CN2788101Y - 一种用于低温液体循环系统的增压装置 - Google Patents

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范宇峰
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徐向东
李来风
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Abstract

本实用新型涉及一种用于低温液体闭式循环系统的增压装置，包括：内装不同于所述低温液体闭式循环系统工作介质的高压惰性气体介质的高压容器，高压惰性气体介质的沸点低于所述循环系统工作介质的沸点；装在高压容器出口管路上的稳压阀；及与稳压阀相连的一气液分离容器，气液分离容器位于所述低温液体闭式循环系统的循环管路中；具有方便灵活、操作方便、消耗介质量少、给系统带入热量少、增压时间短而稳定的特点等优点。

Description

一种用于低温液体循环系统的增压装置
技术领域
本实用新型属于制冷与低温技术领域，特别涉及一种用于低温液体循环系统的增压装置。
背景技术
在低温液体循环流程中，常因为系统温度降低而使低温介质比容减小，导致循环工作压力降低，则需要对系统进行增压，以维持循环系统的正常稳定运行。或者，因低温液体循环系统工作的需要，要求提高循环系统的工作压力。对低温液体循环系统进行增压通常有两种解决办法。做法一：使用加热器，对低温液体循环系统中的气液分离器中的工作介质进行加热，使其压力恢复到正常工作状态或者增压至所需要的压力水平；做法二：使用同种液态低温介质加入到循环系统中，使其工作压力升高。
上述的做法一，是在气液分离器中加装电加热器，需要增压时，接通加热器电源，使低温液体循环系统中的气液分离器内部分液氮蒸发成气体，以使气液分离器内压力增加，而使低温液体循环系统的工作压力随之增加。这种方法曾被用于实际的低温液体循环系统当中，如图2所示，为美国橡树国家实验室为冷却高温超导电缆而设计研制的液氮低温液体循环系统。这套低温液体循环系统工作压力从1～10bar连续可调，其压力调节(增压)是通过一个带加热器(图2中的标号A)的气液分离器与循环系统相连来实现的。显然，该方法需要把整个气液分离器全部加热到理想的温度(对应其饱和压力等于所需的压力水平)，加热功率要求较大，否则增压时间会很长。正因为加热功率大而时间长，增压给循环系统带入的热量将很大，对于整个系统而言，给制冷机(过冷器)带来很大热负载。对于节能和降低系统运行成本不利，是一种很不经济的做法。
上述做法二：适用于不使用气液分离器的低温液体循环系统，直接将同种液态低温介质(与低温液体循环系统的工作介质相同)加入到低温液体循环系统中，使其工作压力升高。这种方法虽简便，但同做法一一样，增压过程时间较长，同时，增压给循环系统带进了附加热量，使得制冷机(过冷器)的热负载增压，不利于节能和降低系统运行成本。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种新的用于低温液体循环系统的增压装置，该装置结构简单，操作方便，通过向低温液体循环系统中添加与其不同种介质的惰性气体，加入的惰性气体的沸点低于系统中的工作介质的沸点；可大大缩短循环系统的增压时间，具有节能和降低系统运行成本的优点。
本实用新型的目的是这样实现的：
本实用新型提供的用于低温液体闭式循环系统的增压装置，如图1所示，包括：
一高压容器1，其内装有沸点低于所述低温液体闭式循环系统工作介质沸点的不同种高压惰性气体；
一装在高压容器1出口管路上的稳压阀2；及
与稳压阀2相连的一气液分离容器3，所述气液分离容器3位于所述低温液体闭式循环系统的循环管路中。
所述高压容器1内盛装的是不同于所述低温液体闭式循环系统工作介质的高压惰性气体介质，所述高压惰性气体介质的沸点低于所述低温液体闭式循环系统工作介质的沸点。
所述高压惰性气体介质为氦气、氖气、氮气或氩气；所述的低温液体闭式循环系统的工作介质为液氮、液氧、液氩或液氢。
使用时，只需将本实用新型的增压装置安装在需要调节(增加)压力的低温液体闭式循环系统的循环管路中，在需要增压时，只需打开高压容器1出口管路上的稳压阀2，向所述气液分离容器3充入适量干燥的高压惰性气体，便可使气液分离器3的压力稳定在所需的工作压力状态下。
本实用新型提供的用于低温液体循环系统的增压装置，结构简单，操作方便，通过向低温液体循环系统中添加与其不同种介质的惰性气体，加入的惰性气体的沸点低于系统中的工作介质的沸点；可大大缩短循环系统的增压时间，具有节能和降低系统运行成本的优点；相对于其它增压手段，具有方便灵活、消耗介质量少、给系统带入热量少、增压时间短而稳定的特点，是一般小型低温液体闭式循环系统调节系统工作压力的一种行之有效的装置。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图2是冷却高温超导电缆用的液氮闭式循环系统的示意图(美国橡树国家实验室，使用加热器增压)；
图3是使用本实用新型的增压装置的冷却高温超导电缆用的低温液体闭式循环系统的示意图(所使用增压气体为氦气)；
图4是将本实用新型的增压装置用于图2所示液氮闭式循环系统的示意图。
其中：高压容器1     稳压阀2     气液分离容器3
高温超导电缆池4     过冷器5     电动阀6
空气换热器7         真空泵8     预冷阀9
流量计10            输液管11    液态罐12
过滤器13            液氮泵14    换热器15
高温超导电缆41      测温计T1、T2、T4、T5、T6、T7、T8、T9
温度传感器
Figure Y20052002278000051
压力传感器
液位传感器 测压计P1、P3、P4、P5
液位计L
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例进一步描述本实用新型：
图1为本实用新型的结构示意图；图2是使用本实用新型的增压装置的冷却高温超导电缆用的低温液体闭式循环系统的示意图(所使用增压气体为氦气)；图3为本实用新型的增压装置用于液氮闭式循环系统的示意图；图4是将本实用新型的增压装置用于图2所示液氮闭式循环系统的示意图。由图可知，本实用新型的用于低温液体闭式循环系统的增压装置，包括：
一高压容器1，其内装有沸点低于所述低温液体闭式循环系统工作介质沸点的不同种高压惰性气体；
一装在高压容器1出口管路上的稳压阀2；及
与稳压阀2相连的一气液分离容器3，所述气液分离容器3位于所述低温液体闭式循环系统的循环管路中。
所述高压容器1内盛装的高压气体为沸点低于对其增压的低温液体闭式循环系统工作介质沸点的不同种高压惰性气体。
本实用新型的用于低温液体闭式循环系统的增压，是通过向低温液体闭式循环系统添加其沸点低于该低温液体闭式循环系统工作介质沸点的不同种高压惰性气体介质。所述高压惰性气体为氦气、氖气、氮气或氩气；所述低温液体闭式循环系统的工作介质为液氮、液氧、液氩或液氢。
实施例1
如图3所示，图3是使用本实用新型的增压装置的一种三相交流高温超导电缆冷却用的低温液体闭式循环(其工作介质为液氮)的示意图；其目的是要把高温超导电缆41因各种原因产生的热量带出高温超导电缆工作区域，通过液氮的循环流动(液氮泵提供循环动力)，借助液氮的显热，把热量从高温超导电缆工作区域带出，送到制冷机(过冷器)处冷却，从而实现高温超导电缆稳定可靠长时间的运行。由于其流程中有一个气液分离器(图3中的标号3)，其作用是为了分离从高温超导电缆出来液氮中的气体，不至于使气体流入液氮低温泵(气体会对泵产生气蚀而损坏泵)。
该系统使用了本实用新型的增压装置(该增压装置借用了原系统中的气液分离器)，图3中的标号1，2和3构成本实用新型的增压装置。该实施例利用了系统中的气液分离容器3，只需将该气液分离容器3与装有高压氦气的高压容器1相连通，并在高压容器的出口管路上装有稳压阀2，即可在需要的时候，随时实现对该系统的增压。
在该液氮低温系统的循环过程中，因为制冷机的制冷大于高温超导电缆产生的热量，整个系统越来越冷，致使其压力将有所降低，需要将其压力恢复到正常状态时，只需打开稳压阀的阀门，给气液分离器充入一定量的氦气(充氦气量视气液分离器气体空间体积而定，气体空间体积小，充入氦气量也很少，增压过程时间也短)，使其压力达到所需要的水平，关闭稳压阀阀门即可。
图中的4为高温超导电缆池；5为过冷器；6为电动阀；7为空气换热器；8为真空泵；9为预冷阀；10为流量计；11为输液管；12为液态罐；13为过滤器；14为液氮泵；15为换热器；41为高温超导电缆；4为高温超导电缆池；
Figure Y20052002278000071
为温度传感器；
Figure Y20052002278000072
为压力传感器；
其工作过程为本领域普通技术人员应知应会，在此不再赘述。
实施例2
图4是将本实用新型的增压装置用于图2所示液氮闭式循环系统的示意图，图中标号1，2和3为本实用新型的增压装置，其高压容器1内的高压气体为氖气，当然其它气体也可，只要是沸点低于对其增压的低温液体闭式循环系统工作介质沸点的不同种高压惰性气体均可；当循环系统需要增压时，只需打开稳压阀2的阀门，给气液分离器3充入一定量的氖气(充氖气量视气液分离器气体空间体积而定，气体空间体积小，充入氦气量也很少，增压过程时间也短)，使其压力达到所需要的水平，关闭稳压阀阀门即可。该系统的压力调节时间缩短，而且不会给系统带入过多的热负载。操作简便，安全可靠。图中的T1、T2、T4、T5、T6、T7、T8、T9为测温计；P1、P3、P4、P5为测压计；L为液位计；其工作过程为本领域普通技术人员应知应会，在此不再赘述。

Claims (3)

1、一种用于低温液体循环系统的增压装置，其特征在于，包括：
一内部装有沸点低于且不同于所述低温液体循环系统工作介质的高压惰性气体介质的高压容器；
一装在高压容器出口管路上的稳压阀；及
与稳压阀相连的一气液分离容器，所述气液分离容器位于所述低温液体循环系统的循环管路中。
2、按权利要求1所述的用于低温液体循环系统的增压装置，其特征在于，所述的高压容器为内装的高压惰性气体介质为氦气、氖气、氮气或氩气。
3、按权利要求1所述的用于低温液体循环系统的增压装置，其特征在于，所述的低温液体循环系统的工作介质为液氮、液氧、液氩或液氢。
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