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      中國科學院金屬研究所的超低溫深冷箱設備

      文章出處:jnchaoneng 人氣:發表時間:2019-12-11 14:24

      依托上海交通大學低溫研究和測試中心的科研力量,林頻儀器成功研發出了超低溫深冷箱,該設備廣泛應用于航空、航天、航海、勘探、原子能、材料、科研、檢測等行業,深受用戶好評。
      深冷處理又稱為超低溫處理,超低溫深冷箱以液氮為制冷劑、在-130℃以下對材料進行處理從而達到材料改性的目的。深冷處理不僅可以顯著提高黑色金屬、有色金屬、金屬合金、碳化物、塑料 (包括尼龍 ,泰弗龍)、硅酸鹽等材料的力學性能和使用壽命,穩定尺寸,改善均勻性,減小變形,還可以用于高速鋼、軸承鋼、工模具鋼的處理,以提高材料的耐磨性和韌性;同時深冷處理還能對鋁合金、鋼合金、硬質合金、塑料和玻璃等材料進行改性,而且超低溫深冷低溫箱操作簡便、不破壞工件、無污染、成本低。
      中國科學院金屬研究所(以下簡稱“金屬所”)成立于1953年,是新中國成立后中國科學院新創建的首批研究所之一,創建者是我國著名的物理冶金學家李薰先生?,F任所長左良。
      深冷箱的液氮流量
      金屬所是涵蓋材料基礎研究、應用研究和工程化研究的綜合型研究所,1999年成為中國科學院知識創新工程試點單位之一。金屬所以“創新材料技術,攀登科技高峰,培育杰出人才,服務經濟國防”為使命,主要學科方向和研究領域包括:納米尺度下超高性能材料的設計與制備、耐苛刻環境超級結構材料、深冷箱的使用方法金屬材料失效機理與防護技術、材料制備加工技術、基于計算的材料與工藝設計、新型能源材料與生物材料等。
      近年來,在非冷凍低溫換熱器的設計方面取得了一些進展,這種換熱器不需要在冷凍和解凍裝置之間來回切換,并且可以在漫長的冷凍干燥過程中連續制冷。它們可用于單級換熱器或多級換熱器系統。換熱器采用高壓流體噴射器或板框結構。這些設計避免了制冷劑的傳熱表面直接與沸騰的液氮接觸,而是與氣態氮接觸,這意味著只有氮氣用于冷卻制冷劑。因此,制冷劑和氣態氮交換熱量,從而避免液氮溫度過低。非凍結單組熱交換器將這種性能集成到一個特殊的熱交換器中,并進行了適當的設計。非凍結多級換熱器系統需要一個多相換熱器(有時使用噴射器)來達到這種效果。
      工作壓力:由液氮轉化而來的制冷量取決于低溫系統的工作壓力。如圖1所示,增壓提高了工作溫度,這通常用于延遲或避免在低溫換熱器中冷凍劑的凍結。如圖2所示,這種方法導致了顯著的下降。較高的溫度可以緩解凍結問題,因為氣化的可用潛熱隨著溫度和壓力的增加而顯著降低。圖4展示了采用高壓流體噴射器技術的液氮/氮氣循環系統。11bar時液氮的沸點比常壓下的沸點高30℃,深冷箱氣化潛熱至少降低40kJ/kg,占相變所需冷卻量的20%。普拉克賽爾公司已經開發出一種操作壓力低至3bar的系統。較低的操作壓力允許更多的冷卻,這意味著更少的液氮消耗可以用來達到相同的冷卻效果。
      金屬所近年來承擔并高質量完成了載人航天、大飛機、航空發動機、跨海大橋、高速鐵路、三峽工程等重大工程中的關鍵材料技術攻關任務,解決了裝備制造、航空航天、能源、鋼鐵、有色金屬、石油化工、醫療、國家安全等戰略性支柱行業的材料技術難題,在納米金屬材料、生物醫用金屬材料、碳納米材料等領域涌現了一系列的原創性成果。

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