一种低温制冷机及低温液体储罐

本发明涉及低温制冷机，尤其是涉及一种低温制冷机及低温液体储罐。

背景技术：

1、低温液体如液氦、液氢、液氮、液化天然气等需要储存在低温容器中。由于漏热，液体会蒸发，蒸发的液体可以用制冷机再冷凝，从而保证没有储存损失。

2、专利申请cn200610155439.7公开了一种基于低温制冷机的液氢无损储存系统。它包括液氢储槽、蒸汽引出管道、氢气换热器、低温制冷机、液体回流管道，液氢储槽顶部设有蒸汽引出管道、液体回流管道，氢气换热器两端分别与蒸汽引出管道、液体回流管道相接，氢气换热器顶端与低温制冷机的冷端换热器相连接。本发明将液氢储槽内由于漏热而蒸发的氢气再冷凝回收，避免了氢能源的浪费。但是该专利技术采用的是普通脉管制冷机、斯特林制冷机或gm制冷机，采用普通的制冷机则会产生冷凝的液体在低温容器的上部，这在小型的低温容器中不是问题，在大型低温容器中则是一个巨大的安全隐患，容易出现滚翻现象。滚翻现象是大型低温容器里在底部的液体受热后并不会马上蒸发，蒸发从表面发生，而由于下层对上层的导热有限，从而造成下层过热，当遇到扰动时突然蒸发，从而引起低温容器的压力急剧升高，甚至引起爆炸。

3、对于液氢储罐而言，现有低温液体储罐，另一个问题是没有合适的低温制冷，已有的低温制冷机不是寿命太短就是无法在20k温区拥有高的制冷效率，这极大地限制了液氢的应用场景。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种结构简单、可防止翻滚的低温制冷机及低温液体储罐。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、一种低温制冷机，装设在低温液体储罐上，所述的制冷机的冷凝面设有插入储罐底部的回流管，该回流管对其内部回流的冷凝液体在向下流动的过程中起到保温作用，从而使其温度尽可能保持不变，即回流管内的冷凝液体温度从上至下流动的过程中，温度不会升高很多，而是保持与制冷机底部冷凝换热器的冷凝面温度基本一致，蒸气从上面流入，冷凝后沿回流管流下，在低温容器底部流出，从而使最冷的液体沉入低温液体储罐的底部，这样低温液体储罐内的温度分布从下到上是低温到高温，进而防止滚翻，或减低滚翻发生的概率。

4、进一步地，所述的回流管为低导热材料制成的管道，包括聚四氟乙烯管、或玻璃钢，或碳纤维增强塑料管等。

5、进一步地，所述的回流管为真空管，包括内壁、外壁以及两者之间的真空夹层。

6、进一步地，所述的回流管内设有积液部，该积液部顶部设有与制冷机的冷凝面连通的孔。

7、进一步地，所述的积液部与回流管的结合部有液体通道，使液体沿回流管内壁流下，以防出现下雨现象，造成液面晃动。

8、进一步地，回流管可以和储罐组成一体，也可单独一个组件。

9、回流管也可插入储罐底部，回流管底部留有出液通道。

10、进一步优选地，所述的回流管悬挂在储罐顶部，如回流管通过支架悬挂在制冷机冷头的顶法兰上，顶法兰是室温，支架可由低导热率材料制成，如不锈钢丝，玻璃钢棒，尼龙等。如果制冷机是二级的，则支架可接在第一级冷头法兰上，从而减小导热损失。

11、进一步优选地，回流管安装在制冷机底部的冷量换热器上。

12、进一步地，所述的回流管的内壁由高导热率材料制成，且该内壁与制冷机底部的冷量换热器外部热接触，从而增大换热面积，减小热阻，提高冷凝效率。

13、所述的回流管的外壁由低导热材料取代，节约制造成本。

14、进一步的，所述的回流管由低导热率材料制成。

15、进一步地，所述的制冷机为脉管制冷机、斯特林制冷机或gm制冷机，或其他形式的制冷机。

16、进一步优选地，所述的制冷机为推移活塞脉管制冷机，推移活塞控制相位并回收膨胀功，将回收的膨胀功用于压缩压缩腔的气体再利用。推移活塞脉管制冷机包括驱动部和冷头，驱动部包括压缩活塞和推移活塞，压缩活塞与推移活塞之间的压缩腔连接冷头的散热器，推移活塞与压缩机壳体之间形成的前腔与冷头的脉管连接，压缩活塞往复运动产生压力波，输入功，气体经散热器散热后进入回热器，经冷量换热器进入脉管膨胀后返回冷量换热器吸热，对外输出冷量。

17、其中冷头装入储罐内，并通过其顶部法兰固定。为了减低振动，驱动部可以成对对称布置，或者布置平衡块减低振动。

18、进一步地，所述的制冷机为脉管制冷机。

19、进一步地，所述的脉管制冷机为单级推移活塞脉管制冷机，或者多级推移活塞脉管制冷机。

20、本发明还提供一种低温液体储罐，该储罐内设有回流管，该回流管对其内部回流的冷凝液体在向下流动的过程中起到保温作用，从而使其温度尽可能保持不变。低温液体由于受热从储罐低温液体液面蒸发，从回流管的上面进入制冷机被冷凝，沿回流管内部向下流动，然后从底部散开，这样储罐底部的低温液体是冷的，从而形成从底部到上部的低温到高温的温度分布，从而防止滚翻现象。回流管的径向导热很小，从而防止回流管内部液体被外部液体加热。

21、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

22、1.本发明制冷机用于再凝缩时，可防止低温液体储罐内液体滚翻，该制冷机的冷凝换热器的冷凝面加装有真空管(或导热率很低的材料制成的管子)，蒸气从上面流入，冷凝后沿真空管流下，在低温容器底部流出，从而使最冷的液体沉入低温容器的底部，这样低温容器内的温度分布从下倒上是低温到高温，进而防止滚翻。

23、2.本发明制冷机采用推移活塞脉管制冷机，推移活塞控制相位并回收膨胀功，并将回收的膨胀功用于压缩压缩腔的气体再利用，从而使制冷机的理论效率达到卡诺效率。由于推移活塞的调相能力很大，又能回收膨胀功，因此，这种制冷机是目前效率最高的。

24、3.本发明液体储罐，回流至储罐底部的液体是冷的，从而形成从底部到上部的低温到高温的温度分布，从而防止滚翻现象，特别是对液氢储罐，滚翻是致命的。

技术特征：

1.一种低温制冷机，装设在低温液体储罐上，其特征在于，所述的制冷机的冷凝面设有插入储罐底部的回流管，该回流管对其内部回流的冷凝液体在向下流动的过程中起到保温作用。

2.根据权利要求1所述的一种低温制冷机，其特征在于，所述的回流管为低导热材料制成的管道，包括聚四氟乙烯管、或玻璃钢管。

3.根据权利要求1所述的一种低温制冷机，其特征在于，所述的回流管为真空管，包括内壁、外壁以及两者之间的真空夹层。

4.根据权利要求1所述的一种低温制冷机，其特征在于，所述的回流管内设有积液部，该积液部顶部设有与制冷机的冷凝面连通的孔。

5.根据权利要求4所述的一种低温制冷机，其特征在于，所述的积液部与回流管的结合部有液体通道。

6.根据权利要求1所述的一种低温制冷机，其特征在于，所述的回流管悬挂在储罐顶部，或者安装在制冷机底部的冷量换热器上，或与储罐底部接触，并与罐底之间有出液口。

7.根据权利要求1或6所述的一种低温制冷机，其特征在于，所述的回流管的内壁由高导热率材料制成，且该内部与制冷机底部的冷量换热器外部热接触。

8.根据权利要求1所述的一种低温制冷机，其特征在于，所述的制冷机为脉管制冷机、斯特林制冷机或gm制冷机。

9.根据权利要求8所述的一种低温制冷机，其特征在于，所述的制冷机为单级推移活塞脉管制冷机，或者多级推移活塞脉管制冷机，推移活塞控制相位并回收膨胀功，将回收的膨胀功用于压缩压缩腔的气体再利用。

10.一种低温液体储罐，其特征在于，该储罐内设有回流管，该回流管对其内部回流的冷凝液体在向下流动的过程中起到保温作用。

技术总结
本发明涉及低温制冷机及低温液体储罐，低温制冷机装设在低温液体储罐上，所述的制冷机的冷凝面设有插入储罐底部的回流管，该回流管对内部回流的冷凝液体在向下流动的过程中保温，从而减小其温度变化。或该储罐内设有回流管，该回流管对内部回流的冷凝液体在向下流动的过程中保温，从而减小其温度变化。与现有技术相比，本发明可以减小低温液体容器内发生滚翻的概率。

技术研发人员：朱绍伟,杨志刚
受保护的技术使用者：同济大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13