[发明专利]可拆卸低温流体可视化视窗、装置和容器

说明书

本发明公开了一种可拆卸低温流体可视化视窗，包括外管、内管和透明板，所述外管通过可拆卸方式将所述透明板抵压固定在内管一端，将内管该端封堵；所述外管的热膨胀系数分别大于内管和透明板的热膨胀系数；低温下所述外管的收缩量大于内管和透明板的收缩量之和，保证外管将透明板与内管一端进一步紧密配合。本发明还公开了一种采用上述可视化视窗的低温流体可视化装置和带有液位观察功能的低温液体容器。本发明的透明板与内管、外管之间的连接方便，在低温流体引导的温度变化下能够实现自动密封的功能；螺纹连接使得装置可拆卸，便于更换透明玻璃，提高装置的使用寿命。整个装置结构简单，便于低温流体沸腾等现象的观察和研究。

技术领域

本发明涉及航空航天与制冷低温工程技术领域，尤其涉及一种可拆卸低温流体可视化视窗及可视化装置和低温液体容器。

背景技术

在航空航天与制冷低温工程技术领域，液化天然气、液氮、液氧和液氢等得到广泛的使用，这些物质的液化分馏、运输和贮存都需要使用大量的低温设备，这些设备的性能和可靠性直接影响着相关成套设备的安全和经济运行。如空分装置中的主冷凝器是使下塔顶部氮气冷凝，上塔底部液氧蒸发，以提供下塔回流液和上塔上升蒸气的装置，一般采用板翅式换热器，其换热温差每降低0.5K，整套空分装置能耗即可下降2.46％。因此，对换热器内部的汽液相变及传热机理的深入研究具有重要的意义。

由于低温流体，如液氮、液氧和液氢等的温度低于120K，实验研究其沸腾机理时，需要将其与外部环境隔绝以防止外部导热干扰实验现象，常用方法是使用真空绝热夹层，在真空度为10^-3Pa时，气体分子导热可忽略不计。另外，沸腾过程的图像对沸腾机理的理解具有至关重要的作用，常用方式是在真空夹层两侧的管壁上装两个视窗，一个视窗为常温视窗，一侧接触空气，另一侧为真空夹层；另外一个视窗称为低温视窗，一侧接触低温流体，另一侧为真空。通过这两个视窗，可直接观察和拍摄液体内部的沸腾过程。常温视窗采用普通的螺栓和O型圈密封方式即可保证不漏。而对于低温视窗，若传统的O型圈密封以及法兰配合螺栓密封方式，由于材料的热胀冷缩作用以及低温对材料物性的影响(如低温下材料变脆等)，该方式密封效果较差甚至失效。为了解决低温视窗的密封问题，现在主要采用两种方法。一种方法是使用铜垫作为密封垫，但需要铜垫在被压紧的时候受力均匀，安装要求较高，成功率较低，同时铜垫只能使用一次，成本较高。第二种方法是直接将石英玻璃与不锈钢管通过科伐焊接，该方法虽然能良好密封，但制作过程中成品率低，价格昂贵，且透明材料不能使用有机玻璃等强度比石英玻璃强的其他材料，限制了其在更高压力下的使用范围。

因此，需要设计一种便于拆接并在低温下具有良好密封性能的低温视窗，使其能高效并快捷地和其他结构集成为低温测试装置进行低温流体沸腾现象的观察和研究。

目前的低温视窗主要存在如下问题：

1、现有的透明窗一般采用法兰结构固定，安装更换困难、结构普遍较为复杂，且仅能用于某一特定的场所使用，不具备普遍性；

2、透明窗的密封性很难得到保证，某些结构对透明窗本身的传热性能和机械强度有一定要求，这也大大限制了的对透明窗材质的选择；

3、若透明窗为圆柱形结构，由于透明窗侧壁较厚，会产生折射效应，对观察结果影响较大。

发明内容

本发明提供了一种可拆卸低温流体可视化视窗，内管和外管采用可拆卸方式固定，低温下能够自动密封，安装更换方便；同时其利用内外管之间的热膨胀性能差别将透明板与内管端部轴向密封。

本发明还提供了一种采用上述可视化视窗的低温流体可视化装置。

本发明同时提供了一种采用上述可视化视窗的带有液位观察功能的低温液体容器。