CN108181954B - 一种用于深海采样的保低温装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于深海采样的保低温装置，包括设有液氮室和保温室的壳体，液氮室和保温室的开口分别由顶盖扣合，所述液氮室内设有液氮瓶，所述保温室内设有保温内胆，保温内胆外盘绕有保温盘管，保温盘管的进口端与伸入液氮瓶内部的进液管连通，所述进液管上安装有第一截止阀和第一单向阀；保温盘管的出口端伸入保温室与保温内胆之间的夹层，所述出口端上安装有第二单向阀。该保低温装置的保温方式为主动保温，温度可控。
Description
技术领域
本发明涉及深海采样技术领域，尤其涉及一种利用液氮主动保低温的深海采样保温装置。
背景技术
目前对深海生物、冷泉、沉积物等的保真采样中保压技术已愈渐成熟，但保温措施形式单一，大多采用被动保温，主要有以下几种方式：
(1)采用双层结构，对中间的夹层进行抽真空和/或填充保温绝热材料。该双层保温结构外形尺寸大，制造成本高；
(2)在采样筒外层涂敷绝热涂层。对绝热涂层材料的抗压性能、防水性、抗腐蚀性及绝热性都有较高要求；
(3)将采样装置放入绝热材料制成的厚壁容器中，通过增大热阻的方式减少外界热量的传导，达到保温的目的。
被动保温的方式以样本温升值不超过允许值为前提，样本的温升允许值决定了采样装置的结构尺寸，绝缘材料的厚度；样品回收时的温升取决于回收时间，样品品质与回收时间密切相关，一旦样本回收不及时，势必造成样本温度超过允许值，降低样本的品质；采样装置的保温和保压结构互为一体，任一功能失效就需整体替换，互换性差。
由于被动保温措施的缺点，需对采样装置采取主动保温的方式，对样本进行主动制冷，以吸收外界传入的热量，防止样品温度升高。
由于深海特殊的环境，不希望采用大的外接电源，并且要求保温装置具有节能环保、能耐高压、温度可控的优点。
发明内容
本发明提供了一种用于深海采样的保低温装置，该保低温装置的保温方式为主动保温，温度可控。
本发明提供了如下技术方案：
一种用于深海采样的保低温装置，包括设有液氮室和保温室的壳体，液氮室和保温室的开口分别由顶盖扣合，所述液氮室内设有液氮瓶，所述保温室内设有保温内胆，保温内胆外盘绕有保温盘管，保温盘管的进口端与伸入液氮瓶内部的进液管连通，所述进液管上安装有第一截止阀和第一单向阀；保温盘管的出口端伸入保温室与保温内胆之间的夹层，所述出口端上安装有第二单向阀。
该保低温装置也同样适用于陆地上的保低温。
所述的液氮瓶具有内层和外层，内层和外层之间填充有保温材料并且保持真空；所述的外层耐高压。
优选的，保低温装置还包括控制器，所述控制器根据预设的保温程序控制所述第一截止阀的开关。
本发明的保低温装置的工作过程如下：在下水前，向液氮瓶内加注液氮，使进液管的入口伸入到液氮的液面下，打开安全阀，关闭所有截止阀和顶盖；将采样装置与保温装置一同随深潜器下沉到采样点，采样装置进行采样，采样结束后，打开保温室的顶盖，将装有样品的采样器放入后关闭该顶盖；保温装置随深潜器上升，当上升至预设高度后，控制器打开第一截止阀，液氮瓶内的液氮通过第一截止阀和第一单向阀进入保温盘管气化吸热，实现对保温内胆的主动保温。随着保温装置高度的上升，保温盘管内的液氮已气化成气态通过第二单向阀流出。
进液管入口处于液氮的液面以下，通过液氮瓶顶部的气态氮气的压力将液氮压入进液管，从而进入保温盘管内部。
优选的，所述的进液管上安装有第一节流阀，所述保温盘管的出口端安装有第二节流阀，所述的保温内胆内安装有温度传感器；
所述温度传感器采集保温内胆内的温度并传送给控制器，控制器分析保温内胆内的温度与预设温度的差值，并根据分析结果控制所述第一节流阀和第二节流阀。
控制器对保温内胆内的温度与预设温度的差值进行分析，当保温内胆内的温度高于预设温度时，控制器调大第一节流阀和第二节流阀的流量，使保温盘管内液氮的流量增大，提高降温效果，使保温内胆内的温度与预设温度保持一致；反之，则调小第一节流阀和第二节流阀的流量，使保温盘管内液氮的流量减小，降低降温效果，使保温内胆内的温度与预设温度保持一致。该技术方案的保低温装置不仅能进行主动保温，还可以精准控制保温温度。
优选的，所述的第一节流阀和第二节流阀为电磁节流阀。
优选的，所述的液氮室内还设有气化室，所述气化室通过气化室进液管和气化室出气管分别与液氮瓶的底部和顶部连通；
所述的气化室进液管上安装有第二截止阀和第三单向阀，气化室出气管上安装有第四单向阀；
控制器根据保温内胆内的温度与预设温度的差值控制第二截止阀的开关。
气化室进液管的管口处于液氮的液面以下，气化室出气管的管口处于液氮的液面以上，当控制器检测到保温内胆内的温度高于预设温度时，控制器打开第二截止阀，液氮通过气化室进液管进入到气化室内，在气化室内升温迅速气化，气化后的氮气通过气化室出气管排入液氮瓶的顶部，增大液氮瓶内气态氮气的压力，实现液氮瓶的自增压，保证液氮持续不断地排入到保温盘管内。
在液氮没有进入保温盘管之前，保温盘管受到海水的压力，保温盘管内外压力不平衡，容易被外部的海水压扁。为了防止保温盘管被海水压扁，优选的，保低温装置还设有平衡腔，所述平衡腔由平衡活塞分割成第一腔室和第二腔室，所述第一腔室与壳体外界相连通，所述第二腔室与保温盘管连通，所述第二腔室内装有平衡液。
平衡液填充在保温盘管内，通过平衡腔平衡保温盘管内外的压力，防止保温盘管被海水压扁。
优选的，所述的平衡液的熔点低于液氮的温度。可以防止平衡液在保温盘管内凝固，堵塞保温盘管。
优选的，所述的液氮瓶顶部设有安全管，所述安全管上安装有安全阀和第五单向阀。
安全阀的设置可以防止液氮瓶内的压力过大，保证保低温装置整体的安全性。
优选的，所述的壳体和顶盖由保温材料制成。壳体和顶盖由保温材料制成，可以提高其保温效果。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明的保低温装置结构简单，利用液氮作为制冷剂实现对所采样品的主动保温并且保温温度可控、精准。
附图说明
图1为本发明保低温装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明作进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
保低温装置包括由壳体1围成的液氮室2和保温室3，液氮室2和保温室3的开口分别由液氮室顶盖21和保温室顶盖31扣合，保温室顶盖31上开设有通孔311，保温室3通过通孔311与壳体外部相通。壳体1、液氮室顶盖21和保温室顶盖31由保温材料制成。
液氮室2内装有液氮瓶4，保温室3内设置有保温内胆5，保温内胆5的外周盘绕有保温盘管51，保温盘管51的进口端与伸入液氮瓶4内部的进液管41连通，进液管41上设有第一截止阀411、第一电磁节流阀412和第一单向阀413；出口端位于保温室3与保温内胆5的夹层内，出口端上安装有第二单向阀512和第二节流阀511。
保温内胆5内设有温度传感器52，用于采集保温内胆5内的温度并传送给控制器6，控制器6分析保温内胆内的温度与预设温度的差值，并根据分析结果控制第一截止阀411、第一电磁节流阀412和第二电磁节流阀511。采用装置放入保温内胆5后，控制器打开第一截止阀。当保温内胆内的温度高于预设温度时，控制器6调大第一电磁节流阀412和第二电磁节流阀511的流量，使保温盘管内液氮的流量增大，提高降温效果，使保温内胆5内的温度与预设温度保持一致；反之，则调小第一电磁节流阀412和第二电磁节流阀511的流量，使保温盘管51内液氮的流量减小，降低降温效果，使保温内胆内的温度与预设温度保持一致。该技术方案的保低温装置不仅能进行主动保温，还可以精准控制保温温度。
液氮从液氮瓶4内通过进液管41从保温盘管进口端进入保温盘管51吸热气化，通过出口端排出到保温室内，再从保温室顶盖31的通孔311流出保温室。将氮气从保温盘管51的出口端排入保温室内，可以充分利用氮气的冷量，避免浪费，并且可以使海水在保温室内进行强迫对流，加快冷量的传递。
液氮室2内还设置有气化室8，气化室8通过气化室进液管和气化室出气管分别与液氮瓶4的底部和顶部连通。气化室进液管上设有第二截止阀81和第三单向阀82，气化室出气管上设有第四单向阀83。当保温内胆5内的温度高于预设温度时，控制器6打开第二截止阀81，液氮进入气化室内吸热快速气化，通过气化室出气管进入液氮瓶4内，增大液氮瓶4内的压力，实现自增压，使液氮能连续顺利的进入保温盘管51内。
液氮室2内设有平衡腔7，平衡腔7由平衡活塞71分割为第一腔室72和第二腔室73，第一腔室72与外部海水相连通，第二腔室73与保温盘管连通，第二腔室73内装有平衡液，平衡液的熔点需低于液氮的温度。平衡液填充在保温盘管51内，通过平衡腔7平衡保温盘管51内外的压力，防止保温盘管被海水压扁。平衡活塞上设有O型圈。
液氮瓶4顶部设有与外界连通的安全管42，安全管42上安装有第五单向阀422和安全阀421，安全阀421的设置可以防止液氮瓶4内的压力过大，保证保低温装置整体的安全性。
保低温装置的工作过程如下：
在下水前，向液氮瓶4内加注液氮，使进液管41的入口伸入到液氮的液面下，关闭所有阀门和顶盖；将采样装置与保低温装置一同随深潜器下沉到采样点，采样装置进行采样，采用结束后，打开保温室顶盖31，将装有样品的采样器放入后关闭该顶盖；保低温装置随深潜器上升，当上升至预设高度后，控制器6打开第一截止阀411，当盘管内液氮气化后，压力升高，当压力大于外界海水的压力时，第一截止阀411后面的第一单向阀413打开，液氮瓶4内的液氮进入保温盘管51气化吸热，实现对保温内胆5的主动保温。保温盘管51内的气态氮通过第二单向阀512流出。
随着保低温装置高度的上升，外界海水的温度逐渐升高，保低温装置内的温度由于热的传递也开始升高，温度传感器52将感应到的温度变化转化为电信号传给控制器6，控制器6根据预设温度进行分析，根据分析结果控制第一电磁节流阀412和第二电磁节流阀511的开口打开，控制液氮的流量，从而条件保温效率，使保温内胆内的温度与预设温度保持一致。
气化室进液管的管口处于液氮的液面以下，气化室出气管的管口处于液氮的液面以上，当保温内胆5内的温度高于预设温度时，控制器6打开第二截止阀81，液氮通过气化室进液管进入到气化室8内，在气化室8内迅速气化，气化后的氮气通过气化室出气管排入液氮瓶4的顶部，增大液氮瓶4内气态氮气的压力，实现液氮瓶4的自增压，保证液氮持续不断地排入到保温盘管内。
以上所述的实施例对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种用于深海采样的保低温装置，其特征在于，包括设有液氮室和保温室的壳体，液氮室和保温室的开口分别由顶盖扣合，所述液氮室内设有液氮瓶，所述保温室内设有保温内胆，保温内胆外盘绕有保温盘管，保温盘管的进口端与伸入液氮瓶内部的进液管连通，所述进液管上安装有第一截止阀和第一单向阀；保温盘管的出口端伸入保温室与保温内胆之间的夹层，所述出口端上安装有第二单向阀。
2.根据权利要求1所述的用于深海采样的保低温装置，其特征在于，还包括控制器，所述控制器根据预设的保温程序控制所述第一截止阀的开关。
3.根据权利要求2所述的用于深海采样的保低温装置，其特征在于，所述的进液管上安装有第一节流阀，所述保温盘管的出口端安装有第二节流阀，所述的保温内胆内安装有温度传感器；
所述温度传感器采集保温内胆内的温度并传送给控制器，控制器分析保温内胆内的温度与预设温度的差值，并根据分析结果控制所述第一节流阀和第二节流阀。
4.根据权利要求3所述的用于深海采样的保低温装置，其特征在于，所述的第一节流阀和第二节流阀为电磁节流阀。
5.根据权利要求2所述的用于深海采样的保低温装置，其特征在于，所述的液氮室内还设有气化室，所述气化室通过气化室进液管和气化室出气管分别与液氮瓶的底部和顶部连通；
所述的气化室进液管上安装有第二截止阀和第三单向阀，气化室出气管上安装有第四单向阀；
控制器根据保温内胆内的温度与预设温度的差值控制第二截止阀的开关。
6.根据权利要求1所述的用于深海采样的保低温装置，其特征在于，还设有平衡腔，所述平衡腔由平衡活塞分割成第一腔室和第二腔室，所述第一腔室与壳体外界相连通，所述第二腔室与保温盘管连通，所述第二腔室内装有平衡液。
7.根据权利要求6所述的用于深海采样的保低温装置，其特征在于，所述的平衡液的熔点低于液氮温度。
8.根据权利要求1所述的用于深海采样的保低温装置，其特征在于，所述的液氮瓶顶部设有安全管，所述安全管上安装有安全阀和第五单向阀。
9.根据权利要求1～8任一项所述的用于深海采样的保低温装置，其特征在于，所述的壳体和顶盖由保温材料制成。
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| GR01 | Patent grant | ||
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