專利名稱：液氮?dú)庖悍蛛x系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及氣液分離系統(tǒng)，具體涉及一種包括液氮杜瓦部分的氣液分離系 統(tǒng)，以滿足設(shè)備對(duì)液氮使用的需要。
背景技術(shù)：
隨著氣體液化技術(shù)的發(fā)展，制造液氮的成本不斷降低，并且液氮的超低溫特性也 被更多的人們所了解，所以各行各業(yè)對(duì)液氮的應(yīng)用也越來(lái)越多，特別是在航天、航空、醫(yī)學(xué)、 生物等領(lǐng)域應(yīng)用更加廣泛。各行業(yè)對(duì)液氮的使用方式各有不同，可以分為連續(xù)式使用和間斷式使用兩種。對(duì) 于連續(xù)式使用和液氮用量較大的情況下，一般選用中型液氮貯存設(shè)備(如液氮貯槽)作為 供應(yīng)源。對(duì)于間斷式使用和液氮用量較小的情況下，可以選用小型液氮貯存設(shè)備(如液氮 杜瓦)作為供應(yīng)源。上述兩種使用液氮的方式各有優(yōu)缺點(diǎn)。在設(shè)備工作或試驗(yàn)期間，對(duì)于連續(xù)式使用 和液氮用量較大的情況來(lái)說(shuō)，只要液氮的貯存量足夠，供應(yīng)量能夠得以保證，設(shè)備工作或試 驗(yàn)就能順利進(jìn)行。但是，連續(xù)大量使用液氮需要中、大型液氮設(shè)備貯存液氮，而這些貯存設(shè) 備一般安置在室外，距離使用液氮的儀器或設(shè)備較遠(yuǎn)，在設(shè)備工作或試驗(yàn)開(kāi)始前，需將管道 內(nèi)汽化出的大量氮?dú)馀趴?，否則影響設(shè)備工作或試驗(yàn)的正常進(jìn)行；對(duì)于間斷式使用和液氮 用量較小的情況來(lái)說(shuō)，由于液氮使用量不大，并且使用間隔長(zhǎng)短不一，所以通常會(huì)使用小 型，甚至能夠移動(dòng)的液氮貯存設(shè)備作為供應(yīng)源。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是液氮輸送距離短，響應(yīng)速 度快，液氮可以被快速提供給設(shè)備或儀器使用。缺點(diǎn)是小型貯存設(shè)備容量有限，必須經(jīng)常將 它拆卸、更換、灌液、安裝，直接導(dǎo)致了人力成本的增長(zhǎng)，同時(shí)，增加了安全生產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)。此外，對(duì)于某些設(shè)備或試驗(yàn)來(lái)說(shuō)，對(duì)液氮的使用量非常大且是間斷式的，因此，上 述兩種方式都不適用。這是因?yàn)?，如果采用大型液氮貯存設(shè)備供應(yīng)液氮，在設(shè)備或試驗(yàn)不需 要使用液氮期間，液氮供應(yīng)管道中的液氮由于管道漏熱而部分汽化。當(dāng)設(shè)備或試驗(yàn)需要液 氮時(shí)，管道內(nèi)汽化出的氮?dú)鉄o(wú)法排出，直接影響液氮的輸送，使試驗(yàn)無(wú)法進(jìn)行。如果采用小 型液氮貯存設(shè)備供應(yīng)液氮，會(huì)由于液氮使用量過(guò)大，而經(jīng)常更換貯存設(shè)備，甚至造成試驗(yàn)中 斷。因此，急需一種能滿足液氮用量大且要不間斷使用的情況下使用的設(shè)備。 發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型提出了一種液氮?dú)庖悍蛛x系統(tǒng)，它能夠解決試驗(yàn)或設(shè)備大量且間斷使 用液氮的情況下所出現(xiàn)的問(wèn)題。為了解決上述問(wèn)題，本實(shí)用新型采用了如下的技術(shù)方案一種液氮?dú)庖悍蛛x系統(tǒng)，包括液氮供給部分、液氮?dú)庖悍蛛x杜瓦和自動(dòng)控制部分， 液氮供給部分由液氮貯槽和液氮分配站組成，液氮?dú)庖悍蛛x杜瓦上設(shè)置有進(jìn)液超低溫電磁 閥、排氣超低溫電磁閥、液位傳感器和壓力傳感器，自動(dòng)控制部分由上位機(jī)、PLC和和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成，其特征在于，液氮貯槽供入液氮分配站的液氮經(jīng)分配后通過(guò)所述進(jìn)液超低溫電磁 閥將液氮供入液氮?dú)庖悍蛛x杜瓦分離成液氮和氮?dú)?，液氮從杜瓦中輸出供使用設(shè)備使用， 用于檢測(cè)液氮?dú)庖悍蛛x杜瓦中液氮液位的液位傳感器與PLC的液位輸入端電連接傳送液 位電信號(hào)，用于檢測(cè)液氮?dú)庖悍蛛x杜瓦中壓力的壓力傳感器與PLC的壓力輸入端電連接傳 送壓力電信號(hào)，壓力電信號(hào)和液位電信號(hào)輸入上位機(jī)后通過(guò)執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)超過(guò)預(yù)設(shè)的壓力值 和液位值的相應(yīng)電磁閥的開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制以將液氮?dú)庖悍蛛x杜瓦中的液位和壓力保持在預(yù) 設(shè)范圍內(nèi)。優(yōu)選地，液氮?dú)庖悍蛛x杜瓦上還設(shè)置有供測(cè)量液氮溫度的設(shè)置在液氮杜瓦進(jìn)液管 天棚口附近的熱電偶。熱電偶優(yōu)選銅-康銅熱電偶。優(yōu)選地，每個(gè)電磁閥增設(shè)一條手動(dòng)旁路以便在電磁閥發(fā)生故障時(shí)進(jìn)行手動(dòng)操作。其中，所述液氮分配站的進(jìn)液管和出液管上都設(shè)置有超低溫閥門(mén)或超低溫電磁閥 門(mén)。進(jìn)一步地，液氨氣分離杜瓦上還設(shè)置有供測(cè)量液氨溫度的設(shè)置在液氨杜瓦進(jìn)液管 天棚口附近的溫度傳感器。進(jìn)一步，所述的溫度傳感器為熱電偶或鉬電阻。其中，執(zhí)行機(jī)構(gòu)根據(jù)液位傳感器和壓力傳感器反饋的電信號(hào)，對(duì)所述每個(gè)電磁閥 的開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制，自動(dòng)控制液氮?dú)庖悍蛛x杜瓦內(nèi)液面的高度并自動(dòng)排出杜瓦內(nèi)汽化出的低 溫氮?dú)?，?shí)現(xiàn)液氮?dú)庖悍蛛x系統(tǒng)的全自動(dòng)控制。所述液位傳感器為電容式、電阻式或壓差式的能輸出電信號(hào)的低溫液體液面計(jì)。本實(shí)用新型的液氮?dú)庖悍蛛x系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了液氮進(jìn)液、出液、排氣的自動(dòng)控制，保證了 設(shè)備的液氮供應(yīng)和正常運(yùn)行，確保了試驗(yàn)和生產(chǎn)的質(zhì)量和安全。同時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)化避免了人 員手動(dòng)操作和移動(dòng)液氮杜瓦，減少中間環(huán)節(jié)，保證了操作人員的安全，節(jié)省勞動(dòng)力，提高工 作效率。本實(shí)用新型的系統(tǒng)可以應(yīng)用到軍工、化工和科研各個(gè)相關(guān)領(lǐng)域。
圖1是本實(shí)用新型的液氮?dú)庖悍蛛x系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖1對(duì)本實(shí)用新型的工作原理做進(jìn)一步的說(shuō)明。圖1給出了本實(shí)用新型的液氮?dú)庖悍蛛x系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，液氮?dú)庖悍蛛x系統(tǒng)包 括液氮供給部分、液氮?dú)庖悍蛛x杜瓦和自動(dòng)控制部分，液氮供給部分由液氮貯槽和液氮分 配站組成，液氮?dú)庖悍蛛x杜瓦上設(shè)置有進(jìn)液超低溫電磁閥、排氣超低溫電磁閥、液位傳感器 和壓力傳感器，自動(dòng)控制部分由上位機(jī)、PLC和和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成，其特征在于，液氮貯槽供入 液氮分配站的液氮經(jīng)分配后通過(guò)所述進(jìn)液超低溫電磁閥將液氮供入液氮?dú)庖悍蛛x杜瓦分 離成液氮和氮?dú)猓旱獜亩磐咧休敵龉┦褂迷O(shè)備使用，用于檢測(cè)液氮?dú)庖悍蛛x杜瓦中液氮 液位的液位傳感器與PLC的液位輸入端電連接傳送液位電信號(hào)，用于檢測(cè)液氮?dú)庖悍蛛x杜 瓦中壓力的壓力傳感器與PLC的壓力輸入端電連接傳送壓力電信號(hào)，壓力電信號(hào)和液位電 信號(hào)輸入上位機(jī)后通過(guò)執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)超過(guò)預(yù)設(shè)的壓力值和液位值的相應(yīng)電磁閥的開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制以將液氮?dú)庖悍蛛x杜瓦中的液位和壓力保持在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)。優(yōu)選地，所述液位傳感器 為電容式、電阻式或壓差式的能輸出電信號(hào)的低溫液體液面計(jì)。其中，液氮供給部分中安裝有兩臺(tái)5T的液氮貯槽，用于貯存足夠的液氮，供系統(tǒng) 使用；液氮輸送管道從室外到室內(nèi)的連接處，設(shè)置液氮分配站，分配站的進(jìn)液管和出液管 都可設(shè)置有超低溫閥門(mén)或超低溫電磁閥門(mén)，目的是通過(guò)分配站控制每條通向液氮使用設(shè)備 的管路的通斷，防止液氮輸送過(guò)程中，其它管路內(nèi)汽化的氮?dú)庾枞?dāng)前輸送管路中液氮流 通；液氮?dú)庖悍蛛x杜瓦上分別安裝進(jìn)液和排氣超低溫電磁閥，由上位機(jī)的輸出信號(hào)驅(qū) 動(dòng)；優(yōu)選地，液氮?dú)庖悍蛛x杜瓦上還設(shè)置有供測(cè)量液氮溫度的設(shè)置在液氮杜瓦進(jìn)液管天棚 口附近的熱電偶。熱電偶優(yōu)選銅_康銅熱電偶。進(jìn)一步優(yōu)選地，每個(gè)電磁閥增設(shè)一條手動(dòng) 旁路以便在電磁閥發(fā)生故障時(shí)進(jìn)行手動(dòng)操作。自動(dòng)控制部分中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)根據(jù)液位傳感器 和壓力傳感器反饋的電信號(hào)，對(duì)所述每個(gè)電磁閥的開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制，自動(dòng)控制液氮?dú)庖悍蛛x 杜瓦內(nèi)液面的高度并自動(dòng)排出杜瓦內(nèi)汽化出的低溫氮?dú)?，?shí)現(xiàn)液氮?dú)庖悍蛛x系統(tǒng)的全自動(dòng) 控制。自動(dòng)控制部分由上位機(jī)、PLC和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成；其中對(duì)系統(tǒng)的自動(dòng)控制主要是通 過(guò)監(jiān)測(cè)杜瓦上的液位和壓力兩個(gè)電信號(hào)的變化，并根據(jù)此電信號(hào)對(duì)低溫電磁閥下達(dá)動(dòng)作指 令來(lái)實(shí)現(xiàn)的；為方便后期不同的試驗(yàn)和生產(chǎn)需求，將參考閾值設(shè)置為可調(diào)狀態(tài)；具體來(lái)說(shuō)， 包括液位檢測(cè)和壓力檢測(cè)以及溫度檢測(cè)。1)液位檢測(cè)在液氮?dú)庖悍蛛x杜瓦上安裝液位傳感器，傳感器輸出0_5v電壓信 號(hào)，表示實(shí)際液位，電壓信號(hào)通過(guò)2芯屏蔽電纜傳輸?shù)絇LC的AI模板，最終在計(jì)算機(jī)上顯示 并記錄存儲(chǔ)。液位控制根據(jù)這個(gè)液位值控制進(jìn)液氮閥開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)。2)壓力檢測(cè)在液氮?dú)庖悍蛛x杜瓦上安裝壓力傳感器，傳感器輸出4 20mA電流 信號(hào)，表示實(shí)際壓力，電流信號(hào)通過(guò)兩芯屏蔽電纜傳輸?shù)絇LC的AI模板，最終在計(jì)算機(jī)上顯 示并記錄存儲(chǔ)。壓力控制根據(jù)這個(gè)壓力值控制排氣閥開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)。3)溫度檢測(cè)溫度檢測(cè)采用銅-康銅熱電偶，熱電偶貼裝在液氮杜瓦進(jìn)液管天棚 口附近，用來(lái)監(jiān)測(cè)液氮進(jìn)液管路表面溫度，判斷液氮在管路內(nèi)的流動(dòng)情況。熱電偶信號(hào)接入 熱電偶溫度變送器，經(jīng)過(guò)溫度變送器輸出4 20mA信號(hào)傳輸?shù)絇LC的AI模板，最終在計(jì)算 機(jī)上顯示并記錄存儲(chǔ)。在實(shí)際應(yīng)用中，液氮貯槽安置在室外特制的地基上，當(dāng)需要提供液氮時(shí)，人工開(kāi)啟 貯槽的出液閥門(mén)，液氮流經(jīng)保溫管道，到達(dá)室內(nèi)分配站，再流向指定的使用設(shè)備處。液氮?dú)?液分離杜瓦分設(shè)在每臺(tái)可能使用大量液氮的試驗(yàn)設(shè)備處，從貯槽流出的液氮先進(jìn)入杜瓦， 進(jìn)行氣液分離，貯存液氮，排出氮?dú)狻庖悍蛛x杜瓦始終保持一定的壓力，當(dāng)設(shè)備需要液氮 時(shí)，液氮再?gòu)亩磐咧兄苯虞斔徒o設(shè)備。液氮?dú)庖悍蛛x杜瓦中液氮的輸出是受使用設(shè)備控制的，不屬于本系統(tǒng)控制范圍， 本系統(tǒng)只負(fù)責(zé)監(jiān)控杜瓦內(nèi)的液氮液位和壓力值有無(wú)增減，并發(fā)出相應(yīng)的控制指令。當(dāng)液氮 氣液分離杜瓦內(nèi)液位低于液位下限閾值時(shí)，控制系統(tǒng)打開(kāi)進(jìn)液超低溫電磁閥，向杜瓦內(nèi)輸 送液氮，同時(shí)監(jiān)測(cè)杜瓦內(nèi)壓力值。如果壓力值超過(guò)壓力上限閾值，即打開(kāi)排氣超低溫電磁 閥，泄壓。直到杜瓦內(nèi)液位高于液位上限閾值時(shí)，停止灌液。在使用過(guò)程中，氣液分離杜瓦 內(nèi)的壓力必須低于液氮貯槽的壓力。[0030] 盡管上文對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
給予了詳細(xì)描述和說(shuō)明，但是應(yīng)該指明的 是，我們可以依據(jù)本實(shí)用新型的構(gòu)想對(duì)上述實(shí)施方式進(jìn)行各種等效改變和修改，其所產(chǎn)生 的功能作用仍未超出說(shuō)明書(shū)及附圖所涵蓋的精神時(shí)，均應(yīng)在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求一種液氮?dú)庖悍蛛x系統(tǒng)，包括液氮供給部分、液氮?dú)庖悍蛛x杜瓦和自動(dòng)控制部分，液氮供給部分由液氮貯槽和液氮分配站組成，液氮?dú)庖悍蛛x杜瓦上設(shè)置有進(jìn)液超低溫電磁閥、排氣超低溫電磁閥、液位傳感器和壓力傳感器，自動(dòng)控制部分由上位機(jī)、PLC和和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成，其特征在于，液氮貯槽供入液氮分配站的液氮經(jīng)分配后通過(guò)所述進(jìn)液超低溫電磁閥將液氮供入液氮?dú)庖悍蛛x杜瓦分離成液氮和氮?dú)?，液氮從杜瓦中輸出供使用設(shè)備使用，用于檢測(cè)液氮?dú)庖悍蛛x杜瓦中液氮液位的液位傳感器與PLC的液位輸入端電連接傳送液位電信號(hào)，用于檢測(cè)液氮?dú)庖悍蛛x杜瓦中壓力的壓力傳感器與PLC的壓力輸入端電連接傳送壓力電信號(hào)，壓力電信號(hào)和液位電信號(hào)輸入上位機(jī)后通過(guò)執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)超過(guò)預(yù)設(shè)的壓力值和液位值的相應(yīng)電磁閥的開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制以將液氮?dú)庖悍蛛x杜瓦中的液位和壓力保持在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，液氮?dú)庖悍蛛x杜瓦上還設(shè)置有供測(cè)量液氮 溫度的設(shè)置在液氮杜瓦進(jìn)液管天棚口附近的溫度傳感器。
3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的溫度傳感器為熱電偶或鉬電阻。
4.如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，每個(gè)電磁閥增設(shè)一條手動(dòng)旁路以 便在電磁閥發(fā)生故障時(shí)進(jìn)行手動(dòng)操作。
5.如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述液氮分配站的進(jìn)液管和出液 管上都設(shè)置有超低溫閥門(mén)或超低溫電磁閥門(mén)。
6.如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述液位傳感器為電容式、電阻式 或壓差式的能輸出電信號(hào)的低溫液體液面計(jì)。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種液氮?dú)庖悍蛛x系統(tǒng)，包括液氮供給部分、液氮?dú)庖悍蛛x杜瓦和自動(dòng)控制部分，液氮供給部分由液氮貯槽和液氮分配站組成，液氮?dú)庖悍蛛x杜瓦上設(shè)置有進(jìn)液超低溫電磁閥、排氣超低溫電磁閥、液位傳感器和壓力傳感器，自動(dòng)控制部分由上位機(jī)、PLC和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。本實(shí)用新型的液氮?dú)庖悍蛛x系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了液氮進(jìn)液、出液、排氣的自動(dòng)控制，保證了設(shè)備的液氮供應(yīng)和正常運(yùn)行，確保了試驗(yàn)和生產(chǎn)的質(zhì)量和安全。同時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)化避免了人員手動(dòng)操作和移動(dòng)液氮杜瓦，減少中間環(huán)節(jié)，保證了操作人員的安全，節(jié)省勞動(dòng)力，提高了工作效率。
文檔編號(hào)B01D19/00GK201643793SQ20092029353
公開(kāi)日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2009年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月4日
發(fā)明者尚慶福, 李樹(shù)鵬, 楊力坡, 鄭會(huì)明, 鄭立軍, 郭秀才, 馬騰飛 申請(qǐng)人:北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所