[发明专利]液氮抽吸制冷稀薄空气冷凝捕集装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种捕集装置，具体涉及一种液氮抽吸制冷稀薄空气冷凝捕集装置。 

背景技术

采用吸气式推进作为临近空间飞行器的动力装置，工质的获得和实现稀薄空气的高压比增压是其面临的核心技术挑战，利用低温冷源将临近空间大气冷凝、捕集后利用低温液体泵增压到10MPa，既解决了吸气式推进系统工质问题，又解决了高压比增压的关键技术难题。而高压比增压系统的核心问题在于稀薄空气的吸附捕获。空气的相变温度随海拔高度的变化，20km处的大气压力约为5000Pa，对应的空气的露点温度为62.3K，泡点温度为59.2K。直接利用现有的小型低温制冷机如G-M制冷机等可以提供稀薄空气冷凝液化的温度，但是需要采购制冷机和氦压缩机，所耗费的成本非常高。在低温技术中经常使用的制冷方法主要有相变制冷、气体绝热节流、气体等熵膨胀，其中相变制冷中主要包括液体气化制冷、固体升华制冷和液体抽吸制冷；利用液体抽吸制冷不仅可以使液体降温，而且可以使液体固化，只要将漏热控制在一定的范围内继续抽气可以使固体不断降温，直到外界漏热与抽气升华带走的热量平衡时达到最低的制冷温度。固体制冷剂的制冷温度取决于制冷剂及其固体蒸气的压力，固体蒸气压力越低固体制冷剂的温度越低，维持一定的压力就可以维持一定的固体制冷剂温度，因此可以利用抽气维持一定固体蒸气压力的方法来获得一定范围内的低温冷源，从而不仅降低了试验设备的费用，而且能够实现需要的制冷温度。采用液态空气或者液氧抽气减压制冷也可以获得所需的低温冷源，但这时可能出现氧气浓度过高的问题，对试验设备的加工要求更高，试验过程比较危险。因此现有的稀薄空气冷凝捕集装置存在成本高、操作性差、不易实现所需要的制冷温度的问题。 

发明内容

本发明为了解决现有的稀薄空气冷凝捕集装置存在成本高、操作性差、不易实现所需要的制冷温度的问题，进而提供了一种液氮抽吸制冷稀薄空气冷凝捕集装置。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：一种液氮抽吸制冷稀薄空气冷凝捕集装置，所述捕集装置包括支架总成、冷凝捕集罐体、数据采集模块、镍铬-金铁热电偶、氮气抽出管、空气抽出管、液氮输送管总成、液氮杜瓦、液化空气收集杜瓦、液化空气收集盘，所述冷凝捕集罐体安装在支架总成的上端；所述冷凝捕集罐体包括外桶、外桶盖、冷屏总成、液氮室，冷屏总成安装在外桶内，外桶盖盖在外桶上并与外桶的上端密闭连接，冷屏总成分别与外桶、外桶盖固接，液氮室设置在冷屏总成内的底部，液化空气收集盘设置在冷屏总成内且位于液氮室的下方，液化空气收集杜瓦设置在支架总成内且与支架总成上的液化空气收集盘连通，液化空气收集杜瓦的上端固定在外桶的底端面上，氮气抽出管的一端穿过冷屏总成的保温盖并与液氮室的上端连通，液氮输送管总成设置在冷屏总成上，液氮输送管总成上的竖直管穿出氮气抽出管插入液氮室的底部内，液氮输送管总成上的总管道与液氮杜瓦连通，镍铬-金铁热电偶设置在液氮室的外侧壁上，数据采集模块与镍铬-金铁热电偶连接，液氮室与外桶之间的空间为空气腔，所述外桶上设有空气抽口，空气抽出管通过空气抽口与空气腔连通。 

本发明具有以下有益效果：本发明具有成本低、操作性强、操作简单的优点，本发明能够提供55K甚至更低的低温冷源，有效地实现2000Pa以上空气的捕集。此处，本发明还具有以下特点：一、具有模拟临近空间环境的大抽气量的抽气减压制冷能力；二、解决了固态凝华与升华的表面特性传热和传质的问题；三、在结构中实现了捕集与存储的集成。获得55K甚至更低的低温冷源，实现临近空间稀薄空气低温冷凝捕集。本发明能够模拟20km～50km临近空间的大气环境和实现了临近空间稀薄空气的冷凝、液化、收集和存储。解决了临近空间20km～50km稀薄空气的冷凝、液化、收集和存储的实验研究。 

附图说明

图1为本发明的结构原理图，图2是本发明的主视图(没有画出液氮杜瓦)。 

具体实施方式