CN201083644Y - 用于微型机械制冷机的实时气体工质取样装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型的气体工质取样装置，包括：与制冷机充气阀座配合活动连接的二通取气阀、微型不锈钢波纹管阀、取样钢瓶、三通管道、真空泵接口、质谱分析仪接口。其特点是：取气阀的内腔容积小，每次取气不影响制冷机的工作性能，通过开闭阀门可实现多次间隔取样分析，利用容积差自动降压，省去了减压阀；与制冷机、真空泵、质谱分析仪的接口采用活动连接方式，方便装卸、携带，易于实现异地取样分析。

Description

用于微型机械制冷机的实时气体工质取样装置

技术领域

本实用新型涉及气体取样装置，具体是指一种用于空间的斯特林、脉管等微型机械制冷机的实时气体工质取样装置。

背景技术

近几十年来，空间红外遥感、超导滤波等重大国防、通讯技术的迅速发展推动了微型机械制冷应用的发展。斯特林、脉管等微型机械制冷机具有制冷温度低、冷量大、效率高、体积小等优点，从而能保证红外遥感、超导设备中探测器所需的低温工作环境。对于空间应用来讲，微型机械制冷机的长寿命和可靠性是必需解决的关键技术之一。随着柔性弹簧、直线电机、间隙密封技术在微型机械制冷机中的成功应用，机械失效的影响已经大大降低。NASA的S.Castles等研究者(见：“Space Cryocooler Contamination Lessons Learned andRecommended Control Procedures”，Cryocooler 11，649-657，2001)的成果及大量分析数据都表明微型机械制冷机的气体工质的污染是影响制冷机长寿命运行的主要原因，尤其对运行寿命大于10,000h的制冷机尤为突出。因此气体工质的污染失效已经成为影响机械制冷机寿命的关键因素。

要解决微型机械制冷机的气体工质的污染失效问题，就必须对制冷机内部的气体工质进行取样分析，确定制冷机在各种运行情况下内部气体的成分及配比等关键信息，最终反馈到工艺处理，进行污染放气的抑制，并可根据取样气体的分析结果开展针对性的强化污染试验，研究污染气体量及不同配比与制冷机性能之间的量化对应关系，为污染失效的考核提供判据。

对于微型机械制冷机而言，实现对内部气体工质取样分析，一般须满足以下四个要求：①必须具有同制冷机内部腔体连通的接口，进行无破坏取样；②取气容积必须足够的小，一般应控制在1cc之内，减弱对制冷机性能的影响，实现多次间隔取样；③装置自身放气率与制冷机内部污染相比可以忽略，装置在取样前须保持高真空，整体泄漏率控制在可允许范围之内，确保取样精度；④必须降压，制冷机内部气体压力约为13atm，而质谱分析仪要求待分析气体压力不高于2atm为好。所以目前的气体取样装置不适宜用于对微型机械制冷机取气。

发明内容

基于上述原由，本实用新型的目的是针对微型机械制冷机取气的特殊要求，提出一种同时可与制冷机、真空泵、质谱分析仪活动联接的，取气容积小于1cc，自身放气率和泄漏率低的，利用容积差自动降压的，可多次间隔取样的，易于装卸的气体工质取样装置。

本实用新型的气体工质取样装置，包括：与制冷机充气阀座配合活动连接的一个二通取气阀1、微型不锈钢波纹管阀2、3、4、取样钢瓶5、三通管道6、真空泵接口7、质谱分析仪接口8。

取气阀1的阀咀109、微型不锈钢波纹管阀2、取样钢瓶5、三通管道6的一字通道、微型不锈钢波纹管阀3和真空泵接口7依次成“一字”形联接，其中微型不锈钢波纹管阀2与取样钢瓶5之间、取样钢瓶5与三通管道6之间、三通管道6与微型不锈钢波纹管阀3之间均为密封焊接连接；取气阀1的阀咀109与微型不锈钢波纹管阀2之间、微型不锈钢波纹管阀3与真空泵接口7之间均为可装拆的卡套式连接；三通管道6的90°转弯通道与微型不锈钢波纹管阀4、质谱分析仪接口8依次成“一字”形联接，三通管道6的90°转弯通道与微型不锈钢波纹管阀4为密封焊接连接，微型不锈钢波纹管阀4与质谱分析仪接口8为可装拆的卡套式连接。

所说的与制冷机充气阀座配合活动连接的一个二通取气阀1，其内腔体的容积要小于1cc，目的是使取气后不会对制冷机的制冷性能造成影响。

所说的取样钢瓶5的容积与取气阀的内腔体容积之比要根据制冷机内部气体工质压力确定，要保证取样气体进入取样钢瓶后为常压。

所说的取气阀1、取样钢瓶5、三通管道6均由低放气率的不锈钢材料制成。

本实用新型的特点在于：

1.取样装置采用可装卸的连接方法，使得该装置不仅易于操作，而且方便携带，可实现异地取样。

2.取气容积小，取气后不会对制冷性能造成影响，且可多次间隔取样分析。

3.利用容积差自动降压，省去了减压阀。

4.材料均采用不锈钢，结合高温排气工艺处理，可满足自身放气率低、提高取样精度的要求。

附图说明

图1为本实用新型的微型机械制冷机气体工质取样装置的结构示意图。

图2为图1的上视图。

图3为本实用新型的取气阀的剖面结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步的详细说明：

本实用新型的取气阀1采用低放气率的不锈钢材料制成，与通常二通高真空阀的区别在于内腔体要小于1cc，目的是使每次取气后不会对制冷机性能造成影响。由于取气口是利用制冷机充气阀座，因此必需配合制冷机充气阀座来设计取气阀。

本实施例提供的一个取气阀包括：带手柄101的阀杆102，以阀杆为轴依次套有上螺母104、压块105、密封圈106、阀体103、过渡管107，下螺母108与过渡管外螺接，阀体中间壁上通过密封焊接有一阀咀109，通过阀咀109实现与微型不锈钢波纹管阀2之间的连接。阀杆102与阀体103之间的间隙和阀咀的内腔体为取气阀的内腔110。

上螺母104和阀体103之间为螺纹连接，通过旋紧上螺母104，对压块105施力，可压紧密封圈106，实现阀体103内部取样容积与外界的隔绝。下螺母108借助过渡管107与制冷机充气阀座实现螺纹连接，通过旋紧下螺母108，实现阀体103内部取样容积与外界的隔绝。

过渡管107与阀体103之间通过密封焊接，阀体103伸出过渡管107约1～2mm，用于与制冷机充气阀座定位。

取样钢瓶容积的确定：通常制冷机内部气体压力为13atm，若取气阀的取气腔容积为0.5cc，则取样钢瓶容积与取气腔容积之比约为12∶1。

微型不锈钢波纹管阀采用市售的。

取样装置按上述的连接方式制备好后，在使用前要对整个取样装置进行烘烤排气，之后连接于制冷机充气阀座上，关闭微型不锈钢波纹管阀4，打开微型不锈钢波纹管阀2、3，利用真空泵对装置整体再次排气，排气结束，关闭微型不锈钢波纹管阀2、3，通过取气阀1进行取样，再关闭制冷机端取气阀口，打开微型不锈钢波纹管阀2，连通取样钢瓶，利用容积差，自动降压，之后关闭微型不锈钢波纹管阀2，即可用质谱分析仪对取样钢瓶5内部气体进行气体成分及体积比分析。

Claims (3)

1.一种用于微型机械制冷机的实时气体工质取样装置，包括：与制冷机充气阀座配合活动连接的二通取气阀(1)、微型不锈钢波纹管阀(2、3、4)、取样钢瓶(5)、三通管道(6)、真空泵接口(7)、质谱分析仪接口(8)；

其特征在于：

取气阀(1)的阀咀(109)、微型不锈钢波纹管阀(2)、取样钢瓶(5)、三通管道(6)的一字通道、微型不锈钢波纹管阀(3)和真空泵接口(7)依次成“一字”形联接，其中微型不锈钢波纹管阀(2)与取样钢瓶(5)之间、取样钢瓶(5)与三通管道(6)之间、三通管道(6)与微型不锈钢波纹管阀(3)之间均为密封焊接连接；取气阀(1)的阀咀(109)与微型不锈钢波纹管阀(2)之间、微型不锈钢波纹管阀(3)与真空泵接口(7)之间均为可装拆的卡套式连接；三通管道(6)的90°转弯通道与微型不锈钢波纹管阀(4)、质谱分析仪接口(8)依次成“一字”形联接，三通管道(6)的90°转弯通道与微型不锈钢波纹管阀(4)为密封焊接连接，微型不锈钢波纹管阀(4)与质谱分析仪接口(8)为可装拆的卡套式连接；所说的取气阀(1)的内腔体容积要小于1cc。

2.根据权利要求1的一种用于微型机械制冷机的实时气体工质取样装置，其特征在于：所说的取样钢瓶(5)的容积与取气阀内腔体容积之比要根据制冷机内部气体工质压力确定，要保证取样气体进入取样钢瓶后为常压。

3.根据权利要求1的一种用于微型机械制冷机的实时气体工质取样装置，其特征在于：所说的取气阀(1)、三通管道(6)、取样钢瓶(5)均由低放气率的不锈钢材料制成。

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