CN104676248A - 一种氦气循环系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种氦气循环系统，包括氦气瓶、换热装置，还包括抽真空装置、稳压装置、第一压缩装置、第二压缩装置、调温装置、实验段，其中：氦气瓶的输出端同时连接第一压缩装置和第二压缩装置的输入端，第一压缩装置连接有稳压装置；稳压装置连接有抽真空装置；稳压装置输出端接入第二压缩装置输入端；第二压缩装置输出端经过第一流量计接入第二压缩装置输入端，形成第二压缩装置回路，同时第二压缩装置输出端经过第二流量计与调温装置输入端连接，调温装置输出端连接实验段输入端，实验段输出端经换热装接入第二压缩装置输入端。本发明通过氦气循环系统使氦气进入实验段，为实验段提供所需的低温或者高温和压力条件。

Description

一种氦气循环系统

技术领域

本发明涉及冷却加工技术领域，尤其是涉及氦气流动来实现冷却实验段的一种氦气循环系统。

背景技术

氦气是一种无色无味惰性气体，很难与其他的物质发生化学反应，氦气的沸点低，仅仅是4.3K(0.1MPa)，可以储存低温氦气，作为低温冷源，可使氦气作为实验系统的冷却介质，其惰性特点，可使氦气作为实验系统的保压气体，在利用氦气作为保压介质时，需要保证氦气纯度，减少氦气中空气含量，现有技术中，没有可以保证氦气纯度的系统与装置，另外，现有技术中，氦气在经过被冷却装置后会排除到空气中，造成氦气浪费，不能循环利用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种经过实验段的氦气纯度高、氦气能够循环利用的氦气循环系统。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

一种氦气循环系统，包括氦气瓶、换热装置，还包括抽真空装置、稳压装置、第一压缩装置、第二压缩装置、调温装置、实验段，其中：

氦气瓶的输出端同时连接第一压缩装置和第二压缩装置的输入端，第一压缩装置连接有稳压装置；

稳压装置连接有抽真空装置；

稳压装置输出端接入第二压缩装置输入端；

第二压缩装置输出端经过第一流量计接入第二压缩装置输入端，形成第二压缩装置回路，同时第二压缩装置输出端经过第二流量计与调温装置输入端连接，调温装置输出端连接实验段输入端，实验段输出端经换热装接入第二压缩装置输入端。

优选的，在上述技术方案中，氦气瓶的输出的氦气依次经截止阀V11、压力指示器P11、第一压缩装置进入稳压装置的输入端，同时氦气瓶的输出的氦气依次经截止阀V11、压力指示器P11、截止阀V12、压力指示器P12、温度指示器T11进入第二压缩装置5的输入端。

优选的，在上述技术方案中，稳压装置包括稳压器、排空阀V31、设于稳压器输入端的截止阀V32、设于输出端的截止阀V33、用于检测稳压器的压力和温度的压力指示器P31和温度指示器T31以及起过载保护的安全阀V34。

优选的，在上述技术方案中，抽真空装置包括真空泵，远离真空泵入口方向依次设有压力指示器P21、截止阀V21。

优选的，在上述技术方案中，第二压缩装置包括压缩机、设于压缩机输入端的压力指示器P51和温度指示器T51；压缩机输出端与第一流量计之间设于有调节阀V51，第一流量计与第二压缩装置输入端之间设有排空阀V53；压缩机输出端与第二流量计之间依次设于有调节阀V52、压力指示器P52、温度指示器T52。

优选的，在上述技术方案中，实验段与换热装置之间设有安全阀V71，换热装置经过排空阀V53接入第二压缩装置输入端。

优选的，在上述技术方案中，实验段包括并联的实验段一、实验段二；靠近实验段一输入端方向依次设有截止阀V81、温度指示器T81、压力指示器P81，靠近实验段一输出端方向依次设有截止阀V82、温度指示器T82、压力指示器P82；靠近实验段二输入端方向依次设有截止阀V83、温度指示器T83、压力指示器P83，靠近实验段二输出端方向依次设有截止阀V84、温度指示器T84、压力指示器P84。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明通过氦气循环系统为实验段提供所需的温度、压力条件，氦气的沸点为4.3K(0.1MPa)，氦气瓶可储存极低温度下的气相氦，一般实验不需要如此低的温度，因此通过该氦气循环系统的调温装置能够适当加热，使氦气达到实验段需要的低温或者高温，实现对实验段的冷却或者加热；各个温度指示器使回路中的氦气温度得到严格的控制，为实验段提供需要的温度条件；各个压力指示器使回路中的氦气压力得到严格的控制，为实验段提供需要的压力条件。

本发明中所采用的抽真空装置，在为实验段提供氦气前，进行抽真空操作，使整个循环系统中空气量减少到最低，提高了氦气的纯度，在以氦气作为保压介质时，氦气的纯度直接影响实验段的实验结果，而抽真空装置的设计极大的避免了此问题。

本发明中第二压缩装置回路中的第一流量计和第二压缩装置与调温装置间的第二流量计的设计能够实时监测循环系统中的氦气流量，并通过调节调节阀V51，V52开度，实现循环系统氦气气量的调节和控制。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1是本发明结构框图；

图2是本发明具体实施方式示意图。

具体实施方式

如图1、图2所示，本发明提供的一种氦气循环系统，包括氦气瓶1、换热装置7，抽真空装置2、稳压装置3、第一压缩装置4、第二压缩装置5、调温装置6、实验段8。

氦气瓶1连接截止阀V11，再依次连接压力指示器P11、截止阀V12，截止阀V12依次连接压力指示器P11、温度指示器T11，再连接到第二压缩装置5输入端，第二压缩装置5包括压缩机51，压缩机51的输入端连接有压力指示器P51、温度指示器T51，压缩机51的输出端依次连接调节阀V51、第一流量计F1、排空阀V53，再连接到第二压缩装置5输入端形成循环回路；同时压缩机51输出端连接调节阀V52，调节阀V52依次连接压力指示器P52、温度指示器T52、第二流量计F2、调温装置6；调温装置6与实验段8输入端连接，实验段8输出端与换热装置7之间设有安全阀V71，换热装置7通过排空阀V53连接到接到第二压缩装置5输入端形成循环回路。

氦气瓶1通过截止阀V11、压力指示器P11连接到第一压缩装置4，第一压缩装置4连接截止阀V32，再连接到稳压装置3中的稳压器31的输入端，稳压装置3包括排空阀V31、安全阀V34、温度指示器T31和压力指示器P31，稳压装置3的输出端经过截止阀V33连接到第二压缩装置5输入端。

抽真空装置2中的真空泵21入口通过压力指示器P21、截止阀V21与稳压装置3连接。

在上述实施方式中，优选实验段8包括实验段一81、实验段二82，靠近实验段一81输入端方向依次设有截止阀V81、温度指示器T81、压力指示器P81，靠近实验段一81输出端方向依次设有截止阀V82、温度指示器T82、压力指示器P82；靠近实验段二82输入端方向依次设有截止阀V83、温度指示器T83、压力指示器P83，靠近实验段二82输出端方向依次设有截止阀V84、温度指示器T84、压力指示器P84。

本发明的具体操作方式如下：

1、减少循环系统中空气量的操作：

关闭排空阀V53、V31、截止阀V81、V82、V83、V84以及氦气瓶1与截止阀V11，打开其他阀门。启动真空泵21，向回路系统抽真空，同时观测压力指示器P21读数，根据试验段需求氦气的纯度，当压力指示器P21达到实验段8要求值时，关闭真空泵21与截止阀V21。根据实验要求，可打开氦气瓶1与截止阀V11，向回路充气，充气完成后关闭氦气瓶1与截止阀V11，并重复此过程，能够使循环系统中空气量达到最少。

2、向循环系统充气操作：

打开氦气瓶1与截止阀V11，向本循环系统充气，氦气充入各个回路和稳压器31，充气完成后，关闭截止阀V11和截止阀V12、V32。

根据回路中的压力指示器读数，并与实验段8所需压力比较，如果回路中的压力过高，则应降低充气回路的压力，需关闭截止阀V11，打开截止阀V32、截止阀V21，并打开真空泵21，将稳压器31中的气体缓慢抽出，使充气回路的压力逐渐降低，达到实验压力的要求。

达到试验要求后，先关闭截止阀V32、截止阀V21，再关闭真空泵21，压力指示器P21显示真空泵21的压力值，压力指示器P31、温度指示器T31显示稳压器31的压力和温度，稳压器31上安装的安全阀V34起过载保护作用。

如果回路中的压力过低，可打开氦气瓶1与截止阀V11和截止阀V32，启动第一压缩装置4，向循环系统中缓慢充气，增加回路压力，压力指示器P31显示稳压器31的压力，增压完成后关闭氦气瓶1与截止阀V11和截止阀V32。

3、对实验段的冷却或加热操作：

打开调温装置6，对循环系统中的氦气进行适当加热，因为氦气储存的温度极低，一般实验不需要如此低的温度，根据实验要求，如实验段需冷却，则将氦气加热到常温以下的冷却温度，如实验段需加热，则将氦气加热到常温以上的加热温度，循环系统中温度指示器T52、温度指示器T81、温度指示器T83严格监测回路温度，调温装置6根据这些温度指示器的指示进行调节。

打开截止阀V81、V82、V83、V84，启动压缩机51，通过第一流量计F1、第二流量计F2的监测，调节调节阀V51，V52开度，实现系统氦气流量的调节和控制。

通过压力指示器P81、P83、P52的监测，调节压缩机51的功率，实现本循环系统压力的控制。

通过温度指示器T81、T83、T52的监测，调节调温装置6的功率，严格控制氦气温度。通过氦气循环实现实验段8的冷却或加热以及压力的控制。

4、氦气循环操作：

当对实验段8进行冷却时，则实验段8输出的是低温氦气，换热装置7不工作，流出氦气直接进入第二压缩装置5输入端进行下一次循环。

当对实验段8进行高温加热时，则实验段8输出的是高温氦气，则需启动换热装置7，对实验段8输出的高温氦气进行散热，散热后的氦气进入第二压缩装置5输入端进行下一次循环，通过温度指示器T51的监测，调节换热装置7的功率，使散热后的氦气满足循环要求。

上述实施方式旨在举例说明本发明可为本领域专业技术人员实现或使用，对上述实施方式进行修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，故本发明包括但不限于上述实施方式，任何符合本权利要求书或说明书描述，符合与本文所公开的原理和新颖性、创造性特点的方法、工艺、产品，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种氦气循环系统，包括氦气瓶(1)、换热装置(7)，其特征在于，还包括抽真空装置(2)、稳压装置(3)、第一压缩装置(4)、第二压缩装置(5)、调温装置(6)、实验段(8)，其中：

氦气瓶(1)的输出端同时连接第一压缩装置(4)和第二压缩装置(5)的输入端，第一压缩装置(4)连接有稳压装置(3)；

稳压装置(3)连接有抽真空装置(2)；

稳压装置(3)输出端接入第二压缩装置(5)输入端；

第二压缩装置(5)输出端经过第一流量计(F1)接入第二压缩装置(5)输入端，形成第二压缩装置回路，同时第二压缩装置(5)输出端经过第二流量计(F2)与调温装置(6)输入端连接，调温装置(6)输出端连接实验段(8)输入端，实验段(8)输出端经换热装置(7)接入第二压缩装置(5)输入端。

2.根据权利要求1所述的一种氦气循环系统，其特征在于，氦气瓶(1)的输出的氦气依次经截止阀(V11)、压力指示器(P11)、第一压缩装置(4)进入稳压装置(3)的输入端，同时氦气瓶(1)的输出的氦气依次经截止阀(V11)、压力指示器(P11)、截止阀(V12)、压力指示器(P12)、温度指示器(T11)进入第二压缩装置(5)的输入端。

3.根据权利要求2所述的一种氦气循环系统，其特征在于，稳压装置(3)包括稳压器(31)、排空阀(V31)、设于稳压器(31)输入端的截止阀(V32)、设于输出端的截止阀(V33)、用于检测稳压器(31)的压力和温度的压力指示器(P31)和温度指示器(T31)以及起过载保护的安全阀(V34)。

4.根据权利要求3所述的一种氦气循环系统，其特征在于，抽真空装置(2)包括真空泵(21)，远离真空泵(21)入口方向依次设有压力指示器(P21)、截止阀(V21)。

5.根据权利要求4所述的一种氦气循环系统，其特征在于，第二压缩装置(5)包括压缩机(51)、设于压缩机(51)输入端的压力指示器(P51)和温度指示器(T51)；压缩机(51)输出端与第一流量计(F1)之间设于有调节阀(V51)，第一流量计(F1)与第二压缩装置(5)输入端之间设有排空阀(V53)；压缩机(51)输出端与第二流量计(F2)之间依次设有调节阀(V52)、压力指示器(P52)、温度指示器(T52)。

6.根据权利要求5所述的一种氦气循环系统，其特征在于，实验段(8)与换热装置(7)之间设有安全阀(V71)，换热装置(7)经过排空阀(V53)接入第二压缩装置(5)输入端。

7.根据权利要求1-6任一项所述的一种氦气循环系统，其特征在于，实验段(8)包括并联的实验段一(81)、实验段二(82)；靠近实验段一(81)输入端方向依次设有截止阀(V81)、温度指示器(T81)、压力指示器(P81)，靠近实验段一(81)输出端方向依次设有截止阀(V82)、温度指示器(T82)、压力指示器(P82)；靠近实验段二(82)输入端方向依次设有截止阀(V83)、温度指示器(T83)、压力指示器(P83)，靠近实验段二(82)输出端方向依次设有截止阀(V84)、温度指示器(T84)、压力指示器(P84)。