
對比維度 | 閉式液氮循環系統 | 開放式液氮系統 |
液氮利用率 | ≥90%,僅補充微量損耗 | 30%-50%,未利用液氮直接排放 |
控溫精度 | ±0.1℃,閉環流量 / 壓力穩定控制 | ±1℃-±2℃,排放導致冷量波動 |
環境影響 | 無氣態氮大量排放,避免局部缺氧 / 低溫凍傷 | 大量氣態氮排放,需加強通風防缺氧 |
運行成本 | 液氮消耗低,年成本僅為開放式的 1/3-1/2 | 液氮消耗高,頻繁充裝增加成本 |
核心設備:低溫循環泵(耐 - 196℃,材質 304L 不銹鋼)、電動調節閥;
工作過程:儲液罐內的液氮(液位維持在 50%-80%)由循環泵抽取,經電動調節閥調節流量(根據負載冷量需求,流量范圍 0.5-50L/min),通過絕熱管路(雙層真空保溫,冷損≤5%/m)輸送至負載設備的冷卻通道。
核心邏輯:液氮在負載設備的冷卻通道內流動,與需降溫的部件(如超導線圈、晶圓載臺)進行熱交換,吸收熱量后溫度升高至 - 190℃至 - 180℃,部分轉化為氣態氮(氣液混合態),負載溫度穩定維持在目標值(如 - 185℃±0.1℃)。
關鍵設計:冷卻通道采用螺旋式或微通道結構,增大換熱面積,確保冷量均勻傳遞,避免局部過熱。
核心設備:低壓回收風機(耐低溫,風壓 0.1-0.3MPa)、氣液分離器;
工作過程:吸熱后的氣液混合態氮先進入氣液分離器,分離出未氣化的液態氮(直接回流至儲液罐);氣態氮由回收風機抽取,經絕熱回收管路(同輸送管路材質)輸送至冷凝單元,避免氣態氮泄漏。
核心設備:冷凝換熱器(常用板翅式,材質銅 - 鎳合金,耐低溫腐蝕)、輔助制冷單元(如小型液氮節流制冷器);
工作過程:氣態氮進入冷凝換熱器,與輔助制冷單元提供的 - 200℃超低溫冷量換熱,溫度降至 - 196℃以下,重新冷凝為液態氮;復液后的液氮經單向閥(防止倒流)回流至儲液罐,完成循環。
核心設備:PLC 控制系統、溫度傳感器(PT100,精度 ±0.05℃)、壓力傳感器、液位傳感器;
工作過程:傳感器實時采集儲液罐液位、輸送流量、負載溫度、回收壓力等數據,PLC 根據預設目標值動態調節循環泵轉速、電動調節閥開度、輔助制冷單元功率,確保系統穩定運行,如負載溫度升高 0.2℃時,自動增大液氮流量 0.5L/min。
組件名稱 | 功能作用 | 技術要求 |
低溫儲液罐 | 儲存液氮,維持初始低溫 | 有效容積 50-500L,雙層真空絕熱,日揮發率≤1% |
低溫循環泵 | 驅動液氮輸送,提供穩定壓力 | 流量 0.5-50L/min,工作壓力 0.2-1.0MPa,耐 - 196℃ |
冷凝換熱器 | 氣態氮冷凝復液 | 換熱效率≥95%,耐 - 200℃至常溫,無泄漏 |
電動調節閥 | 調節液氮流量,適配負載冷量需求 | 調節精度 ±2%,響應時間≤0.5 秒,耐低溫腐蝕 |
氣液分離器 | 分離氣液混合態氮,提高復液效率 | 分離效率≥98%,壓力損失≤0.02MPa |
PLC 控制系統 | 實時監控與動態調控,保障系統穩定 | 支持多參數顯示(溫度、壓力、流量),可遠程控制 |
應用場景:超導磁體冷卻(如核磁共振儀超導線圈需 - 185℃穩定低溫)、低溫光譜實驗(需 - 190℃±0.1℃控溫);
核心價值:閉環設計避免液氮排放導致的實驗環境溫度波動,控溫精度保障實驗數據準確性,液氮利用率高減少科研成本。
應用場景:晶圓低溫離子注入(需 - 150℃至 - 180℃穩定冷量,防止晶圓熱變形)、半導體器件低溫性能檢測;
核心價值:微通道冷卻設計實現晶圓均勻降溫,閉環系統無氣態氮排放,避免影響潔凈車間環境(Class 100 級潔凈度)。
應用場景:腫瘤微創冷凍治療(如前列腺癌冷凍消融,需 - 180℃精準冷量,避免損傷正常組織);
核心價值:流量可精確調節(最小調節單位 0.1L/min),實現局部精準控溫,無液氮泄漏風險,保障手術室安全。
應用場景:航空航天材料低溫拉伸測試(需 - 196℃至 - 50℃多溫度點穩定控制);
核心價值:可通過 PLC 快速切換目標溫度(溫度變化速率≤5℃/min),閉環循環減少液氮消耗,降低測試成本。
檢查管路密封性:用肥皂水涂抹法蘭、閥門接口,無氣泡為合格;
確認儲液罐液位:液位需≥50%,避免循環泵空轉;
測試控制系統:啟動 PLC,檢查傳感器顯示是否正常(溫度顯示 - 196℃左右,壓力顯示 0.2MPa 左右)。
負載溫度:偏差超 ±0.2℃時,需檢查電動調節閥是否堵塞;
回收壓力:正常范圍 0.1-0.3MPa,超 0.4MPa 時,清理氣液分離器濾網;
復液效率:儲液罐液位 24 小時內下降超 5%,需檢查冷凝換熱器是否結霜(用干燥氮氣吹掃除霜)。
更換密封墊片:閥門、法蘭處的聚四氟乙烯墊片需更換,避免低溫老化泄漏;
校準傳感器:溫度傳感器送計量機構校準,確保精度 ±0.05℃;
清潔循環泵:拆解泵體,清除葉輪雜質,涂抹低溫潤滑脂(硅基潤滑脂,耐 - 60℃)。
故障現象 | 可能原因 | 處理步驟 |
負載溫度偏高 | 液氮流量不足;冷卻通道堵塞 | 1. 增大電動調節閥開度;2. 用高壓氮氣吹掃冷卻通道 |
復液效率下降 | 冷凝換熱器結霜;輔助制冷單元功率不足 | 1. 關閉系統,用干燥氮氣除霜;2. 檢修輔助制冷單元,補充制冷劑 |
回收壓力驟升 | 氣液分離器堵塞;回收管路彎折 | 1. 拆解氣液分離器,清理濾網;2. 矯正回收管路,確保通暢 |
聯系QQ:2470379490
聯系郵箱:2470379490@qq.com
傳真:010-80204245
聯系地址:北京
掃一掃 微信咨詢
©2025 北京德世科技有限公司 版權所有 備案號:京ICP備17012785號-8 技術支持:環保在線 sitemap.xml 總訪問量:170760 管理登陸