一种新型试验用液氮抽取输送装置的制作方法

本发明涉及一种基于可控电加热和管路平稳输送技术的简易设备，尤其是涉及一种新型试验用液氮抽取输送装置，用于在实验室进行精确、安全的液氮提取工作。

背景技术：

液氮是实验室制造低温环境的重要介质。在液氮使用过程中，由两名试验人员穿好防护装备后抬起低温贮罐向试验件容器内倾倒液氮。在操作过程中，液氮的飞溅很容易对试验人员造成伤害，同时，倾倒液氮也很难准确控制用量，造成试验资源的浪费。

目前一些单位对试验液氮提取也采取了一些新办法，主要思路是利用加热挥发对液氮进行加温后利用气压对液氮增压提取。但是其提取装置过于简单，无法控制液氮流速，流速过高时液氮对输送管路产生的液压冲击也较大，在安全性和经济性上还需进一步提升改善。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种新型试验用液氮抽取输送装置，该输送装置可以平稳、快速、安全、准确地抽取送液氮，同时节省人力和成本，适应于实验室绝大多数低温试验场合。

本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：

一种新型试验用液氮抽取输送装置，包括孔板、贮液装置、贮罐、温度调节装置、出液管、抽液管和堵塞，其中贮液装置中容纳液氮，堵塞将液氮封装在贮液装置内，抽液管一端插入液氮中，另一端穿过堵塞与贮液装置连通，出液管一端与抽液管连通，另一端对准外部采液容器，孔板设置在出液管上，用于控制液氮的输出流量，温度调节装置通过调节温度控制贮罐中的气体压力，从而控制液氮的流出速度，贮液装置用于输送缓冲及输送完毕后残液的吹除。

在上述新型试验用液氮抽取输送装置中，温度调节装置包括调节旋钮、可调节热电阻、电池、电连接线和金属管，其中电池设置在堵塞中，为温度调节装置供电，金属管设置在贮罐内部，金属管上端通过堵塞固定，可调节热电阻放置在金属管内部，并位于液氮的液面下方，调节旋钮设置在堵塞上，调节旋钮通过电连接线与可调节热电阻的调节端连接，通过电阻的调节实现温度的控制。

在上述新型试验用液氮抽取输送装置中，所述贮罐中液氮的液面高度为贮罐高度的2/3-3/4。

在上述新型试验用液氮抽取输送装置中，所述贮液装置为球缺体与圆锥体组成的中空复合结构。

在上述新型试验用液氮抽取输送装置中，所述贮液装置为半球体与圆锥体组成的中空复合结构，且贮液装置的容积为2L-2.5L。

在上述新型试验用液氮抽取输送装置中，所述出液管与抽液管的管径相同，管径φ为4mm-6mm。

在上述新型试验用液氮抽取输送装置中，所述孔板的出口端与入口端分别与出液管管路焊接，从而将孔板接入出液管管路。

在上述新型试验用液氮抽取输送装置中，所述孔板的孔径小于出液管与抽液管的管径，孔板的出口端与入口端为锥角不同的圆锥体结构，且入口端的锥角角度大于出口端的锥角角度。

在上述新型试验用液氮抽取输送装置中，所述入口端锥角角度不小于出口端锥角角度的两倍。

在上述新型试验用液氮抽取输送装置中，出液管停止输送液氮后，将出液管、抽液管与贮液装置取出，对贮液装置加热，贮液装置内的气体快速膨胀并向出液管和抽液管内流动，起到管路残液的吹除作用。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

(1)、本发明创新设计了一种试验用液氮抽取输送装置，由孔板、贮液装置、贮罐、温度调节装置、出液管、抽液管和堵塞组成，该装置可以平稳、快速、安全、准确地抽取送液氮，提取液氮操作过程也由两个人减少为一个人，大大节省人力和成本，提高了输送效率，经过估算，由于可以准确控制液氮用量，使用该输送装置较现有人工倾倒方式节省液氮不少于30％，并且适应于实验室绝大多数低温试验场合；

(2)、本发明输送装置通过在出液管中增加孔板，并对孔板结构进行了优化设计，从而可以可靠控制液氮的输出流量，实现液氮平稳安全的输出；

(3)、本发明输送装置通过增加温度调节装置，调节加热管路中的电阻值改变加热路输出的热量大小，输入热量发生改变直接影响液氮蒸发量和对液面的挤压力，从而准确控制液氮输出速率；

(4)、本发明液氮输送管路中增加小型贮液装置，小型贮液装置常温时存有一定量的气体，在液氮输送过程中，可以起到缓冲效应，在停止供应液氮后，小型贮液装置内的气体快速膨胀并向管路内流动，可以起到管路残液的吹除作用；

(5)、本发明输送装置在不显著提高成本和设备复杂性的基础上，提出较市面现有方案更加安全和经济的液氮抽取输送装置，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为本发明新型试验用液氮抽取输送装置结构示意图；

图2为本发明孔板结构示意图；

图3为本发明另一种孔板结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：

如图1所述为本发明新型试验用液氮抽取输送装置结构示意图，由图可知本发明新型试验用液氮抽取输送装置包括孔板1、小型贮液装置2、贮罐4、温度调节装置、出液管6、抽液管7和堵塞8，其中贮液装置2中容纳液氮9，堵塞8将液氮9封装在小型贮液装置2内，抽液管7一端插入液氮中，另一端穿过堵塞8与小型贮液装置2连通，出液管6一端与抽液管7连通，另一端对准外部采液容器10，孔板1设置在出液管6上，用于控制液氮9的输出流量，温度调节装置通过调节温度控制贮罐4中的气体压力(液氮挥发的气体压力)，从而控制液氮9的流出速度，贮液装置2起到输送缓冲及输送完毕后残液吹除作用。

如图1所示，其中温度调节装置包括调节旋钮3、可调节热电阻5、电池、电连接线12和金属管13，其中电池设置在堵塞8中，为温度调节装置供电，金属管13设置在贮罐4内部，金属管13上端通过堵塞8固定，可调节热电阻5放置在金属管13内部，并位于液氮9的液面下方，调节旋钮3设置在堵塞8上，调节旋钮3通过电连接线12与可调节热电阻5的调节端连接，通过电阻的调节实现温度的控制。

贮罐4中液氮9的液面高度为贮罐4高度的2/3-3/4，本实施例中为3/4。

贮液装置2为球缺与圆锥连接组成的中空复合结构，本实施了中球缺为半球体，其中圆锥部分的高度小于球缺直径的1/3。

贮液装置2为小型贮液装置，其容积为2L-2.5L本实施中为2L。

出液管6与抽液管7的管径相同，管径φ为4mm-6mm，本实施例为φ4mm。孔板1的出口端1-1与入口端1-2分别与出液管6管路焊接，从而将孔板1接入出液管6管路。

如图2所示为本发明孔板结构示意图；孔板1的孔径d小于出液管6与抽液管7的管径，孔板1的出口端1-1与入口端1-2为锥角不同的圆锥结构，入口端1-2的锥角大于出口端1-1的锥角，且入口端1-2锥角角度不小于出口端1-1锥角角度的两倍。本实施例中入口端1-2的锥角角度为120°，出口端1-1的锥角角度为60°。

本实施例中孔板1的孔径d通过如下方法得到：

其中：Δp——孔口前后压差(Pa)，为800000Pa；

A——孔口面积(m²)，A＝πd²，d为孔口直径；

ρ——流体的密度(kg/m³)，为810kg/m³；

C_d——流量系数，取0.60；

q_v——流量(m³/s)，取0.0001m³/s(即0.1L/s)。

由此得到d为2.1mm。

其中孔板1可以直接控制液氮流量，小型贮液装置2起到输送缓冲及工作完毕后残液吹除作用。堵塞8则起到对低温贮罐进行密封一级对加热功能部件和抽取输送功能部件进行定位安装的作用。工作时利用电流在电阻中流过产生热量使液氮挥发。通过调节加热管路中的电阻值可以改变加热路输出的热量大小。输入热量发生改变后，直接影响到液氮蒸发量和对液面的挤压力，从而控制液氮输出速率。

如图3所示为本发明另一种孔板结构示意图，孔板1的入口端与出口端均为直径相同的圆筒结构，通过圆筒与出液管6的管路焊接，从而将孔板1接入出液管6中，孔板1的孔径小于出液管6的孔径。

出液管6停止输送液氮后，将出液管6、抽液管7与贮液装置2取出，对贮液装置2加热，贮液装置2内的气体快速膨胀并向出液管6和抽液管7内流动，起到管路残液的吹除作用。

试验用液氮抽取输送装置考虑实验室以小型低温贮罐作为液氮长期保存设备的特点，在该低温贮罐口设置具备液氮加热的堵塞，而堵塞留有液氮输送管路。

其中液氮加热功能是利用电流在电阻中流过产生热量，热量传递到液氮中进行实现。通过调节加热管路中的电阻值可以改变加热路输出的热量大小。输入热量发生改变后，直接影响到液氮蒸发量和对液面的挤压力，从而控制液氮输出速率。

为使液氮输出平稳，避免出现“突突”的不稳定和冲击性流动，在液氮输送管路中增加孔板和小型贮液装置。孔板可以直接控制液氮流量，而小型贮液装置常温时存有一定量的气体，在液氮输送过程中，可以起到缓冲效应。在停止供应液氮后，小型贮液装置内的气体快速膨胀并向管路内流动，可以起到管路残液的吹除作用。

液氮抽取输送装置的使用过程如下：

1.将液氮抽取输送装置堵塞8安装到液氮贮罐4的罐口，将抽液管7和出液管6固定无松动，出液口对准采液容器10。

2.打开开关，给温度调节装置供电，待出液管6中有液氮9流出后，观察流量，通过调节旋钮3调节可调节热电阻5的阻值控制液氮流出速度。

3.液氮9采液完毕后，将调节旋钮3恢复至使可调节热电阻5阻值最小位置，并关闭开关。

4.在出液管6的出液口无液氮9流出后，取下贮液装置2、出液管6、抽液管7和堵塞8，对小型贮液装置2进行人工加热，迅速吹除抽液管7和出液管6中残留的液氮并使整个系统恢复常温。

本发明输送装置装置可以平稳、快速、安全、准确地抽取送液氮，提取液氮操作过程也由两个人减少为一个人，大大节省人力和成本，提高了输送效率，经过估算，由于可以准确控制液氮用量，使用该输送装置较现有人工倾倒方式节省液氮不少于30％，并且适应于实验室绝大多数低温试验场合。

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。