一種結(jié)合節(jié)流閥與漸擴(kuò)管的氮漿制備裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及氮漿制備方法，尤其涉及一種結(jié)合節(jié)流閥與漸擴(kuò)管的氮漿制備裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]雖然低溫超導(dǎo)體在磁共振成像等多個(gè)領(lǐng)域已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了商品化，但由于其運(yùn)行必須借助昂貴復(fù)雜的液氦系統(tǒng)，嚴(yán)重限制了其進(jìn)一步發(fā)展。自1986年發(fā)現(xiàn)1^2_3&!￡(:1104在351(左右可能出現(xiàn)超導(dǎo)轉(zhuǎn)變現(xiàn)象以來，高溫超導(dǎo)體已經(jīng)成為學(xué)術(shù)界和工業(yè)界最為熱門的關(guān)注點(diǎn)之一。超導(dǎo)臨界溫度已從傳統(tǒng)低溫超導(dǎo)體的液氦(4.2K)、液氫(20K)溫區(qū)躍升至液氮(77K)溫區(qū)，甚至超過100K，成功克服了低溫超導(dǎo)體的溫度壁皇。
[0003]由于高溫超導(dǎo)體的目標(biāo)應(yīng)用領(lǐng)域多為強(qiáng)電領(lǐng)域，冷量要求大，冷卻溫度的穩(wěn)定性和均勻性是系統(tǒng)安全運(yùn)行的關(guān)鍵因素，否則一旦出現(xiàn)局部失超將可能帶來災(zāi)難性的后果，因此高溫超導(dǎo)體的冷卻問題成了其穩(wěn)定安全運(yùn)行的主要問題之一。目前，高溫超導(dǎo)體一般采用過冷液氮作為冷卻劑，然而液氮的氣化潛熱較小，瞬間吸收大量熱量時(shí)容易氣化使局部溫度驟升，嚴(yán)重時(shí)進(jìn)而導(dǎo)致超導(dǎo)體失超而影響系統(tǒng)的正常工作。氮漿是固氮小顆粒懸浮于液氮中而形成的一種液-固兩相低溫流體。相比于液氮，氮漿溫度更低、密度更大、熱容量更高，從而可提高高溫超導(dǎo)體冷卻過程中的穩(wěn)定性，減少冷卻劑消耗量，同時(shí)便于儲(chǔ)存和輸運(yùn)。因此，氮漿在高溫超導(dǎo)電纜冷卻方面的應(yīng)用受到越來越廣泛的關(guān)注。
[0004]目前，低溫漿體的制備方法主要有三種:冷卻法、凍結(jié)融化法、噴淋法。冷卻法是指利用低溫冷源，如低溫制冷機(jī)、低溫氫氣、低溫氦氣，對(duì)液氮進(jìn)行降溫從而形成固氮，再將固氮與液氮混合。但該方法生產(chǎn)效率較低，對(duì)于低溫?fù)Q熱器的要求也較高。凍結(jié)融化法是將密閉容器壓力降至不超過其三相點(diǎn)壓力，容器內(nèi)液體表面就會(huì)產(chǎn)生固體層，再利用攪拌裝置將大的固體打碎生成顆粒。用攪拌器將大的固體打碎的方法，得到的固體顆粒形狀不規(guī)貝1J，且顆粒直徑難于控制，氮漿的質(zhì)量很大程度上取決于真空泵和攪拌器的工作能力。噴淋法是將過冷的液氮噴射入低于三相點(diǎn)壓力的真空容器中，形成固體顆粒，然后將這些固體混入液氮中形成液-固混合物，即氮漿。采用噴淋法時(shí)，真空容器內(nèi)的壓力不宜過低，否則容易造成噴嘴堵塞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型的目的是針對(duì)現(xiàn)有氮漿制備方法的不足，提供一種結(jié)合節(jié)流閥與漸擴(kuò)管的氮漿制備裝置。
[0006]結(jié)合節(jié)流閥與漸擴(kuò)管的氮漿制備裝置包括液氮儲(chǔ)罐、氮漿制備單元，氮漿制備單元包括節(jié)流閥、漸擴(kuò)管、絕熱杜瓦、真空泵；液氮儲(chǔ)罐、節(jié)流閥、漸擴(kuò)管、絕熱杜瓦順次相連，絕熱杜瓦與真空泵相連；液氮儲(chǔ)罐內(nèi)盛有液氮，絕熱杜瓦內(nèi)接收并儲(chǔ)存氮漿。
[0007]所述的氮漿制備單元可為2個(gè)以上，并聯(lián)聯(lián)接。所述的絕熱杜瓦底部與冷卻熱沉相連，冷卻熱沉內(nèi)設(shè)有被冷卻物體。
[0008]本實(shí)用新型結(jié)合節(jié)流閥的節(jié)流冷卻效應(yīng)與擴(kuò)壓管的絕熱膨脹生成固氮顆粒，并采用真空泵保證節(jié)流后系統(tǒng)的低壓環(huán)境，從而確保固氮的連續(xù)生成，進(jìn)入低溫液氮形成氮漿。制備流程結(jié)構(gòu)緊湊、制造成本較低、低溫段無運(yùn)動(dòng)部件、可靠性較高，節(jié)流閥不易發(fā)生堵塞。
[0009]本實(shí)用新型可同時(shí)并聯(lián)多個(gè)制備單元，能夠?qū)崿F(xiàn)為絕熱杜瓦生產(chǎn)氮漿以及絕熱杜瓦內(nèi)氮漿往外輸送這兩個(gè)階段的交替進(jìn)行，進(jìn)而保證氮漿的大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)，特別適用于冷量要求高的大型高溫超導(dǎo)體的冷卻等場(chǎng)合。
【附圖說明】
[0010]圖1是結(jié)合節(jié)流閥與漸擴(kuò)管的氮漿制備裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011]圖2是并聯(lián)兩個(gè)制備單元的氮漿制備裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖3是結(jié)合節(jié)流閥與漸擴(kuò)管的氮漿制備及對(duì)被冷卻物體冷卻裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖中:液氮儲(chǔ)罐1、液氮2、節(jié)流閥3、漸擴(kuò)管4、氮漿5、絕熱杜瓦6、真空泵7、氮漿制備單元8、冷卻熱沉9、被冷卻物體10。
【具體實(shí)施方式】
[0014]如圖1-3所示，結(jié)合節(jié)流閥與漸擴(kuò)管的氮漿制備裝置包括液氮儲(chǔ)罐1、氮漿制備單元8，氮漿制備單元包括節(jié)流閥3、漸擴(kuò)管4、絕熱杜瓦6、真空泵7 ;液氮儲(chǔ)罐1、節(jié)流閥3、漸擴(kuò)管4、絕熱杜瓦6順次相連，絕熱杜瓦6與真空泵7相連；液氮儲(chǔ)罐I內(nèi)盛有液氮2，絕熱杜瓦6內(nèi)接收并儲(chǔ)存氮漿5。
[0015]所述的氮漿制備單元8可為2個(gè)以上，并聯(lián)聯(lián)接。所述的絕熱杜瓦6底部與冷卻熱沉9相連，冷卻熱沉9內(nèi)設(shè)有被冷卻物體10。已制備的氮漿可從絕熱杜瓦6中可通過管道輸送到冷卻熱沉9中，并對(duì)其中的被冷卻物體10進(jìn)行冷卻，冷卻過后可從氮漿出口管排出或回收再利用。
[0016]結(jié)合節(jié)流閥與漸擴(kuò)管的氮漿制備方法:液氮儲(chǔ)罐I內(nèi)壓力穩(wěn)定在I個(gè)大氣壓以上，使低溫液氮通過節(jié)流閥3，在J-T節(jié)流效應(yīng)下，使壓力和溫度下降，形成低溫氣液混合物，由于絕熱杜瓦6在真空泵7的抽取作用下，壓力將會(huì)維持在液氮三相點(diǎn)壓力12.52kPa以下，因此氣液混合物經(jīng)過漸擴(kuò)管4后，在低壓作用下發(fā)生絕熱膨脹并在絕熱杜瓦內(nèi)發(fā)生部分氣化，使其中的液體形成過冷液滴，在氣流的劇烈擾動(dòng)中凝固，最終形成固氮顆粒，與絕熱杜瓦中的液氮混合形成溫度為63.151K、并具有更大密度和熱容的氮漿5，形成的氮漿可儲(chǔ)存在絕熱杜瓦6內(nèi)，或直接通過管道輸送到使用端。
[0017]本實(shí)用新型利用節(jié)流閥與漸擴(kuò)管相結(jié)合的方式，一方面在相同流量下漸擴(kuò)管的加入可以增大系統(tǒng)的制冷量，而在相同進(jìn)出口壓差下漸擴(kuò)管的加入則可以降低節(jié)流閥兩端所需的壓降，進(jìn)而避免在節(jié)流閥出口處發(fā)生固體顆粒堵塞；另一方面制備流程結(jié)構(gòu)緊湊、制造成本較低、低溫段無運(yùn)動(dòng)部件、可靠性較高。本實(shí)用新型可同時(shí)并聯(lián)多個(gè)氮漿制備單元，多個(gè)單元之間制備與輸送過程可交替進(jìn)行，保證氮漿的大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)。
[0018]由于氮漿的冷卻可達(dá)到20_30kW/m2，特別適用于冷量要求高的大型高溫超導(dǎo)體的冷卻場(chǎng)合。本實(shí)用新型以期用于高溫超導(dǎo)體進(jìn)行冷卻。這是由于對(duì)比液氮等其他冷卻劑而言，氮漿氣化潛熱大，比較不易發(fā)生局部氣化，可提高高溫超導(dǎo)電纜的穩(wěn)定性，密度大和熱容量高也降低了冷卻劑消耗量，減小了低溫系統(tǒng)的體積，便于儲(chǔ)存和輸運(yùn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種結(jié)合節(jié)流閥與漸擴(kuò)管的氮漿制備裝置，其特征在于它包括液氮儲(chǔ)罐(1)、氮漿制備單元(8)，氮漿制備單元包括節(jié)流閥(3)、漸擴(kuò)管(4)、絕熱杜瓦(6)、真空泵(7);液氮儲(chǔ)罐(I)、節(jié)流閥(3)、漸擴(kuò)管(4)、絕熱杜瓦(6)順次相連，絕熱杜瓦(6)與真空泵(7)相連；液氮儲(chǔ)罐(I)內(nèi)盛有液氮(2)，絕熱杜瓦(6)內(nèi)接收并儲(chǔ)存氮漿(5)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種結(jié)合節(jié)流閥與漸擴(kuò)管的氮漿制備裝置，其特征在于，所述的氮漿制備單元(8)可為2個(gè)以上，并聯(lián)聯(lián)接。
3.如權(quán)利要求1或2所述的一種結(jié)合節(jié)流閥與漸擴(kuò)管的氮漿制備裝置，其特征在于，所述的絕熱杜瓦(6)底部與冷卻熱沉(9)相連，冷卻熱沉(9)內(nèi)設(shè)有被冷卻物體(10)。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種結(jié)合節(jié)流閥與漸擴(kuò)管的氮漿制備裝置。它包括液氮儲(chǔ)罐、氮漿制備單元，氮漿制備單元包括節(jié)流閥、漸擴(kuò)管、絕熱杜瓦、真空泵；液氮儲(chǔ)罐、節(jié)流閥、漸擴(kuò)管、絕熱杜瓦順次相連，絕熱杜瓦與真空泵相連；液氮儲(chǔ)罐內(nèi)盛有液氮，絕熱杜瓦內(nèi)接收并儲(chǔ)存氮漿。本實(shí)用新型中氮漿的生成方式結(jié)合了節(jié)流閥和漸擴(kuò)管各自的優(yōu)點(diǎn)，在相同流量下漸擴(kuò)管的加入可以增大系統(tǒng)的制冷量，而在相同進(jìn)出口壓差下漸擴(kuò)管的加入則可以降低節(jié)流閥兩端所需的壓降，進(jìn)而避免在節(jié)流閥出口處發(fā)生固體顆粒堵塞；同時(shí)，本實(shí)用新型中的氮漿制備裝置結(jié)構(gòu)緊湊、制造成本低、氮漿生成段無運(yùn)動(dòng)部件、可靠性高。通過并聯(lián)多個(gè)氮漿制備單元，可實(shí)現(xiàn)氮漿的連續(xù)大規(guī)模生產(chǎn)。
【IPC分類】F25J1-02, C01B21-00
【公開號(hào)】CN204490505
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520097117
【發(fā)明人】金滔, 梁志斌, 李亦健
【申請(qǐng)人】浙江大學(xué)
【公開日】2015年7月22日
【申請(qǐng)日】2015年2月11日