專利名稱：一種低溫介質(zhì)液化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種低溫介質(zhì)液化裝置，特別適用于需要利用單臺或多臺制冷機(jī)集成液化低溫介質(zhì)的情況，屬于液化技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)的制冷機(jī)集成技術(shù)主要采取兩種方式，第一種是將制冷機(jī)冷頭放置在真空中，制冷機(jī)冷頭末端連接換熱器，換熱器與低溫介質(zhì)(如液氖、液氫)所在的容器焊接，利用換熱器對容器內(nèi)的低溫介質(zhì)降溫液化；第二種是制冷機(jī)冷頭放置于廣口杜瓦內(nèi)膽中，低溫液體介質(zhì)在廣口杜瓦內(nèi)膽底層，氣態(tài)介質(zhì)分布在內(nèi)膽上部，制冷機(jī)冷頭直接與氣態(tài)低溫介質(zhì)接觸，廣口杜瓦上方采用防輻射屏隔熱。第一種結(jié)構(gòu)主要缺點(diǎn)在于(1)制冷機(jī)冷頭低溫端下底面通過冷頭換熱器傳遞冷量至冷卻介質(zhì)，但低溫端側(cè)面皆處于真空環(huán)境中， 該部分傳熱面積未利用；(2)由于制冷機(jī)冷頭處于真空環(huán)境中，制冷機(jī)冷頭的安裝與維修拆卸很不方便。冷頭拆卸時杜瓦真空遭到破壞，每次重新安裝后需重新做抽真空處理，因抽真空時間較長且抽空工藝復(fù)雜，這給低溫介質(zhì)液化裝置的維修操作帶來很大的不方便性。 第二種結(jié)構(gòu)主要缺點(diǎn)在于廣口杜瓦頸管口徑過大，容易形成自然對流，造成漏熱較大，同時，杜瓦內(nèi)腔空間大，增加了低溫介質(zhì)的需氣量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，克服現(xiàn)有技術(shù)缺點(diǎn)，提供一種既充分利用制冷機(jī)冷頭低溫端的傳熱面積，并減小漏熱量，提高工作效率和節(jié)約能源，又方便安裝和拆卸，降低制造和維護(hù)成本的低溫介質(zhì)液化裝置。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種低溫介質(zhì)液化裝置，包括杜瓦和換熱組件；所述換熱組件包括換熱器、套管、制冷機(jī)冷頭、集液管、傳輸管；所述套管上端密封固定連接在杜瓦內(nèi)腔上部，下端與集液管密封固定聯(lián)通；所述傳輸管一端與集液管下部密封固定聯(lián)通，中部與杜瓦密封固定連接，另一端通向杜瓦外部；制冷機(jī)冷頭的上部與杜瓦密封固定連接，下部在套管的內(nèi)腔中，下端連接一個換熱器；所述換熱器插入集液管內(nèi)；套管和集液管及傳輸管的內(nèi)壁與制冷機(jī)冷頭外壁構(gòu)成低溫介質(zhì)區(qū)域；套管和集液管及傳輸管的外壁與杜瓦的內(nèi)壁及法蘭構(gòu)成真空區(qū)域。進(jìn)一步的技術(shù)方案是
所述的低溫介質(zhì)液化裝置，其杜瓦上部有一個法蘭，套管焊接在法蘭上。所述的低溫介質(zhì)液化裝置，其制冷機(jī)冷頭的上部與杜瓦固定密封連接是以螺栓固定連接在杜瓦的法蘭上；固定密封連接的密封件是制冷機(jī)冷頭與法蘭連接面之間的“0”形橡膠的或金屬的密封圈。所述的低溫介質(zhì)液化裝置，其傳輸管在杜瓦外部的部分有一段管為用于減小漏熱
的真空夾層管；該真空夾層管外壁與杜瓦焊接。所述的低溫介質(zhì)液化裝置，其套管和集液管的外壁及傳輸管位于真空區(qū)域中的一
3段的外壁有隔熱層。所述的低溫介質(zhì)液化裝置，其套管內(nèi)壁與制冷機(jī)冷頭之間具有間隙，該間隙小于 2. 5毫米；套管外壁包裹或涂有隔熱材料制成的隔熱層。所述的低溫介質(zhì)液化裝置，其集液管橫向或豎向焊接在套管下方；橫向安裝的集液管上的連接口在上側(cè)面；豎向安裝的集液管上的連接口在上端面上。所述的低溫介質(zhì)液化裝置，其傳輸管為單管，即液態(tài)及氣態(tài)低溫介質(zhì)在同一根管內(nèi)傳輸。所述的低溫介質(zhì)液化裝置，其傳輸管為雙管，即液態(tài)及氣態(tài)低溫介質(zhì)分別在各自的通道內(nèi)傳輸。一種具有多個換熱組件的集成低溫介質(zhì)液化裝置，包括1個杜瓦和至少2個換熱組件；每個換熱組件包括1個換熱器和1個套管及1個制冷機(jī)冷頭；各個換熱組件共有1 個集液管，還共有傳輸管；所述套管上端密封固定連接在杜瓦內(nèi)腔上部，下端與集液管密封固定聯(lián)通；所述傳輸管一端與集液管下部密封固定聯(lián)通，中部與杜瓦密封固定連接，另一端通向杜瓦外部；每個制冷機(jī)冷頭的上部與杜瓦密封固定連接，下部在套管的內(nèi)腔中，下端連接一個換熱器；所述換熱器插入集液管內(nèi)；套管和集液管及傳輸管的內(nèi)腔組成低溫介質(zhì)區(qū)域；套管和集液管及傳輸管的外壁與杜瓦的內(nèi)壁之間構(gòu)成真空區(qū)域。本發(fā)明的原理和效果是1、制冷機(jī)冷頭安裝于套管內(nèi)直接與低溫介質(zhì)接觸，有利于制冷機(jī)冷頭低溫端面積的充分利用，相比于制冷機(jī)冷頭處于真空的結(jié)構(gòu)形式，在制冷機(jī)冷頭的換熱器設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)相同時，該種形式冷卻介質(zhì)與制冷機(jī)冷頭之間溫差小。2、制冷機(jī)冷頭安裝時，只需將制冷機(jī)冷頭插入套管內(nèi)，然后緊固制冷機(jī)冷頭與杜瓦法蘭之間的連接螺栓即可；當(dāng)需要拆卸時，只需將連接螺栓旋出，就可直接向上取出制冷機(jī)冷頭，總之，拆卸與安裝操作不破壞杜瓦真空，非常方便。3、套管內(nèi)徑與制冷機(jī)冷頭外徑之間配合間隙盡可能小，這樣可避免套管內(nèi)上部常溫介質(zhì)與下部低溫介質(zhì)之間的對流換熱，同時因?yàn)樘坠苤睆叫亩鴾p小了傳導(dǎo)漏熱。


圖1為本發(fā)明低溫介質(zhì)液化裝置主視結(jié)構(gòu)局部剖視示意圖； 圖2為圖1和圖4的A-A剖視圖3為圖2和圖4的M處放大圖4為具有2個換熱組件的集成低溫介質(zhì)液化裝置主視結(jié)構(gòu)局部剖視示意圖；； 圖5為圖4的B-B橫截面示意圖6為具有3個換熱組件的集成低溫介質(zhì)液化裝置橫向剖視示意圖。各附圖中標(biāo)志對應(yīng)的名稱為1一杜瓦，2—換熱器，3—套管，4一制冷機(jī)冷頭，5—杜瓦上法蘭， 6—真空區(qū)域， 7—集液管，7.1—連接口，8—傳輸管， 9一低溫介質(zhì)區(qū)域，10—密封圈。
具體實(shí)施方案結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明如下
實(shí)施例1:如圖1、2、3所示一種低溫介質(zhì)液化裝置，有一個杜瓦1和換熱組件；所述換熱組件有換熱器2、套管3、制冷機(jī)冷頭4、集液管7、傳輸管8 ；其中杜瓦1、套管3、集液管7及傳輸管8均可用不銹鋼管材制作，換熱器2用高導(dǎo)熱率材料，如紫銅制作。所述套管 3上端密封固定連接在杜瓦1內(nèi)腔上部，下端與集液管7密封固定聯(lián)通；所述傳輸管8 一端與集液管7下部密封固定聯(lián)通，中部與杜瓦1密封固定連接，另一端通向杜瓦1外部；制冷機(jī)冷頭4選用GM制冷機(jī)冷頭，其上部與杜瓦1密封固定連接，下部在套管3的內(nèi)腔中，下端連接一個換熱器2 ；所述換熱器2插入集液管7內(nèi)；套管3和集液管7及傳輸管8的內(nèi)壁與制冷機(jī)冷頭4外壁構(gòu)成低溫介質(zhì)區(qū)域9 ；套管3和集液管7及傳輸管8的外壁與杜瓦1的內(nèi)壁及法蘭5構(gòu)成真空區(qū)域6。杜瓦1上部有一個法蘭5，套管3焊接在法蘭5上。制冷機(jī)冷頭4的上部與杜瓦1固定密封連接是以螺栓固定連接在杜瓦1的法蘭5上；固定密封連接的密封件是制冷機(jī)冷頭4與法蘭5連接面之間的“0”形橡膠的密封圈10。傳輸管8在杜瓦1外部的部分有一段管為用于減小漏熱的真空夾層管；該真空夾層管外壁與杜瓦1焊接。 套管3和集液管7的外壁及傳輸管8位于真空區(qū)域6中的一段的外壁有隔熱層，本實(shí)施例是雙面鍍鋁滌綸薄膜和玻璃纖維布制成的多層隔熱層。所述套管3應(yīng)有一定的長度，壁厚在滿足受力要求的前提下應(yīng)盡可能薄，一般取0. 5-1毫米之間。套管3內(nèi)徑在保證制冷機(jī)冷頭4安裝容易的前提下盡可能小，套管3內(nèi)壁與制冷機(jī)冷頭4之間具有間隙，該間隙小于2. 5毫米，本實(shí)施例選為1毫米；套管3外壁包裹有隔熱材料制成的隔熱層，本實(shí)施例是十層雙面鍍鋁滌綸薄膜和玻璃纖維布制成的隔熱層，也可以是涂上的隔熱層。集液管7 橫向、或豎向焊接在套管3下方，本實(shí)施例是橫向安裝，集液管7上的連接口 7.1在上側(cè)面； 傳輸管8為單管，即液態(tài)及氣態(tài)低溫介質(zhì)在同一根管內(nèi)傳輸。傳輸管8也可以為雙管，即液態(tài)及氣態(tài)低溫介質(zhì)分別在各自的通道內(nèi)傳輸。實(shí)施例2:與實(shí)施例1不同的是，其制冷機(jī)冷頭4與法蘭5連接面之間的“0”形密封圈10為金屬密封圈；真空區(qū)域6其空間內(nèi)壁與杜瓦1外壁之間全部有多層隔熱層；套管3外壁有隔熱材料制成的隔熱層，本實(shí)施例是十層雙面鍍鋁滌綸薄膜和玻璃纖維布制成的隔熱層；集液管7豎向安裝，連接口 7. 1在上端面上；套管3內(nèi)壁與制冷機(jī)冷頭4之間具有間隙為0.5毫米。實(shí)施例3:如圖2、3、4所示，與實(shí)施例1不同的是為一種具有2個換熱組件的集成低溫介質(zhì)液化裝置，有ι個杜瓦1和2個換熱組件；每個換熱組件包括1個換熱器2和 1個套管3及1個制冷機(jī)冷頭4 ；各個換熱組件共有1個集液管7，還共有傳輸管8 ；所述套管3上端密封固定連接在杜瓦1內(nèi)腔上部，下端與集液管7密封固定聯(lián)通；所述傳輸管8 一端與集液管7下部密封固定聯(lián)通，中部與杜瓦1密封固定連接，另一端通向杜瓦1外部；每個制冷機(jī)冷頭4的上部與杜瓦1密封固定連接，下部在套管3的內(nèi)腔中，下端連接一個換熱器2 ；所述換熱器2插入集液管7內(nèi)；套管3和集液管7及傳輸管8的內(nèi)腔組成低溫介質(zhì)區(qū)域9 ；套管3和集液管7及傳輸管8的外壁與杜瓦1的內(nèi)壁之間構(gòu)成真空區(qū)域6 ；套管3內(nèi)壁與制冷機(jī)冷頭4之間具有間隙為2. 5毫米。實(shí)施例4:如圖2、3、5所示，與實(shí)施例3不同的是為一種具有3個換熱組件的集成低溫介質(zhì)液化裝置，即有ι個杜瓦1，其內(nèi)有3個換熱組件；套管3內(nèi)壁與制冷機(jī)冷頭4之間具有間隙為1.5毫米。對本發(fā)明的制造工藝、原理說明如下先將加工好的換熱器2安裝在制冷機(jī)冷頭4 下端，然后將制冷機(jī)冷頭4插入套管中。換熱器2設(shè)計(jì)應(yīng)有足夠的換熱面積，使制冷機(jī)冷頭4與低溫介質(zhì)之間換熱溫差盡可能小，同時，換熱器2的重量須滿足制冷機(jī)冷頭4對重量的要求(一般制冷機(jī)冷頭4都規(guī)定了最大承受重量)。換熱器2全部置于集液管7內(nèi)，制冷機(jī)冷頭4直接與低溫介質(zhì)接觸，氣態(tài)低溫介質(zhì)在換熱器2上冷凝液化，冷凝后的液體低溫介質(zhì)因重力作用匯集在一起，通過傳輸管8輸送輸送到杜瓦1外部被冷卻對象。傳輸管8為套管式，即外層是真空夾層，內(nèi)部是輸送氣液態(tài)低溫介質(zhì)管道。液體氣化蒸發(fā)帶走熱量，然后氣態(tài)低溫介質(zhì)再經(jīng)傳輸管8回到集液管7內(nèi)，再經(jīng)制冷機(jī)冷頭4液化，如此反復(fù)循環(huán)。在工作過程中，傳輸管8為單管時，其管道內(nèi)既有氣態(tài)、也有液態(tài)低溫介質(zhì)通過，且流向相反，因此，傳輸管8為單管的技術(shù)方案只適合低溫介質(zhì)流量較小的工作場合；當(dāng)流量較大時，宜用雙管傳輸，即一根管走液體，另一根管走氣體。
本發(fā)明權(quán)利要求保護(hù)范圍不限于上述實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種低溫介質(zhì)液化裝置，其特征在于包括杜瓦(1)和換熱組件；所述換熱組件包括換熱器(2)、套管(3)、制冷機(jī)冷頭(4)、集液管(7)、傳輸管(8)；所述套管(3)上端密封固定連接在杜瓦(1)內(nèi)腔上部，下端與集液管(7)密封固定聯(lián)通；所述傳輸管(8)—端與集液管 (7)下部密封固定聯(lián)通，中部與杜瓦(1)密封固定連接，另一端通向杜瓦(1)外部；制冷機(jī)冷頭(4)的上部與杜瓦(1)密封固定連接，下部在套管(3)的內(nèi)腔中，下端連接一個換熱器 (2)；所述換熱器(2)插入集液管(7)內(nèi)；套管(3)和集液管(7)及傳輸管(8)的內(nèi)壁與制冷機(jī)冷頭(4 )外壁構(gòu)成低溫介質(zhì)區(qū)域(9 )；套管(3 )和集液管(7 )及傳輸管(8 )的外壁與杜瓦 (1)的內(nèi)壁及法蘭(5)構(gòu)成真空區(qū)域(6)。
2.如權(quán)利要求1所述的低溫介質(zhì)液化裝置，其特征在于杜瓦(1)上部有一個法蘭 (5)，套管(3)焊接在法蘭(5)上。
3.如權(quán)利要求1所述的低溫介質(zhì)液化裝置，其特征在于制冷機(jī)冷頭(4)的上部與杜瓦 (1)固定密封連接是以螺栓固定連接在杜瓦(1)的法蘭(5)上；固定密封連接的密封件是制冷機(jī)冷頭(4)與法蘭(5)連接面之間的“0”形橡膠的或金屬的密封圈(10)。
4.如權(quán)利要求1所述的低溫介質(zhì)液化裝置，其特征在于傳輸管(8)在杜瓦(1)外部的部分有一段管為用于減小漏熱的真空夾層管；該真空夾層管外壁與杜瓦(1)焊接。
5.如權(quán)利要求1所述的低溫介質(zhì)液化裝置，其特征在于套管(3)和集液管(7)的外壁及傳輸管(8)位于真空區(qū)域(6)中的一段的外壁有隔熱層。
6.如權(quán)利要求1所述的低溫介質(zhì)液化裝置，其特征在于所述套管(3)內(nèi)壁與制冷機(jī)冷頭(4)之間具有間隙；套管(3)外壁包裹或涂有多層隔熱材料制成的隔熱層。
7.如權(quán)利要求1所述的低溫介質(zhì)液化裝置，其特征在于所述集液管(7)橫向或豎向焊接在套管(3)下方；橫向安裝的集液管(7)上的連接口(7. 1)在上側(cè)面；豎向安裝的集液管 (7)上的連接口(7. 1)在上端面上。
8.如權(quán)利要求1所述的低溫介質(zhì)液化裝置，其特征在于所述的傳輸管(8)為單管，即液態(tài)及氣態(tài)低溫介質(zhì)在同一根管內(nèi)傳輸。
9.如權(quán)利要求1所述的低溫介質(zhì)液化裝置，其特征在于所述的傳輸管(8)為雙管，即液態(tài)及氣態(tài)低溫介質(zhì)分別在各自的通道內(nèi)傳輸。
10.一種具有多個換熱組件的集成低溫介質(zhì)液化裝置，其特征在于，包括1個杜瓦(1) 和至少2個換熱組件；每個換熱組件包括1個換熱器(2)和1個套管(3)及1個制冷機(jī)冷頭(4)；各個換熱組件共有1個集液管(7)，還共有傳輸管(8)；所述套管(3)上端密封固定連接在杜瓦(1)內(nèi)腔上部，下端與集液管(7 )密封固定聯(lián)通；所述傳輸管(8 ) 一端與集液管 (7)下部密封固定聯(lián)通，中部與杜瓦(1)密封固定連接，另一端通向杜瓦(1)外部；每個制冷機(jī)冷頭(4)的上部與杜瓦(1)密封固定連接，下部在套管(3)的內(nèi)腔中，下端連接一個換熱器(2 )；所述換熱器(2 )插入集液管(7 )內(nèi)；套管(3 )和集液管(7 )及傳輸管(8 )的內(nèi)腔組成低溫介質(zhì)區(qū)域(9)；套管(3)和集液管(7)及傳輸管(8)的外壁與杜瓦(1)的內(nèi)壁之間構(gòu)成真空區(qū)域(6)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種低溫介質(zhì)液化裝置，包括杜瓦和換熱組件；所述換熱組件包括換熱器、套管、制冷機(jī)冷頭、集液管、傳輸管；套管上端密封固定連接在杜瓦內(nèi)腔上部，下端與集液管密封固定聯(lián)通；傳輸管一端與集液管下部密封固定聯(lián)通，中部與杜瓦密封固定連接，另一端通向杜瓦外部被冷卻對象；制冷機(jī)冷頭的上部與杜瓦密封固定連接，下部在套管的內(nèi)腔中，下端連接一個換熱器。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是一種既充分利用制冷機(jī)冷頭低溫端的傳熱面積，并減小漏熱量，提高工作效率和節(jié)約能源，又方便安裝和拆卸，降低制造和維護(hù)成本的低溫介質(zhì)液化裝置。
文檔編號F17C13/00GK102155610SQ20111004066
公開日2011年8月17日 申請日期2011年2月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月19日
發(fā)明者代義軍, 方芳, 鄭軍, 陳偉 申請人:中國船舶重工集團(tuán)公司第七一二研究所