本發(fā)明涉及一種基于可控電加熱和管路平穩(wěn)輸送技術(shù)的簡(jiǎn)易設(shè)備，尤其是涉及一種新型試驗(yàn)用液氮抽取輸送裝置，用于在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行精確、安全的液氮提取工作。

背景技術(shù)：

液氮是實(shí)驗(yàn)室制造低溫環(huán)境的重要介質(zhì)。在液氮使用過(guò)程中，由兩名試驗(yàn)人員穿好防護(hù)裝備后抬起低溫貯罐向試驗(yàn)件容器內(nèi)傾倒液氮。在操作過(guò)程中，液氮的飛濺很容易對(duì)試驗(yàn)人員造成傷害，同時(shí)，傾倒液氮也很難準(zhǔn)確控制用量，造成試驗(yàn)資源的浪費(fèi)。

目前一些單位對(duì)試驗(yàn)液氮提取也采取了一些新辦法，主要思路是利用加熱揮發(fā)對(duì)液氮進(jìn)行加溫后利用氣壓對(duì)液氮增壓提取。但是其提取裝置過(guò)于簡(jiǎn)單，無(wú)法控制液氮流速，流速過(guò)高時(shí)液氮對(duì)輸送管路產(chǎn)生的液壓沖擊也較大，在安全性和經(jīng)濟(jì)性上還需進(jìn)一步提升改善。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種新型試驗(yàn)用液氮抽取輸送裝置，該輸送裝置可以平穩(wěn)、快速、安全、準(zhǔn)確地抽取送液氮，同時(shí)節(jié)省人力和成本，適應(yīng)于實(shí)驗(yàn)室絕大多數(shù)低溫試驗(yàn)場(chǎng)合。

本發(fā)明的上述目的主要是通過(guò)如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的：

一種新型試驗(yàn)用液氮抽取輸送裝置，包括孔板、貯液裝置、貯罐、溫度調(diào)節(jié)裝置、出液管、抽液管和堵塞，其中貯液裝置中容納液氮，堵塞將液氮封裝在貯液裝置內(nèi)，抽液管一端插入液氮中，另一端穿過(guò)堵塞與貯液裝置連通，出液管一端與抽液管連通，另一端對(duì)準(zhǔn)外部采液容器，孔板設(shè)置在出液管上，用于控制液氮的輸出流量，溫度調(diào)節(jié)裝置通過(guò)調(diào)節(jié)溫度控制貯罐中的氣體壓力，從而控制液氮的流出速度，貯液裝置用于輸送緩沖及輸送完畢后殘液的吹除。

在上述新型試驗(yàn)用液氮抽取輸送裝置中，溫度調(diào)節(jié)裝置包括調(diào)節(jié)旋鈕、可調(diào)節(jié)熱電阻、電池、電連接線和金屬管，其中電池設(shè)置在堵塞中，為溫度調(diào)節(jié)裝置供電，金屬管設(shè)置在貯罐內(nèi)部，金屬管上端通過(guò)堵塞固定，可調(diào)節(jié)熱電阻放置在金屬管內(nèi)部，并位于液氮的液面下方，調(diào)節(jié)旋鈕設(shè)置在堵塞上，調(diào)節(jié)旋鈕通過(guò)電連接線與可調(diào)節(jié)熱電阻的調(diào)節(jié)端連接，通過(guò)電阻的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)溫度的控制。

在上述新型試驗(yàn)用液氮抽取輸送裝置中，所述貯罐中液氮的液面高度為貯罐高度的2/3-3/4。

在上述新型試驗(yàn)用液氮抽取輸送裝置中，所述貯液裝置為球缺體與圓錐體組成的中空復(fù)合結(jié)構(gòu)。

在上述新型試驗(yàn)用液氮抽取輸送裝置中，所述貯液裝置為半球體與圓錐體組成的中空復(fù)合結(jié)構(gòu)，且貯液裝置的容積為2L-2.5L。

在上述新型試驗(yàn)用液氮抽取輸送裝置中，所述出液管與抽液管的管徑相同，管徑φ為4mm-6mm。

在上述新型試驗(yàn)用液氮抽取輸送裝置中，所述孔板的出口端與入口端分別與出液管管路焊接，從而將孔板接入出液管管路。

在上述新型試驗(yàn)用液氮抽取輸送裝置中，所述孔板的孔徑小于出液管與抽液管的管徑，孔板的出口端與入口端為錐角不同的圓錐體結(jié)構(gòu)，且入口端的錐角角度大于出口端的錐角角度。

在上述新型試驗(yàn)用液氮抽取輸送裝置中，所述入口端錐角角度不小于出口端錐角角度的兩倍。

在上述新型試驗(yàn)用液氮抽取輸送裝置中，出液管停止輸送液氮后，將出液管、抽液管與貯液裝置取出，對(duì)貯液裝置加熱，貯液裝置內(nèi)的氣體快速膨脹并向出液管和抽液管內(nèi)流動(dòng)，起到管路殘液的吹除作用。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下有益效果：

(1)、本發(fā)明創(chuàng)新設(shè)計(jì)了一種試驗(yàn)用液氮抽取輸送裝置，由孔板、貯液裝置、貯罐、溫度調(diào)節(jié)裝置、出液管、抽液管和堵塞組成，該裝置可以平穩(wěn)、快速、安全、準(zhǔn)確地抽取送液氮，提取液氮操作過(guò)程也由兩個(gè)人減少為一個(gè)人，大大節(jié)省人力和成本，提高了輸送效率，經(jīng)過(guò)估算，由于可以準(zhǔn)確控制液氮用量，使用該輸送裝置較現(xiàn)有人工傾倒方式節(jié)省液氮不少于30％，并且適應(yīng)于實(shí)驗(yàn)室絕大多數(shù)低溫試驗(yàn)場(chǎng)合；

(2)、本發(fā)明輸送裝置通過(guò)在出液管中增加孔板，并對(duì)孔板結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而可以可靠控制液氮的輸出流量，實(shí)現(xiàn)液氮平穩(wěn)安全的輸出；

(3)、本發(fā)明輸送裝置通過(guò)增加溫度調(diào)節(jié)裝置，調(diào)節(jié)加熱管路中的電阻值改變加熱路輸出的熱量大小，輸入熱量發(fā)生改變直接影響液氮蒸發(fā)量和對(duì)液面的擠壓力，從而準(zhǔn)確控制液氮輸出速率；

(4)、本發(fā)明液氮輸送管路中增加小型貯液裝置，小型貯液裝置常溫時(shí)存有一定量的氣體，在液氮輸送過(guò)程中，可以起到緩沖效應(yīng)，在停止供應(yīng)液氮后，小型貯液裝置內(nèi)的氣體快速膨脹并向管路內(nèi)流動(dòng)，可以起到管路殘液的吹除作用；

(5)、本發(fā)明輸送裝置在不顯著提高成本和設(shè)備復(fù)雜性的基礎(chǔ)上，提出較市面現(xiàn)有方案更加安全和經(jīng)濟(jì)的液氮抽取輸送裝置，具有廣闊的應(yīng)用前景。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明新型試驗(yàn)用液氮抽取輸送裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明孔板結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明另一種孔板結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述：

如圖1所述為本發(fā)明新型試驗(yàn)用液氮抽取輸送裝置結(jié)構(gòu)示意圖，由圖可知本發(fā)明新型試驗(yàn)用液氮抽取輸送裝置包括孔板1、小型貯液裝置2、貯罐4、溫度調(diào)節(jié)裝置、出液管6、抽液管7和堵塞8，其中貯液裝置2中容納液氮9，堵塞8將液氮9封裝在小型貯液裝置2內(nèi)，抽液管7一端插入液氮中，另一端穿過(guò)堵塞8與小型貯液裝置2連通，出液管6一端與抽液管7連通，另一端對(duì)準(zhǔn)外部采液容器10，孔板1設(shè)置在出液管6上，用于控制液氮9的輸出流量，溫度調(diào)節(jié)裝置通過(guò)調(diào)節(jié)溫度控制貯罐4中的氣體壓力(液氮揮發(fā)的氣體壓力)，從而控制液氮9的流出速度，貯液裝置2起到輸送緩沖及輸送完畢后殘液吹除作用。

如圖1所示，其中溫度調(diào)節(jié)裝置包括調(diào)節(jié)旋鈕3、可調(diào)節(jié)熱電阻5、電池、電連接線12和金屬管13，其中電池設(shè)置在堵塞8中，為溫度調(diào)節(jié)裝置供電，金屬管13設(shè)置在貯罐4內(nèi)部，金屬管13上端通過(guò)堵塞8固定，可調(diào)節(jié)熱電阻5放置在金屬管13內(nèi)部，并位于液氮9的液面下方，調(diào)節(jié)旋鈕3設(shè)置在堵塞8上，調(diào)節(jié)旋鈕3通過(guò)電連接線12與可調(diào)節(jié)熱電阻5的調(diào)節(jié)端連接，通過(guò)電阻的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)溫度的控制。

貯罐4中液氮9的液面高度為貯罐4高度的2/3-3/4，本實(shí)施例中為3/4。

貯液裝置2為球缺與圓錐連接組成的中空復(fù)合結(jié)構(gòu)，本實(shí)施了中球缺為半球體，其中圓錐部分的高度小于球缺直徑的1/3。

貯液裝置2為小型貯液裝置，其容積為2L-2.5L本實(shí)施中為2L。

出液管6與抽液管7的管徑相同，管徑φ為4mm-6mm，本實(shí)施例為φ4mm。孔板1的出口端1-1與入口端1-2分別與出液管6管路焊接，從而將孔板1接入出液管6管路。

如圖2所示為本發(fā)明孔板結(jié)構(gòu)示意圖；孔板1的孔徑d小于出液管6與抽液管7的管徑，孔板1的出口端1-1與入口端1-2為錐角不同的圓錐結(jié)構(gòu)，入口端1-2的錐角大于出口端1-1的錐角，且入口端1-2錐角角度不小于出口端1-1錐角角度的兩倍。本實(shí)施例中入口端1-2的錐角角度為120°，出口端1-1的錐角角度為60°。

本實(shí)施例中孔板1的孔徑d通過(guò)如下方法得到：

其中：Δp——孔口前后壓差(Pa)，為800000Pa；

A——孔口面積(m²)，A＝πd²，d為孔口直徑；

ρ——流體的密度(kg/m³)，為810kg/m³；

C_d——流量系數(shù)，取0.60；

q_v——流量(m³/s)，取0.0001m³/s(即0.1L/s)。

由此得到d為2.1mm。

其中孔板1可以直接控制液氮流量，小型貯液裝置2起到輸送緩沖及工作完畢后殘液吹除作用。堵塞8則起到對(duì)低溫貯罐進(jìn)行密封一級(jí)對(duì)加熱功能部件和抽取輸送功能部件進(jìn)行定位安裝的作用。工作時(shí)利用電流在電阻中流過(guò)產(chǎn)生熱量使液氮揮發(fā)。通過(guò)調(diào)節(jié)加熱管路中的電阻值可以改變加熱路輸出的熱量大小。輸入熱量發(fā)生改變后，直接影響到液氮蒸發(fā)量和對(duì)液面的擠壓力，從而控制液氮輸出速率。

如圖3所示為本發(fā)明另一種孔板結(jié)構(gòu)示意圖，孔板1的入口端與出口端均為直徑相同的圓筒結(jié)構(gòu)，通過(guò)圓筒與出液管6的管路焊接，從而將孔板1接入出液管6中，孔板1的孔徑小于出液管6的孔徑。

出液管6停止輸送液氮后，將出液管6、抽液管7與貯液裝置2取出，對(duì)貯液裝置2加熱，貯液裝置2內(nèi)的氣體快速膨脹并向出液管6和抽液管7內(nèi)流動(dòng)，起到管路殘液的吹除作用。

試驗(yàn)用液氮抽取輸送裝置考慮實(shí)驗(yàn)室以小型低溫貯罐作為液氮長(zhǎng)期保存設(shè)備的特點(diǎn)，在該低溫貯罐口設(shè)置具備液氮加熱的堵塞，而堵塞留有液氮輸送管路。

其中液氮加熱功能是利用電流在電阻中流過(guò)產(chǎn)生熱量，熱量傳遞到液氮中進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。通過(guò)調(diào)節(jié)加熱管路中的電阻值可以改變加熱路輸出的熱量大小。輸入熱量發(fā)生改變后，直接影響到液氮蒸發(fā)量和對(duì)液面的擠壓力，從而控制液氮輸出速率。

為使液氮輸出平穩(wěn)，避免出現(xiàn)“突突”的不穩(wěn)定和沖擊性流動(dòng)，在液氮輸送管路中增加孔板和小型貯液裝置?？装蹇梢灾苯涌刂埔旱髁?，而小型貯液裝置常溫時(shí)存有一定量的氣體，在液氮輸送過(guò)程中，可以起到緩沖效應(yīng)。在停止供應(yīng)液氮后，小型貯液裝置內(nèi)的氣體快速膨脹并向管路內(nèi)流動(dòng)，可以起到管路殘液的吹除作用。

液氮抽取輸送裝置的使用過(guò)程如下：

1.將液氮抽取輸送裝置堵塞8安裝到液氮貯罐4的罐口，將抽液管7和出液管6固定無(wú)松動(dòng)，出液口對(duì)準(zhǔn)采液容器10。

2.打開(kāi)開(kāi)關(guān)，給溫度調(diào)節(jié)裝置供電，待出液管6中有液氮9流出后，觀察流量，通過(guò)調(diào)節(jié)旋鈕3調(diào)節(jié)可調(diào)節(jié)熱電阻5的阻值控制液氮流出速度。

3.液氮9采液完畢后，將調(diào)節(jié)旋鈕3恢復(fù)至使可調(diào)節(jié)熱電阻5阻值最小位置，并關(guān)閉開(kāi)關(guān)。

4.在出液管6的出液口無(wú)液氮9流出后，取下貯液裝置2、出液管6、抽液管7和堵塞8，對(duì)小型貯液裝置2進(jìn)行人工加熱，迅速吹除抽液管7和出液管6中殘留的液氮并使整個(gè)系統(tǒng)恢復(fù)常溫。

本發(fā)明輸送裝置裝置可以平穩(wěn)、快速、安全、準(zhǔn)確地抽取送液氮，提取液氮操作過(guò)程也由兩個(gè)人減少為一個(gè)人，大大節(jié)省人力和成本，提高了輸送效率，經(jīng)過(guò)估算，由于可以準(zhǔn)確控制液氮用量，使用該輸送裝置較現(xiàn)有人工傾倒方式節(jié)省液氮不少于30％，并且適應(yīng)于實(shí)驗(yàn)室絕大多數(shù)低溫試驗(yàn)場(chǎng)合。

以上所述，僅為本發(fā)明最佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

本發(fā)明說(shuō)明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員的公知技術(shù)。