[发明专利]负压液氮过冷器装置及其降低液氮温度的方法

说明书

技术领域

本发明属于发动机真空科学技术领域，本发明涉及一种用于将低温液氮进一步降温的过冷器装置，具体是一种负压液氮过冷器装置及其降低液氮温度的方法。

背景技术

热沉温度越低抽气效率越高。常压下的液氮温度为77K，液氮热沉采用液氮制冷至最低温度为77K，无法使液氮热沉温度进一步降低；液氦热沉在预冷过程中也先采用液氮制冷，将液氦热沉制冷最低为77K，后转换成液氦制冷，转换点温度越低，采用液氦制冷时消耗的液氦量越少，可有效节约液氦热沉的运行费用。用于热沉制冷的液氮外流程输送系统一般采用闭式循环，该闭式循环为带压系统，目的是将液氮循环利用。一般情况下流经热沉的液氮会有5K的温升，即热沉入口处的液氮温度77K，热沉出口处的液氮温度82K，过冷器在闭式液氮外流程中主要负责将热沉出口的高温液氮(82K)经过热交换后降温成为低温液氮(77K)，维持闭式液氮系统的循环。

过冷器是利用容器里温度较低的液氮气化所产生的潜热来冷却系统内循环的带有一定压力的液氮，通过过冷器后的液氮温度和过冷器容器内部的液氮温度相同，经过过冷器的液氮会直接被送到热沉入口。

传统的过冷器都是常压过冷器，所谓的常压过冷器是指过冷器容器内部的压力为常压(一个大气压)，而常压(一个大气压)下的液氮最低温度为77K，也就是说常压过冷器容器内部的液氮温度最低为77K，无法继续降低，因此常压过冷器不能为热沉系统提供更低温度的液氮，无法使热沉温度继续降低至77K以下，而热沉温度越低抽气效果越好，越能节约试验成本，若能够使得过冷器内部的液氮温度更低，则可为热沉系统提供更低的液氮。

发明内容

本发明的目的是为了使得过冷器内部的液氮温度更低，提出一种负压液氮过冷器装置及其降低液氮温度的方法，克服了常压液氮过冷器仅能为热沉提供最低温度77K的缺点，能进一步降低热沉温度，实现热沉温度在70～77K间可调。

一种负压液氮过冷器装置，包括液氮输送系统、过冷器系统、负压抽气系统以及排放系统。过冷器系统中包含有气动调节阀、第二液位计和过冷器，过冷器又包含过冷器容器主体和换热器；液氮输送系统通过气动调节阀将液氮输入冷器容器主体，通过设置在过冷器容器主体顶部的第二液位计的测量值大小来远程手动调节气动调节阀的开度，保持过冷器容器主体内的液氮液位的恒定，且液氮液位高于换热器；过冷器系统将流经热沉的液氮通入换热器，并将通过换热器的液氮输送入热沉入口；负压抽气系统为过冷器降压，使得冷器容器主体内部的蒸汽压为0.03859～0.1Mpa；排放系统用于排放液氮气化产生的氮气。所述装置的所有管路都采用聚氨酯发泡。

液氮输送系统主要包括测满阀、进液阀、出液阀、第一手阀、第二手阀、第三手阀、电磁阀、汽化器、第一现场压力表、第一远程压力表、第一液位计、第一残液排放阀、第一安全阀、第二安全阀、过冷器容器进液阀、过滤器和液氮容器。测满阀的一端通过管路连接至液氮容器的顶部，用于测满，当液氮容器加满液氮时，液氮会从测满阀处流出。进液阀的一端通过管路连接至液氮容器的底部，用于向液氮容器加注液氮。出液阀的一端通过管路连接至液氮容器的底部，另一端安装有三通管路，三通管路的一端顺次连接过冷器容器进液阀和过滤器并连接至过冷器系统，三通管路的另一端连接至第一残液排放阀，第一残液排放阀安装在液氮输送系统管路最低位置处。在过冷器容器进液阀的一端设置有第一安全阀，另一端设置有第二安全阀。电磁阀的左端连接有第一手阀，右端连接有第二手阀，第一手阀与第三手阀的左端通过三通管路连接至液氮容器的底部，第二手阀与第三手阀的右端通过三通管路连接至汽化器的入口。汽化器的出口通过管路直接连接至液氮容器的顶部。第一现场压力表和第一远程压力表连接在液氮容器的顶部，用于测量液氮容器的容器压力，通过压力的测量来控制电磁阀或第三手阀的开度大小。过滤器用于过滤液氮管路中的杂质，保证供液系统的清洁。第一液位计用于测量液氮容器的液氮液位高低，当液氮液位过低时，及时加注。