CN114046439B - 一种液氮无损存储系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种液氮无损存储系统,包括:制冷机、液氮储槽隔离腔和液氮储槽,所述制冷机用于为所述液氮储槽提供冷量,所述液氮储槽隔离腔用于隔离所述制冷机和所述液氮储槽,所述制冷机通过连接波纹管与所述液氮储槽隔离腔固定。本发明采用制冷机作为冷源,提供液氮储槽内液氮蒸发后再液化所需冷量,同时可以通过温度调节控制,从而获得不同温度的液氮,使得液氮储槽的液氮消耗为零,适用于液氮不易采购或者液氮用量不大的场合。

Description

一种液氮无损存储系统
技术领域
本发明涉及液氮无损储存技术领域,具体涉及一种液氮无损存储系统。
背景技术
目前液氮温度为77K,可以满足大部分低温试验或者测试需求,应用广泛。但是对于小型实验室或者偏远地方,液氮采购不方便,且有时候需要用到更低温度测试,则需要减少液氮的消耗,同时具备得到过冷液氮的需求。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于,提供一种液氮无损存储系统,以满足长时间稳定运行以及过冷液氮温度环境需求。
为解决上述技术问题,本发明提供一种液氮无损存储系统,包括:制冷机、液氮储槽隔离腔和液氮储槽,所述制冷机用于为所述液氮储槽提供冷量,所述液氮储槽隔离腔用于隔离所述制冷机和所述液氮储槽,所述制冷机通过连接波纹管与所述液氮储槽隔离腔固定。
进一步地,所述液氮储槽隔离腔包括隔离腔壁和换热器,所述换热器的顶部为平面,底部为翅片型换热器,所述隔离腔壁和换热器通过焊接连接。
进一步地,所述制冷机的底部低温导冷面通过压接的方式与所述液氮储槽隔离腔的换热器的顶部平面形成热接触。
进一步地,所述液氮储槽包括内部液氮槽、真空腔、加排液阀、排空阀、压力表和安全阀,所述液氮储槽隔离腔的换热器通过焊接与所述液氮储槽的内部液氮槽连接。
进一步地,所述内部液氮槽与所述液氮储槽隔离腔通过所述换热器进行隔离,形成两个独立腔体。
进一步地,所述连接波纹管上设置有抽空阀,用于对所述制冷机与所述液氮储槽隔离腔之间的夹层抽真空。
进一步地,所述液氮储槽隔离腔的换热器上还设置有加热器及温度传感器,用于对所述换热器位置进行加热。
进一步地,所述制冷机发生故障时,所述加热器及温度传感器对所述换热器位置进行加热至常温,所述抽空阀还用于向所述夹层充入常压氮气。
进一步地,所述排空阀用于向所述内部液氮槽充入氮气进行液化补充。
进一步地,所述制冷机的底部低温导冷面与所述换热器的顶部平面之间还设有软金属。
实施本发明具有如下有益效果:可以满足试验室或者偏远地区液氮的长时间稳定应用需求,同时可以满足更低温度过冷液氮需求;当制冷机故障需要更换,只要操作得当也不会造成液氮损耗,可以实现高可靠性稳定运行。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一种液氮无损存储系统的架构示意图。
附图标记说明:1—制冷机;2—连接波纹管;3—液氮储槽隔离腔;3-1—隔离腔壁;3-2—隔离腔换热器;4—加热器及温度传感器;5—液氮储槽;5-1—内部液氮槽;5-2—真空腔;5-3—加排液阀;5-4—排空阀;5-5—压力表;5-6—安全阀;6—抽空阀。
具体实施方式
以下各实施例的说明是参考附图,用以示例本发明可以用以实施的特定实施例。本发明所提到的方向和位置用语,例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「内」、「外」、「顶部」、「底部」、「侧面」等,仅是参考附图的方向或位置。因此,使用的方向和位置用语是用以说明及理解本发明,而非对本发明保护范围的限制。
请参照图1所示,本发明实施例提供一种液氮无损存储系统,包括:制冷机1、液氮储槽隔离腔3和液氮储槽5,制冷机1用于为液氮储槽5提供冷量,液氮储槽隔离腔3用于隔离制冷机1和液氮储槽5,制冷机1通过连接波纹管2与液氮储槽隔离腔3固定。
具体地,液氮储槽隔离腔3包括隔离腔壁3-1和换热器3-2,换热器3-2顶面为平面,底面为翅片型换热器,隔离腔壁3-1和换热器3-2通过真空钎焊方式进行焊接,从而保证气密性。
液氮储槽5包括内部液氮槽5-1、真空腔5-2、加排液阀5-3、排空阀5-4、压力表5-5和安全阀5-6。液氮储槽隔离腔3的换热器3-2同样通过钎焊形式与液氮储槽5的内部液氮槽5-1焊接在一起,内部液氮槽5-1与液氮储槽隔离腔3通过换热器3-2进行隔离,形成两个独立腔体。
制冷机1通过压接的方式保证制冷机1底部低温导冷面与液氮储槽隔离腔3的换热器3-2的顶部平面形成良好的热接触。为进一步提高热接触,还可以在两个平面之间布置铟片等软金属。作为一种示例,制冷机1可以是GM制冷机、斯特林制冷机等77K温度单级制冷设备。
连接波纹管2上设置有抽空阀6,通过该抽空阀6可以对制冷机1和液氮储槽隔离腔3之间的夹层抽真空,从而降低制冷机1漏热,同时可以利用真空吸力保证制冷机1与液氮储槽隔离腔3的牢固固定。
液氮储槽隔离腔3的换热器3-2上还设置有加热器及温度传感器4,用于对换热器3-2位置进行加热:当制冷机1故障需要维护时,则可以首先利用加热器及温度传感器4对换热器3-2位置进行加热至常温,然后通过抽空阀6向夹层内充入常压氮气,然后拔出制冷机1进行更换,由于制冷机1与液氮储槽5完全隔离,在制冷机1一定的更换过程中氮气无需排放,从而减少了液氮损耗。更换制冷机后,重新抽真空,然后开机正常工作。
当液氮储槽5内的液氮蒸发时,利用制冷机1的冷量可以实现蒸发氮气的再液化,避免氮气排放;同时利用制冷多余冷量,可以将氮气压力进一步降低至负压状态,即过冷状态(<77K),从而满足各项试验需求;可以通过温度调节控制,实现液氮储槽5内过冷液氮或者饱和液氮温度的连续调节控制。
进一步地,即使制冷机1更换过程过长造成了液氮损耗,也可以通过排空阀5-4向内部液氮槽5-1充入氮气进行液化补充。
本实施例的工作原理说明如下:
常压液氮温度为77K(-196℃),由于温度较低,液氮容易气化变成气体,导致液氮储槽压力升高而排放损耗,同时无法得到更低温度的液氮。为了解决这个问题,本实施例在液氮储槽5上增加了制冷机1作为冷源,利用制冷机1的冷量从而将蒸发的氮气重新冷凝成液体,避免了系统压力升高而造成的液氮排放。当制冷机1冷量大于氮气再液化所需要的冷量时,液氮储槽5内压力降低至1barA(绝压)以下,从而使得液氮温度降低至77K以下,得到过冷液氮,满足某些测试需求。
为了实现温度主动控制,在换热器3-2位置设置的加热器以及温度传感器4,通过加热器进行PID调节,即通过加热补偿冷量就可以调节任意温度,实现制冷机1温度的主动控制,进而实现液氮储槽5内液氮温度的主动调节。
为了避免制冷机1损坏时维护或更换不影响液氮储槽5的正常使用,本实施例增加了液氮储槽隔离腔3,将制冷机1与液氮储槽5隔离,并通过液氮储槽隔离腔3的换热器3-2进行传热,从而实现制冷机1更换时不影响液氮储槽5的正常使用。
通过上述说明可知,与现有技术相比,本发明的有益效果在于:可以满足试验室或者偏远地区液氮的长时间稳定应用需求,同时可以满足更低温度过冷液氮需求;当制冷机故障需要更换,只要操作得当也不会造成液氮损耗,可以实现高可靠性稳定运行。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已,当然不能以此来限定本发明之权利范围,因此依本发明权利要求所作的等同变化,仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (8)

1.一种液氮无损存储系统,其特征在于,包括:制冷机、液氮储槽隔离腔和液氮储槽,所述制冷机用于为所述液氮储槽提供冷量,所述液氮储槽隔离腔用于隔离所述制冷机和所述液氮储槽,所述制冷机通过连接波纹管与所述液氮储槽隔离腔固定;
所述液氮储槽隔离腔包括隔离腔壁和换热器,所述换热器的顶部为平面,底部为翅片型换热器,所述隔离腔壁和换热器通过焊接连接;
所述连接波纹管上设置有抽空阀,用于对所述制冷机与所述液氮储槽隔离腔之间的夹层抽真空。
2.根据权利要求1所述的液氮无损存储系统,其特征在于,所述制冷机的底部低温导冷面通过压接的方式与所述液氮储槽隔离腔的换热器的顶部平面形成热接触。
3.根据权利要求1所述的液氮无损存储系统,其特征在于,所述液氮储槽包括内部液氮槽、真空腔、加排液阀、排空阀、压力表和安全阀,所述液氮储槽隔离腔的换热器通过焊接与所述液氮储槽的内部液氮槽连接。
4.根据权利要求3所述的液氮无损存储系统,其特征在于,所述内部液氮槽与所述液氮储槽隔离腔通过所述换热器进行隔离,形成两个独立腔体。
5.根据权利要求1所述的液氮无损存储系统,其特征在于,所述液氮储槽隔离腔的换热器上还设置有加热器及温度传感器,用于对所述换热器位置进行加热。
6.根据权利要求5所述的液氮无损存储系统,其特征在于,所述制冷机发生故障时,所述加热器及温度传感器对所述换热器位置进行加热至常温,所述抽空阀还用于向所述夹层充入常压氮气。
7.根据权利要求3所述的液氮无损存储系统,其特征在于,所述排空阀用于向所述内部液氮槽充入氮气进行液化补充。
8.根据权利要求2所述的液氮无损存储系统,其特征在于,所述制冷机的底部低温导冷面与所述换热器的顶部平面之间还设有软金属。
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