CN111750591A - 一种采用液氮制冷的液体快速降温装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于制冷技术领域。为解决目前液氮制冷设备无法满足液体快速制冷的需要，本发明提供一种采用液氮制冷的液体快速降温装置，其包括一顶部开口的箱体，箱体顶部设有密封盖，其特征在于：所述箱体内部分为制冷区及氮气逸散区，两区之间通过隔板分隔，隔板底部设有贯通两区的通道；在制冷区对应的箱体箱壁上设有进液口及排液口，液管穿过制冷区其两端分别与进液口及排液口连接固定；在制冷区的顶部设有液氮喷淋装置及扩散装置；还包括与液管连接的温度传感器、控制器，所述的温度传感器、液氮喷淋装置、扩散装置与控制器电连接。该装置能够实现降温温度的精准控制，从而满足液体降温的需要。

Description

一种采用液氮制冷的液体快速降温装置

技术领域

本发明属于制冷技术领域，具体是指一种能够使液体快速冷却，并能使液体保持设定的温度且能持续供给的装置。

背景技术

对于一些低凝固点的液体往往需要分析其温度变化特性，以煤油为例，不同质量的煤油的沸点及凝固点有所差别，一般沸点高于150℃，凝固点低于-30℃，在研究不同温度条件下煤油的各项参数时，高温条件下的研究较为便利，利用现有的各种加温、保温措施即可维持煤油处于规定的高温温度，而在进行低温研究时，对煤油进行指定温度的降温，同时保证煤油在该指定温度条件下源源不断输出则对装置提出了较高的要求。

在对物体进行降温的措施中，一种是采用压缩机制冷方式，一种采用液氮制冷的方式。采用压缩机制冷的方式能够比较准确的实现控温，液氮制冷方式则突出制冷时间短，降温幅度大的优点。但以前采用液氮制冷的主要技术问题是控温精度差，随着控制技术的发展，目前该问题已经得到较好的解决。如申请号：2017103243704，名称：一种液氮制冷高低温试验箱；申请号：2017216595162、名称：采用液氮制冷的低温试验箱结构，上述现有技术采用液氮气化通过热交换的技术使待冷物体快速降温，通过控制系统能够实现精准的控温。上述现有技术提供的试验箱所要达到的技术目的是提供一个密封的低温试验环境，确保该试验环境温度保持稳定，试验装置处于低温实验环境中进行试验操作。而对于一些低凝固点的液体进行低温特性研究时，液体需要在流动的状态下进行分析，因此要求液体既能冷却到指定的低温，同时又要求液体能够持续的保持流动，因此上述试验箱的结构不能满足使用需求。虽然液氮制冷的基本结构是通过喷头喷淋液氮，通过轴流风扇促进液氮的扩散、气化以达到降温的效果，但具体到流动液体的降温操作中需要对结构做出进一步的改进。

发明内容

为解决目前液氮制冷设备无法满足液体快速制冷的需要，本发明提供一种采用液氮制冷的液体快速降温装置。

为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案为：一种采用液氮制冷的液体快速降温装置，其包括一顶部开口的箱体，箱体顶部设有密封盖，其特征在于：所述箱体内部分为制冷区及氮气逸散区，两区之间通过隔板分隔，隔板底部设有贯通两区的通道；在制冷区对应的箱体箱壁上设有进液口及排液口，液管穿过制冷区其两端分别与进液口及排液口连接固定；在制冷区的顶部设有液氮喷淋装置及扩散装置；还包括与液管连接的温度传感器、控制器，所述的温度传感器、液氮喷淋装置、扩散装置与控制器电连接。

进一步的，制冷区内填充有翅片组，所述的翅片组由多片翅片组成，各翅片上下垂直平行设置，翅片与翅片之间留有扩散通道；所述液管穿过制冷区是指液管采用上下层叠式盘旋穿过翅片组；其中层叠式盘旋穿过的液管，其上下层的液管分别交错设置。

进一步的，所述制冷区的顶部设有盖板，盖板中间设有进风口，所述翅片组位于进风口的正下方；所述液氮喷淋装置包括箱体箱壁上的液氮输入口，液氮管的一端与液氮输入口连接，液氮管的另一端延伸至翅片组的上方并通过若干支管连接若干电控喷嘴，电控喷嘴指向翅片组，所述电控喷嘴与控制器电连接。

进一步的，所述若干电控喷嘴位于制冷区盖板的下方，电控喷嘴分布在换热器顶部四周的边缘，电控喷嘴倾斜指向换热器。

进一步的，所述进风口呈圆形，进风口上设有导流筒，所述导流筒呈喇叭状，导流筒小口端与盖板连接固定。

进一步的，所述扩散装置包括固定在密封盖顶部的扩散电机，电机轴穿过密封盖并在电机轴上固定扇叶，当密封盖对箱体密封后，扇叶位于制冷区顶部。

进一步的，所述扩散装置包括固定在密封盖顶部的扩散电机，电机轴穿过密封盖并在电机轴上固定扇叶，当密封盖对箱体密封后，电机轴及扇叶伸入到导流筒内部。

进一步的，所述氮气逸散区顶部对应的密封盖部位设有氮气逸散口。

进一步的，在箱体内的箱底上设有排水槽，排水槽贯穿制冷区及氮气逸散区，排水槽的一端开口于箱体的箱壁上。

进一步的，在翅片组内部的液管上设有传感器安装支管，传感器的探头插入到传感器安装支管内部并将传感器安装支管的开口进行封堵；传感器与控制器电连接。

本发明的有益效果为：通过合理设置电控喷嘴及扩散电机的安装结构能够使喷向制冷区的液氮得到快速气化扩散，加快制冷区的降温速度；利用换热器进行热量交换以使得穿过换热器的液管内的液体在流动的同时得到降温；通过控制电控喷嘴的喷淋量及扩散风机的转速能够实现降温温度的精准控制，从而满足液体降温的需要。

附图说明

附图1为本发明的结构主视图。

附图2为该装置去掉密封盖后的结构俯视图。

附图3为附图2中A-A向结构剖视图。

附图4为密封盖的结构俯视图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做详细描述。

如附图1所示，一种采用液氮制冷的液体快速降温装置，其包括一顶部开口的箱体1，箱体顶部设有密封盖2。密封盖2上设有密封锁3，通过密封锁3能够将密封盖2与箱体1实现封闭锁紧，打开密封锁3后，密封盖2能够自由取下。

如附图1所示，在箱体上设有液氮输入口4，进液口5及排液口6。

如附图2所示，箱体1内部分为制冷区7及氮气逸散区8，两区之间通过隔板9分隔。结合附图3所示，隔板9底部设有贯通两区的通道10。

如附图2及附图3所示，制冷区7内填充有翅片组11，该翅片组11由多片平行设置的翅片12组成，各翅片上下垂直设置，翅片与翅片之间留有扩散通道。

如附图2及附图3所示，液管13采用上下层叠式盘旋穿过翅片组11，液管13的两端分别与箱体1上的进液口5及排液口6连接。

如附图3所示，在制冷区7的顶部设有盖板14，盖板14中间设有进风口15，翅片组11位于进风口15的正下方。

如附图2及附图3所示，在盖板14上表面固定液氮管16，液氮管16的一端与液氮输入口4连接，液氮管16的另一端延伸至翅片组的上方并通过若干支管连接若干电控喷嘴17，电控喷嘴17指向翅片组11。在本实施例中，电控喷嘴17的的数量为4个，其分布在翅片组11的四角，斜向指向翅片组。

如附图1所示，该装置还设有控制器18，各电控喷嘴17与控制器18电连接。

通过上述描述可知，当向液氮管16供入液氮后，控制器18控制电控喷嘴17向翅片组11喷淋液氮，液氮在气化时会吸收大量的热量，使制冷区7的温度得到快速下降，此时盘旋穿过翅片组11的液管16内的液体会与外部发生热交换，使液管内的液体温度同时得到下降。液氮汽化后产生的氮气通过隔板9底部的通道10逸散到氮气逸散区8内部，根据附图4所示，在密封盖2上设有氮气逸散口20，氮气由氮气逸散口20逸出。

根据附图1所示，在密封盖2上设有扩散电机19，在扩散电机19的鼓动下，电控喷嘴17喷淋的液氮沿各翅片之间的扩散通道向下扩散并气化带走热量。当在翅片组内的液管上安装温度传感器后，通过温度传感器检测液体的温度，温度传感器与控制器18电连接，通过控制器18控制各电控喷嘴17的喷淋量、扩散电机19的转速以及液管16内液体的流速即可实现对液体冷却温度的精准控制，保证液体在快速冷却的同时也能源源不断的流出。

在本实施例中，在制冷区17设置翅片组11能够延缓液氮在制冷区17的气化滞留时间，防止喷淋出的液氮在扩散电机的鼓动下直接吹向制冷区17的底部，在制冷区17没有得到有效冷却后，液氮直接气化进入到氮气逸散区8，造成液氮用量的剧增，同时降低了冷却效果。

另一方面，如附图3所示，翅片组11内层叠式盘旋穿过的液管16，上下层的液管分别交错设置。通过上下交错设置，液管16也能对液氮的下降造成阻碍，延缓液氮在翅片组内的气化时间，有效提高液氮的制冷效果。

由于液氮在进行气化时会吸收大量的热量，而扩散风机19吹进制冷区17内的空气在冷却后会产生一定的冷凝水，当空气湿度较大时，冷凝水的数量也随之增大。如附图3所示，在箱体1内的箱底上设有排水槽21，排水槽21贯穿制冷区7及氮气逸散区8，排水槽21的一端开口于箱体1的箱壁上。通过设置排水槽21，箱体内部形成的冷凝水能够集中收集到排水槽21内部并被排出，防止箱体内形成积水。

温度传感器的安装在本实施例中可采用如下结构，可在翅片组11内部的液管16上设有传感器安装支管，传感器的探头插入到传感器安装支管内部并将传感器安装支管的开口进行封堵；传感器与控制器电连接。该结构附图中没有描述，本领域技术人员根据文字描述完全可以实现。

为保证液氮能够沿翅片之间的通道下行气化，提高液氮的制冷效果，在本实施例中，对扩散风机19的扩散空气流进行了导向。如附图3所示，进风口15呈圆形，进风口15上设有导流筒22，该导流筒22呈喇叭状，导流筒小口端与盖板16连接固定。

密封盖2上的扩散电机19，其电机轴穿过密封盖2并在电机轴上固定扇叶，当密封盖2对箱体1密封后，电机轴及扇叶伸入到导流筒22内部。通过设置喇叭状的导流筒22，其一，其底部直径收缩后，可以增加吹向翅片组11气流的速度；其二，可以保证扩散电机19吹出的空气流被导流到各翅片之间的通道内，从而对喷淋的液氮进行导向，使翅片组的温度得到快速下降，极大提高了冷却效果。最明显的优势是极大减低了液氮的使用量，降低了装置的使用成本。

在本实施例中，箱体1、密封盖2及隔板9的材料采用保温板制作，即三层结构，两面面板中间复合保温材料。该材料属于公知常识，不再赘述。

Claims (10)

1.一种采用液氮制冷的液体快速降温装置，其包括一顶部开口的箱体，箱体顶部设有密封盖，其特征在于：所述箱体内部分为制冷区及氮气逸散区，两区之间通过隔板分隔，隔板底部设有贯通两区的通道；在制冷区对应的箱体箱壁上设有进液口及排液口，液管穿过制冷区其两端分别与进液口及排液口连接固定；在制冷区的顶部设有液氮喷淋装置及扩散装置；还包括与液管连接的温度传感器、控制器，所述的温度传感器、液氮喷淋装置、扩散装置与控制器电连接。

2.根据权利要求1所述的一种采用液氮制冷的液体快速降温装置，其特征在于：制冷区内填充有翅片组，所述的翅片组由多片翅片组成，各翅片上下垂直平行设置，翅片与翅片之间留有扩散通道；所述液管穿过制冷区是指液管采用上下层叠式盘旋穿过翅片组；其中层叠式盘旋穿过的液管，其上下层的液管分别交错设置。

3.根据权利要求2所述的一种采用液氮制冷的液体快速降温装置，其特征在于：所述制冷区的顶部设有盖板，盖板中间设有进风口，所述翅片组位于进风口的正下方；所述液氮喷淋装置包括箱体箱壁上的液氮输入口，液氮管的一端与液氮输入口连接，液氮管的另一端延伸至翅片组的上方并通过若干支管连接若干电控喷嘴，电控喷嘴指向翅片组，所述电控喷嘴与控制器电连接。

4.根据权利要求3所述的一种采用液氮制冷的液体快速降温装置，其特征在于：所述若干电控喷嘴位于制冷区盖板的下方，电控喷嘴分布在换热器顶部四周的边缘，电控喷嘴倾斜指向换热器。

5.根据权利要求3所述的一种采用液氮制冷的液体快速降温装置，其特征在于：所述进风口呈圆形，进风口上设有导流筒，所述导流筒呈喇叭状，导流筒小口端与盖板连接固定。

6.根据权利要求1所述的一种采用液氮制冷的液体快速降温装置，其特征在于：所述扩散装置包括固定在密封盖顶部的扩散电机，电机轴穿过密封盖并在电机轴上固定扇叶，当密封盖对箱体密封后，扇叶位于制冷区顶部。

7.根据权利要求5所述的一种采用液氮制冷的液体快速降温装置，其特征在于：所述扩散装置包括固定在密封盖顶部的扩散电机，电机轴穿过密封盖并在电机轴上固定扇叶，当密封盖对箱体密封后，电机轴及扇叶伸入到导流筒内部。

8.根据权利要求1所述的一种采用液氮制冷的液体快速降温装置，其特征在于：所述氮气逸散区顶部对应的密封盖部位设有氮气逸散口。

9.根据权利要求1或2所述的一种采用液氮制冷的液体快速降温装置，其特征在于：在箱体内的箱底上设有排水槽，排水槽贯穿制冷区及氮气逸散区，排水槽的一端开口于箱体的箱壁上。

10.根据权利要求2所述的一种采用液氮制冷的液体快速降温装置，其特征在于：在翅片组内部的液管上设有传感器安装支管，传感器的探头插入到传感器安装支管内部并将传感器安装支管的开口进行封堵；传感器与控制器电连接。

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