[发明专利]气体增压与中转回收的双效装置有效
申请号: | 201010195993.4 | 申请日: | 2010-06-10 |
公开(公告)号: | CN101865167A | 公开(公告)日: | 2010-10-20 |
发明(设计)人: | 黄永华;王晓建;王如竹 | 申请(专利权)人: | 上海交通大学 |
主分类号: | F15B3/00 | 分类号: | F15B3/00;F17C5/06;F17C7/00;F17C13/04 |
代理公司: | 上海交达专利事务所 31201 | 代理人: | 王锡麟;王桂忠 |
地址: | 200240 *** | 国省代码: | 上海;31 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 气体 增压 中转 回收 装置 | ||
技术领域
本发明涉及的是一种流体机械技术领域的装置,尤其涉及的是一种气体增压与中转回收的双效装置
背景技术
科学实验和工业应用中常需要对少量特殊气体本身物理行为特性进行研究或者要求以某气体作为工作介质的器械在指定压力条件下运转。鉴于这类气体的珍贵性、不可再生性、高洁净度要求、毒性、腐蚀性以及环境污染性等原因,必须利用一种合理的机构来实现气体的增压与回收,同时达到梯级利用与多次反复使用的目的。市场上可供增压的技术和设备非常广泛,然而它们要么容易对气体样品或工质造成一定程度的污染(比如油润滑压缩机),要么内腔扫气容积巨大从而必须压缩大量气体才有意义(比如空压机),要么出气与进气压比过小(如膜片泵),总之无法满足高洁净度、小体积量和高压比的技术特征要求。
经过对现有技术的检索发现,公开号为CN101566175的中国专利“气体增压装置”涉及的一种气体增压虽可实现高压力输出,但该装置通过液压油泵压缩油室来实现增压,油路系统必然无法满足本发明对气体洁净性要求,因此一般应用在要求不高的工业高压供气中。公开号为CN201149008的中国专利“气体增压器”主要应用于冲床气动控制路径上,可实现0.7MPa至2MPa的升压,升压比有限,且其内容腔体积较大,不适用于气体数量较少的珍贵稀有气体。此外,以往各方案均不涉及气体中转和回收功能。文献调研显示有用于激光核聚变ICF冷冻靶的超高压洁净型氦增压系统以及用于长征三号甲型火箭的冷氦增压系统等,但这类系统工程庞大、价格昂贵,不在本发明所涉及的应用领域。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供一种气体增压与中转回收的双效装置,基于可压缩性气体的热力学性质,以低温工程与可变形金属结构两项技术相结合的背景技术为手段,实现少量特定气体的增压和中转回收双效装置。
本发明是通过以下技术方案实现的,本发明包括:气源气瓶、目标气瓶、压缩气瓶、套筒、平板、封盖、调节杆、限位器、制冷器和真空设备,其中:压缩气瓶位于套筒内且两端密封,压缩气瓶的一端与套筒的底部固定连接,另一端和平板相连,平板活动设于套筒内,封盖固定设于套筒的顶部,调节杆的底端固定在平板上,调节杆顶端和封盖套接且顶端上分别设有限位器,制冷器分别与目标气瓶和套筒相连,真空设备、压缩气瓶、气源气瓶和目标气瓶通过管道相互连通。
所述的管道是内径小于0.2mm的不锈钢钢管。
所述的压缩气瓶是压缩率大于50%的耐高压耐低温的金属波纹管,其直径为20-50mm。同时考虑耐压强度和延展性,壁厚为0.15mm。最大耐压15MPa,工作温度为-269℃-+30℃,压缩气瓶通过调节杆作用于平板实现体积压缩。
所述的目标气瓶的体积是气源气瓶体积的十分之一。
所述的目标气瓶和套筒上分别设有冷却装置和加热器,外部设有绝热保温层。
所述的制冷器包括:冷源、开关和导热带,其中:开关分别连接冷源和导热带,导热带分别包覆于套筒和目标气瓶的内部。
所述的冷却装置为紫钢块,该紫钢块与导热带相连接。
所述的加热器包括:电源和电加热丝,其中:电源和电加热丝相连,电加热丝设于导热带外。
所述的电加热丝外部设有绝热层,导热带裸露于外界的部分都设有绝热层以便更有效的传递冷源。
本发明用于增压时,首先打开所有阀门,利用真空设备对各气瓶抽真空,通过调节调节杆顶端限位器的位置,借助机械力带动平板向下移动,则平板对压缩气瓶进行压缩,压缩气瓶的长度缩减为其初始长度一半时,固定限位器;通过对压缩气瓶的压缩可实现压力倍增的效果,更大的压缩能力依靠对气体进行热力学增压来实现;在连通已压力倍增的压缩气瓶和抽真空的目标气瓶后,气体向目标气瓶移动,达到压力平衡后在压缩气瓶和目标气瓶中均匀分布;利用制冷器对目标气瓶降温,温度下降后,目标气瓶内的气体密度将增大,由于目标气瓶和压缩气瓶的容积不变,气体向目标气瓶迁移;若制冷温度低于气体的临界温度,则气体将被液化甚至固化,此时可认为全部质量迁移入目标气瓶;当温度停止下降后,将第二阀门和第四阀门关闭,将气体质量保留在目标气瓶内;目标气瓶回复至室温时,其内部气体压力将增大约8倍。
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