一种液氮喷淋器结构的制作方法

1.本发明涉及空间环境模拟器热沉调温换热技术领域，尤其涉及一种液氮喷淋器结构。


背景技术：

2.目前国内外调温热沉技术分为两大类：一类是使用氮气作为载冷剂通入热沉进行温度调节，称为气氮调温热沉；另一类是使用耐高低温的导热液作为载冷剂通入热沉进行温度调节，称为导热液调温热沉。导热液调温热沉使用制冷机为导热液提供冷源，电加热器提供热源，通过控制程序将满足要求的导热液由循环泵输入热沉中进行调温。该方法的优点是系统构造简单，运行维护费用较少，并且载冷剂的热稳定性高，可以保证热沉表面具有较好的温度均匀性。考虑到现有制冷机制冷功率和循环泵扬程的限制，该调温系统常用于中小型热真空试验设备中。
3.气氮调温热沉采用电加热器对氮气进行加热以实现高温要求，使用液氮作为冷源对氮气冷却以达到低温要求。由于气氮调温热沉结构复杂，需要大流量的高低温压缩机，并且运行费用高，所以常用于大型热真空试验设备中，液氮喷淋器在大型空间环境模拟器气氮系统中占有相当重要的位置，它是实现热沉定点调温的关键设备之一。其工作原理是通过上方喷淋的液氮与进来的气氮在填料中直接接触换热，最终使出口气氮温度降低。改变喷淋的液氮量可改变低温气体调节器出口的氮气温度。
4.传热可看作是由两部分组成：一是液氮从喷洒器喷出雾化，在到达填料表面之前液滴与周围的气氮发生热交换，部分液氮蒸发的过程。二是液氮到达填料表面后，气液两相在填料中充分接触换热，液氮进一步汽化的过程。因此，低温气体调节器中的传热不仅涉及到喷淋传热，还要涉及到气液两相在固体表面的接触传热。
5.液氮喷淋传热是极为复杂的物理过程。液体从喷洒器喷出后的液体雾化程度(液滴尺寸大小)及其分布，液滴速度分布及其大小，以及周围介质的温度等都是影响喷淋传热量大小的主要因素。由于其传热机理的复杂性，多从单液滴出发，对液滴到达固体表面后的蒸发传热结果表明，液滴在离开喷嘴到达固体表面之前，由于液滴与环境存在温差，液滴不断蒸发，其滴径大小亦不断变化，滴径随时间变化速率与液滴离开喷嘴时雾化后的初始粒径有关，液滴单位表面积传热速率为定值。但对于液滴群，由于不同速度液滴间相互干扰，与单个液滴的状况明显不同。
6.气液两相在喷淋器填料层中的传热传质同样较为复杂，由于金属丝网层间距较大，气体在填料层中的运动为三维运动，还有部分阶梯环填料，使其传热传质研究更为困难。通常将液氮喷淋器按其结构及传热特征分为上、下两段，上段为液氮经喷洒器(喷嘴)喷淋后至顶层填料表面间的空间段，下段为蓄热填料段。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于：为了解决上述问题，而提出的一种液氮喷淋器结构。
8.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
9.一种液氮喷淋器结构，包括液氮喷淋机构、蓄热机构和喷淋器壳体，所述喷淋器壳体采用真空夹层结构；
10.所述液氮喷淋机构包括供液管路和喷嘴，所述喷嘴与所述供液管路的出口连通，所述喷嘴通过穿墙法兰设置在所述喷淋器壳体内上方，用于液氮的喷淋雾化，雾化后的液氮与氮气进行热交换；
11.所述蓄热机构设有蓄热填料，所述蓄热填料包括空心钢珠与鲍尔环填料，所述空心钢珠设置在喷淋器壳体内底部，所述鲍尔环填料设置在所述空心钢珠上方，吸收雾化换热后的液氮余热，与压缩机供应出的氮气进行热交换，对氮气进行预降温处理。
12.优选地，所述喷嘴采用实心锥螺旋喷嘴，所述喷嘴设置有至少一个。
13.优选地，所述喷淋器壳体设有外壳体与内壳体，两层壳体之间填充珠光砂进行辅助保温。
14.优选地，所述喷淋器壳体的外壳体与内壳体之间抽真空至低于1pa，所述喷淋器壳体的总漏率低于1
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pam3/s。
15.优选地，所述喷淋器壳体上设有氮气进气管路和氮气出气管路。
16.综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
17.本技术中，液氮经供液管路进入喷淋器内部，通过实心锥螺旋喷嘴雾化喷出，与氮气压缩机供应出的氮气进行换热，使得氮气降温；经过换热降温后的氮气出液氮喷淋器，对后端热沉等设备进行降温；喷嘴雾化后的液氮经过与氮气的换热后余热储存在喷淋器内部的蓄热填料中，氮气与蓄热填料预先降温后再与雾化液氮进行充分降温。本发明适合于空间环境模拟器热沉调温系统中对氮气进行降温，为系统冷源。
附图说明
18.图1示出了根据本发明实施例提供的气氮调温原理图；
19.图2示出了根据本发明实施例提供的液氮喷淋器结构示意图。
20.图例说明：
21.1、喷淋器壳体；2、供液管路；3、喷嘴；4、空心钢珠；5、鲍尔环填料；6、穿墙法兰；7、氮气进气管路；8、氮气出气管路。
具体实施方式
22.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，所描述的实施例仅仅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它实施例，都属于本发明保护的范围。
23.请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：
24.一种液氮喷淋器结构，包括液氮喷淋机构、蓄热机构和喷淋器壳体1，喷淋器壳体1采用真空夹层结构；
25.液氮喷淋机构包括供液管路2和喷嘴3，喷嘴3与供液管路2的出口连通，喷嘴3通过穿墙法兰6设置在喷淋器壳体1内上方，用于液氮的喷淋雾化，雾化后的液氮与氮气进行热
交换；
26.蓄热机构设有蓄热填料，蓄热填料包括空心钢珠4与鲍尔环填料5，空心钢珠4设置在喷淋器壳体1内底部，鲍尔环填料5设置在空心钢珠4上方，吸收雾化换热后的液氮余热，与压缩机供应出的氮气进行热交换，对氮气进行预降温处理；经过压缩机压缩后的热氮气进入喷淋器内部后，先与蓄热填料进行换热预降温，再与雾化后的液氮液滴进行充分降温。
27.具体的，如图1和图2所示，喷嘴3采用实心锥螺旋喷嘴，喷嘴3设置有至少一个，根据喷淋器总的换热量，喷嘴可以布置1个，也可以布置数个，喷淋器壳体1设有外壳体与内壳体，两层壳体之间填充珠光砂进行辅助保温，内壳体上端吊挂在外壳体内挂点上，底部三角托盘支撑在外壳体底部支撑点上，两壳体之间填充珠光砂保温后，抽真空至低于1pa后密封。
28.具体的，如图1和图2所示，喷淋器壳体1的外壳体与内壳体之间抽真空至低于1pa，降低两层壳体间的对流换热，喷淋器壳体1的总漏率低于1
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pam3/s，喷淋器壳体1上设有氮气进气管路7和氮气出气管路8。
29.具体的，如图1所示，低温工况时，氮气压缩机作为动力源将氮气输入整个系统，三级过滤及干燥处理后进入回热式换热器，与热沉回气氮气在回热式加热器进行热交换(废能利用)降温后进入液氮喷淋器，经过液氮喷淋氮气温度降至需要的目标温度，通过主电加热器和分支电加热器两级精确控温后进入热沉。氮气与热沉进行充分热交换后，通过回气管道进入回热式加热器，冷量回收利用后通过压缩机进口电加热器升温，经过水换热器与常温水进行热交换后变为常温气体进入氮气压缩机，如此循环往复，对热沉进行降温。
30.具体的，如图2所示，液氮通过供液管路2进入喷淋器壳体1内部，在压力的作用下经过喷嘴3后雾化为液滴，液滴与压缩机压缩后的氮气进行热交换。液滴升温为冷氮气，冷量积蓄在喷淋器下方蓄热填料中；热氮气经过充分降温后出液氮喷淋器，进入试验装置(热沉)内。
31.实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。