙冷卻、氙氣再液化撬裝裝置及其方法

在審

• 申請號: 202011031741.8
• 申請日: 2020-09-27
• 公開（公告）號: CN112129040A
• 公開（公告）日: 2020-12-25
• 發明（設計）人: 袁士豪;朱程浩;何暉;李冬鋒;李劍鋒;康玉茹;包漢波;韓小磊;汪晗;孫瀟;吳秀杰;蔣澎;孔芬霞
• 申請（專利權）人: 杭州制氧機集團股份有限公司
• 主分類號: F25J1/02
• 分類號: F25J1/02
• 代理公司: 杭州九洲專利事務所有限公司 33101
• 代理人: 陳琦;陳繼亮

1.一種液氙冷卻、氙氣再液化撬裝裝置，該裝置將液氙使用場合蒸發氙氣和剩余液氙作為原料，生產循環液氙,其特征在于所述液氙使用場合（1）剩余液氙出口連接剩余液氙截止閥（2）進口，剩余液氙截止閥（2）出口分別連接回真空貯槽截止閥（4）進口、壓縮泵進口截止閥（3）進口，回真空貯槽截止閥（4）出口連接真空貯槽（35）進液口，壓縮泵進口截止閥（3）出口連接壓縮泵（5）進口，剩余液氙截止閥（2）出口與回真空貯槽截止閥（4）進口之間設置溫度計（27）和壓力表（28），所述壓縮泵（5）出口分別連接截止閥（9）進口、換熱器（8）熱端進口，所述壓縮泵（5）出口與截止閥（9）進口之間設置溫度計（30）和壓力表（29），截止閥（9）出口分別連接出真空儲槽液氙截止閥（12）出口和換熱器（14）冷端進口（37），出真空儲槽液氙截止閥（12）進口連接真空儲槽出液口。

2.根據權利要求1所述的液氙冷卻、氙氣再液化撬裝裝置，其特征在于所述換熱器（8）熱端出口分別連接過濾器（11）進口、截止閥（10）進口，換熱器（8）冷端進口連接截止閥（7）出口，截止閥（7）進口連接斯特林制冷機（6）冷頭出口，換熱器（8）冷端出口連接斯特林制冷機（6）冷端進口，所述過濾器（11）和截止閥（10）共同出口連接出真空儲槽液氙截止閥（12）出口、換熱器（14）冷端進口（37），過濾器（11）出口和截止閥（10）共同出口設置溫度計（34），換熱器（14）熱端出口（36）分別連接換熱器（14）冷端出口（38）、真空貯槽進液截止閥（13）進口、液氙使用場合（1）進液口，換熱器（14）熱端進口（39）分別連接液氙使用場合（1）蒸發氙氣出口、氙氣截止閥（17）出口，真空貯槽進液截止閥（13）出口連接真空貯槽（35）進液口。

3.根據權利要求2所述的液氙冷卻、氙氣再液化撬裝裝置，其特征在于所述換熱器（14）冷端進口（37）分別連接出真空儲槽液氙截止閥（12）出口、過濾器（11）出口、截止閥（10）出口，出真空儲槽液氙截止閥（12）出口設置壓力表（33），換熱器（14）冷端出口（38）設置溫度計（31），液氙使用場合（1）蒸發氙氣出口設置溫度計（32），所述換熱器（14）冷端進口連接截止閥（16）出口，截止閥（16）進口連接GM制冷機（15）冷頭出口，GM制冷機（15）冷頭進口連接換熱器（14）冷端出口。

4.根據權利要求2所述的液氙冷卻、氙氣再液化撬裝裝置，其特征在于所述真空貯槽（35）氣體出口分別連接著氙氣截止閥（17）進口和截止閥（18）出口，所述截止閥（18）進口連接低溫吸附器（21）出口，低溫吸附器（21）進口連接截止閥（20）出口，截止閥（20）進口連接原料氙氣（19）出口。

5.根據權利要求4所述的液氙冷卻、氙氣再液化撬裝裝置，其特征在于所述低溫吸附器（21）放置于液氮杜瓦（26）內，液氮罐（22）出口連接液氮截止閥（23）進口，液氮截止閥（23）出口連接液氮杜瓦（26）液氮進口，液氮杜瓦（26）氮氣出口分別連接氮氣安全閥（25）進口、氮氣排空閥（24）進口，氮氣安全閥（25）出口連接大氣，氮氣排空閥（24）出口連接大氣。

6.一種根據權利要求1-5任意一項權利要求所述的液氙冷卻、氙氣再液化方法為：

步驟1：啟動前，需對整個裝置管道抽真空，保證系統真空度不大于1Pa，抽真空完成后，關閉系統所有閥門，測試系統儀表，保證測量的準確性；

步驟2：液氙使用場合（1）使用液氙，蒸發氙氣和剩余液氙作為本發明裝置的循環原料主要來源，緩慢打開閥門（2），液氙使用場合（1）的剩余液氙進入本發明裝置，根據剩余液氙的溫度（27）和壓力（28），存在兩條流路：① 當剩余液氙溫度、壓力變化較小時，緩慢打開閥門（4），剩余液氙回真空儲槽（35）；② 當剩余液氙溫度上升較大、壓力減小較大時，閥門（4）保持關閉，緩慢打開閥門（3），啟動壓縮泵（5），剩余液氙加壓；

步驟3：開啟斯特林制冷機（6），打開閥門（7），為換熱器（8）提供冷量，加壓剩余液氙出壓縮機（5）后，有兩條流路：① 當加壓剩余液氙溫度上升不大時，可緩慢打開閥門（9），部分加壓剩余液氙不經過換熱器（8），直接進入換熱器（14）冷端進口（37）；② 當加壓剩余液氙溫度上升顯著時，保持閥門（9）關閉，剩余液氙通過換熱器（4）熱端冷卻；

步驟4：冷卻后加壓剩余液氙存在兩條流路：① 冷卻后加壓剩余液氙純度合格，緩慢打開閥門（10），冷卻后加壓剩余液氙直接進入換熱器（14）冷端進口（37）；② 冷卻后加壓剩余液氙純度下降，保持閥門（10）關閉，冷卻后加壓剩余液氙通過低溫過濾器（11）純化后直接進入換熱器（14）冷端進口（37）；

步驟5：，閥門（10）（或者低溫過濾器（11））出口設置溫度計（34）用來監控冷卻后加壓剩余液氙溫度，緩慢打開閥門（12），真空儲槽（35）液氙，與冷卻后加壓剩余液氙（或者冷卻后加壓剩余液氙與經過閥門（9）的加壓液氙）匯流，進入換熱器（14）冷端進口（37），閥門（12）出口溫度計（33）監控真空儲槽（35）液氙溫度；

步驟6：打開閥門（16），啟動GM制冷機（15），給換熱器（14）提供冷量，真空儲槽（35）液氙，與冷卻后加壓剩余液氙（或者冷卻后加壓剩余液氙與經過閥門（9）的加壓液氙）的匯流液經過換熱器（14）冷卻后從換熱器（14）冷端出口（38）流出，出口溫度由溫度計（31）計量，與此同時，液氙使用場合（1）蒸發氙氣（溫度由溫度計（32）監測）進入換熱器（14）熱端進口（39），冷卻液化后出換熱器（14）熱端出口（36），液氙使用場合（1）蒸發氙氣液化后與出換熱器（14）冷端出口（38）的液氙匯流，而后分成兩股流路： 一股返回液氙使用場合（1）；另一股進入真空儲槽（35），需要指出，閥門（13）控制進入真空儲槽（35）的液氙量，當液氙使用場合所需液氙量下降時，可增大閥門（13）閥口開度，進入真空儲槽的液氙量隨著增大；反之，可減小閥門（13）閥口開度直至關閉，以減小進入真空儲槽（35）的液氙量；

步驟7：當需要補充系統液氙量時，打開閥門（20），原料氙氣（19）進入低溫吸附器（21），純化原料氙氣，緩慢打開閥門（18）和閥門（17），純化后原料氙氣分為兩股，一股進入真空儲槽（35），另一股通過閥門（17）與液氙使用場合（1）蒸發氙氣匯流，共同進入換熱器（14）熱端進口（39）；

步驟8：純化后原料氙氣進入真空儲槽（35）有兩個作用：1. 一方面真空儲槽（35）可作為氙氣緩沖罐，緩沖來自原料鋼瓶（19）的高壓氙氣；2.可增加出真空儲槽（35）液氙的壓力。