CN116293405B - 一种低温杜瓦瓶及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于液氮存储及低温传导领域，具体地说是一种低温杜瓦瓶及其使用方法，内腔室安装于外腔室内部，内腔室与外腔室之间为用于内腔室与外界隔热的真空夹层；内腔室设有穿出外腔室外部的液氮管路管道，液氮管路管道的一端与内腔室的内部相连通、另一端设有冷却铜头，向内腔室灌装液氮的液氮管路的一端与外部液氮存储罐相连，另一端伸入内腔室内部，并伸至冷却铜头处；液氮管路管道上套设有真空腔对接法兰，真空腔对接法兰的一端位于外腔室外部、并连接于真空腔室上，另一端伸入外腔室的内部，真空腔对接法兰与内腔室及外腔室的固接点相互远离。本发明实现了将液氮的低温传导至真空腔室内部，安装简单，使用方便且稳定性高。

Description

一种低温杜瓦瓶及其使用方法
技术领域
本发明属于液氮存储及低温传导领域，具体地说是一种低温杜瓦瓶及其使用方法，可存储液氮，并将液氮作为冷源，为其他产品提供冷却用低温。
背景技术
液氮是一个较为方便的冷源，在畜牧业、医疗事业、食品工业、以及低温研究领域等方面得到越来越普遍的应用。液氮存储一般用杜瓦瓶(Dewar)，即保温瓶，由苏格兰物理学家和化学家詹姆斯—杜瓦爵士发明。普通的液氮罐包括外筒体、内筒体、汽化器、液阀、安全阀、排放阀、压力表、增压阀、使用阀、液位计等。随着低温研究领域的发展，真空腔室内部零部件冷却的需求渐渐多起来。
发明内容
为了满足真空腔室内部零部件冷却的需求，本发明的目的在于提供一种低温杜瓦瓶及其使用方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明的低温杜瓦瓶包括相对独立的内腔室及外腔室，所述内腔室安装于外腔室内部，所述内腔室与外腔室之间为用于内腔室与外界隔热的真空夹层；所述内腔室设有穿出外腔室外部的液氮管路管道，所述液氮管路管道的一端与内腔室的内部相连通、另一端设有冷却铜头，向所述内腔室灌装液氮的液氮管路的一端与外部液氮存储罐相连，所述液氮管路的另一端伸入内腔室内部，并伸至所述冷却铜头处；所述液氮管路管道上套设有真空腔对接法兰，所述真空腔对接法兰的一端位于外腔室外部、并连接于真空腔室上，所述真空腔对接法兰的另一端伸入外腔室的内部，所述真空腔对接法兰与内腔室及外腔室的固接点相互远离。
其中：所述冷却铜头位于整个低温杜瓦瓶的最底部，且位于所述真空腔对接法兰的外部，所述冷却铜头伸入到真空腔室内部，对所述真空腔室内的零部件进行冷却。
所述液氮管路管道倾斜设置，所述液氮管路管道的一端固接于内腔室的底部或与内腔室的底部为一体结构。
所述真空腔对接法兰的本体分为嵌套设置的对接法兰外壁及对接法兰内壁，所述对接法兰外壁的一端为法兰盘，所述对接法兰外壁的另一端与所述对接法兰内壁的一端连接或为一体结构，所述对接法兰内壁的另一端为开口端；所述液氮管路管道由对接法兰内壁内部穿过，所述对接法兰外壁与外腔室的固接处靠近对接法兰外壁的另一端，所述对接法兰内壁与内腔室的固接处靠近对接法兰外壁一端的法兰盘。
所述外腔室上设有与内部连通的真空抽气口，所述真空抽气口在工作状态与外部抽真空系统相连。
所述低温杜瓦瓶上设有与内腔室内部连通的液氮入口，所述液氮管路通过液氮入口伸入内腔室内部。
所述低温杜瓦瓶上设有与内腔室内部连通的、用于泄压的安全阀。
所述低温杜瓦瓶上设有与内腔室内部连通的氮气出口。
本发明低温杜瓦瓶的使用方法，包括以下步骤：
步骤A，将所述外腔室内部连接外部抽真空系统，将所述液氮管路的一端连接外部液氮存储罐，将所述真空腔对接法兰连接真空腔室；
步骤B，利用所述外部抽真空系统将外腔室内抽成真空状态；
步骤C，所述外部液氮存储罐通过液氮管路管道向内腔室灌装液氮，利用所述冷却铜头对真空腔室内的零部件进行冷却；
步骤D，工作结束时，将液氮从所述液氮管路回流到外部液氮存储罐内，实现多余液氮的回收。
其中：所述步骤D完成多余液氮回收后，向所述外腔室内充干燥氮气，加速所述内腔室中残余液氮挥发，加快低温杜瓦瓶升温。
本发明的优点与积极效果为：
1.本发明实现了将液氮的低温传导至真空腔室内部，安装简单，使用方便且稳定性高。
2.本发明的冷却铜头设置在最底部，液氮管路直接伸到冷却铜头的位置，一方面防止该处有氮气气泡，液氮不能直接作用于冷却铜头；另一方面当停止工作时可以回收多余的液氮。
3.本发明的真空腔对接法兰设计成“回”型结构，使真空腔对接法兰与外腔室壁焊接点远离真空腔对接法兰与内腔室壁焊接点，工作时法兰盘对接面处维持相对较高的温度，保证密封件不因低温失效，同时防止法兰盘附近因温度过低而结霜。
附图说明
图1为本发明低温杜瓦瓶的内部结构剖视图；
图2为本发明低温杜瓦瓶中真空腔对接法兰处的局部放大图；
图3为本发明低温杜瓦瓶使用状态的结构示意图；
其中：1为内腔室，2为外腔室，3为真空抽气口，4为液氮入口，5为氮气出口，6为安全阀，7为真空腔对接法兰，8为冷却铜头，9为真空腔对接法兰与外腔室壁焊接点，10为真空腔对接法兰与内腔室壁焊接点，11为外部液氮存储罐，12为外部抽真空系统，13为真空腔室，14为低温杜瓦罐，15为液氮管路，16为液氮管路管道，17为对接法兰外壁，18为对接法兰内壁。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详述。
如图1、图2所示，本发明的低温杜瓦瓶包括相对独立的内腔室1及外腔室2，内腔室1安装于外腔室2内部，内腔室1与外腔室2之间为用于内腔室1与外界隔热的真空夹层；内腔室1设有穿出外腔室2外部的液氮管路管道16，液氮管路管道16的一端与内腔室1的内部相连通、另一端设有冷却铜头8。向内腔室1灌装液氮的液氮管路15的一端与外部液氮存储罐11相连，液氮管路15的另一端伸入内腔室1内部，并伸至冷却铜头8处。液氮管路管道16上套设有真空腔对接法兰7，真空腔对接法兰7的一端位于外腔室2外部、并连接于真空腔室13上，真空腔对接法兰7的另一端伸入外腔室2的内部，真空腔对接法兰7与内腔室1及外腔室2的固接点相互远离。
本实施例的液氮管路管道16倾斜设置，液氮管路管道16的一端固接于内腔室1的底部或与内腔室1的底部为一体结构，本实施例的液氮管路管道16与内腔室1为一体结构。冷却铜头8位于整个低温杜瓦瓶的最底部，且位于真空腔对接法兰7的外部，冷却铜头8伸入到真空腔室13内部，对真空腔室13内的零部件进行冷却。液氮管路15的另一端直接伸入到杜瓦瓶最底部的冷却铜头8的位置，一方面防止该处有氮气气泡，液氮不能直接作用于冷却铜头；另一方面当低温杜瓦瓶停止工作时可以回收多余的液氮。
本实施例的真空腔对接法兰7设计成“回”型结构，使真空腔对接法兰与外腔室壁焊接点9远离真空腔对接法兰与内腔室壁焊接点10，其作用在于工作时法兰盘对接面处维持相对较高的温度，保证密封件不因低温失效，同时防止法兰盘附近因温度过低而结霜。具体结构为：真空腔对接法兰7的本体分为嵌套设置的对接法兰外壁17及对接法兰内壁18，对接法兰内壁18与对接法兰外壁17之间留有间距，且轴向中心线共线，对接法兰外壁17的一端为法兰盘，对接法兰外壁17的另一端与对接法兰内壁18的一端连接或为一体结构，对接法兰内壁18的另一端为开口端；液氮管路管道16由对接法兰内壁18内部穿过，对接法兰外壁17与外腔室2的固接处(即真空腔对接法兰与外腔室壁焊接点9)靠近对接法兰外壁17的另一端，对接法兰内壁18与内腔室1的固接处(即真空腔对接法兰与内腔室壁焊接点10)靠近对接法兰外壁17一端的法兰盘。
本实施例的内腔室1用于存储液氮，外腔室2为独立的密闭空间。外腔室2上设有与内部连通的真空抽气口3，真空抽气口3在工作状态与外部抽真空系统12相连，用于维持外腔室2内部真空，保证内腔室1与外界隔热。在外部抽真空系统12停止工作时，操作人员可以通过真空抽气口3选择性向外腔室2内充干燥氮气，加速内腔室1液氮蒸发，加快低温杜瓦瓶升温。
低温杜瓦瓶上设有与内腔室1内部连通的液氮入口4，液氮管路15通过液氮入口4伸入内腔室1内部。本实施例的液氮入口4设置于内腔室1上，液氮入口4的一端与内腔室1的内部连通，液氮入口4的另一端由外腔室2穿出。
低温杜瓦瓶上设有与内腔室1内部连通的安全阀6，用于泄压。本实施例的安全阀6设置于内腔室1上，并与内腔室1的内部连通，且安全阀6由外腔室2穿出，当杜瓦瓶中压力过大(超过1Mpa)时自动开启。
低温杜瓦瓶上设有与内腔室1内部连通的氮气出口5，用于将挥发的氮气排出杜瓦瓶外。本实施例的氮气出口5设置于内腔室1上，并与内腔室1的内部连通，且氮气出口5由外腔室2穿出，与外界大气相通。
本发明低温杜瓦瓶的使用方法包括以下步骤：
步骤A，将外腔室2上的真空抽气口3连接外部抽真空系统12，将液氮管路15的一端连接外部液氮存储罐11，将真空腔对接法兰7连接真空腔室13；
步骤B，利用外部抽真空系统12将外腔室2内抽成真空状态(1Pa以下)；
步骤C，外部液氮存储罐11通过液氮管路管道16向内腔室1灌装液氮，利用冷却铜头8对真空腔室13内的零部件进行冷却；液氮进入的同时会蒸发产生氮气，氮气从氮气出口5释放；
步骤D，低温杜瓦瓶14工作结束时，可以将氮气出口5堵住，让液氮从液氮管路15回流到外部液氮存储罐11内，实现多余液氮的回收；
步骤E，在步骤D完成多余液氮回收后，可以从真空抽气口3处向外腔室2内充干燥氮气，加速内腔室1中残余液氮挥发，加快低温杜瓦瓶升温。
本发明根据杜瓦瓶原理，利用真空隔热；独特的真空腔对接法兰设计保证了在工作过程中法兰盘密封件不因低温而失效，且避免了法兰盘附近因温度过低而结霜；液氮管路更是直接深入到内腔室底部，直接将液氮送达冷却铜头位置，一方面防止该位置液氮蒸发憋气，另一方面可以通过液氮管路回收多余的液氮。

Claims (9)

1.一种低温杜瓦瓶，包括相对独立的内腔室及外腔室，所述内腔室安装于外腔室内部，所述内腔室与外腔室之间为用于内腔室与外界隔热的真空夹层；其特征在于：所述内腔室（1）设有穿出外腔室（2）外部的液氮管路管道（16），所述液氮管路管道（16）的一端与内腔室（1）的内部相连通、另一端设有冷却铜头（8），向所述内腔室（1）灌装液氮的液氮管路（15）的一端与外部液氮存储罐（11）相连，所述液氮管路（15）的另一端伸入内腔室（1）内部，并伸至所述冷却铜头（8）处；所述液氮管路管道（16）上套设有真空腔对接法兰（7），所述真空腔对接法兰（7）的一端位于外腔室（2）外部、并连接于真空腔室（13）上，所述真空腔对接法兰（7）的另一端伸入外腔室（2）的内部，所述真空腔对接法兰（7）设计成“回”型结构，使所述真空腔对接法兰（7）与外腔室壁焊接点（9）远离真空腔对接法兰（7）与内腔室壁焊接点（10）；
所述真空腔对接法兰（7）的本体分为嵌套设置的对接法兰外壁（17）及对接法兰内壁（18），所述对接法兰外壁（17）的一端为法兰盘，所述对接法兰外壁（17）的另一端与所述对接法兰内壁（18）的一端连接或为一体结构，所述对接法兰内壁（18）的另一端为开口端；所述液氮管路管道（16）由对接法兰内壁（18）内部穿过，所述对接法兰外壁（17）与外腔室（2）的固接处靠近对接法兰外壁（17）的另一端，所述对接法兰内壁（18）与内腔室（1）的固接处靠近对接法兰外壁（17）一端的法兰盘。
2.根据权利要求1所述的低温杜瓦瓶，其特征在于：所述冷却铜头（8）位于整个低温杜瓦瓶的最底部，且位于所述真空腔对接法兰（7）的外部，所述冷却铜头（8）伸入到真空腔室（13）内部，对所述真空腔室（13）内的零部件进行冷却。
3.根据权利要求1所述的低温杜瓦瓶，其特征在于：所述液氮管路管道（16）倾斜设置，所述液氮管路管道（16）的一端固接于内腔室（1）的底部或与内腔室（1）的底部为一体结构。
4.根据权利要求1所述的低温杜瓦瓶，其特征在于：所述外腔室（2）上设有与内部连通的真空抽气口（3），所述真空抽气口（3）在工作状态与外部抽真空系统（12）相连。
5.根据权利要求1所述的低温杜瓦瓶，其特征在于：所述低温杜瓦瓶上设有与内腔室（1）内部连通的液氮入口（4），所述液氮管路（15）通过液氮入口（4）伸入内腔室（1）内部。
6.根据权利要求1所述的低温杜瓦瓶，其特征在于：所述低温杜瓦瓶上设有与内腔室（1）内部连通的、用于泄压的安全阀（6）。
7.根据权利要求1所述的低温杜瓦瓶，其特征在于：所述低温杜瓦瓶上设有与内腔室（1）内部连通的氮气出口（5）。
8.一种权利要求1至7任一权利要求所述低温杜瓦瓶的使用方法，其特征在于：包括以下步骤
步骤A，将所述外腔室（2）内部连接外部抽真空系统（12），将所述液氮管路（15）的一端连接外部液氮存储罐（11），将所述真空腔对接法兰（7）连接真空腔室（13）；
步骤B，利用所述外部抽真空系统（12）将外腔室（2）内抽成真空状态；
步骤C，所述外部液氮存储罐（11）通过液氮管路管道（16）向内腔室（1）灌装液氮，利用所述冷却铜头（8）对真空腔室（13）内的零部件进行冷却；
步骤D，工作结束时，将液氮从所述液氮管路（15）回流到外部液氮存储罐（11）内，实现多余液氮的回收。
9.根据权利要求8所述的使用方法，其特征在于：所述步骤D完成多余液氮回收后，向所述外腔室（2）内充干燥氮气，加速所述内腔室（1）中残余液氮挥发，加快低温杜瓦瓶升温。
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