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CN107345729A - 一种深冷处理装置 - Google Patents

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CN107345729A
CN107345729A CN201710600642.9A CN201710600642A CN107345729A CN 107345729 A CN107345729 A CN 107345729A CN 201710600642 A CN201710600642 A CN 201710600642A CN 107345729 A CN107345729 A CN 107345729A
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CN
China
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cryogenic
temperature
liquid nitrogen
treatment device
low
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CN201710600642.9A
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English (en)
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王俊杰
郑建朋
郭嘉
顾开选
黄碧涵
周远
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Technical Institute of Physics and Chemistry of CAS
Original Assignee
Technical Institute of Physics and Chemistry of CAS
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    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D3/00—Devices using other cold materials; Devices using cold-storage bodies
    • F25D3/10—Devices using other cold materials; Devices using cold-storage bodies using liquefied gases, e.g. liquid air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract

本发明提供的深冷处理装置，采用液‑气引射器代替原有的风扇设计，冷却工质液氮的压力降低，速度升高，液‑气引射器中形成的局部真空，引入新风与液氮掺混均匀，实现液氮的部分气化，增大风量后对工件进行良好冷却；引射器的引射流体来自深冷设备箱体内部的低温氮气，对其中的冷量进行回收，可以进一步提高冷量利用率，避免结霜和阻塞问题。

Description

一种深冷处理装置
技术领域
本发明涉及低温技术领域，尤其是涉及一种深冷处理装置。
背景技术
深冷处理是将工件置于特定可控的低温环境下(-100℃以下)，使材料的微观组织发生转变，实现材料性能提升的一种技术。深冷处理对于部分材料的耐磨性、韧性、硬度、尺寸稳定性、耐腐蚀性和使用寿命都有不同程度的改善效果。同时，深冷处理可对复杂形状工件进行处理，工件表面造成损伤，环保无污染。深冷处理工艺是国外热处理后续处理的普遍方法，在我国正在逐步推广。
深冷处理装置能够按照预设工艺对材料进行升降温和保温的设备。液氮由于沸点低(-196℃)、成本低、无污染的优点，是目前最常用的深冷处理工质。深冷设备的工作原理是：通过与工件间的对流导热换热，液氮相变和冷氮气升温，工件温度降低，实现对工件的冷却。
目前，深冷处理装置中普遍采用风扇或者风机将液氮吹入设备中，实现对工件的冷却。存在的问题是：(1)风扇或风机在低温恶劣工况下存在故障率高和寿命短的问题；(2)风扇或风机需要额外的电能输入，同时根据能量关系，需要液氮冷量来弥合这部分电能，增大了液氮消耗量，(3)采用风机的深冷处理装置中，由于新风难以与液氮掺混均匀，会导致控温精度变差。
发明内容
有鉴如此，有必要针对现有技术存在的缺陷，提供一种可降低深冷处理装置的能耗、提高控温精度和增强设备可靠性的深冷处理装置。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种深冷处理装置，包括存储有高压液氮的液氮罐、低温输液管、低温调节阀、液-气引射器、深冷箱体、排出气回流管路、温度传感器和控制器，其中：
所述液氮罐的罐口连接于所述低温输液管的一端，所述低温输液管的管路上安装有所述低温调节阀，所述低温调节阀电性连接于所述控制器，所述低温输液管的另一端连接于所述液-气引射器，且所述液-气引射器设置于所述深冷箱体内，所述深冷箱体相对于所述低温输液管的一侧连接有所述排出气回流管路，所述温度传感器设置于所述深冷箱体内且电性连接于所述控制器。
在一些较佳的实施例中，所述液-气引射器包括喷嘴、吸入室、引射口、混合管、扩压管和混合流体出口，其中：
所述喷嘴的一端连接于所述低温输液管，另一端收容于所述吸入室内，所述引射口安装于所述吸入室的相对两侧，所述混合管的两端分别连接于所述吸入室和所述扩压管，所述混合流体出口开设于所述扩压管上；
高压液氮经所述喷嘴后进入所述吸入室形成局部真空，并将引射流体从所述引射口吸入，所述高压液氮及所述引射流体混合后经所述混合管和所述扩压管排出，进入所述深冷箱体。
在一些较佳的实施例中，所述深冷箱体为不锈钢材质，且所述深冷箱体的内外夹层之间填充有硬质聚氨酯泡沫。
在一些较佳的实施例中，所述排出气回流管路包括不锈钢材质的内芯及包裹所述内芯的保温棉绝缘层。
在一些较佳的实施例中，所述温度传感器用于获取所述深冷箱体内部的温度，并将温度回传至所述控制器，所述控制器通过反馈调节所述低温调节阀控制所述高压液氮的供应量。
在一些较佳的实施例中，所述温度传感器为铂电阻温度传感器。
在一些较佳的实施例中，所述铂电阻温度传感器可采集-200～200℃的温度。
在一些较佳的实施例中，所述高压液氮的压强为0.6MPa～1.6MPa。
本发明采用上述技术方案的优点是：
一方面，本发明提供的深冷处理装置，采用液-气引射器代替原有的风扇设计，冷却工质液氮的压力降低，速度升高，液-气引射器中形成的局部真空，引入新风与液氮掺混均匀，实现液氮的部分气化，增大风量后对工件进行良好冷却；引射器的引射流体来自深冷设备箱体内部的低温氮气，对其中的冷量进行回收，可以进一步提高冷量利用率，避免结霜和阻塞问题。
另一方面，本发明提供的深冷处理装置将原有的截止阀改为低温调节阀，可平滑调节液氮流量，从而控制输入冷量，实现对冷却效果的控制。
本发明提供的深冷处理装置，在保障深冷处理设备性能前提下，可以简化深冷处理设备系统的构成，降低了能耗，降低了故障发生率。
附图说明
图1为本发明实施例提供的深冷处理装置的结构示意图。
图2为本发明实施例提供的液-气引射器的结构示意图。
具体实施方式
请参考图1，为本发明实施例提供的一种深冷处理装置，包括：液氮罐(1)、低温输液管(2)、低温调节阀(3)、液-气引射器(4)、深冷箱体(5)、排出气回流管路(6)、温度传感器(7)和控制器(8)。其中：
所述液氮罐(1)的罐口连接于所述低温输液管(2)的一端，所述低温输液管(2)的管路上安装有所述低温调节阀(3)，所述低温调节阀(3)电性连接于所述控制器(8)，所述低温输液管(2)的另一端连接于所述液-气引射器(4)，且所述液-气引射器(4)设置于所述深冷箱体(5)内，所述深冷箱体(5)相对于所述低温输液管(2)的一侧连接有所述排出气回流管路(6)，所述温度传感器(7)设置于所述深冷箱体(5)内且电性连接于所述控制器(8)。
具体地，所述液-气引射器(4)包括喷嘴(9)、吸入室(10)、引射口(13)、混合管(11)、扩压管(12)和混合流体出口(14)。其中：
所述喷嘴(9)的一端连接于所述低温输液管(2)，另一端收容于所述吸入室(10)内，所述引射口(13)安装于所述吸入室(10)的相对两侧，所述混合管(11)的两端分别连接于所述吸入室(10)和所述扩压管(12)，所述混合流体(15)出口开设于所述扩压管(12)上。
具体地，高压液氮自液氮罐(1)经低温输液管(2)进入低温调节阀(3)，通过低温调节阀(3)和液-气引射器(4)深冷箱体(5)，液-气引射器(4)以液氮作为工作流体，高压液氮经所述喷嘴后进入所述吸入室形成局部真空，与引射口(13)吸入的空气均匀掺混，液氮经过液-气引射器(4)后压力降低，速度增大，与引射口(13)吸入的空气均匀掺混，部分液氮液化，进入深冷箱体(5)对箱内工件进行冷却。
可以理解，本发明提供的深冷处理装置，采用液-气引射器(4)代替原有的风扇设计，冷却工质液氮的压力降低，速度升高，液-气引射器(4)中形成的局部真空，引入新风与液氮掺混均匀，实现液氮的部分气化，增大风量后对工件进行良好冷却。
进一步地，液-气引射器(4)的引射流体来自深冷箱体(5)内部的低温氮气，对其中的冷量进行回收，可以进一步提高冷量利用率，避免结霜和阻塞问题。
优选地，所述深冷箱体(5)为不锈钢材质，且所述深冷箱体(5)的内外夹层之间填充有硬质聚氨酯泡沫，绝热性能好。
优选地，所述排出气回流管路(6)包括不锈钢材质的内芯及包裹所述内芯的保温棉绝缘层，从而提高了排出气回流管路(6)的密封性。
优选地，所述温度传感器(7)用于获取所述深冷箱体(5)的内部的温度，并将温度回传至所述控制器(8)，所述控制器(8)通过反馈调节所述低温调节阀(3)控制所述高压液氮的供应量。可以理解，本发明将原有的截止阀改为低温调节阀(3)，可平滑调节液氮流量，使流体流量实现平稳过度，保证了引射器工作状态的稳定，实现对冷却效果的控制。
可以理解，通过温度传感器(7)获取深冷箱体(5)内部测温点的温度信号，并回传至控制器(8)，控制器(8)通过反馈调节低温调节阀(3)的开度，增大或减小液氮供应量，从而控制冷量的输入，实现深冷箱体(5)内的温度的精确控制。
本发明提供的深冷处理装置的工作流程如下：
步骤110：在深冷箱体(5)箱内放置待处理工件，封闭箱体；
步骤120：根据工艺要求在控制器(8)上设置相应降温曲线；
步骤130：开启液氮罐(1)的供应开关，开启深冷处理装置总开关；
步骤140：高压液氮(0.6MPa～1.6Mpa)从液氮罐(1)进入低温输液管(2)，流经低温调节阀(3)及液-气引射器(4)后在喷嘴(9)出口处压力降低，速度升高，吸入室内形成局部真空(负压10～30KPa)，引射流体(低温氮气)被吸入，低温氮气和液氮混合进行热量交换，流经混合管(11)、扩压管(12)，以两相形式进入深冷箱体(5)内部，冷却工件；
步骤150：通过深冷箱内温度传感器监测工件温度，并与预设工艺进行比对，通过控制器对低温调节阀进行调节。当降温速率过快慢时，调大低温调节阀开度，则液氮流量增大，输入冷量增多，降温速率变快；当降温速率过快快时，调小低温调节阀开度，则液氮流量减大，输入冷量减少，降温速率变慢；
步骤160：通过控制器(8)通过反馈调节低温调节阀(3)的开度，增大或减小液氮供应量，从而控制冷量的输入，实现深冷箱体(5)内的温度的精确控制，完成既定工艺后，打开深冷箱体(5)，取出工件，深冷处理工艺完成。
本发明提供的深冷处理装置处理方法，在保障深冷处理设备性能前提下，可以简化深冷处理设备的构成及工作流程，降低了能耗，降低了故障发生率。
当然本发明的深冷处理装置还可具有多种变换及改型，并不局限于上述实施方式的具体结构。总之，本发明的保护范围应包括那些对于本领域普通技术人员来说显而易见的变换或替代以及改型。

Claims (8)

1.一种深冷处理装置，其特征在于，包括存储有高压液氮的液氮罐、低温输液管、低温调节阀、液-气引射器、深冷箱体、排出气回流管路、温度传感器和控制器，其中：
所述液氮罐的罐口连接于所述低温输液管的一端，所述低温输液管的管路上安装有所述低温调节阀，所述低温调节阀电性连接于所述控制器，所述低温输液管的另一端连接于所述液-气引射器，且所述液-气引射器设置于所述深冷箱体内，所述深冷箱体相对于所述低温输液管的一侧连接有所述排出气回流管路，所述温度传感器设置于所述深冷箱体内且电性连接于所述控制器。
2.根据权利要求1所述的深冷处理装置，其特征在于，所述液-气引射器包括喷嘴、吸入室、引射口、混合管、扩压管和混合流体出口，其中：
所述喷嘴的一端连接于所述低温输液管，另一端收容于所述吸入室内，所述引射口安装于所述吸入室的相对两侧，所述混合管的两端分别连接于所述吸入室和所述扩压管，所述混合流体出口开设于所述扩压管上；
高压液氮经所述喷嘴后进入所述吸入室形成局部真空，并将引射流体从所述引射口吸入，所述高压液氮及所述引射流体混合后经所述混合管和所述扩压管排出，进入所述深冷箱体。
3.根据权利要求1所述的深冷处理装置，其特征在于，所述深冷箱体为不锈钢材质，且所述深冷箱体的内外夹层之间填充有硬质聚氨酯泡沫。
4.根据权利要求1所述的深冷处理装置，其特征在于，所述排出气回流管路包括不锈钢材质的内芯及包裹所述内芯的保温棉绝缘层。
5.根据权利要求1所述的深冷处理装置，其特征在于，所述温度传感器用于获取所述深冷箱体内部的温度，并将温度回传至所述控制器，所述控制器根据温度反馈调节所述低温调节阀控制所述高压液氮的供应量。
6.根据权利要求1所述的深冷处理装置，其特征在于，所述温度传感器为铂电阻温度传感器。
7.根据权利要求6所述的深冷处理装置，其特征在于，所述铂电阻温度传感器可采集-200～200℃的温度。
8.根据权利要求1所述的深冷处理装置，其特征在于，所述高压液氮的压强为0.6MPa～1.6MPa。
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