專利名稱：一種用于低溫液體循環(huán)系統(tǒng)的增壓裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于制冷與低溫技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于低溫液體循環(huán)系統(tǒng)的增壓裝置。
背景技術(shù)：
在低溫液體循環(huán)流程中，常因?yàn)橄到y(tǒng)溫度降低而使低溫介質(zhì)比容減小，導(dǎo)致循環(huán)工作壓力降低，則需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行增壓，以維持循環(huán)系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運(yùn)行。或者，因低溫液體循環(huán)系統(tǒng)工作的需要，要求提高循環(huán)系統(tǒng)的工作壓力。對(duì)低溫液體循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行增壓通常有兩種解決辦法。做法一使用加熱器，對(duì)低溫液體循環(huán)系統(tǒng)中的氣液分離器中的工作介質(zhì)進(jìn)行加熱，使其壓力恢復(fù)到正常工作狀態(tài)或者增壓至所需要的壓力水平；做法二使用同種液態(tài)低溫介質(zhì)加入到循環(huán)系統(tǒng)中，使其工作壓力升高。
上述的做法一，是在氣液分離器中加裝電加熱器，需要增壓時(shí)，接通加熱器電源，使低溫液體循環(huán)系統(tǒng)中的氣液分離器內(nèi)部分液氮蒸發(fā)成氣體，以使氣液分離器內(nèi)壓力增加，而使低溫液體循環(huán)系統(tǒng)的工作壓力隨之增加。這種方法曾被用于實(shí)際的低溫液體循環(huán)系統(tǒng)當(dāng)中，如圖2所示，為美國(guó)橡樹國(guó)家實(shí)驗(yàn)室為冷卻高溫超導(dǎo)電纜而設(shè)計(jì)研制的液氮低溫液體循環(huán)系統(tǒng)。這套低溫液體循環(huán)系統(tǒng)工作壓力從1～10bar連續(xù)可調(diào)，其壓力調(diào)節(jié)(增壓)是通過一個(gè)帶加熱器(圖2中的標(biāo)號(hào)A)的氣液分離器與循環(huán)系統(tǒng)相連來(lái)實(shí)現(xiàn)的。顯然，該方法需要把整個(gè)氣液分離器全部加熱到理想的溫度(對(duì)應(yīng)其飽和壓力等于所需的壓力水平)，加熱功率要求較大，否則增壓時(shí)間會(huì)很長(zhǎng)。正因?yàn)榧訜峁β蚀蠖鴷r(shí)間長(zhǎng)，增壓給循環(huán)系統(tǒng)帶入的熱量將很大，對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)而言，給制冷機(jī)(過冷器)帶來(lái)很大熱負(fù)載。對(duì)于節(jié)能和降低系統(tǒng)運(yùn)行成本不利，是一種很不經(jīng)濟(jì)的做法。
上述做法二適用于不使用氣液分離器的低溫液體循環(huán)系統(tǒng)，直接將同種液態(tài)低溫介質(zhì)(與低溫液體循環(huán)系統(tǒng)的工作介質(zhì)相同)加入到低溫液體循環(huán)系統(tǒng)中，使其工作壓力升高。這種方法雖簡(jiǎn)便，但同做法一一樣，增壓過程時(shí)間較長(zhǎng)，同時(shí)，增壓給循環(huán)系統(tǒng)帶進(jìn)了附加熱量，使得制冷機(jī)(過冷器)的熱負(fù)載增壓，不利于節(jié)能和降低系統(tǒng)運(yùn)行成本。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于提供一種新的用于低溫液體循環(huán)系統(tǒng)的增壓裝置，該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，通過向低溫液體循環(huán)系統(tǒng)中添加與其不同種介質(zhì)的惰性氣體，加入的惰性氣體的沸點(diǎn)低于系統(tǒng)中的工作介質(zhì)的沸點(diǎn)；可大大縮短循環(huán)系統(tǒng)的增壓時(shí)間，具有節(jié)能和降低系統(tǒng)運(yùn)行成本的優(yōu)點(diǎn)。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的本實(shí)用新型提供的用于低溫液體閉式循環(huán)系統(tǒng)的增壓裝置，如圖1所示，包括一高壓容器1，其內(nèi)裝有沸點(diǎn)低于所述低溫液體閉式循環(huán)系統(tǒng)工作介質(zhì)沸點(diǎn)的不同種高壓惰性氣體；一裝在高壓容器1出口管路上的穩(wěn)壓閥2；及與穩(wěn)壓閥2相連的一氣液分離容器3，所述氣液分離容器3位于所述低溫液體閉式循環(huán)系統(tǒng)的循環(huán)管路中。
所述高壓容器1內(nèi)盛裝的是不同于所述低溫液體閉式循環(huán)系統(tǒng)工作介質(zhì)的高壓惰性氣體介質(zhì)，所述高壓惰性氣體介質(zhì)的沸點(diǎn)低于所述低溫液體閉式循環(huán)系統(tǒng)工作介質(zhì)的沸點(diǎn)。
所述高壓惰性氣體介質(zhì)為氦氣、氖氣、氮?dú)饣驓鍤?；所述的低溫液體閉式循環(huán)系統(tǒng)的工作介質(zhì)為液氮、液氧、液氬或液氫。
使用時(shí)，只需將本實(shí)用新型的增壓裝置安裝在需要調(diào)節(jié)(增加)壓力的低溫液體閉式循環(huán)系統(tǒng)的循環(huán)管路中，在需要增壓時(shí)，只需打開高壓容器1出口管路上的穩(wěn)壓閥2，向所述氣液分離容器3充入適量干燥的高壓惰性氣體，便可使氣液分離器3的壓力穩(wěn)定在所需的工作壓力狀態(tài)下。
本實(shí)用新型提供的用于低溫液體循環(huán)系統(tǒng)的增壓裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，通過向低溫液體循環(huán)系統(tǒng)中添加與其不同種介質(zhì)的惰性氣體，加入的惰性氣體的沸點(diǎn)低于系統(tǒng)中的工作介質(zhì)的沸點(diǎn)；可大大縮短循環(huán)系統(tǒng)的增壓時(shí)間，具有節(jié)能和降低系統(tǒng)運(yùn)行成本的優(yōu)點(diǎn)；相對(duì)于其它增壓手段，具有方便靈活、消耗介質(zhì)量少、給系統(tǒng)帶入熱量少、增壓時(shí)間短而穩(wěn)定的特點(diǎn)，是一般小型低溫液體閉式循環(huán)系統(tǒng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作壓力的一種行之有效的裝置。


圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是冷卻高溫超導(dǎo)電纜用的液氮閉式循環(huán)系統(tǒng)的示意圖(美國(guó)橡樹國(guó)家實(shí)驗(yàn)室，使用加熱器增壓)；圖3是使用本實(shí)用新型的增壓裝置的冷卻高溫超導(dǎo)電纜用的低溫液體閉式循環(huán)系統(tǒng)的示意圖(所使用增壓氣體為氦氣)；圖4是將本實(shí)用新型的增壓裝置用于圖2所示液氮閉式循環(huán)系統(tǒng)的示意圖。
其中高壓容器1 穩(wěn)壓閥2 氣液分離容器3高溫超導(dǎo)電纜池4 過冷器5 電動(dòng)閥6空氣換熱器7 真空泵8 預(yù)冷閥9流量計(jì)10輸液管11液態(tài)罐12過濾器13液氮泵14換熱器15高溫超導(dǎo)電纜41 測(cè)溫計(jì)T1、T2、T4、T5、T6、T7、T8、T9溫度傳感器 壓力傳感器 液位傳感器 測(cè)壓計(jì)P1、P3、P4、P5液位計(jì)L具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施例進(jìn)一步描述本實(shí)用新型圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是使用本實(shí)用新型的增壓裝置的冷卻高溫超導(dǎo)電纜用的低溫液體閉式循環(huán)系統(tǒng)的示意圖(所使用增壓氣體為氦氣)；圖3為本實(shí)用新型的增壓裝置用于液氮閉式循環(huán)系統(tǒng)的示意圖；圖4是將本實(shí)用新型的增壓裝置用于圖2所示液氮閉式循環(huán)系統(tǒng)的示意圖。由圖可知，本實(shí)用新型的用于低溫液體閉式循環(huán)系統(tǒng)的增壓裝置，包括一高壓容器1，其內(nèi)裝有沸點(diǎn)低于所述低溫液體閉式循環(huán)系統(tǒng)工作介質(zhì)沸點(diǎn)的不同種高壓惰性氣體；一裝在高壓容器1出口管路上的穩(wěn)壓閥2；及與穩(wěn)壓閥2相連的一氣液分離容器3，所述氣液分離容器3位于所述低溫液體閉式循環(huán)系統(tǒng)的循環(huán)管路中。
所述高壓容器1內(nèi)盛裝的高壓氣體為沸點(diǎn)低于對(duì)其增壓的低溫液體閉式循環(huán)系統(tǒng)工作介質(zhì)沸點(diǎn)的不同種高壓惰性氣體。
本實(shí)用新型的用于低溫液體閉式循環(huán)系統(tǒng)的增壓，是通過向低溫液體閉式循環(huán)系統(tǒng)添加其沸點(diǎn)低于該低溫液體閉式循環(huán)系統(tǒng)工作介質(zhì)沸點(diǎn)的不同種高壓惰性氣體介質(zhì)。所述高壓惰性氣體為氦氣、氖氣、氮?dú)饣驓鍤猓凰龅蜏匾后w閉式循環(huán)系統(tǒng)的工作介質(zhì)為液氮、液氧、液氬或液氫。
實(shí)施例1如圖3所示，圖3是使用本實(shí)用新型的增壓裝置的一種三相交流高溫超導(dǎo)電纜冷卻用的低溫液體閉式循環(huán)(其工作介質(zhì)為液氮)的示意圖；其目的是要把高溫超導(dǎo)電纜41因各種原因產(chǎn)生的熱量帶出高溫超導(dǎo)電纜工作區(qū)域，通過液氮的循環(huán)流動(dòng)(液氮泵提供循環(huán)動(dòng)力)，借助液氮的顯熱，把熱量從高溫超導(dǎo)電纜工作區(qū)域帶出，送到制冷機(jī)(過冷器)處冷卻，從而實(shí)現(xiàn)高溫超導(dǎo)電纜穩(wěn)定可靠長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行。由于其流程中有一個(gè)氣液分離器(圖3中的標(biāo)號(hào)3)，其作用是為了分離從高溫超導(dǎo)電纜出來(lái)液氮中的氣體，不至于使氣體流入液氮低溫泵(氣體會(huì)對(duì)泵產(chǎn)生氣蝕而損壞泵)。
該系統(tǒng)使用了本實(shí)用新型的增壓裝置(該增壓裝置借用了原系統(tǒng)中的氣液分離器)，圖3中的標(biāo)號(hào)1，2和3構(gòu)成本實(shí)用新型的增壓裝置。該實(shí)施例利用了系統(tǒng)中的氣液分離容器3，只需將該氣液分離容器3與裝有高壓氦氣的高壓容器1相連通，并在高壓容器的出口管路上裝有穩(wěn)壓閥2，即可在需要的時(shí)候，隨時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)該系統(tǒng)的增壓。
在該液氮低溫系統(tǒng)的循環(huán)過程中，因?yàn)橹评錂C(jī)的制冷大于高溫超導(dǎo)電纜產(chǎn)生的熱量，整個(gè)系統(tǒng)越來(lái)越冷，致使其壓力將有所降低，需要將其壓力恢復(fù)到正常狀態(tài)時(shí)，只需打開穩(wěn)壓閥的閥門，給氣液分離器充入一定量的氦氣(充氦氣量視氣液分離器氣體空間體積而定，氣體空間體積小，充入氦氣量也很少，增壓過程時(shí)間也短)，使其壓力達(dá)到所需要的水平，關(guān)閉穩(wěn)壓閥閥門即可。
圖中的4為高溫超導(dǎo)電纜池；5為過冷器；6為電動(dòng)閥；7為空氣換熱器；8為真空泵；9為預(yù)冷閥；10為流量計(jì)；11為輸液管；12為液態(tài)罐；13為過濾器；14為液氮泵；15為換熱器；41為高溫超導(dǎo)電纜；4為高溫超導(dǎo)電纜池； 為溫度傳感器； 為壓力傳感器；其工作過程為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)知應(yīng)會(huì)，在此不再贅述。
實(shí)施例2圖4是將本實(shí)用新型的增壓裝置用于圖2所示液氮閉式循環(huán)系統(tǒng)的示意圖，圖中標(biāo)號(hào)1，2和3為本實(shí)用新型的增壓裝置，其高壓容器1內(nèi)的高壓氣體為氖氣，當(dāng)然其它氣體也可，只要是沸點(diǎn)低于對(duì)其增壓的低溫液體閉式循環(huán)系統(tǒng)工作介質(zhì)沸點(diǎn)的不同種高壓惰性氣體均可；當(dāng)循環(huán)系統(tǒng)需要增壓時(shí)，只需打開穩(wěn)壓閥2的閥門，給氣液分離器3充入一定量的氖氣(充氖氣量視氣液分離器氣體空間體積而定，氣體空間體積小，充入氦氣量也很少，增壓過程時(shí)間也短)，使其壓力達(dá)到所需要的水平，關(guān)閉穩(wěn)壓閥閥門即可。該系統(tǒng)的壓力調(diào)節(jié)時(shí)間縮短，而且不會(huì)給系統(tǒng)帶入過多的熱負(fù)載。操作簡(jiǎn)便，安全可靠。圖中的T1、T2、T4、T5、T6、T7、T8、T9為測(cè)溫計(jì)；P1、P3、P4、P5為測(cè)壓計(jì)；L為液位計(jì)；其工作過程為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)知應(yīng)會(huì)，在此不再贅述。
權(quán)利要求1.一種用于低溫液體循環(huán)系統(tǒng)的增壓裝置，其特征在于，包括一內(nèi)部裝有沸點(diǎn)低于且不同于所述低溫液體循環(huán)系統(tǒng)工作介質(zhì)的高壓惰性氣體介質(zhì)的高壓容器；一裝在高壓容器出口管路上的穩(wěn)壓閥；及與穩(wěn)壓閥相連的一氣液分離容器，所述氣液分離容器位于所述低溫液體循環(huán)系統(tǒng)的循環(huán)管路中。
2.按權(quán)利要求1所述的用于低溫液體循環(huán)系統(tǒng)的增壓裝置，其特征在于，所述的高壓容器為內(nèi)裝的高壓惰性氣體介質(zhì)為氦氣、氖氣、氮?dú)饣驓鍤狻?br> 3.按權(quán)利要求1所述的用于低溫液體循環(huán)系統(tǒng)的增壓裝置，其特征在于，所述的低溫液體循環(huán)系統(tǒng)的工作介質(zhì)為液氮、液氧、液氬或液氫。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種用于低溫液體閉式循環(huán)系統(tǒng)的增壓裝置，包括內(nèi)裝不同于所述低溫液體閉式循環(huán)系統(tǒng)工作介質(zhì)的高壓惰性氣體介質(zhì)的高壓容器，高壓惰性氣體介質(zhì)的沸點(diǎn)低于所述循環(huán)系統(tǒng)工作介質(zhì)的沸點(diǎn)；裝在高壓容器出口管路上的穩(wěn)壓閥；及與穩(wěn)壓閥相連的一氣液分離容器，氣液分離容器位于所述低溫液體閉式循環(huán)系統(tǒng)的循環(huán)管路中；具有方便靈活、操作方便、消耗介質(zhì)量少、給系統(tǒng)帶入熱量少、增壓時(shí)間短而穩(wěn)定的特點(diǎn)等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)F25D3/10GK2788101SQ200520022780
公開日2006年6月14日 申請(qǐng)日期2005年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月28日
發(fā)明者范宇峰, 龔領(lǐng)會(huì), 徐向東, 李來(lái)風(fēng) 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所