本发明专利技术公开了一种深冷液体中微量可溶性杂质的溶解析出可视化观测装置，包括一体化玻璃试验单元、高速显微摄像单元、深冷溶剂加注单元、可溶性杂质充注单元、冷却介质测控温单元、抽真空单元、以及气化排放管路单元。所述的一体化玻璃试验单元几乎被真空绝热保护夹套全覆盖，所述的真空绝热保护夹套与抽真空单元相连通抽至高真空，用于实现内部深冷液体的良好低温绝热并实现不结霜不结露和不影响可视化观测。所述的气化排放管路单元位于一体化玻璃试验单元的下游，用于实现低温溶液的受控流动、气化以及温度测量。本装置可有效用于研究可溶性杂质在各种低温液体中的溶解、过冷析出杂质晶粒及杂质晶粒积聚生长过程的特性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及低温流体工程领域，尤其涉及一种深冷液体中微量可溶性杂质的溶解析出可视化观测装置。
技术介绍
有关可溶性杂质在低温溶剂(液氧、液氮)中的溶解度数据与机理在低温工程实施过程中具有很大的实用价值，如防止低温管路在过冷流程中杂质的析出和累积，从而避免换热器及管道的污染、堵塞以及由此可能会引起的爆炸事故。以液氢/液氧、液氧/煤油或者液氧/液态甲烷组合的低温推进剂正逐渐取代四氧化二氮/偏二甲肼等传统推进剂作为新一代大载荷环保型火箭的燃料。低温推进剂中的杂质控制具有较高要求。为塔架上待发火箭进行大规模加注低温推进剂的过程中，推进剂中含有或者携带的水(可能性最大)、二氧化碳、碳氢化合物等杂质成分在低温下凝固或析出。特别是火箭射前的补加过程，通常采用过冷液体补加方式，导致原本处于溶解平衡态的杂质溶质快速析出。析出的固态颗粒或“冰层”极有可能部分或者全部堵塞输液管路中设置的过滤器，甚至造成加注失败。研究杂质成分在液氧中的溶解度和析出特性有助于避免和解决上述问题。经过现有技术的检索发现，目前关于微量可溶性杂质在低温液体中溶解度测量装置已有少量报道，如文献“Thehighsolubilityofwaterinliquidnitrogenandothercryogenicliquids”(AdvancesinCryogenicEngineering.SpringerUS,1984:1005-1012)基于傅里叶变换和红外吸收光谱原理设计了一个低温红外吸收腔用于测量水在液氮、液氧及液态甲烷中的溶解度，再如文献“Solubilitymeasurementsforcarbondioxideandnitrousoxideinliquidoxygenattemperaturesdownto90K.“(Fluidphaseequilibria,2002,200(1):19-30)设计了一个静态分析装置用于测量90～110K温区二氧化碳、一氧化二氮在液氧中的溶解度。但是上述实验装置仅可实现可溶性杂质在低温液体中溶解度的测量，并不能进行杂质晶粒析出及积聚生长特性的可视化观测。因此，本领域的技术人员致力于开发一种深冷液体中微量可溶性杂质的溶解析出可视化观测装置，帮助研究杂质成分在深冷液体中的溶解度和析出特性。
技术实现思路
有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是如何设计一种装置能在深冷液体中可视化观测微量可溶性杂质的溶解和析出。为实现上述目的，本专利技术提供了一种深冷液体中微量可溶性杂质的溶解析出可视化观测装置，包括一体化玻璃试验单元(1)、高速显微摄像单元(2)、深冷溶剂加注单元(3)、可溶性杂质充注单元(4)、冷却介质测控温单元(5)、抽真空单元(6)、以及气化排放管路单元(7)，其中，所述一体化玻璃试验单元(1)包括深冷溶液容腔(14)、冷却介质容腔(13)、套管式换热器(16)、真空绝热保护夹套(18)以及排液口玻璃法兰(19)，所述深冷溶液容腔(14)和所述冷却介质容腔(13)分别与所述套管式换热器(16)的内外通道的入口连通；所述套管式换热器(16)的内程管的出口延长段与所述排液口玻璃法兰(19)连接，所述套管式换热器(16)的外壳层出口引出冷却介质排放管(17)；所述真空绝热保护夹套(18)同轴覆盖所述深冷溶液容腔(14)、冷却介质容腔(13)、套管式换热器(16)及其出口延长段；所述深冷溶液容腔(14)与所述冷却介质容腔(13)处的所述真空绝热保护夹套(18)之间通过实心玻璃杆(15)相连；所述真空绝热保护套(18)上设有抽真空口(110)；所述深冷溶液容腔(14)和所述冷却介质容腔(13)分别配有第一密封盖(11)和第二密封盖(12)；所述第二密封盖(12)上设有穿舱流体管与一个四通卡套接头(111)的第一接头气密性连接；四通卡套接头(111)的第二接头扩展连接一单向阀(112)；所述的深冷溶剂加注单元(3)由溶剂储罐(31)、截止阀(32)和柔性输液管依次串联组成；柔性输液管的出口端与第二密封盖(12)上四通卡套接头(111)的第三接头连接；所述可溶性杂质充注单元(4)由注射泵(41)、截止阀(42)和硅胶管依次串联组成；硅胶管的出口端与密封盖(12)上四通卡套接头(111)的第四接头相连。进一步地，所述套管式换热器(16)由两根同轴嵌套的透明玻璃管构成，外壳管(113)的两端与内程管(114)封闭，形成壳侧密闭空间；外壳管(113)上有流入口(115)和流出口(116)，分别与所述的冷却介质容腔(13)以及冷却介质排放管(17)连通；内程管(114)的入口与深冷溶液容腔(14)连通，出口延长段与排液口玻璃法兰(19)连接。进一步地，所述玻璃内程管(114)的出口延长段被配置为下游扩管形成一个台阶面(117)；在所述台阶面(117)上设置过滤丝网(118)；过滤丝网(118)在钢丝挡圈(119)、四氟支紧管(120)、不锈钢压簧(121)三者的组合作用下预紧固定。进一步地，所述冷却介质测控温单元(5)由微型热电偶(51)、流量调节阀(52)、比例积分导数控制器PLC(55)以及冷却介质组成；冷却介质来源于冷却介质储罐(56)并经过与第一密封盖(11)上的穿舱流体管相连的由截止阀(57)和四氟管串联而成的管路进入套管式换热器(16)的壳程；在所述冷却介质储罐(56)的排放管路上装有流量调节阀(52)；微型热电偶(51)安装于过滤丝网附近的内程管(114)内。进一步地，所述PLC(55)接收微型热电偶(51)的信号，输出控制信号给流量调节阀(52)并由其执行控制冷却介质的流量。进一步地，所述抽真空单元(6)包括分子泵高真空机组(61)、金属波纹管和KF法兰接口的真空规管接头(62)；真空规管接头(62)与所述的一体化玻璃试验单元(1)上的玻璃抽真空口(110)气密性连通。进一步地，所述气化排放管路单元(7)包括玻璃管路、玻璃法兰(19)、哈夫环氧法兰(71)、金属法兰(75)、三通卡套接头(76)、低温截止阀(77)、风冷式换热器(78)、流量调节针阀(79)、流量计(710)；所述玻璃管路上的所述玻璃法兰(19)、所述哈夫环氧法兰(71)、所述金属法兰(75)三者组合配以膨胀四氟垫圈实现玻璃向金属的过渡密封转接。进一步地，深冷溶液经所述风冷式换热器(78)换热后汽化为常温气体，由所述流量计(710)测量质量流量，并通过数据采集仪(81)和所述计算机(82)记录数据。进一步地，所述高速显微摄像单元(2)由高速相机(21)和显微镜头(22)组成，所述高速显微摄像单元(2)被配置为对微米级颗粒的高速成像，所述计算机(82)被配置为操控和图像记录。进一步地，所述高速显微摄像单元(2)的镜头位置被配置在套管式换热器(16)及其内管出口延长段之间并可调。本专利技术所述的深冷液体中微量可溶性杂质的溶解析出可视化观测装置具有以下优点：(1)深冷溶剂加注单元、可溶性杂质充注单元通过四通卡套接头均与深冷溶液容腔相连，从而能够实现深冷样品溶液的高纯度制备，避免了外界杂质的混入。(2)本实验观测系统的核心部分采用透明玻璃制成，且集成了套管式换热器、真空绝热保护夹套，解决了同时满足低温流体高效绝热与可视化两个方面要求本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种深冷液体中微量可溶性杂质的溶解析出可视化观测装置，其特征在于，包括一体化玻璃试验单元(1)、高速显微摄像单元(2)、深冷溶剂加注单元(3)、可溶性杂质充注单元(4)、冷却介质测控温单元(5)、抽真空单元(6)以及气化排放管路单元(7)，其中，所述一体化玻璃试验单元(1)包括深冷溶液容腔(14)、冷却介质容腔(13)、套管式换热器(16)、真空绝热保护夹套(18)以及排液口玻璃法兰(19)，所述深冷溶液容腔(14)和所述冷却介质容腔(13)分别与所述套管式换热器(16)的内外通道的入口连通；所述套管式换热器(16)的内程管的出口延长段与所述排液口玻璃法兰(19)连接，所述套管式换热器(16)的外壳层出口引出冷却介质排放管(17)；所述真空绝热保护夹套(18)同轴覆盖所述深冷溶液容腔(14)、冷却介质容腔(13)、套管式换热器(16)及其出口延长段；所述深冷溶液容腔(14)与所述冷却介质容腔(13)处的所述真空绝热保护夹套(18)之间通过实心玻璃杆(15)相连；所述真空绝热保护套(18)上设有抽真空口(110)；所述深冷溶液容腔(14)和所述冷却介质容腔(13)分别配有第一密封盖(11)和第二密封盖(12)；所述第二密封盖(12)上设有穿舱流体管与一个四通卡套接头(111)的第一接头气密性连接；四通卡套接头(111)的第二接头扩展连接一单向阀(112)；所述的深冷溶剂加注单元(3)由溶剂储罐(31)、截止阀(32)和柔性输液管依次串联组成；柔性输液管的出口端与第二密封盖(12)上四通卡套接头(111)的第三接头连接；所述可溶性杂质充注单元(4)由注射泵(41)、截止阀(42)和硅胶管依次串联组成；硅胶管的出口端与密封盖(12)上四通卡套接头(111)的第四接头相连。...
【技术特征摘要】
1.一种深冷液体中微量可溶性杂质的溶解析出可视化观测装置，其特征在于，包括一体化玻璃试验单元(1)、高速显微摄像单元(2)、深冷溶剂加注单元(3)、可溶性杂质充注单元(4)、冷却介质测控温单元(5)、抽真空单元(6)以及气化排放管路单元(7)，其中，所述一体化玻璃试验单元(1)包括深冷溶液容腔(14)、冷却介质容腔(13)、套管式换热器(16)、真空绝热保护夹套(18)以及排液口玻璃法兰(19)，所述深冷溶液容腔(14)和所述冷却介质容腔(13)分别与所述套管式换热器(16)的内外通道的入口连通；所述套管式换热器(16)的内程管的出口延长段与所述排液口玻璃法兰(19)连接，所述套管式换热器(16)的外壳层出口引出冷却介质排放管(17)；所述真空绝热保护夹套(18)同轴覆盖所述深冷溶液容腔(14)、冷却介质容腔(13)、套管式换热器(16)及其出口延长段；所述深冷溶液容腔(14)与所述冷却介质容腔(13)处的所述真空绝热保护夹套(18)之间通过实心玻璃杆(15)相连；所述真空绝热保护套(18)上设有抽真空口(110)；所述深冷溶液容腔(14)和所述冷却介质容腔(13)分别配有第一密封盖(11)和第二密封盖(12)；所述第二密封盖(12)上设有穿舱流体管与一个四通卡套接头(111)的第一接头气密性连接；四通卡套接头(111)的第二接头扩展连接一单向阀(112)；所述的深冷溶剂加注单元(3)由溶剂储罐(31)、截止阀(32)和柔性输液管依次串联组成；柔性输液管的出口端与第二密封盖(12)上四通卡套接头(111)的第三接头连接；所述可溶性杂质充注单元(4)由注射泵(41)、截止阀(42)和硅胶管依次串联组成；硅胶管的出口端与密封盖(12)上四通卡套接头(111)的第四接头相连。2.如权利要求1所述的深冷液体中微量可溶性杂质的溶解析出可视化观测装置，其特征在于，所述套管式换热器(16)由两根同轴嵌套的透明玻璃管构成，外壳管(113)的两端与内程管(114)封闭，形成壳侧密闭空间；外壳管(113)上有流入口(115)和流出口(116)，分别与所述的冷却介质容腔(13)以及冷却介质排放管(17)连通；内程管(114)的入口与深冷溶液容腔(14)连通，出口延长段与排液口玻璃法兰(19)连接。3.如权利要求1所述的深冷液体中微量可溶性杂质的溶解析出可视化观测装置，其特征在于，所述玻璃内程管(114)的出口延长段被配置为下游扩管形成一个台阶面(117)；在所述台阶面(117)上设置过滤丝网(118)；过滤丝网...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄永华，周绍华，陈忠灿，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
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