[发明专利]简化的液氮制备装置

说明书

本发明是关于可作为象超导磁铁型核磁共振仪(SCM-NMR)等科学仪器的制冷源的简化的液氮制备装置。

以往在实验室等场合，作为简化制液氮装置是将超低温冷冻机的致冷头从绝热容器制成的制冷剂贮槽的上端开口处插装在制冷剂贮槽内，用空气分离机从大气中分离出来的氮气以气态被输入制冷剂贮槽，输入的氮气在致冷头冷量的作用下发生液化。

这种情况下，在空气分离机中，因为大气中的氢气和氦气等低沸点气体或水和二氧化碳气不能完全除去，所以由空气分离机的分离过程得到的并供给到绝热容器中去的氮气是含有如低沸点气体、水分或二氧化碳之类的杂质的。其中作为杂质的水分和二氧化碳气的沸点比氮气高，所以，它们在超低温冷冻机的致冷头处受冷能作用而发生液化和冻结，因而造成向制冷剂贮槽供给氮气的管路发生堵塞，使超低温冷冻机处于空转状态或空气分离机的压缩机的背压升高，因而使制冷剂贮槽和空气分离机负载过大。

大气中的氢气和氦气等低沸点气体在制备液氮的冷冻机的制冷温度下是不会液化的，而呈气态滞留于绝热容器内的上部空间。在绝热容器中，当这些低沸点气体滞留量增大，便在氮气与致冷头之间形成低沸点气体层，氮气与致冷头间的冷能传递受到阻碍，造成氮气液化量减少的问题。

本发明的第一个目的是提供能够有效地防止制冷剂贮槽和空气分离机过载的液氮制备装置。

为了达到这一目的，本发明的液氮制备装置组成上有下面的特征，用空气分离机从大气中分离出的氮气供给到装有超低温冷冻机的绝热容器，在绝热容器中氮气被液化，在这样的于绝热容器内制备液氮的装置中，在空气分离机的成品槽安装压力检测仪的同时，在制冷剂贮槽也安装负压压力传感器。压力检测仪测出成品槽的内压达到设定压力，或者负压压力传感器检测出制冷剂贮槽内呈负压时，能根据这些检出的信号使超低温冷冻机的致冷头停止运转，并发出警报。

本发明的第二个目的是，提供能自动排出制冷剂贮槽内的滞留气体，使制冷剂贮槽中的低沸点气体不滞留的高效能液氮制备装置。

为此，发明的第二个特征是，用空气分离机从大气中分离出的氮气供给到装有超低温冷冻机的绝热容器，在绝热容器中氮气被液化，这种在绝热容器内制备液氮的装置中，从绝热容器上端开口部位的封口底法兰盘上引出一个压力连通管。该压力连通管末端装有安全阀，安全阀的设定压力为稍高于大气压，用以排放绝热容器的内压。

图1是液氮制备装置组成示意图。

图2是绝热容器关键部位轴向截面图。

该液氮制备装置由绝热容器制成的制冷剂贮槽(1)、绝缘容器、带有安装在制冷剂贮槽(1)上端开口部位的致冷头(2)的超低温冷冻机(3)和向制冷剂贮槽(1)供给制冷剂气体的压力振动式空气分离机(4)组成。空气分离机(4)可以是分子筛式空气分离机或透射式空气分离机。图中的(5)是超低温冷冻机(3)的压缩机部分。

致冷头(2)的致冷补偿器(6)是从制冷剂贮槽(1)的上端开口部位装进到制冷剂贮槽(1)内部的，该致冷补偿器(6)上连接着增强凝结/液化作用的翼片(7)。另外，在制冷剂贮槽(1)上端开口部位，安装一绝热材料制成的环状体(8)，用它将致冷补偿器(6)包围起来，在绝热环状体(8)的壁内开有轴向通孔(10)，孔内装有垂直穿过环状体(8)为除去杂质气体的氮气精制器(9)。

除去杂质气体的氮气精制器(9)是由黄铜等良导热体制成的套管(11)内部填充以铜等良导热体金属细丝(12)和装在管(11)下端的多孔板(13)构成的。该除去杂质气体的氮气精制器(9)的上端是安装在制冷剂贮槽(1)的开口部位封口底法兰盘(14)上，并可以装上卸下，作密闭固定。它的下端支承部分有一定的锥度镶嵌固定在传热板(15)上，传热板(15)平行于绝热环状体(8)的端面，它是用铜或铝等导热性好的金属制成，一端热连接于致冷补偿器(6)上。

在制冷剂贮槽(1)上安装有负压压力传感器(16)，它是由接触或压力传感器和压力表组成的。

负压传感器(16)如果检测出制冷剂贮槽(1)内的压力下降到规定压力以下时，将检出信号输入控制装置(17)，从控制装置(17)输出指令，使超低温冷冻机(3)的致冷头(2)停止运转。

负压压力传感器(16)是安装在制冷剂贮槽(1)的上端开口部位的封口底法兰盘(14)上的与致冷头装进口的内圆周表面连通的压力传导管(18)上，该压力传导管末端安装有安全阀(19)。该安全阀(19)的开启设定压力范围为0.3-0.5kg/cm²表压。