本发明专利技术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。本发明专利技术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。本发明专利技术的透明板与内管、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。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及航空航天与制冷低温工程
，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。
技术介绍
在航空航天与制冷低温工程
，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0型圈密封方式即可保证不漏。而对于低温视窗，若传统的0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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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。—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大于内管和透明板的热膨胀系数之和；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。本专利技术中，所述外管的热膨胀系数大于内管和透明板的热膨胀系数之和，保证低温时，外管具有更大的收缩行程，将玻璃板紧紧的抵压在内管一端，将内管的一端封闭；温度升高到室温时，外管具有更大的膨胀行程，保证内管和外管的顺利分离。内管另一端与低温流体容器相连。选用本专利技术的技术方案，不要求透明板的热膨胀系数一定小于外管的热膨胀系数，增加了透明板的选择空间，降低了可拆卸低温流体可视化视窗的制作难度和成本。当然作为进一步优选，所述外管的热膨胀系数大于内管和透明板任一单独的热膨胀系数。采用该技术方案时，进一步增强了外管对内管的密封作用。另外，低温下实现密封的过程中，透明板从内管轴向实现对内管的密封，对透明板厚度等没有严格要求。常温下，通过外管的作用力，可实现对内管的一般密封；低温下可实现高强度密封，本专利技术低温状态密封的原理是，根据两种不同材料在同一低温环境下热膨胀系数不同，将热膨胀系数高的材料套设在热膨胀系数低的材料周围，即使在常温下两种材料之间存在间隙，但由于热膨胀系数高的材料收缩率大于热膨胀系数小的材料，所以在低温时两种材料之间的间隙得以消除，可以达到低温下实现自动高强度密封的目的。本专利技术的可拆卸低温流体可视化视窗装置解决了真空夹层管壁上低温视窗密封性不好存在泄漏的问题。所述透明板与内管和外管的间隙与透明板、内管和外管的材料相关，同时与实验时低温流体的温度相关。为了保证装置具有较高的密封性能，应使透明板和内管、外管之间的间隙尽量小，内管和外管在热膨胀系数上的差异尽量大。作为优选，所述透明板为透明玻璃板，其材料为石英玻璃，所述内管为不锈钢管，所述外管为塑料管或者有机玻璃管，塑料材料为氟塑料、聚三氟氯乙烯等。作为优选，所述内管外壁设有外螺纹，所述外管内部设有与所述外螺纹配合的内螺纹。所述内管插入外管；所述透明玻璃嵌于外管和内管端部之间。通过螺纹的旋进和旋出，实现内管和外管之间的装配和拆卸，从而可以方便地更换透明板。同时，采用螺纹连接有助于增大内外管之间的摩擦力，防止由于管内外压力差引起的管子脱落和松动，螺纹的存在还具有间隙密封的作用。为了固定透明玻璃和内管、外管连接的位置且进一步增强密封效果，作为优选，所述内管一端设有与所述透明板形状适配的限位槽。该限位槽对透明板形成半包围结构，限位槽内壁和底面与透明板的一侧和周缘抵接。所述外管一端径向内垂直弯折形成限位环，该限位环将玻璃板抵压固定在内管一端。所述内管端面与外管限位环内壁之间留有间隙，并不接触。当温度从室温降至低温时，由于外管材料的热膨胀系数明显大于内管以及透明玻璃，外管在轴向和径向的收缩量比内管以及透明板大，使得外管的内表面和内管的外表面紧密贴合，外限位环和透明板紧密贴合，形成有效密封。为了保证低温下的自密封效果，应该尽量保证限位槽和限位环与透明玻璃相互接触的这一部分面积足够大。为了进一步增强透明玻璃与内管和外管之间的密封性能，优选地，所述内管、外管及透明板相互接触部分填充有低温密封脂。密封脂在低温下会固化，从而起到密封的作用。常温下融化，从而可以使透明玻璃和内管与外管方便拆卸。密封脂是一次性使用，每次更换透明玻璃后安装之前都要重新填充密封脂。作为优选，所述内管或外管与透明板之间设有密封圈。此时可根据需要，增设密封槽等结构，以便于密封圈的固定，密封圈可选择耐低温的0型圈等。作为优选，所述外管上设有扳手卡接口。扳手卡接口可选择正方形或者六角形，便于扳手安装和拆卸。为了便于将所述可拆卸低温流体可视化视窗用当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种可拆卸低温流体可视化视窗，包括外管、内管和透明板，其特征在于，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。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张小斌，朱佳凯，余柳，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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