[发明专利]淹没式气体液化深冷实验装置及其实验方法

权利要求书

1.一种淹没式气体液化深冷实验装置，其特征在于：包括基座（1），所述的基座（1）上方具有座架（2），所述的座架（2）上沿纵向设置有制冷机（5），所述的制冷机（5）的外部设置有真空筒体（22），所述的真空筒体（22）的内部具有真空室（6），所述的制冷机（5）的冷头上设置有中空的深冷液化腔（9），所述的深冷液化腔（9）的上方安装有密封刀口法兰盖（13），所述的密封刀口法兰盖（13）具有环形刀口（23），所述的环形刀口（23）的剖面呈楔形，所述的环形刀口（23）通过螺钉与深冷液化腔（9）的密封面预压密封，所述的密封刀口法兰盖（13）的热收缩率小于深冷液化腔（9）的热收缩率，以使环形刀口（23）的楔形剖面随着温度降低与深冷液化腔（9）的密封面逐渐贴合紧密；其中，

所述的深冷液化腔（9）上安装有加热块（11）和温度传感器（12），所述的加热块（11）和温度传感器（12）分别与温控仪（21）相连接，所述的温控仪（21）根据所述的温度传感器（12）所传回的温度数据控制所述的加热块（11）从而精确控制深冷液化腔（9）内的温度；

所述的深冷液化腔（9）具有第一气路（8），所述的第一气路（8）和充气系统（20）相连，所述的真空室（6）具有第二气路（24），所述的第二气路（24）和真空系统（19）相连，所述的第一气路（8）和第二气路（24）之间设置有第三气路（25），所述的第一气路（8）上设置有第三阀门（17），所述的第二气路（24）上设置有第一阀门（15），所述的第三气路（25）上设置有第二阀门（16），所述的充气系统（20）设置有第四阀门（18）。

2.根据权利要求1所述的淹没式气体液化深冷实验装置，其特征在于：所述的真空筒体（22）通过真空底座法兰（4）与制冷机（5）连接固定。

3.根据权利要求2所述的淹没式气体液化深冷实验装置，其特征在于：所述的真空底座法兰（4）的下方设置有法兰支撑杆（3），所述的法兰支撑杆（3）支撑于所述的基座（1）上。

4.根据权利要求1所述的淹没式气体液化深冷实验装置，其特征在于：所述的制冷机（5）为G-M制冷机。

5.根据权利要求1所述的淹没式气体液化深冷实验装置，其特征在于：所述的真空筒体（22）的顶部安装有上盖（14），所述的上盖（14）通过螺栓紧密封在真空室（6）上方。

6.根据权利要求1所述的淹没式气体液化深冷实验装置，其特征在于：所述的温控仪（21）对深冷液化腔（9）的温度的控制精度为4.2k~20k±1mk。

7.根据权利要求1所述的淹没式气体液化深冷实验装置，其特征在于：所述的第一气路（8）通过激光焊接固定在深冷液化腔（9）上。

8.根据权利要求1所述的淹没式气体液化深冷实验装置，其特征在于：所述的制冷机（5）的外部设置有一级低温屏蔽（7），所述的深冷液化腔（9）位于所述的一级低温屏蔽（7）内部，所述的一级低温屏蔽（7）位于所述的真空室（6）内部。

9.根据权利要求1所述的淹没式气体液化深冷实验装置，其特征在于：所述的深冷液化腔（9）的密封面为粗糙表面。

10.一种淹没式气体液化深冷实验方法，用于如权利要求1至9所述的淹没式气体液化深冷实验装置，其特征在于：包括如下步骤：

抽真空步骤：在深冷液化腔（9）内放置试验样件（10），启动真空系统（19），并打开第一阀门（15）、第二阀门（16）、第三阀门（17），关闭第四阀门（18），对真空室（6）和深冷液化腔（9）同时抽真空，抽真空时间≥6小时；

气体置换步骤：当真空度达到5×10^-4Pa后，关闭第二阀门（16），打开第四阀门（18），启动充气系统（20），向深冷液化腔（9）内充入需要液化的气体，到常压后关闭充气系统（20），关闭第四阀门（18），打开第三阀门（17），将充入的气体抽出，真空度达到5×10^-4Pa后，再重复两次相同充气置换过程，保证深冷液化腔（9）内无杂质气体；

降温步骤：打开制冷机（5），将一级低温屏蔽（7）的温度设定为≤120k，将深冷液化腔（9）的温度设定为所需液化气体的三相点温度，精确控温深冷液化腔（9）温度达到冷冻气体的三相点；

充气液化步骤：关闭第二阀门（16），打开第三阀门（17）、第四阀门（18），启动充气系统（20），向深冷液化腔（9）内充入需要液化的气体，液面逐渐上升直至淹没试验样件（10）并充满深冷液化腔（9），关闭充气系统（20）和第四阀门（18），试验样件（10）在液化气体内保持所设定的试验时间；

结束步骤：打开第一阀门（15）、第二阀门（16）、第三阀门（17），同时对深冷液化腔（9）进行升温，温度设定为大于气体三相点使液体气化并抽空，深冷液化腔（9）内的压力低于常压后，按顺序关闭第三阀门（17）、第二阀门（16）、第一阀门（15），关闭真空系统（19），深冷液化腔（9）自然回温到常温后，对真空室（6）和深冷液化腔（9）内放气，与大气压力平衡后，取下真空室（6）的上盖（14），取下深冷液化腔（9）上的密封刀口法兰盖（13），最后将试验样件（10）取出。