适用于液氮供应管路的多余气体排放装置与方法与流程

本发明涉及航天器地面试验，具体地，涉及一种适用于液氮供应管路的多余气体排放装置，尤其是一种适用于长距离液氮供应管路的多余气体排放装置。

背景技术：

航天器所处的太空环境中，面临宇宙冷黑背景，此冷黑背景相当于3k～4k的黑体。而航天器发射到天空环境之前，需要在地面进行大量的模拟太空环境下的试验，采用液氮作为冷却介质进行温度模拟。而大量的如气氮调温装置、液氮冷板等装置在使用液氮时具有间歇性的特征，且在使用液氮时，一旦进入氮气，或造成温度波动。长距离的液氮管路以及液氮杜瓦在使用过程中，虽然有保温材料，但由于保温材料的漏热，会在管路中形成气体，在使用液氮的装置暂时不需要液氮时，产生的气体会累计在管路中，一旦使用液氮的装置在需要液氮供应时，先进入的是气氮，气氮温度较高，并且热容量小，进入装置后，会造成温度波动。此外，由于液氮在气化后，体积膨胀，积聚在管路内部会造成管路内部压力升高，过高的压力，将造成液氮使用装置内部的压力波动。为了避免上述现象，国内一般通过增加管道保温效果，减少管道内部液氮气化，大大增加了成本，并且但难以完全避免上述问题，此外，还有设置中间缓冲容器，容器一直保持放空，液氮气化产生的氮气得到释放，但这种方法虽然非常有效，但是，大大增加了空间，有些场合难以安装、改进。

公开号为cn103388744a的专利文献公开了一种液氮输送装置，用于输出液氮容器中的液氮，其中，包括：液氮泵；为所述液氮泵提供压缩空气以驱动所述液氮泵工作的气源；控制所述压缩空气进出所述液氮泵的持续时间和间隔时间的控制器。本发明提供的液氮输送装置中的液氮泵通过控制器实现输入参数后通过程序控制，气源提供压缩空气驱动，使液氮泵能够自动定时定量运行，无需人工的全程参与，智能化程度更高，节省了人工，降低了成本，而且也使液氮的输送效率得到了显著的提升。但是，液氮在输送过程中较难避免液氮气化产生氮气，而气体氮的产生会影响管路的压力以及温度，最终影响液氮使用装置内部的压力和温度波动。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种用于长距离液氮供应管路的多余气体排放装置与方法。

根据本发明提供的一种适用于液氮供应管路的多余气体排放装置，包括：气体收集腔(2)、检测装置、控制仪表(4)、气体排放装置，气体收集腔(2)一端连接液氮供应管路(1)，气体收集腔(2)的另一端连接气体排放装置，气体收集腔(2)内设置有检测装置，检测装置连接控制仪表(4)，控制仪表(4)连接气体排放装置。

优选地，所述检测装置包括如下任一种或任多种传感器：

-温度传感器(3)；

-液位传感器；

-压力传感器(8)。

优选地，所述控制仪表(4)根据检测装置的检测信号控制气体排放装置排放气体。

优选地，所述气体排放装置包括控制阀(5)、气体排放管路(9)，所述控制阀(5)设置在气体排放管路(9)上，控制阀(5)连接控制仪表(4)，气体排放管路(9)连接气体收集腔(2)。

优选地，还包括缓冲容器(6)，所述缓冲容器(6)设置在液氮供应管路(1)上，缓冲容器(6)连接气体收集腔(2)。

优选地，所述检测装置设置在气体收集腔(2)和/或缓冲容器(6)内。

优选地，所述缓冲容器(6)设置在液氮供应装置与液氮使用装置之间的液氮供应管路(1)上；缓冲容器与液氮供应装置连接的一侧液氮供应管路(1)上设置有缓冲容器进液阀(7)，缓冲容器进液阀(7)连接控制仪表(4)。

优选地，所述气体排放管路(9)与气体收集腔(2)一体成型或通过连接件匹配连接。

优选地，所述检测装置、控制仪表(4)远程连接外部控制装置。

根据本发明提供的一种适用于液氮供应管路的多余气体排放方法，包括如下步骤：

步骤1：检测装置实时检测气体收集腔(2)和/或缓冲容器(6)内的气体状态，并将检测信号传送到控制仪表(4)；

步骤2：控制仪表(4)根据检测信号判断气体收集腔(2)和/或缓冲容器(6)内的气体状态是否达到预设上限值；若未达到预设上限值，则命令检测装置继续检测气体收集腔(2)和/或缓冲容器(6)内的气体状态；若达到预设上限值，则执行步骤3；

步骤3：控制仪表(4)命令控制阀(5)打开，气体排放管路(9)排放多余气体；

步骤4：重复步骤1；

步骤5：控制仪表(4)根据检测信号判断气体收集腔(2)和/或缓冲容器(6)内的气体状态是否达到预设下限值；若达到预设下限值，则命令控制阀(5)关闭，停止气体排放。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明结构简单合理，操作方便，进行多余气体排放时，避免了传统气液分离装置造成的额外液氮排放，因而大大减少对周围环境的影响，并能稳定供应管路内压强，能实现长距离液氮供应管路多余气体的有效排放，有效减少多余气体进入使用液氮装置后造成的温度波动等影响。

2、本发明装置存在可以接受远程测控的电器元件，可以与控制系统有效结合，实现更为复杂的控制。

3、本发明装置在适用于液氮系统的基础上，经过改造后，可适用于其他低温液化的气体的间歇性的长距离输送。

4、本发明避免了传统的方法造成的液氮的浪费，且有效减少液氮的排放减少对于周围环境的影响。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明一个实施例与使用液氮装置的连接结构示意图。

图3为本发明另一个实施例与使用液氮装置的连接结构示意图。

图中示出：

0-液氮供应管路外包裹的保温材料5-控制阀

1-液氮供应管路6-缓冲容器

2-气体收集腔7-缓冲容器进液阀

3-温度传感器8-压力传感器

4-控制仪表9-气体排放管路

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

本发明提供了一种适用于液氮供应管路的多余气体排放装置及方法，包括：液位检测装置、排放装置。其中，液位检测装置用于检测气体是否已经充满收集空间，排放装置根据检测结果对多余气体进行排放。本发明进行多余气体排放时，避免了传统气液分离装置造成的额外液氮排放，因而大大减少对周围环境的影响，具有很好的效果；本发明结构简单，操作方便，能实现长距离液氮供应管路多余气体的有效排放，有效减少多余气体进入使用液氮装置后造成的温度波动等影响。

根据本发明提供的一种适用于液氮供应管路的多余气体排放装置，如图1-3所示，包括：气体收集腔2、检测装置、控制仪表4、气体排放装置，气体收集腔2一端连接液氮供应管路1，气体收集腔2的另一端连接气体排放装置，气体收集腔2内设置有检测装置，检测装置连接控制仪表4，控制仪表4连接气体排放装置，所述检测装置包括如下任一种或任多种传感器：温度传感器3，液位传感器，压力传感器8，所述控制仪表4根据检测装置的检测信号控制气体排放装置排放气体，所述气体排放装置包括控制阀5、气体排放管路9，所述控制阀5设置在气体排放管路9上，控制阀5连接控制仪表4，气体排放管路9连接气体收集腔2，还包括缓冲容器6，所述缓冲容器6设置在液氮供应管路1上，缓冲容器6连接气体收集腔2，所述检测装置设置在气体收集腔2和/或缓冲容器6内，所述缓冲容器6设置在液氮供应装置与液氮使用装置之间的液氮供应管路1上；缓冲容器与液氮供应装置连接的一侧液氮供应管路1上设置有缓冲容器进液阀7，缓冲容器进液阀7连接控制仪表4，所述气体排放管路9与气体收集腔2一体成型或通过连接件匹配连接，通过气体收集腔的引入，减少传统的气液分离装置对于液氮的损耗，进行多余气体排放的时候通过气体收集腔的引入，使排放出的液氮大大减少，因而大大减少对周围环境的影响，所述检测装置、控制仪表4远程连接外部控制装置，可将电信号引入设备的控制系统，可有效地反馈工作状态，并且接受远程控制，实现更为复杂的控制。

根据本发明提供的一种适用于液氮供应管路的多余气体排放方法，包括如下步骤：

步骤1：检测装置实时检测气体收集腔2和/或缓冲容器6内的气体状态，并将检测信号传送到控制仪表4；

步骤2：控制仪表4根据检测信号判断气体收集腔2和/或缓冲容器6内的气体状态是否达到预设上限值；若未达到预设上限值，则命令检测装置继续检测气体收集腔2和/或缓冲容器6内的气体状态；若达到预设上限值，则执行步骤3；

步骤3：控制仪表4命令控制阀5打开，气体排放管路9排放多余气体；

步骤4：重复步骤1；

步骤5：控制仪表4根据检测信号判断气体收集腔2和/或缓冲容器6内的气体状态是否达到预设下限值；若达到预设下限值，则命令控制阀5关闭，停止气体排放。

检测装置用于控制气体排放装置排放多余气体，二者需联合使用；该方法利用检测装置对于温度信息进行逻辑判断来实现自动控制气体排放装置排放多余气体。

实施例1

在一个具体的实施例中，采用本发明提供的一种用于液氮供应管路的多余气体排放装置，见附图2所示，气体收集腔与液氮供应管路连接，安装在靠近液氮使用装置的位置。为了实现更好的效果，可使这一段液氮供应管路保持一定倾斜，在靠近液氮使用装置和多余气体排放装置的一端保持略高，以便使管道中气化的氮气集中在气体收集腔中。在气体收集腔中的气体达到一定量时，气体收集腔中的液位低于温度传感器3的位置，温度传感器3的温度上升，信号反馈给控制仪表后，控制仪表根据预设的逻辑控制提供给控制阀5的信号，使控制阀5打开，将多余的气体释放出。当多余气体释放到接近结束时，气体收集腔中的液位上升，使温度传感器的信号变化，被控制仪表接受后，根据预设逻辑算法，改变控制阀5的信号，使控制阀5关闭。

本发明提供的一种用于液氮供应管路的多余气体排放方法，包括如下步骤：

步骤1：在液氮供应管路1中产生多余气体并且达到预定值后，气体收集腔2中的温度上升，并被温度传感器检测到；

步骤2：温度传感器3将温度信号传递给控制仪表；

步骤3：控制仪表4根据控制逻辑判断，当确认温度上升后，将控制信号传递给控制阀5；

步骤4：控制阀5收到信号后打开，将多余气体放出；

步骤5：多余气体放出后，气体收集腔中的液氮上升，使得气体收集腔中的温度低于预定值，温度传感器的温度下降。

实施例2

在一个更为具体的实施例中，采用本发明提供的多余气体排放装置与缓冲容器6，及缓冲容器进液阀7和压力传感器8配合使用，还可有效控制供应液氮的压力，如附图3所示，优选地，所述缓冲容器6采用缓冲杜瓦瓶。缓冲容器6的引入，可有效确保液氮更为有效地及时供应，此外，缓冲容器6的上部适当保留一部分而气体，用于对对缓冲容器内部的压力进行更为精确地调节。

将温度传感器3放置在缓冲容器的适当位置，当液位并通过更加复杂的控制逻辑，不仅可以控制多余气体有效排出，而且，可以结合压力传感器8的使用，更为精确地调节控制阀5的开度，确保可以实现更为稳定的压力供应。当液位低于预期位置时，温度传感器信号传递给控制仪表4打开缓冲容器进液阀7，将缓冲容器液位调整至预期位置。当缓冲容器的压力高于预设值后，打开控制阀5，将缓冲容器的压力降低到预设值。

使用本发明所述的长距离液氮供应管路的多余气体排放装置，可有效实现多余气体的及时排除，确保液氮使用装置随时可以得到稳定供应的液氮。并且，结合压力传感器和缓冲容器的使用，可以实现更为复杂的控制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。