[发明专利]基于低温制冷机的流体受控液化及凝固过程可视化实验观测装置

摘要

一种基于低温制冷机的流体受控液化及凝固过程可视化实验观测装置，包括可视化实验腔单元、低温流体充放气单元、真空系统、控温单元、温度测量采集系统、以及低温制冷机单元，可视化实验单元包含石英玻璃试样瓶、翅片式换热器以及转接法兰，它通过转接法兰与低温制冷机的冷头相连接，用于对石英玻璃试样瓶内的低温流体进行冷却降温，低温流体充放气单元的末端与气囊或抽真空分子泵相连接，所述的真空系统利用分子泵实现石英玻璃试样瓶以及真空腔内部空间的真空。本发明实现了低温流体液化及凝固过程的可视化，解决了可视化与低温下结霜结露影响观察的实验矛盾，且结构简单，操作方便，可有效用于研究各种低温流体在可控温度下的液化及凝固特性。

主权项

1.一种基于低温制冷机的流体受控液化及凝固过程可视化实验观测装置，其特征在于，包括可视化实验腔单元、低温流体充放气单元、真空系统、控温单元、温度测量采集系统和低温制冷机单元；所述的低温制冷机单元包括低温制冷机(61)和套设在该低温制冷机(61)外的外筒体(63)；所述的低温制冷机(61)和外筒体(63)之间形成真空腔(64)，在所述的外筒体(63)下部两侧边、对称设有实验观察窗(65)，在该外筒体(63)上部一侧边设有密封板(23)，上部另一侧边设有航空接插件(56)；所述的可视化实验腔单元包含石英玻璃试样瓶(11)、通气刀口法兰(12)、不锈钢刀口法兰(15)、翅片式换热器(16)和转接法兰(19)；所述的石英玻璃试样瓶(11)的上部连接所述的不锈钢刀口法兰(15)，在所述的通气刀口法兰(12)内开有内螺纹沉孔(14)，与所述的翅片式换热器(16)的外螺纹(18)配合连接，旋紧至端面贴合；所述的通气刀口法兰(12)上穿透焊接一根不锈钢管，该不锈钢管的一端与所述的低温流体充放气单元相连通，另一端同轴地穿过所述翅片式换热器(16)的中心通孔(17)至其下方；所述的通气刀口法兰(12)与不锈钢刀口法兰(15)通过铜垫圈和螺栓预紧实现低温密封；所述转接法兰(19)的一侧与低温制冷机(61)的冷头端连接，另一侧与所述的通气刀口法兰(12)相连；所述的低温流体充放气单元包括焊接在所述的密封板(23)上的不锈钢卡套、截止阀(22)和第一KF25法兰接口(21)；所述的石英玻璃试样瓶(11)通过不锈钢管依次经密封板(23)、截止阀(22)和第一KF25法兰接口(21)后，经气囊阀门(25)与气囊(24)相连通，或者所述的石英玻璃试样瓶(11)通过不锈钢管依次经密封板(23)、截止阀(22)和第一KF25法兰接口(21)后依次经第二真空阀(35)、三通(33)与抽真空分子泵(31)相连通；所述的控温单元包括多片不锈钢片(41)、绕线加热器(42)以及带PID调节的可编程电源(44)；所述的绕线加热器(42)的导线通过所述的航空接插件(56)与可编程电源(44)连接，所述的多片不锈钢片(41)、绕线加热器(42)和所述的转接法兰(19)按自上而下的顺序用同一螺栓连接固定在低温制冷机(61)的冷头端；所述的真空系统包括抽真空分子泵(31)、第二KF25法兰接口(32)、三通(33)；所述的真空腔(64)通过抽真空管路依次经第二KF25法兰接口(32)、第一真空阀(34)和三通(33)与所述的抽真空分子泵(31)连接；所述的温度测量采集系统包括石英玻璃试样瓶内温度计(51)、制冷机冷头端温度计(54)、数据采集仪(57)和计算机(58)；所述的石英玻璃试样瓶内温度计(51)通过熔接在石英玻璃试样瓶上的金属细针(52)实现与石英玻璃试样瓶外部的电信号传递，所述的制冷机冷头端温度计(54)与冷头紧密接触；两支温度计的导线通过航空接插件(56)与外部的数据采集仪(57)的输入端相连，该数据采集仪(57)的输出端与计算机(58)相连。