專利名稱：一種負(fù)壓液氮過(guò)冷器裝置及其降低液氮溫度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于發(fā)動(dòng)機(jī)真空科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明涉及一種用于將低溫液氮進(jìn)一步降溫的過(guò)冷器裝置，具體是一種負(fù)壓液氮過(guò)冷器裝置及其降低液氮溫度的方法。
背景技術(shù)：
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(wú)法使液氮熱沉溫度進(jìn)一步降低；液氦熱沉在預(yù)冷過(guò)程中也先采用液氮制冷，將液氦熱沉制冷最低為77K，后轉(zhuǎn)換成液氦制冷，轉(zhuǎn)換點(diǎn)溫度越低，采用液氦制冷時(shí)消耗的液氦量越少，可有效節(jié)約液氦熱沉的運(yùn)行費(fèi)用。用于熱沉制冷的液氮外流程輸送系統(tǒng)一般采用閉式循環(huán)，該閉式循環(huán)為帶壓系統(tǒng)，目的是將液氮循環(huán)利用。一般情況下流經(jīng)熱沉的液氮會(huì)有漲的溫升，即熱沉入口處的液氮溫度77K，熱沉出口處的液氮溫度82K，過(guò)冷器在閉式液氮外流程中主要負(fù)責(zé)將熱沉出口的高溫液氮(82K)經(jīng)過(guò)熱交換后降溫成為低溫液氮(77K)，維持閉式液氮系統(tǒng)的循環(huán)。過(guò)冷器是利用容器里溫度較低的液氮?dú)饣a(chǎn)生的潛熱來(lái)冷卻系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)的帶有一定壓力的液氮，通過(guò)過(guò)冷器后的液氮溫度和過(guò)冷器容器內(nèi)部的液氮溫度相同，經(jīng)過(guò)過(guò)冷器的液氮會(huì)直接被送到熱沉入口。傳統(tǒng)的過(guò)冷器都是常壓過(guò)冷器，所謂的常壓過(guò)冷器是指過(guò)冷器容器內(nèi)部的壓力為常壓(一個(gè)大氣壓)，而常壓(一個(gè)大氣壓)下的液氮最低溫度為77K，也就是說(shuō)常壓過(guò)冷器容器內(nèi)部的液氮溫度最低為77K，無(wú)法繼續(xù)降低，因此常壓過(guò)冷器不能為熱沉系統(tǒng)提供更低溫度的液氮，無(wú)法使熱沉溫度繼續(xù)降低至77K以下，而熱沉溫度越低抽氣效果越好，越能節(jié)約試驗(yàn)成本，若能夠使得過(guò)冷器內(nèi)部的液氮溫度更低，則可為熱沉系統(tǒng)提供更低的液氮。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了使得過(guò)冷器內(nèi)部的液氮溫度更低，提出一種負(fù)壓液氮過(guò)冷器裝置及其降低液氮溫度的方法，克服了常壓液氮過(guò)冷器僅能為熱沉提供最低溫度77K的缺點(diǎn)，能進(jìn)一步降低熱沉溫度，實(shí)現(xiàn)熱沉溫度在70 77K間可調(diào)。一種負(fù)壓液氮過(guò)冷器裝置，包括液氮輸送系統(tǒng)、過(guò)冷器系統(tǒng)、負(fù)壓抽氣系統(tǒng)和排放系統(tǒng)。過(guò)冷器系統(tǒng)中包含過(guò)冷器、氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥和液位傳感器，過(guò)冷器又包含過(guò)冷器容器主體和換熱器，液位傳感器設(shè)置在過(guò)冷器容器主體頂部，液位傳感器通過(guò)導(dǎo)線與氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥連接。液氮輸送系統(tǒng)通過(guò)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥為冷器容器主體輸入液氮，通過(guò)液位傳感器的測(cè)量值自動(dòng)調(diào)節(jié)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，保持過(guò)冷器容器主體內(nèi)的液氮液位的恒定，且液氮液位高于換熱器。過(guò)冷器系統(tǒng)將流經(jīng)熱沉的液氮通入換熱器，并將通過(guò)換熱器的液氮輸送入熱沉入口 ； 負(fù)壓抽氣系統(tǒng)為過(guò)冷器降壓，使得過(guò)冷器內(nèi)部的蒸汽壓為0. 03859 0. IMpa ；排放系統(tǒng)用于排放液氮?dú)饣a(chǎn)生的氮?dú)狻Ｒ旱斔拖到y(tǒng)主要包括測(cè)滿閥、進(jìn)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(xiàn)場(chǎng)壓力表、第一遠(yuǎn)程壓力表、第一液位計(jì)、第一殘液排放閥、第一安全閥、第二安全閥、過(guò)冷器容器進(jìn)液閥、過(guò)濾器和液氮容器。測(cè)滿閥的一端通過(guò)管路連接至液氮容器的頂部，用于測(cè)滿，當(dāng)液氮容器加滿液氮時(shí)，液氮會(huì)從測(cè)滿閥處流出。進(jìn)液閥的一端通過(guò)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(guò)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(guò)冷器容器進(jìn)液閥和過(guò)濾器并連接至過(guò)冷器系統(tǒng)，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(tǒng)管路最低位置處。在過(guò)冷器容器進(jìn)液閥的一端設(shè)置有第一安全閥，另一端設(shè)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(guò)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(guò)三通管路連接至汽化器的入口。汽化器的出口通過(guò)管路直接連接至液氮容器的頂部。 第一現(xiàn)場(chǎng)壓力表和第一遠(yuǎn)程壓力表連接在液氮容器的頂部，用于測(cè)量液氮容器的容器壓力，通過(guò)壓力的測(cè)量來(lái)控制電磁閥或第三手閥的開(kāi)度大小。過(guò)濾器用于過(guò)濾液氮管路中的雜質(zhì)，保證供液系統(tǒng)的清潔。第一液位計(jì)用于測(cè)量液氮容器的液氮液位高低，當(dāng)液氮液位過(guò)低時(shí)，及時(shí)加注。所述的過(guò)冷器系統(tǒng)還包括換熱器入口閥、過(guò)冷器進(jìn)口溫度計(jì)、第四手閥、第二現(xiàn)場(chǎng)壓力表、第二遠(yuǎn)程壓力表、第二液位計(jì)、第五手閥、第三現(xiàn)場(chǎng)壓力表、第三遠(yuǎn)程壓力表、液氮回收閥、放氣閥、過(guò)冷器出口溫度計(jì)、換熱器出口閥和第二殘液排放閥；換熱器入口閥左端連接接入流經(jīng)熱沉的液氮的管路，右端通過(guò)管路連接過(guò)冷器進(jìn)口溫度計(jì)連接至換熱器的入口端，換熱器的出口端通過(guò)管道連接有過(guò)冷器出口溫度計(jì)并連接換熱器出口閥的左端， 換熱器出口閥的右端連接將液氮輸入熱沉的管路；氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥左端通過(guò)管路與液氮輸送系統(tǒng)連接，右端通過(guò)管路連接至過(guò)冷器容器主體的頂部；第二液位計(jì)設(shè)置在過(guò)冷器容器主體頂部，在液位傳感器出現(xiàn)故障時(shí)，通過(guò)第二液位計(jì)的測(cè)量值遠(yuǎn)程手動(dòng)調(diào)節(jié)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，保持過(guò)冷器容器主體內(nèi)的液氮液位的恒定，且液氮液位應(yīng)高于換熱器；第二現(xiàn)場(chǎng)壓力表和第二遠(yuǎn)程壓力表通過(guò)第四手閥連接至換熱器的入口，第三現(xiàn)場(chǎng)壓力表和第三遠(yuǎn)程壓力表通過(guò)第五手閥連接至過(guò)冷器容器主體的頂部；液氮回收閥的左端和第二殘液排放閥的一端通過(guò)三通管路連接在過(guò)冷器容器主體的底部，放氣閥的左端與液氮回收閥的右端通過(guò)三通管路連接至排放系統(tǒng)，放氣閥的右端通過(guò)管路連接換熱器出口閥的左端，放氣閥的位置高于換熱器出口閥。所述的負(fù)壓抽氣系統(tǒng)包括第六手閥、第七手閥、第三安全閥、第四安全閥、電加熱器入口溫度計(jì)、電加熱器、電加熱器出口溫度計(jì)和真空泵，電加熱器的輸入端通過(guò)管路依次連接有電加熱器入口溫度計(jì)、第六手閥以及第三安全閥，并連接至過(guò)冷器容器主體的頂部與排放系統(tǒng)的入口管路，電加熱器的輸出端通過(guò)管路依次連接電加熱器出口溫度計(jì)和第四安全閥，并連接至真空泵的輸入端，真空泵的輸出端通過(guò)管路連接第七手閥連接至大氣。所述電加熱器用于將低溫氣氮加熱升溫至20 30°C，電加熱器不受季節(jié)限制，使氣氮溫度達(dá)到需要的數(shù)值，避免真空泵因入口溫度過(guò)低造成損壞。真空泵用于將過(guò)冷器容器主體內(nèi)的液氮汽化后的氮?dú)獬樽撸３诌^(guò)冷器容器主體內(nèi)的空間壓力處于設(shè)定的負(fù)壓狀態(tài)，并要求真空泵的單位時(shí)間所抽的汽化的氮?dú)饬看笥谶^(guò)冷器容器主體內(nèi)單位時(shí)間的液氮汽化的量。排放系統(tǒng)包括第八手閥、氣動(dòng)截止閥和第五安全閥，氣動(dòng)截止閥安裝在本發(fā)明的負(fù)壓液氮過(guò)冷器裝置的最高點(diǎn)處，第八手閥的左端與負(fù)壓抽氣系統(tǒng)的第六手閥通過(guò)三通管路連接至過(guò)冷器容器主體的頂部，第八手閥的右端通過(guò)管路連接著氣動(dòng)截止閥的下端，氣動(dòng)截止閥的上端連接大氣，第八手閥的右端還通過(guò)管路連接至液氮容器的頂部，以及放氣閥的左端與液氮回收閥的右端。所述裝置中的所有管路均采用聚氨酯發(fā)泡。采用上述負(fù)壓液氮過(guò)冷器裝置降低液氮溫度的方法，具體包括以下幾個(gè)步驟(1)向液氮容器加注液氮向液氮容器加注液氮，同時(shí)觀察測(cè)滿閥和第一液位計(jì)， 直至液氮容器注滿液氮；(2)為液氮容器調(diào)壓打開(kāi)電磁閥向第一汽化器輸送液氮，將氣化后的氣氮輸送至液氮容器，并通過(guò)液氮輸送系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)壓力表和遠(yuǎn)程壓力表調(diào)節(jié)液氮容器的供液壓力， 使之穩(wěn)定在0. 4 0. 6MPa ；(3)向過(guò)冷器容器主體加注液氮打開(kāi)出液閥、過(guò)冷器容器進(jìn)液閥和氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥向過(guò)冷器容器主體加注液氮，直至過(guò)冷器容器主體內(nèi)的液氮液面高度高于換熱器，加注時(shí)打開(kāi)第八手閥和氣動(dòng)截止閥，便于液氮?dú)饣a(chǎn)生的氮?dú)獾呐欧牛?4)保持過(guò)冷器容器主體內(nèi)的液氮液位高度恒定通過(guò)第二液位計(jì)或液位傳感器的測(cè)量值，調(diào)節(jié)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，使過(guò)冷器容器主體內(nèi)的液氮液位高度保持在設(shè)定的范圍內(nèi)；(5)啟動(dòng)負(fù)壓抽氣系統(tǒng)300 關(guān)閉第八手閥，打開(kāi)第六手閥、第七手閥，同時(shí)啟動(dòng)電加熱器、真空泵，通過(guò)管路對(duì)過(guò)冷器容器主體進(jìn)行真空抽氣，保持過(guò)冷器容器主體內(nèi)的空間壓力處于設(shè)定的負(fù)壓狀態(tài)；(6)通過(guò)換熱器管路為液氮降溫打開(kāi)換熱器入口閥、換熱器出口閥，將熱沉流出來(lái)的高溫液氮通入，并將流經(jīng)換熱器降溫后的液氮再輸出給熱沉，在給步驟中過(guò)程放氣閥
一直開(kāi)啟；(7)回收過(guò)冷器容器主體的液氮試驗(yàn)結(jié)束后，關(guān)閉出液閥、氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥、放氣閥、 第六手閥和第八手閥，打開(kāi)液氮回收閥，利用過(guò)冷器容器主體內(nèi)液氮?dú)饣a(chǎn)生的壓力對(duì)自身增壓，使液氮沿管路回流至液氮容器內(nèi)；(8)排放殘液打開(kāi)第二殘液排放閥將過(guò)冷器容器主體內(nèi)殘留的液氮排放干凈， 打開(kāi)第一殘液排放閥將管路中殘留的液氮排放干凈。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與積極效果在于(1)本發(fā)明提供的負(fù)壓液氮過(guò)冷器裝置及其降低液氮溫度的方法，配有負(fù)壓抽氣系統(tǒng)，可將過(guò)冷器容器主體壓力抽至設(shè)定的負(fù)壓狀態(tài)0. 03859 0. IMPa，使流經(jīng)換熱器的高溫液氮降至規(guī)定的液氮溫度70 77K，克服了常壓液氮過(guò)冷器僅能為熱沉提供最低溫度 77K的缺點(diǎn)，能進(jìn)一步降低熱沉溫度，使熱沉的抽氣能力和效率大大提高。(2)本發(fā)明提供的負(fù)壓液氮過(guò)冷器裝置及其降低液氮溫度的方法，主要應(yīng)用在液氮閉式循環(huán)系統(tǒng)中，可將液氮溫度進(jìn)一步降溫至70K，為熱沉提供70K的液氮制冷。在先用液氮將液氦熱沉制冷至70K，然后再利用液氦將液氦熱沉制冷至4K，大大節(jié)約了預(yù)冷過(guò)程中昂貴液氦的消耗，系統(tǒng)運(yùn)行成本大大降低；液氮可將液氦熱沉降溫至70K，比熱沉溫度降至100K，可減少液氦預(yù)冷消耗量33%，約0. 7m3液氦。(3)本發(fā)明提供的負(fù)壓液氮過(guò)冷器裝置及其降低液氮溫度的方法，用于液氦熱沉制冷時(shí)，減少工作過(guò)程中液氦耗量，用于保護(hù)液氦熱沉的液氮熱沉溫度可降低至70K，液氮熱沉對(duì)液氦熱沉的熱輻射大大降低，進(jìn)一步減小了昂貴的液氦消耗，系統(tǒng)運(yùn)行成本降低；正
7常工作過(guò)程中，液氮熱沉溫度為100K時(shí)，由于輻射帶來(lái)的熱損失為754W，當(dāng)熱沉溫度降到 70K時(shí)，熱損失降為238W，輻射熱損失降低68%，相對(duì)于系統(tǒng)工作時(shí)的總熱負(fù)荷降低 %。(4)本發(fā)明的負(fù)壓抽氣系統(tǒng)中配有電加熱器，用于將低溫氣氮加熱升溫至20 30°C，不受季節(jié)限制，可使氣氮達(dá)到需要的溫度數(shù)值，避免真空泵因入口溫度過(guò)低造成損壞。(5)本發(fā)明提供的負(fù)壓液氮過(guò)冷器裝置，試驗(yàn)結(jié)束后能夠?qū)崿F(xiàn)剩余液氮的回收及殘余液氮的排放。(6)本發(fā)明提供的負(fù)壓液氮過(guò)冷器裝置，配有液位計(jì)、液位傳感器及氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥， 可遠(yuǎn)程手動(dòng)或自動(dòng)調(diào)節(jié)向過(guò)冷器容器主體輸送液氮量的大小，實(shí)現(xiàn)過(guò)冷器容器主體液位的恒定。(7)本發(fā)明提供的負(fù)壓液氮過(guò)冷器裝置，液氮輸送系統(tǒng)配有低溫電磁閥，能實(shí)現(xiàn)液氮容器供液壓力遠(yuǎn)程自動(dòng)調(diào)節(jié)。(8)本發(fā)明提供的負(fù)壓液氮過(guò)冷器裝置及其降低液氮溫度的方法，原理獨(dú)特、設(shè)備簡(jiǎn)單、不受季節(jié)限制、運(yùn)行成本低。


圖1是傳統(tǒng)的常壓過(guò)冷器的的主體簡(jiǎn)圖；圖2是氮的飽和蒸汽壓表；圖3是本發(fā)明提供的負(fù)壓液氮過(guò)冷器裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明的降低液氮溫度方法的流程圖。圖中100-液氮輸送系統(tǒng)200-過(guò)冷器系統(tǒng)300-負(fù)壓抽氣系統(tǒng)400-排放系統(tǒng)101-測(cè)滿閥102-進(jìn)液閥 103-出液閥 104-第一手閥 105-電磁閥 106-第二手閥107-第三手閥 108-汽化器 109-第一現(xiàn)場(chǎng)壓力表 110-第一遠(yuǎn)程壓力表 111-第一液位計(jì)112-第一殘液排放閥113-第一安全閥114-過(guò)冷器容器進(jìn)液閥115-第二安全閥116-過(guò)濾器 117-液氮容器 201-換熱器入口閥 202-過(guò)冷器進(jìn)口溫度計(jì) 203-氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥204-第四手閥205-第二現(xiàn)場(chǎng)壓力表206-第二遠(yuǎn)程壓力表207-第二液位計(jì)208-第五手閥209-第三現(xiàn)場(chǎng)壓力表210-第三遠(yuǎn)程壓力表211-液氮回收閥 212-放氣閥213-過(guò)冷器出口溫度計(jì)214-換熱器出口閥215-第二殘液排放閥216-過(guò)冷器217-過(guò)冷器容器主體 218-換熱器 219-液位傳感器 301-第三安全閥 302-第六手閥303-電加熱器入口溫度計(jì)304-電加熱器305-電加熱器出口溫度計(jì)306-第四安全閥307-真空泵308-第七手閥401-第八手閥402-氣動(dòng)截止閥403-第五安全閥具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。如圖1所示，常壓過(guò)冷器主要由換熱器218與過(guò)冷器容器主體217組成，流經(jīng)熱沉的液氮輸入換熱器218，經(jīng)過(guò)過(guò)冷器容器主體217，再次輸入到熱沉中去。經(jīng)過(guò)常壓過(guò)冷器， 可使得流出熱沉的液氮在流入熱沉?xí)r的溫度降低為77K。本發(fā)明的負(fù)壓液氮過(guò)冷器裝置配有負(fù)壓抽氣系統(tǒng)300，能將過(guò)冷器容器內(nèi)部壓力抽至常壓以下，將過(guò)冷器容器內(nèi)部的液氮溫度進(jìn)一步降低使之低于77K，從而進(jìn)一步降低了熱沉制冷溫度，熱沉相應(yīng)的抽氣能力及抽速大大提高，尤其對(duì)于液氦熱沉的預(yù)冷來(lái)說(shuō)效果更明顯，進(jìn)一步降低了液氦熱沉在預(yù)冷過(guò)程中的液氦用量，節(jié)約成本。在一定的流量、壓力條件下，過(guò)冷器容器主體中的液氮溫度將決定換熱器經(jīng)過(guò)換熱后的管路中液氮的溫度，如果過(guò)冷器容器主體采用的是常壓液氮，則換熱后的液氮溫度為77K。利用真空泵，可將過(guò)冷器容器主體內(nèi)部壓力降低，從而降低液氮的汽化溫度， 實(shí)現(xiàn)換熱后管路中液氮的溫度降低。從圖2可以看出，液氮三相點(diǎn)的壓力、溫度分別為 0. 01253MPa、63. 15K, 1 巴(bar) = 100, 000 帕(Pa) = 0. IMPa0 為了避免壓力過(guò)低使液氮進(jìn)入三相點(diǎn)從而使液氮固化，并導(dǎo)致傳熱惡化，設(shè)置過(guò)冷器容器主體內(nèi)液氮取70K，此時(shí)對(duì)應(yīng)的飽和蒸汽壓為0. 03859MPa。本發(fā)明的負(fù)壓液氮過(guò)冷器裝置，如圖3所示，包括液氮輸送系統(tǒng)100、過(guò)冷器系統(tǒng) 200、負(fù)壓抽氣系統(tǒng)300以及排放系統(tǒng)400。液氮輸送系統(tǒng)100為過(guò)冷器系統(tǒng)200中的過(guò)冷器216提供液氮，負(fù)壓抽氣系統(tǒng)300 為過(guò)冷器系統(tǒng)200中的過(guò)冷器216降壓，使得過(guò)冷器216內(nèi)部的蒸汽壓為0. 03859 0. IMPa 可調(diào)，實(shí)際值可根據(jù)熱沉所需溫度具體調(diào)節(jié)，當(dāng)過(guò)冷器216內(nèi)部的蒸氣壓為0. 03859MPa時(shí)， 此時(shí)負(fù)壓抽氣系統(tǒng)300工作，可為熱沉提供70K液氮制冷，當(dāng)過(guò)冷器216內(nèi)部的蒸氣壓為 0. IMI^a時(shí)，此時(shí)閥門302關(guān)閉負(fù)壓抽氣系統(tǒng)300不工作，相當(dāng)于常壓過(guò)冷器，可為熱沉提供 77K液氮制冷，如還需熱沉溫度在70 77K間可調(diào)，則相應(yīng)調(diào)節(jié)過(guò)冷器216內(nèi)部的蒸汽壓力即可。過(guò)冷器系統(tǒng)200將流經(jīng)熱沉的液氮通入換熱器218，換熱器218經(jīng)過(guò)過(guò)冷器216內(nèi)部進(jìn)行熱交換后，輸入的流經(jīng)熱沉的液氮的溫度降低，并直接被送入熱沉入口。排放系統(tǒng)400 用于排放液氮?dú)饣a(chǎn)生的氮?dú)?。本發(fā)明的負(fù)壓液氮過(guò)冷器裝置的所有管路必須采用聚氨酯發(fā)泡，避免管路表面結(jié)霜，管路發(fā)泡厚度取決于管徑大小，管徑越大發(fā)泡厚度越大。液氮輸送系統(tǒng)100包括測(cè)滿閥101、進(jìn)液閥102、出液閥103、第一手閥104、電磁閥 105、第二手閥106、第三手閥107、汽化器108、第一現(xiàn)場(chǎng)壓力表109、第二遠(yuǎn)程壓力表110、 第一液位計(jì)111、第一殘液排放閥112、第一安全閥113、過(guò)冷器容器進(jìn)液閥114、第二安全閥 115、過(guò)濾器116和液氮容器117。進(jìn)液閥102和出液閥103連接在液氮容器117的底部，出液閥103另一端安裝有三通管路，該三通管路的一端順次通過(guò)第一安全閥113、過(guò)冷器容器進(jìn)液閥114、第二安全閥115與過(guò)濾器116連接，另一端連接至第一殘液排放閥112。第一手閥104的左端與第三手閥107的左端通過(guò)三通管路連接至液氮容器117的底部；第一手閥104的右端順次連接電磁閥105與第二手閥106的左端；第二手閥106的右端與第三手閥107的右端通過(guò)三通連接至汽化器108入口處。汽化器108出口通過(guò)管路直接連接至液氮容器117頂部。進(jìn)液閥102用于向液氮容器117加注液氮。測(cè)滿閥101 —端通過(guò)管路連接至液氮容器117頂部，用于測(cè)滿，當(dāng)液氮容器117加滿液氮時(shí)，液氮會(huì)從測(cè)滿閥101處流出。出液閥103通過(guò)管路連接至液氮容器117底部，用于向過(guò)冷器系統(tǒng)200輸送液氮。電磁閥105用于向汽化器108輸送液氮，可遠(yuǎn)程自動(dòng)控制，操作方便。第一手閥104和第二手閥106常開(kāi)，當(dāng)電磁閥105損壞時(shí)，第一手閥104和第二手閥106關(guān)閉，此時(shí)拆卸電磁閥105 維修更換均不影響系統(tǒng)正常工作。第三手閥107常閉，為系統(tǒng)備份，當(dāng)電磁閥損壞時(shí)，關(guān)閉第一手閥104和第二手閥106同時(shí)，打開(kāi)第三手閥107實(shí)現(xiàn)向汽化器108的液氮輸送。汽化器108用于向液氮容器117輸送氣氮加壓，供氣壓力根據(jù)系統(tǒng)要求可調(diào)，靠電磁閥105或第三手閥107開(kāi)度的大小調(diào)節(jié)，開(kāi)度小意味著向汽化器108輸送的液氮量小，經(jīng)過(guò)汽化器 108后被氣化的氣氮量同時(shí)減小，導(dǎo)致液氮容器117的增壓壓力減小，反向操作則導(dǎo)致液氮容器117的增壓壓力增加。第一現(xiàn)場(chǎng)壓力表109和第一遠(yuǎn)程壓力表110用于測(cè)量液氮容器 117的容器壓力，通過(guò)壓力的測(cè)量來(lái)控制電磁閥105或第三手閥107的開(kāi)度大小。過(guò)濾器 116用于過(guò)濾液氮管路中的雜質(zhì)，保證供液系統(tǒng)的清潔；第一液位計(jì)111用于測(cè)量液氮容器 117的液氮液位高低，當(dāng)液氮液位過(guò)低時(shí)，及時(shí)加注；第一殘液排放閥112安裝在液氮輸送系統(tǒng)100裝置的管路最低位置處，用于試驗(yàn)結(jié)束后將管路中殘留的液氮及時(shí)排出；第一安全閥113和第二安全閥115用于防止液氮輸送系統(tǒng)100的管路壓力過(guò)高，放氣、排液用。
過(guò)冷器系統(tǒng)200包括換熱器入口閥201、過(guò)冷器進(jìn)口溫度計(jì)202、氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥203、 第四手閥204、第二現(xiàn)場(chǎng)壓力表205、第二遠(yuǎn)程壓力表206、第二液位計(jì)207、第五手閥208、 第三現(xiàn)場(chǎng)壓力表209、第三遠(yuǎn)程壓力表210、液氮回收閥211、放氣閥212、過(guò)冷器出口溫度計(jì) 213、換熱器出口閥214、第二殘液排放閥215、過(guò)冷器216和液位傳感器219。過(guò)冷器216包括過(guò)冷器容器主體217和換熱器218，換熱器218安裝在過(guò)冷器容器主體217內(nèi)部，過(guò)冷器容器主體217內(nèi)加注液氮，換熱器218通入來(lái)至于流經(jīng)熱沉的液氮，流經(jīng)熱沉的液氮的溫度高于過(guò)冷器容器主體217內(nèi)的液氮溫度，經(jīng)過(guò)換熱器218后，來(lái)至熱沉的液氮的溫度降低至換熱器218內(nèi)外液氮相同的溫度。換熱器入口閥201通過(guò)管路順次連接過(guò)冷器進(jìn)口溫度計(jì) 202、換熱器218、過(guò)冷器出口溫度計(jì)213和換熱器出口閥214，經(jīng)過(guò)熱沉的高溫液氮直接通入換熱器入口閥201，從換熱器出口閥214流出的低溫液氮通過(guò)液氮泵直接送入熱沉入口， 實(shí)現(xiàn)閉式循環(huán)。過(guò)冷器進(jìn)口溫度計(jì)202用于測(cè)量熱沉出口溫度，也就是換熱器218的入口溫度。過(guò)冷器進(jìn)口溫度計(jì)213用于測(cè)量熱沉入口溫度，也就是換熱器218的出口溫度。氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥203的一端通過(guò)管路連接至過(guò)冷器216頂部，另一端通過(guò)管路與過(guò)濾器116連接， 第二液位計(jì)207及液位傳感器219設(shè)置在過(guò)冷器容器主體217的頂部，液位傳感器219通過(guò)導(dǎo)線與氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥203連接，通過(guò)第二液位計(jì)207或液位傳感器219的測(cè)量值大小來(lái)遠(yuǎn)程手動(dòng)或自動(dòng)調(diào)節(jié)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥203的開(kāi)度，實(shí)現(xiàn)過(guò)冷器容器主體217內(nèi)液氮液位的恒定，且液氮液位高于換熱器218。第二現(xiàn)場(chǎng)壓力表205和第二遠(yuǎn)程壓力表206通過(guò)第四手閥204 連接至換熱器218入口，第四手閥204用于控制第二現(xiàn)場(chǎng)壓力表205和第二遠(yuǎn)程壓力表206 的開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)換熱器218入口壓力的測(cè)量。第三現(xiàn)場(chǎng)壓力表209和第三遠(yuǎn)程壓力表210通過(guò)第五手閥208連接至過(guò)冷器容器主體217頂部，第五手閥208用于第三控制現(xiàn)場(chǎng)壓力表 209和第三遠(yuǎn)程壓力表210的開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)過(guò)冷器容器主體217內(nèi)部壓力的測(cè)量。液氮回收閥 211安裝在過(guò)冷器容器主體217底部，通過(guò)三通與第二殘液排放閥215連通，用于試驗(yàn)結(jié)束后過(guò)冷器容器主體217內(nèi)剩余大量液氮的回收；第二殘液排放閥215安裝在過(guò)冷器容器主體217底部，用于將無(wú)法回收的液氮及時(shí)排出。放氣閥212 —端通過(guò)三通管路與換熱器出口閥214連接，另一端通過(guò)三通管路與液氮回收閥211連接，放氣閥212位置高于換熱器出口閥214，用于及時(shí)排出換熱器管路中殘留的少量氣氮。過(guò)冷器216材料需采用耐低溫的 304不銹鋼。其中，過(guò)冷器液位的控制方法具體如下(1)自動(dòng)控制首先利用4 20mA電流信號(hào)采集氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥203的狀態(tài)信號(hào)以及液位傳感器219的液位信號(hào)，并通過(guò)可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller, 簡(jiǎn)稱PLC)在觸摸屏或計(jì)算機(jī)上實(shí)時(shí)顯示，利用計(jì)算機(jī)程序?qū)?jīng)過(guò)PLC實(shí)時(shí)采集的液位傳感器219的液位信號(hào)中的液位值和預(yù)先設(shè)置的液位數(shù)值進(jìn)行比較，并經(jīng)過(guò)比例積分微分 (Proportion Integration Differentiation，簡(jiǎn)稱PID)運(yùn)算，計(jì)算機(jī)程序?qū)⑦\(yùn)算得到的結(jié)果-控制物理量輸出給氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥203，控制氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥203自動(dòng)調(diào)節(jié)開(kāi)度的大小，從而實(shí)現(xiàn)過(guò)冷器216液位的自動(dòng)控制，控制的液位高度的誤差為士 100mm。(2)手動(dòng)控制當(dāng)自動(dòng)控制失效后，可通過(guò)第二液位計(jì)217的數(shù)值大小遠(yuǎn)程手動(dòng)調(diào)節(jié)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥203的開(kāi)度，實(shí)現(xiàn)過(guò)冷器216的液位的手動(dòng)控制。負(fù)壓抽氣系統(tǒng)300包括第三安全閥301、第六手閥302、電加熱器入口溫度計(jì)303、 電加熱器304、電加熱器出口溫度計(jì)305、第四安全閥306、真空泵307和第七手閥308。通過(guò)管路順次連接第三安全閥301、第六手閥302、電加熱器入口溫度計(jì)303、電加熱器304、電加熱器出口溫度計(jì)305、第四安全閥306、真空泵307和第八手閥308，構(gòu)成負(fù)壓抽氣系統(tǒng)300。 第六手閥302所在管路與第八手閥401所在管路應(yīng)保持管徑相同，并且第六手閥302所在管路與第八手閥401所在管路的連通處應(yīng)盡量靠近過(guò)冷器容器主體217的頂部，且之間的距離為300mm為宜，可有效增加抽氣系統(tǒng)的流導(dǎo)，避免因抽氣管路過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致流導(dǎo)下降、氣體抽速降低，減小抽氣時(shí)間、節(jié)約試驗(yàn)成本。電加熱器304用于將低溫氣氮加熱升溫至20 30°C，不受季節(jié)限制，可使氣氮達(dá)到需要的溫度數(shù)值，以滿足真空泵307工作時(shí)泵入口對(duì)氣體溫度的需求，避免真空泵307因吸入低溫氣體而損壞。真空泵307用于抽真空，主要是將過(guò)冷器容器主體217內(nèi)液氮汽化后的氮?dú)獬樽?，保持過(guò)冷器容器主體217內(nèi)空間壓力處于設(shè)定的負(fù)壓(低于一個(gè)大氣壓)狀態(tài)，要求真空泵307單位時(shí)間抽取的氣氮量大于液氮汽化的量；第三安全閥301和第四安全閥306用于防止系統(tǒng)管路壓力過(guò)高，放氣用。排放系統(tǒng)400包括第八手閥401、氣動(dòng)截止閥402和第五安全閥403。氣動(dòng)截止閥 402可遠(yuǎn)程操作，安裝在本發(fā)明過(guò)冷器裝置的最高點(diǎn)處，便于氣體排放。第五安全閥403用于防止系統(tǒng)管路壓力過(guò)高，放氣用。氣動(dòng)截止閥402安裝在本發(fā)明的負(fù)壓液氮過(guò)冷器裝置的最高點(diǎn)處，第八手閥401的左端與第六手閥302通過(guò)三通管路連接至過(guò)冷器容器主體217 的頂部，第八手閥401的右端通過(guò)管路連接著氣動(dòng)截止閥402的下端，氣動(dòng)截止閥402的上端連接大氣，第八手閥401的右端還通過(guò)管路連接液氮容器117的頂部，以及放氣閥212的左端與液氮回收閥211的右端。負(fù)壓抽氣系統(tǒng)300 —端連接大氣，另一端通過(guò)三通管路分別與過(guò)冷器系統(tǒng)200和排放系統(tǒng)400連接，便于對(duì)過(guò)冷器系統(tǒng)200的負(fù)壓抽氣。本發(fā)明還提出負(fù)壓液氮過(guò)冷器裝置操作方法，具體為包括以下幾個(gè)步驟(1)向液氮容器117加注液氮向液氮容器117加注液氮，同時(shí)觀察測(cè)滿閥101和第一液位計(jì)111，直至液氮容器117注滿液氮。(2)給液氮容器117調(diào)壓打開(kāi)電磁閥105向汽化器108輸送液氮，將氣化后的氣氮輸送至液氮容器117，并通過(guò)第一現(xiàn)場(chǎng)壓力表109和第一遠(yuǎn)程壓力表110調(diào)節(jié)液氮容器117的供液壓力，使之穩(wěn)定在0. 4 0. 6MPa。(3)向過(guò)冷器容器主體217加注液氮打開(kāi)出液閥103、過(guò)冷器容器進(jìn)液閥114、氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥203實(shí)現(xiàn)向過(guò)冷器容器主體217的液氮加注，直至液面高度高于換熱器218，加注時(shí)打開(kāi)手閥401、氣動(dòng)截止閥402，便于液氮?dú)饣a(chǎn)生的氮?dú)獾呐欧拧?4)保持過(guò)冷器容器主體217內(nèi)的液氮液位高度恒定通過(guò)第二液位計(jì)207或液位傳感器219，來(lái)調(diào)節(jié)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥203的開(kāi)度，使過(guò)冷器容器主體217內(nèi)的液氮液位高度保持在設(shè)定的范圍內(nèi)。(5)負(fù)壓抽氣系統(tǒng)300啟動(dòng)關(guān)閉手閥401，打開(kāi)手閥302和手閥308，同時(shí)啟動(dòng)電加熱器304、真空泵307，通過(guò)管路對(duì)過(guò)冷器容器主體217進(jìn)行真空抽氣，保持過(guò)冷器容器主體217內(nèi)空間壓力處于設(shè)定的負(fù)壓(低于一個(gè)大氣壓)狀態(tài)，本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)負(fù)壓下過(guò)冷器容器主體217內(nèi)液氮?dú)饣瘻囟冗M(jìn)一步降低至70K。(6)通過(guò)換熱器218管路為液氮降溫打開(kāi)換熱器入口閥201、換熱器出口閥214， 將熱沉出來(lái)的高溫液氮通入，利用換熱器218與過(guò)冷器容器主體217的充分換熱，將流經(jīng)換熱器218的高溫液氮降低為低溫液氮，本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)將低溫液氮溫度可降至70K，此過(guò)程放氣閥212 —直開(kāi)啟，便于管路內(nèi)產(chǎn)生的氣氮的排除。(7)過(guò)冷器容器主體217的液氮回收試驗(yàn)結(jié)束后須將剩余液氮回收，關(guān)閉出液閥 103、氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥203、放氣閥212、手閥302、手閥401，打開(kāi)液氮回收閥211，利用過(guò)冷器容器主體217內(nèi)液氮?dú)饣a(chǎn)生的壓力對(duì)自身增壓，使液氮沿管路回流至液氮容器117內(nèi)。(8)殘液排放對(duì)無(wú)法繼續(xù)回收的液氮做排放處理，打開(kāi)殘液排放閥215將過(guò)冷器容器主體217內(nèi)殘留的液氮排放干凈；打開(kāi)殘液排放閥112將管路中殘留的液氮排放干凈。
權(quán)利要求
1.一種負(fù)壓液氮過(guò)冷器裝置，其特征在于，該裝置包括液氮輸送系統(tǒng)(100)、過(guò)冷器系統(tǒng)000)、負(fù)壓抽氣系統(tǒng)(300)和排放系統(tǒng)000)，所述的過(guò)冷器系統(tǒng)O00)中包含過(guò)冷器 016)、氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥(20 和液位傳感器019)，過(guò)冷器016)又包含過(guò)冷器容器主體(217) 和換熱器018)，液位傳感器(219)設(shè)置在過(guò)冷器容器主體(217)頂部，液位傳感器(219) 通過(guò)導(dǎo)線與氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥(20 連接；液氮輸送系統(tǒng)(100)通過(guò)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥(20 為過(guò)冷器容器主體(217)輸入液氮，通過(guò)液位傳感器(219)采集的液位信號(hào)自動(dòng)調(diào)節(jié)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥 (203)的開(kāi)度，保持過(guò)冷器容器主體017)內(nèi)的液氮液位的恒定，且液氮液位高于換熱器 (218)；過(guò)冷器系統(tǒng)(200)將流經(jīng)熱沉的液氮通入換熱器018)，并將通過(guò)換熱器018)的液氮輸送入熱沉入口 ；負(fù)壓抽氣系統(tǒng)(300)為過(guò)冷器(216)降壓，使得過(guò)冷器016)內(nèi)部的蒸汽壓為0. 03859 0. IMpa ；排放系統(tǒng)(400)用于排放液氮?dú)饣a(chǎn)生的氮?dú)?；所述的?fù)壓抽氣系統(tǒng)(300)包括第六手閥(302)、第七手閥(308)、第三安全閥(301)、 第四安全閥(306)、電加熱器入口溫度計(jì)(303)、電加熱器(304)、電加熱器出口溫度計(jì) (305)以及真空泵(307)，電加熱器(304)的輸入端通過(guò)管路依次連接有電加熱器入口溫度計(jì)(303)、第六手閥(302)以及第三安全閥(301)，并連接至過(guò)冷器容器主體Q17)的頂部與排放系統(tǒng)G00)的入口管路，電加熱器(304)的輸出端通過(guò)管路依次連接電加熱器出口溫度計(jì)(305)和第四安全閥(306)，并連接至真空泵(307)的輸入端，真空泵(307)的輸出端通過(guò)管路連接第七手閥(308)連接至大氣；所述的電加熱器(304)用于將低溫氣氮加熱升溫至20 30°C ；所述的真空泵(307)用于將過(guò)冷器容器主體017)內(nèi)的液氮汽化后的氮?dú)獬樽?，并設(shè)置真空泵(307)單位時(shí)間所抽的氮?dú)饬看笥谶^(guò)冷器容器主體017)內(nèi)單位時(shí)間的液氮汽化的量；所述裝置中的所有管路均采用聚氨酯發(fā)泡。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種負(fù)壓液氮過(guò)冷器裝置，其特征在于，所述的液氮輸送系統(tǒng)(100)包括測(cè)滿閥(101)、進(jìn)液閥(102)、出液閥(103)、第一手閥(104)、電磁閥(105)、 第二手閥(106)、第三手閥(107)、汽化器(108)、第一現(xiàn)場(chǎng)壓力表(109)、第一遠(yuǎn)程壓力表 (110)、第一液位計(jì)(111)、第一殘液排放閥(112)、第一安全閥(113)、過(guò)冷器容器進(jìn)液閥 (114)、第二安全閥(115)、過(guò)濾器(116)和液氮容器(117)；測(cè)滿閥(101)連接在液氮容器 (117)的頂部，進(jìn)液閥(102)連接在液氮容器(117)的底部，出液閥(103)的一端連接在液氮容器(117)的底部，另一端安裝有三通管路，該三通管路的一端順次通過(guò)第一安全閥 (113)、過(guò)冷器容器進(jìn)液閥(114)、第二安全閥(115)、過(guò)濾器(116)與過(guò)冷器系統(tǒng)(200)連接，該三通管路的另一端連接至第一殘液排放閥(112)，第一殘液排放閥(11 安裝在液氮輸送系統(tǒng)(100)的管路最低位置處；第一手閥(104)的左端與第三手閥(107)的左端通過(guò)三通管路連接至液氮容器(117)的底部，第一手閥(104)的右端順次連接電磁閥(105)與第二手閥(106)的左端，第二手閥(106)的右端與第三手閥(107)的右端通過(guò)三通管路連接至汽化器(108)的入口處，汽化器(108)出口通過(guò)管路連接至液氮容器(117)的頂部；第一手閥(104)與第二手閥(106)常開(kāi)，第三手閥(107)常閉，當(dāng)電磁閥(105)損壞時(shí)，第一手閥(104)與第二手閥(106)關(guān)閉，第三手閥(107)打開(kāi)；第一現(xiàn)場(chǎng)壓力表(109)和第一遠(yuǎn)程壓力表(110)連接在液氮容器(117)的頂部，用于測(cè)量液氮容器(117)的容器壓力，通過(guò)測(cè)量的壓力調(diào)節(jié)電磁閥(10 或第三手閥(107)的開(kāi)度大??；第一液位計(jì)(111)連接在液氮容器(117)的頂部，用于測(cè)量液氮容器(117)的液氮液位高低，當(dāng)液氮液位過(guò)低時(shí)，及時(shí)加注。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種負(fù)壓液氮過(guò)冷器裝置，其特征在于，所述的過(guò)冷器系統(tǒng) (200)還包括換熱器入口閥001)、過(guò)冷器進(jìn)口溫度計(jì)002)、第四手閥004)、第二現(xiàn)場(chǎng)壓力表(20 、第二遠(yuǎn)程壓力表(206)、第二液位計(jì)(207)、第五手閥(208)、第三現(xiàn)場(chǎng)壓力表 (209)、第三遠(yuǎn)程壓力表(210)、液氮回收閥(211)、放氣閥(212)、過(guò)冷器出口溫度計(jì)(213)、 換熱器出口閥(214)和第二殘液排放閥015)；換熱器入口閥(201)左端連接接入流經(jīng)熱沉的液氮的管路，右端通過(guò)管路連接過(guò)冷器進(jìn)口溫度計(jì)(20 連接至換熱器018)的入口端，換熱器018)的出口端通過(guò)管道連接有過(guò)冷器出口溫度計(jì)013)并連接換熱器出口閥 (214)的左端，換熱器出口閥014)的右端連接將液氮輸入熱沉的管路；氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥(203) 左端通過(guò)管路與液氮輸送系統(tǒng)(100)連接，右端通過(guò)管路連接至過(guò)冷器容器主體017)的頂部；第二液位計(jì)(207)設(shè)置在過(guò)冷器容器主體(217)頂部，在液位傳感器019)出現(xiàn)故障時(shí)，通過(guò)第二液位計(jì)O07)的測(cè)量值遠(yuǎn)程手動(dòng)調(diào)節(jié)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥O03)的開(kāi)度，保持過(guò)冷器容器主體017)內(nèi)的液氮液位的恒定，且液氮液位應(yīng)高于換熱器018)；第二現(xiàn)場(chǎng)壓力表 (205)和第二遠(yuǎn)程壓力表(206)通過(guò)第四手閥(204)連接至換熱器(218)的入口，第三現(xiàn)場(chǎng)壓力表(209)和第三遠(yuǎn)程壓力表(210)通過(guò)第五手閥(208)連接至過(guò)冷器容器主體(217) 的頂部；液氮回收閥011)的左端和第二殘液排放閥015)的一端通過(guò)三通管路連接在過(guò)冷器容器主體017)的底部，放氣閥012)的左端與液氮回收閥011)的右端通過(guò)三通管路連接至排放系統(tǒng)G00)，放氣閥012)的右端通過(guò)管路連接換熱器出口閥014)的左端， 放氣閥012)的位置高于換熱器出口閥014)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種負(fù)壓液氮過(guò)冷器裝置，其特征在于，所述的排放系統(tǒng) (400)包括第八手閥G01)、氣動(dòng)截止閥(40 和第五安全閥003)；所述的氣動(dòng)截止閥 (402)安裝在所述的負(fù)壓液氮過(guò)冷器裝置的最高點(diǎn)處，所述的第八手閥G01)的左端與負(fù)壓抽氣系統(tǒng)(300)的第六手閥(30 通過(guò)三通管路連接至過(guò)冷器容器主體017)的頂部， 第八手閥G01)的右端通過(guò)管路連接著氣動(dòng)截止閥002)的下端，氣動(dòng)截止閥002)的上端連接大氣，第八手閥(401)的右端還通過(guò)管路連接液氮輸送系統(tǒng)(100)的液氮容器(117) 的頂部，以及過(guò)冷器系統(tǒng)O00)的放氣閥012)的左端與液氮回收閥011)的右端。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的一種負(fù)壓液氮過(guò)冷器裝置，其特征在于，所述的負(fù)壓抽氣系統(tǒng)中的第六手閥(30 所在的管路與排放系統(tǒng)G00)中第八手閥(401)所在的管路的管徑相同，并且設(shè)置第六手閥(30 與第八手閥(401)所在的管路的連通處距離過(guò)冷器容器主體的頂部300mm。
6.應(yīng)用權(quán)利要求1-5任意一項(xiàng)所述的負(fù)壓液氮過(guò)冷器裝置降低液氮溫度的方法，其特征在于，該方法包括如下步驟(1)為液氮容器(117)加注液氮向液氮輸送系統(tǒng)(100)的液氮容器(117)加注液氮， 同時(shí)觀察液氮輸送系統(tǒng)(100)的測(cè)滿閥(101)和第一液位計(jì)(111)，直至液氮容器(117)注滿液氮；(2)為液氮容器(117)調(diào)壓打開(kāi)液氮輸送系統(tǒng)(100)的電磁閥(105)向汽化器(108) 輸送液氮，將氣化后的氣氮輸送至液氮容器(117)，并通過(guò)液氮輸送系統(tǒng)(100)的第一現(xiàn)場(chǎng)壓力表(109)和第一遠(yuǎn)程壓力表(110)調(diào)節(jié)液氮容器(117)的供液壓力，使供液壓力穩(wěn)定在 0. 4 0. 6MPa ；(3)為過(guò)冷器容器主體(217)加注液氮打開(kāi)液氮輸送系統(tǒng)(100)的出液閥(103)、 過(guò)冷器容器進(jìn)液閥(114)以及過(guò)冷器系統(tǒng)O00)的氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥O03)向過(guò)冷器容器主體 (217)加注液氮，直至液氮的液面高度高于換熱器018)，加注時(shí)打開(kāi)排放系統(tǒng)000)的第八手閥(401)和氣動(dòng)截止閥(402)；(4)保持過(guò)冷器容器主體017)內(nèi)的液氮液位高度恒定通過(guò)過(guò)冷器系統(tǒng)O00)中的液位傳感器(219)采集的液位信號(hào)或者第二液位計(jì)(207)的測(cè)量值，調(diào)節(jié)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥(203) 的開(kāi)度，使過(guò)冷器容器主體017)內(nèi)的液氮液位高度保持在設(shè)定的范圍內(nèi)；(5)啟動(dòng)負(fù)壓抽氣系統(tǒng)(300):關(guān)閉第八手閥G01)，打開(kāi)第六手閥(302)、第七手閥 (308)，同時(shí)啟動(dòng)電加熱器(304)、真空泵(307)，通過(guò)管路對(duì)過(guò)冷器容器主體(217)進(jìn)行真空抽氣，保持過(guò)冷器容器主體017)內(nèi)的空間壓力處于設(shè)定的負(fù)壓狀態(tài)；(6)通過(guò)換熱器018)的管路為熱沉輸出的液氮降溫打開(kāi)過(guò)冷器系統(tǒng)O00)的換熱器入口閥001)、換熱器出口閥014)，將熱沉流出的高溫液氮通入換熱器018)，并將流經(jīng)換熱器018)降溫后的液氮再輸出到熱沉，此過(guò)程過(guò)冷器系統(tǒng)O00)的放氣閥(212) —直開(kāi)啟；(7)回收過(guò)冷器容器主體017)的液氮試驗(yàn)結(jié)束后，關(guān)閉出液閥(103)、氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥 (203)、放氣閥(212)、第六手閥(302)和第八手閥(401)，打開(kāi)過(guò)冷器系統(tǒng)(200)的液氮回收閥011)，使液氮沿管路回流至液氮容器(117)內(nèi)；(8)排放殘液打開(kāi)過(guò)冷器系統(tǒng)O00)的第二殘液排放閥(21 將過(guò)冷器容器主體 (217)內(nèi)殘留的液氮排放干凈，打開(kāi)第一殘液排放閥(11 將管路中殘留的液氮排放干凈。
全文摘要
本發(fā)明提出一種負(fù)壓液氮過(guò)冷器裝置及其降低液氮溫度的方法，該裝置包括液氮輸送系統(tǒng)、過(guò)冷器系統(tǒng)、負(fù)壓抽氣系統(tǒng)和排放系統(tǒng)，過(guò)冷器系統(tǒng)由液氮輸送系統(tǒng)提供液氮，負(fù)壓抽氣系統(tǒng)為過(guò)冷器降壓，排放系統(tǒng)排放汽化的氮?dú)?，該裝置中采用電加熱器將氣氮溫度加熱至20～30℃，使裝置不受季節(jié)限制，采用液位傳感器自動(dòng)調(diào)節(jié)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，保持液氮液面高度。所述方法先為液氮容器加注液氮并調(diào)壓，再為過(guò)冷器加注液氮并保持過(guò)冷器內(nèi)的液氮液位高度恒定，然后啟動(dòng)負(fù)壓抽氣系統(tǒng)，通過(guò)換熱器為液氮降溫，最后回收液氮及排放殘液。本發(fā)明能進(jìn)一步降低熱沉溫度，實(shí)現(xiàn)熱沉溫度在70～77K間可調(diào)，設(shè)備簡(jiǎn)單、效果好且運(yùn)行成本低。
文檔編號(hào)F25B40/02GK102374708SQ201110235110
公開(kāi)日2012年3月14日 申請(qǐng)日期2011年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月16日
發(fā)明者凌桂龍, 張國(guó)舟, 張建華, 李曉娟, 王文龍, 蔡國(guó)飆, 黃本誠(chéng) 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)