申请/专利权人：中国科学院理化技术研究所

申请日：2019-05-17

公开（公告）日：2024-04-19

公开（公告）号：CN110108066B

主分类号：F25B40/02

分类号：F25B40/02;F25J3/06

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.19#授权;2019.09.03#实质审查的生效;2019.08.09#公开

摘要：本发明涉及低温液体贮存技术领域，提供一种低温液体过冷装置，包括氦气注射器和低温液体贮箱，低温液体贮箱包括内壁和外壁，内壁的内侧形成用于容置低温液体的贮存腔体，贮存腔体为密封设置，内壁与外壁之间形成真空腔体；贮存腔体的上部空间布置有氦气分离装置，氦气分离装置与氦气注射器通过氦气充气管道循环连通，氦气充气管道穿设在真空腔体内。本发明提供的低温液体过冷装置，将氦气通过氦气注射器注入低温液体内部，使得低温液体降温而过冷贮存，并通过氦气分离装置将混合气体继续分离出氦气，并经氦气充气管道循环至低温液体中，使得氦气能够在低温液体过冷装置中循环利用，从而节约氦气资源和节省贮存成本。

主权项：1.一种低温液体过冷装置，包括氦气注射器和低温液体贮箱，所述氦气注射器用于向所述低温液体贮箱内的低温液体注射氦气，其特征在于，所述低温液体贮箱包括内壁和包围在所述内壁外围的外壁，所述内壁的内侧形成用于容置所述低温液体的贮存腔体，所述贮存腔体为密封设置，所述内壁与外壁之间形成真空腔体；所述贮存腔体的上部空间布置有氦气分离装置，所述氦气分离装置与所述氦气注射器通过氦气充气管道循环连通，所述氦气充气管道穿设在所述真空腔体内；还包括制冷装置，所述外壁上设置有开口，所述开口的内侧端与所述贮存腔体连通，所述开口的外侧端密封设置有密封连接件，所述制冷装置与所述密封连接件密封连接，所述制冷装置用于为所述氦气分离装置提供冷量；所述制冷装置包括：制冷压缩机和冷头，所述冷头的一端通过冷量输送通道与所述氦气分离装置相连，所述冷量输送通道穿过所述密封连接件并与所述密封连接件密封安装，所述冷头的另一端通过制冷管路与所述制冷压缩机相连。

全文数据：一种低温液体过冷装置技术领域本发明涉及低温液体贮存技术领域，更具体地，涉及一种低温液体过冷装置。背景技术低温液体过冷贮存具有提高低温液体的贮存密度、贮存品质和贮存周期等多项优点。低温液体过冷的方法通常有使用制冷机直接冷却、使用更低温度的液体冷却、抽空减压和氦气注射鼓泡等方法。上述各种方法都各有优缺点，对于氦气注射鼓泡法，通过将高纯氦气注射到其他低温液体中如液氢，由于氦气与低温液体的分压不同，低温液体对应的气体会向氦气泡中扩散而导致自身温度降低。但是，传统的氦气注射鼓泡法当氦气与低温液体对应的气体扩散得到平衡后，将直接被排放出低温液体所在的腔室，导致大量氦气的浪费。发明内容一要解决的技术问题本发明实施例提供一种低温液体过冷装置，以解决传统的低温液体过冷装置中氦气注射后无法重复利用而导致氦气浪费的问题。二技术方案为了解决上述技术问题，本发明实施例提供一种低温液体过冷装置，包括氦气注射器和低温液体贮箱，所述氦气注射器用于向所述低温液体贮箱内的低温液体注射氦气，所述低温液体贮箱包括内壁和包围在所述内壁外围的外壁，所述内壁的内侧形成用于容置所述低温液体的贮存腔体，所述贮存腔体为密封设置，所述内壁与外壁之间形成真空腔体；所述贮存腔体的上部空间布置有氦气分离装置，所述氦气分离装置与所述氦气注射器通过氦气充气管道循环连通，所述氦气充气管道穿设在所述真空腔体内。优选地，还包括制冷装置，所述外壁上设置有开口，所述开口的内侧与所述贮存腔体连通，所述开口的外侧密封设置有密封连接件，所述制冷装置与所述密封连接件密封连接，所述制冷装置用于为所述氦气分离装置提供冷量。优选地，所述制冷装置包括：制冷压缩机和冷头，所述冷头的一端通过冷量输送通道与所述氦气分离装置相连，所述冷量输送通道穿过所述密封连接件并与所述密封连接件密封安装，所述冷头的另一端通过制冷管路与所述制冷压缩机相连。优选地，所述制冷装置还包括真空罩，所述真空罩套接在所述制冷管路的外部，所述真空罩的侧壁设置有第一真空抽嘴，所述真空罩的一端与所述制冷压缩机密封连接，所述真空罩的另一端与所述密封连接件密封连接。优选地，所述冷头贴设于所述密封连接件的上表面，所述冷头的外部套设有低温密封圈。优选地，所述冷头的外侧设置有热桥，所述热桥固定在所述密封连接件的上表面。优选地，所述真空腔体的外壁和所述贮存腔体均为球形结构或者柱形结构。优选地，所述真空腔体的外壁设置有第二真空抽嘴。优选地，所述氦气充气管道上设置有氦气充气泵。优选地，所述贮存腔体的外侧包裹有一层保温材料。三有益效果本发明实施例提供的低温液体过冷装置，将氦气通过氦气注射器注入低温液体内部，使得低温液体降温而过冷贮存，并通过氦气分离装置将混合气体继续分离出氦气，并经氦气充气管道循环至低温液体中，使得氦气能够在低温液体过冷装置中循环利用，从而节约氦气资源，同时节省低温液体的贮存成本。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明实施例的低温液体过冷装置的结构示意图；图中：1、制冷压缩机；2、第一真空抽嘴；3、冷头；4、热桥；5、冷量输送通道；6、第二真空抽嘴；7、外壁；8、氦气分离装置；9、内壁；10、真空腔体；11、保温材料；12、氦气注射器；13、制冷管路；14、氦气充气泵；15、氦气充气管道；16、低温液体；17、混合气体；18、低温密封圈；19、真空罩；20、密封连接件。具体实施方式为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。如图1所示，本发明实施例提供一种低温液体过冷装置，包括低温液体贮箱和氦气注射器12，氦气注射器12用于向低温液体贮箱内的低温液体注射氦气，低温液体贮箱包括内壁9和外壁7，外壁7包围在内壁9的外围，内壁9的内侧形成用于容置低温液体16的贮存腔体，贮存腔体为密封设置，内壁9与外壁7之间形成真空腔体10。为方便盛装低温液体16，本实施例中的真空腔体10的外壁和内壁可以为球形结构，也可为水平设置的柱形结构，由真空腔体10围成的贮存腔体也同样为球形结构或者柱形结构。本发明实施例涉及的低温液体16可以是液氢、液氖、液氮或者除了液氦以外的其他低温液体。以下各实施例中以低温液体16为液氢进行具体说明。为了防止混合气体外逸，贮存腔体采用密封设置，具体可在外壁7的开口处加装密封连接件20进行密封。贮存腔体的上部空间设置有氦气分离装置8，氦气分离装置8可通过连接件固定在密封连接件20上。为了实现氦气的循环利用，将氦气分离装置8与氦气注射器12通过氦气充气管道15进行循环连通，其中氦气充气管道15部分穿过真空腔体10，使得分离后的氦气能够在真空环境中循环输送。其中，为了方便氦气循环，可在氦气充气管道15上设置有氦气充气泵14，氦气充气泵14可以处于真空腔体10中，也可以处于低温液体16内部，也可以处于混合气体17所在的空间，对其位置不作具体限定。在具体的运行过程中，通过氦气注射器12往液氢中注入氦气，从而实现液氢的过冷，方便液氢的贮存，并在氦气分离装置8中将氦气从混合气体17中分离出来，再次通过氦气充气管道15进入氦气注射器12，完成闭式循环，从而节约了大量的氦气资源。上述实施例提供的低温液体过冷装置，将氦气通过氦气注射器注入低温液体内部，使得低温液体降温而过冷贮存，并通过氦气分离装置将混合气体继续分离出氦气，并经氦气充气管道循环至低温液体中，使得氦气能够在低温液体过冷装置中循环利用，从而节约氦气资源，同时节省低温液体的贮存成本。在上述实施例的基础上，为了将氦气分离装置8的温度维持在特定的范围内，低温液体过冷装置还包括制冷装置。为了方便制冷装置的连接和安装，且将制冷装置与低温液体贮箱分离为两个独立的空间，外壁7上设置有开口，开口7的内侧端与贮存腔体连通，开口7的外侧端装有密封连接件20，密封连接件20与外壁7之间采用密封连接。制冷装置与密封连接件20之间采用密封连接，制冷装置为氦气分离装置8提供冷量，从而将氦气分离装置8自身温度控制在液氢蒸发后的氢气对应的沸点温度之下，并处于氦气对应沸点温度之上。其中，制冷装置具体包括：制冷压缩机1、冷头3和冷量输送通道5，冷头3通过制冷压缩机1产生冷量，冷头3的一端与氦气分离装置8通过冷量输送通道5相连，氦气分离装置8通过冷量输送通道5引入制冷机冷头3的冷量，将其自身温度控制在液氢蒸发后的氢气对应的沸点温度之下，并处于氦气对应沸点温度之上。具体地，冷头3与贮存腔体之间设置有密封连接件20，密封连接件20的上端密封，下端与外壁7密封连接，密封连接件20将冷头3与贮存腔体隔离开。冷量输送通道5穿过密封连接件20，且与密封连接件20之间密封设置。冷头3的另一端通过制冷管路13与制冷压缩机1相连，由制冷压缩机1为其提供冷量源。进一步地，为了提高制冷效果，在制冷管路13的外部套接有真空罩19，真空罩19的侧壁设置有第一真空抽嘴2，真空罩19的一端与制冷压缩机1之间采用密封连接，真空罩19的另一端与密封连接件20也同样采用密封连接，这样通过第一真空抽嘴2就能够将真空罩19内部和制冷管路13和冷头3外部形成真空场，减少冷量损失。密封连接件20将真空罩19内部的空间与贮存腔体隔离，保证制冷机冷头3处于真空状态，从而相对于在混合气体17空间内非真空状态下的制冷性能会明显提高。此外，为了减少低温液体的热量损失，在贮存腔体的外侧包裹有一层保温材料11，保温材料11实际上设置在真空腔体10内。在上述各实施例的基础上，为了进一步减少冷头3的能量损失，在冷头3的外部套设有低温密封圈18，低温密封圈18为锥形的环状结构。为了方便低温密封圈18的安装，将冷头3贴设于密封连接件20的上表面，使得低温密封圈18的下表面也与密封连接件接触。此外，在冷头3的外侧设置有热桥4，且热桥4固定在密封连接件20的上表面，可以减少外壁7与制冷机冷头3之间的漏热。在上述各实施例的基础上，真空腔体10的外壁即外壁7上设置有第二真空抽嘴6。制冷机真空罩19内部的空间与真空腔体10是隔离开的，将液氢灌入贮存腔体内部空间前，以及在启动制冷机压缩机1前，需要先分别从第二真空抽嘴6和第一真空抽嘴2中分别实行抽真空操作。最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

权利要求：1.一种低温液体过冷装置，包括氦气注射器和低温液体贮箱，所述氦气注射器用于向所述低温液体贮箱内的低温液体注射氦气，其特征在于，所述低温液体贮箱包括内壁和包围在所述内壁外围的外壁，所述内壁的内侧形成用于容置所述低温液体的贮存腔体，所述贮存腔体为密封设置，所述内壁与外壁之间形成真空腔体；所述贮存腔体的上部空间布置有氦气分离装置，所述氦气分离装置与所述氦气注射器通过氦气充气管道循环连通，所述氦气充气管道穿设在所述真空腔体内。2.根据权利要求1所述的低温液体过冷装置，其特征在于，还包括制冷装置，所述外壁上设置有开口，所述开口的内侧端与所述贮存腔体连通，所述开口的外侧端密封设置有密封连接件，所述制冷装置与所述密封连接件密封连接，所述制冷装置用于为所述氦气分离装置提供冷量。3.根据权利要求2所述的低温液体过冷装置，其特征在于，所述制冷装置包括：制冷压缩机和冷头，所述冷头的一端通过冷量输送通道与所述氦气分离装置相连，所述冷量输送通道穿过所述密封连接件并与所述密封连接件密封安装，所述冷头的另一端通过制冷管路与所述制冷压缩机相连。4.根据权利要求3所述的低温液体过冷装置，其特征在于，所述制冷装置还包括真空罩，所述真空罩套接在所述制冷管路的外部，所述真空罩的侧壁设置有第一真空抽嘴，所述真空罩的一端与所述制冷压缩机密封连接，所述真空罩的另一端与所述密封连接件密封连接。5.根据权利要求4所述的低温液体过冷装置，其特征在于，所述冷头贴设于所述密封连接件的上表面，所述冷头的外部套设有低温密封圈。6.根据权利要求4所述的低温液体过冷装置，其特征在于，所述冷头的外侧设置有热桥，所述热桥固定在所述密封连接件的上表面。7.根据权利要求1至6中任一所述的低温液体过冷装置，其特征在于，所述真空腔体的外壁和所述贮存腔体均为球形结构或者柱形结构。8.根据权利要求1至6中任一所述的低温液体过冷装置，其特征在于，所述真空腔体的外壁设置有第二真空抽嘴。9.根据权利要求1至6中任一所述的低温液体过冷装置，其特征在于，所述氦气充气管道上设置有氦气充气泵。10.根据权利要求1至6中任一所述的低温液体过冷装置，其特征在于，所述贮存腔体的外侧包裹有一层保温材料。

百度查询： 中国科学院理化技术研究所 一种低温液体过冷装置

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