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中国科学院金属研究所的超低温深冷箱设备

文章出处:jnchaoneng 人气:发表时间:2019-12-11 14:24

依托上海交通大学低温研究和测试中心的科研力量,林频仪器成功研发出了超低温深冷箱,该设备广泛应用于航空、航天、航海、勘探、原子能、材料、科研、检测等行业,深受用户好评。
深冷处理又称为超低温处理,超低温深冷箱以液氮为制冷剂、在-130℃以下对材料进行处理从而达到材料改性的目的。深冷处理不仅可以显著提高黑色金属、有色金属、金属合金、碳化物、塑料 (包括尼龙 ,泰弗龙)、硅酸盐等材料的力学性能和使用寿命,稳定尺寸,改善均匀性,减小变形,还可以用于高速钢、轴承钢、工模具钢的处理,以提高材料的耐磨性和韧性;同时深冷处理还能对铝合金、钢合金、硬质合金、塑料和玻璃等材料进行改性,而且超低温深冷低温箱操作简便、不破坏工件、无污染、成本低。
中国科学院金属研究所(以下简称“金属所”)成立于1953年,是新中国成立后中国科学院新创建的首批研究所之一,创建者是我国著名的物理冶金学家李薰先生。现任所长左良。
深冷箱的液氮流量
金属所是涵盖材料基础研究、应用研究和工程化研究的综合型研究所,1999年成为中国科学院知识创新工程试点单位之一。金属所以“创新材料技术,攀登科技高峰,培育杰出人才,服务经济国防”为使命,主要学科方向和研究领域包括:纳米尺度下超高性能材料的设计与制备、耐苛刻环境超级结构材料、深冷箱的使用方法金属材料失效机理与防护技术、材料制备加工技术、基于计算的材料与工艺设计、新型能源材料与生物材料等。
近年来,在非冷冻低温换热器的设计方面取得了一些进展,这种换热器不需要在冷冻和解冻装置之间来回切换,并且可以在漫长的冷冻干燥过程中连续制冷。它们可用于单级换热器或多级换热器系统。换热器采用高压流体喷射器或板框结构。这些设计避免了制冷剂的传热表面直接与沸腾的液氮接触,而是与气态氮接触,这意味着只有氮气用于冷却制冷剂。因此,制冷剂和气态氮交换热量,从而避免液氮温度过低。非冻结单组热交换器将这种性能集成到一个特殊的热交换器中,并进行了适当的设计。非冻结多级换热器系统需要一个多相换热器(有时使用喷射器)来达到这种效果。
工作压力:由液氮转化而来的制冷量取决于低温系统的工作压力。如图1所示,增压提高了工作温度,这通常用于延迟或避免在低温换热器中冷冻剂的冻结。如图2所示,这种方法导致了显著的下降。较高的温度可以缓解冻结问题,因为气化的可用潜热随着温度和压力的增加而显著降低。图4展示了采用高压流体喷射器技术的液氮/氮气循环系统。11bar时液氮的沸点比常压下的沸点高30℃,深冷箱气化潜热至少降低40kJ/kg,占相变所需冷却量的20%。普拉克赛尔公司已经开发出一种操作压力低至3bar的系统。较低的操作压力允许更多的冷却,这意味着更少的液氮消耗可以用来达到相同的冷却效果。
金属所近年来承担并高质量完成了载人航天、大飞机、航空发动机、跨海大桥、高速铁路、三峡工程等重大工程中的关键材料技术攻关任务,解决了装备制造、航空航天、能源、钢铁、有色金属、石油化工、医疗、国家安全等战略性支柱行业的材料技术难题,在纳米金属材料、生物医用金属材料、碳纳米材料等领域涌现了一系列的原创性成果。

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