專利名稱：生產(chǎn)氮漿的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)液氮和固體氮混合物的淤漿(即，氮漿(slushnitrogen))的方法及裝置、一種估算氮漿的固體濃度的方法，以及一種用于冷卻氮漿的方法。
背景技術(shù)：
液氮廣泛地用作冷卻劑。當(dāng)使用固體氮和液氮的果凍狀混合物時(shí)，其密度和單位質(zhì)量的冷卻能力增大，從而該混合物成為有效的冷卻劑。但是，沒有建立起用于經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)含有具有均勻和微細(xì)顆粒尺寸的固體氮的氮漿的方法。
與液氮相比，氮漿具有優(yōu)異的吸收熱負(fù)荷的能力，因?yàn)槭褂昧斯腆w氮的熔融潛熱，因此氮漿能夠有效地用于冷卻用于高溫超導(dǎo)的電力傳輸電纜和高溫超導(dǎo)裝置例如磁體、限流裝置和變壓器等。另外，利用密度和單位質(zhì)量的冷卻能力增大的特性，固體氫和液體氫的果凍狀混合物作為一種未來的航空飛機(jī)燃料引起了關(guān)注，其生產(chǎn)方法和裝置得到開發(fā)。
氫漿的生產(chǎn)方法有(1)噴霧法，(2)凝固-熔融法和(3)氦冷凍法。在噴霧法(1)中，當(dāng)將低溫容器(低溫恒溫器)減壓至50mmHg以下且將液體氫噴淋至容器內(nèi)時(shí)，液體顆粒失去蒸發(fā)潛熱，使得溫度降低并生成固體氫顆粒。在凝固-熔融法(2)中，當(dāng)使用真空泵給裝有液氫的低溫容器減壓時(shí)，由于失去蒸發(fā)潛熱，氫氣從液體氫的液面蒸發(fā)出來，在液體氫的液面上產(chǎn)生固體氫。使用機(jī)械方法粉碎固體氫以得到氫漿。在氦冷凍法(3)中，將液體氫充入其中布置有換熱器的低溫容器中，加入溫度低于18-13K的氦氣，通過在換熱器上冷卻液體氫將其固化。使用機(jī)械方法刮下固化的氫以得到氫漿(見日本特開平專利公布JP06-241647)。
日本特開平專利公布JP08-285420公開了一種生產(chǎn)氫漿的方法，其中通過將液體氫吹入減壓低溫容器生成固體氫并在容器中加入液體氫，并用為容器設(shè)置的攪拌器來攪拌內(nèi)容物。另外，日本特開平專利公布JP08-283001公開了以下用于生產(chǎn)氫漿的方法。當(dāng)將氫氣從低溫容器底部引入充有液氦的容器中時(shí)，當(dāng)氫氣在液氦中上升時(shí)，冷卻氫氣以使其固化。盡管液氦被蒸發(fā)，但是如果繼續(xù)引入氫氣，同時(shí)排出蒸發(fā)的氦，則容器幾乎被固體氫充滿。然后，將液體氫充入容器中以得到氫漿。通過這種方法，保持容器內(nèi)部的壓力大于大氣壓，從而空氣不會(huì)從外部進(jìn)入容器，并且由于液氦導(dǎo)致的驟冷，得到的氫漿中的固體氫粒子是均勻的微細(xì)顆粒。
日本特開平專利公布JP06-281321公開了一種用于生產(chǎn)氫漿的方法和裝置，其中使用在低溫容器(低溫恒溫器)中的液體氫中的液體氦的冷卻熱在冷卻的固體表面上固化液體氫，由此通過在低溫容器中吹散冷卻的液體氫從而連續(xù)產(chǎn)生大量的氫漿。
盡管在上述方法中，使用液體氮而不是液體氫得到氮漿，但是每種方法都存在以下問題。在噴霧法(1)中，由于液體氫(當(dāng)生產(chǎn)氮漿時(shí)是液體氮)被吹入抽空的低溫容器中，因此空氣可能會(huì)從外部進(jìn)入容器中。在凝固-熔融法(2)中，由于低溫容器內(nèi)部減壓，空氣可能會(huì)從外部進(jìn)入容器，而且存在固體氫顆粒大而不均勻的缺點(diǎn)。在氦冷凍法(3)中，固體氫的顆粒也是大而不均勻的，而且需要特定的換熱器。
對(duì)于JP08-285420，當(dāng)液體氫被吹入減壓冷卻容器中時(shí)，空氣可能會(huì)從外部進(jìn)入。由于液體氦在大氣壓下的沸點(diǎn)是4.22K而固體氫的熔點(diǎn)為13.83K，因此，如果為了使用JP08-283001的方法得到固體氫的微細(xì)顆粒而將浸入液氦中的吹入噴嘴的吹孔直徑做小，則被冷卻至固體氫的熔點(diǎn)以下的噴嘴的吹孔可能會(huì)被固體氫堵塞。由于固體氮的熔點(diǎn)為63.17K，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于固體氫的熔點(diǎn)，因此如果使用該方法生產(chǎn)固體氮，除非噴嘴孔的直徑和流動(dòng)體積很大，否則噴嘴會(huì)被堵塞，從而導(dǎo)致不能穩(wěn)定地得到固體氮的微細(xì)顆粒。
上述現(xiàn)有技術(shù)的目的都是生產(chǎn)氫漿；而且使用了不同于目的材料的冷卻劑(氦)。即使使用該技術(shù)用于生產(chǎn)氮漿，當(dāng)通過再冷凝使用已經(jīng)用作冷卻劑的氦時(shí)，需要液化裝置，而且溫度必須低于氮?dú)饣驓錃獾囊夯瘻囟龋纱搜b置變大而且生產(chǎn)成本提高。
現(xiàn)在還沒有合適的方法用于估算氮漿中的固體氮濃度。如果氮漿流動(dòng)，則可以通過質(zhì)量流量計(jì)測(cè)定濃度。由于除非流動(dòng)才能測(cè)量，因此需要用于流動(dòng)的裝置。另外，為了在極低溫度下使用，需要增加絕熱裝置，這導(dǎo)致高的生產(chǎn)成本。此外，由于為了液化氦，將氮在裝置中混合，因此難以長(zhǎng)時(shí)間操作該裝置或者需要高性能的裝置。
同時(shí)，由于需要保持溫度低于材料的臨界溫度，以激活超導(dǎo)線圈、超導(dǎo)電纜或者其他處于超導(dǎo)狀態(tài)的材料，因此常規(guī)上是通過將物體浸入液氦(b.p.4.2K)中使其冷卻(例如，見JP06-77541，JP09-283321)，然而，隨著超導(dǎo)材料的研究和開發(fā)的進(jìn)行，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)并使用了具有高的臨界溫度的材料，其冷卻溫度變高。由于高溫超導(dǎo)材料的出現(xiàn)，可以使用液氮(b.p.77K)代替高成本的液氦，從而液氮變得特別有利于實(shí)際使用。
當(dāng)通過將超導(dǎo)裝置浸入液氮中來使用液氮將其冷卻時(shí)，產(chǎn)生了多種構(gòu)想，以通過借助于因AC損失產(chǎn)生的熱量或者由外部進(jìn)入的熱量來防止在液氮中形成氣泡，因?yàn)闅馀輹?huì)劣化絕熱性能。例如將液氮冷卻至液氮的沸點(diǎn)以下來使用，通過加壓提高沸點(diǎn)或者將兩種方法結(jié)合起來。但是，冷卻熔點(diǎn)為63K的液氮且不發(fā)生固化的溫度被限制到最好65K。沸騰之前的上限約為75K。這就意味著能夠通過液氮的焓(sensible heat)進(jìn)行冷卻的溫度范圍有10度的波動(dòng)。由于液氮的比熱是2kJ/kg，因此表示單位液氮質(zhì)量的液氮的焓的熱容僅為20kJ/kg。而且，事實(shí)上，通常被冷卻的超導(dǎo)體的性能在液氮凝固點(diǎn)附近溫度下比在液氮沸點(diǎn)附近溫度下更穩(wěn)定。
更具體地，由于能夠利用處于液體狀態(tài)的液氮的焓進(jìn)行冷卻的溫度范圍窄而且熱容小，因此，需要大量的液氮用于冷卻(排出熱)，從而超導(dǎo)裝置的體積變大。如果使用這個(gè)方法將冷卻溫度升高到約沸點(diǎn)，則超導(dǎo)裝置的性能被限制到該溫度。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，做出了本發(fā)明。本發(fā)明的目的是提供生產(chǎn)氮漿的方法和裝置，其對(duì)于生產(chǎn)氮漿是全新且簡(jiǎn)單的，而且提供一種用于估算氮漿的固體濃度的方法。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種在低溫下使用少量冷卻劑有效冷卻超導(dǎo)體的方法，其中使用在固體和液體氮的共存溫度下顯示超導(dǎo)狀態(tài)的超導(dǎo)材料。
為了解決上述問題，發(fā)明人提出了以下發(fā)明。
根據(jù)本發(fā)明，用于生產(chǎn)氮漿的方法的特征在于，將液氮充入低溫容器中；在該容器中布置噴射器，該噴射器通過吹送壓力高于大氣壓的冷卻劑(液體或氣體)例如低溫氦氣或液氦從而吸入液氮；使用冷卻劑冷卻與冷卻劑一起被吹送的液氮以形成下落的固體氮微細(xì)顆粒；將容器空間中的氣體從容器中排放出來以保持容器空間的壓力大于大氣壓。
在氣態(tài)冷卻劑例如氦的氣氛中，其中保持其壓力略高于大氣壓，通過噴射器將液氮吸入并吹入氣態(tài)冷卻劑的氣氛中，在噴射器中液氦或低溫氣態(tài)氦是其工作流體，由此通過在噴射器的擴(kuò)散器部分或者在離開擴(kuò)散器之后與工作流體的冷卻液或冷卻氣碰撞或混合，從而冷卻被吹入的液氮以使其固化。因此，產(chǎn)生具有小且均勻的粒度的固體氮。由于固體氮具有比氣氛中的氣體更大的比重，因此固體氮在重力作用下落到容器下部，并與液氮混合以生成氮漿。如果工作流體是冷卻液，則通過使容器中的氮失去熱量而蒸發(fā)冷卻液。由于充入容器下部的液氮的溫度高于容器氣氛的溫度，因此液氮蒸發(fā)，從而氣氛中的氣體成為冷卻氣體和氮?dú)獾幕旌蠚怏w，總是將其排放出去，以保持容器內(nèi)部具有大于大氣壓的恒定壓力。因此，空氣不會(huì)進(jìn)入容器。通過將混合氣體分離成冷卻劑和氮?dú)鈴亩倮迷摶旌蠚怏w。氦、氫和氖都可以用作冷卻劑。
根據(jù)本發(fā)明，通過改變用于向噴射器供給冷卻劑的壓力來控制固體氮的粒度。當(dāng)壓力增大時(shí)，從噴射器的噴嘴吹出的速率變大，使得被吸入的液氮粒子更細(xì)，從而生成具有更小粒度的固體氮。而且，改變噴嘴孔的直徑以及將其與速率組合能夠控制大范圍的粒度。
另外，為了防止凝固從而在噴射器的擴(kuò)散器部分堆積固體氮，優(yōu)選加熱噴射器的擴(kuò)散器部分。由于氮?dú)庠诖髿鈮合碌娜埸c(diǎn)是63.17K，相比于冷卻劑例如氦的沸點(diǎn)(氦、氫和氖在大氣壓下的沸點(diǎn)分別是4.22K，20.28K和27.09K)，氮?dú)獾娜埸c(diǎn)是極高的，因此，凝固的固體氮粘在擴(kuò)散器部分，從而使擴(kuò)散器的通道變窄并堵塞通道，優(yōu)選根據(jù)情況加熱擴(kuò)散器。
另外，通過布置兩個(gè)噴射器并且通過使來自噴射器的擴(kuò)散器的射流(jetstream)相互碰撞，優(yōu)選將生成的固體氮制成微細(xì)顆粒。因此，與通過使來自噴射器擴(kuò)散器的冷卻劑和液氮的混合射流相互碰撞而得到的單一射流相比，生成的固體氮可以制成更細(xì)的顆粒。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，生產(chǎn)氮漿的裝置包括能夠向其內(nèi)充入液氮的低溫容器；布置在容器內(nèi)的噴射器和用于抽空容器空間的裝置，其中用于供應(yīng)噴射器的工作流體的、通向容器外部的管線與噴射器的工作流體口相連，到達(dá)容器底部附近的用于吸入液氮的管與噴射器的流體吸取口相連，通過用于吸入欲與冷卻劑一起被吹送的液氮的管吸入存儲(chǔ)液氮，冷卻固化，并通過管線向噴射器供應(yīng)液體或氣體冷卻劑例如液氦或低溫氦氣并通過吹送所述冷卻劑，使存儲(chǔ)液氮以液氮微細(xì)顆粒的形式落入存儲(chǔ)液氮中，其中所述管線用于向噴射器提供工作流體的，且所述液體或氣體冷卻劑的壓力高于容器空間壓力。
根據(jù)本發(fā)明，在用于向噴射器供應(yīng)工作流體的管線側(cè)配置調(diào)節(jié)壓力的裝置，該裝置改變施加于噴射器的冷卻劑供應(yīng)壓力。
根據(jù)本發(fā)明，在噴射器的擴(kuò)散器部分設(shè)置加熱裝置，用于防止凝固而在噴射器的擴(kuò)散器部分堆積固體氮。
根據(jù)本發(fā)明，通過布置兩個(gè)噴射器并且通過使來自噴射器的擴(kuò)散器的射流相互碰撞，將生成的固體氮制成微細(xì)顆粒。
根據(jù)本發(fā)明，設(shè)置攪拌裝置，用于不妨礙落在存儲(chǔ)液氮表面的凝固的固體氮進(jìn)入存儲(chǔ)液氮內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明，設(shè)置用于防止落入存儲(chǔ)液氮中的固體氮沉降的攪拌裝置，以均勻混合其混合物。
根據(jù)本發(fā)明，生產(chǎn)氮漿的方法的特征在于，對(duì)隔熱容器中的液氮的氣相進(jìn)行減壓，以蒸發(fā)處于液相的氮，從而通過由此降低溫度使氮的溫度達(dá)到氮的三相點(diǎn)，且通過保持在該三相點(diǎn)來生產(chǎn)固體氮；通過攪拌隔熱容器的內(nèi)容物將得到的固體氮轉(zhuǎn)變?yōu)橛贊{。
根據(jù)本發(fā)明，分別攪拌液氮的液面部分和隔熱容器的底部。
使隔熱容器中的液氮失去蒸發(fā)潛熱(199.1kJ/kg)，以使其在液體表面固化(固化潛熱為25.73kJ/kg)，從而生長(zhǎng)固體氮的薄層。由于固體不與液體混合，因此如果允許，則例如將攪拌葉片設(shè)置在液面附近以攪拌并造成液面上的氣流紊亂(turbulence)，使得固化的氮破碎且使密度大于液氮的固體氮沉入液體中。當(dāng)固體氮下沉而液面更新時(shí)，進(jìn)行液面的進(jìn)一步蒸發(fā)繼續(xù)，從而連續(xù)生成固體氮。
借助于設(shè)置在容器底部的大型攪拌葉片混合下沉的固體氮。固體氮的大粒子反復(fù)相互碰撞，形成微細(xì)顆粒和其中液體和固體均勻混合(轉(zhuǎn)變?yōu)橛贊{)的淤漿狀流體。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，生產(chǎn)氮漿的裝置包括裝有液氮的隔熱容器；連接至容器上部以降低容器內(nèi)部壓力的減壓裝置；能夠攪拌隔熱容器的內(nèi)容物的攪拌裝置；以及溫度檢測(cè)裝置，該裝置的特征在于，通過減壓裝置降低容器中的液氮的壓力以蒸發(fā)氮，從而通過由此降低溫度使氮的溫度達(dá)到氮的三相點(diǎn)并生成固體氮；通過使用攪拌裝置攪拌得到的固體氮從而將生成的固體氮轉(zhuǎn)變?yōu)橛贊{。
根據(jù)本發(fā)明，生產(chǎn)氮漿的裝置包括裝有液氮的隔熱容器；連接至容器上部以降低容器內(nèi)部壓力的減壓裝置；能夠攪拌隔熱容器的內(nèi)容物的攪拌裝置；溫度檢測(cè)裝置；以及用于進(jìn)行肉眼觀察的窗口，該裝置的特征在于，通過減壓裝置降低容器中的液氮的壓力以蒸發(fā)氮，從而通過由此降低溫度使氮的溫度達(dá)到氮的三相點(diǎn)并得到固體氮；通過使用攪拌裝置攪拌生成的固體氮，將生成的固體氮轉(zhuǎn)變?yōu)橛贊{。
根據(jù)本發(fā)明，攪拌裝置包括用于攪拌液氮液面的裝置和用于攪拌隔熱容器底部的裝置。
根據(jù)本發(fā)明的再一方面，用于估算氮漿的固體濃度的簡(jiǎn)單方法的特征在于，當(dāng)估算通過上述方法得到的氮漿的固體濃度時(shí)，測(cè)定當(dāng)溫度達(dá)到三相點(diǎn)時(shí)氮漿的體積和操作終點(diǎn)時(shí)氮漿的體積以得到氮漿的固體濃度。
由于所述液體在三相點(diǎn)時(shí)的密度為868.4kg/m3且所述固體在三相點(diǎn)時(shí)的密度為946kg/m3，因此，如果測(cè)定出當(dāng)溫度達(dá)到三相點(diǎn)時(shí)氮漿的體積和操作終點(diǎn)時(shí)氮漿的體積就能夠得到生成氮漿之后的固體氮濃度。
如果將水準(zhǔn)儀布置在隔熱容器中并且測(cè)定當(dāng)時(shí)的水平高度，則通過測(cè)得的值和容器的橫截面積最容易得到體積。
根據(jù)本發(fā)明，在用于冷卻超導(dǎo)體的方法中使用了在液氮溫度或者液氮與固體氮共存溫度附近表現(xiàn)出超導(dǎo)狀態(tài)的材料，用于冷卻超導(dǎo)體的方法的特征在于，使氮漿在隔熱管中流動(dòng)；將超導(dǎo)體放入流動(dòng)的氮漿中；以及使超導(dǎo)體與氮漿接觸以使其冷卻。
由于氮漿是固體氮與液氮的混合物，因此該混合物顯示出接近固體氮熔點(diǎn)的溫度，又由于氮漿是流體，因此其能很好地濕潤(rùn)固體物表面，使得液體滲入窄縫，并表現(xiàn)出好的導(dǎo)熱性；而且，具有25kJ/kg的固體氮的熔融潛熱可以用于冷卻。因此，其冷卻效果高于液氮的焓的12.5倍；只要固體氮存在，氮漿冷卻劑的溫度就不會(huì)升高到約63K以上，因此被浸入的超導(dǎo)體能被保持在低溫下。
甚至在停止輸送氮漿冷卻劑之后，由于其熔融潛熱，超導(dǎo)體仍能在低溫下保持一定時(shí)間，因此體系的可靠性提高。
根據(jù)本發(fā)明，將超導(dǎo)體浸入裝在隔熱容器中的氮漿內(nèi)，同時(shí)攪拌裝在隔熱容器中的氮漿。因?yàn)榈獫{的比重大于液氮，所以氮漿中的固體氮有沉降的趨勢(shì)。因此，優(yōu)選均化淤漿的顆粒濃度，并且產(chǎn)生強(qiáng)制更新冷卻體的傳熱膜的效果。
根據(jù)本發(fā)明，在用于冷卻超導(dǎo)體的方法中使用了在液氮溫度或者液氮與固體氮共存溫度附近表現(xiàn)出超導(dǎo)狀態(tài)的材料，用于冷卻超導(dǎo)體的方法的特征在于，使氮漿在隔熱管中流動(dòng)；將超導(dǎo)體放入流動(dòng)的氮漿中；以及使超導(dǎo)體與氮漿接觸以使其冷卻。
該方法對(duì)于冷卻長(zhǎng)的物體例如超導(dǎo)電纜是有效的，且該方法具有由于流動(dòng)造成的攪拌效果，從而該方法具有防止淤漿中的粒子沉降且強(qiáng)制更新傳熱膜的效果。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，在用于冷卻超導(dǎo)體的裝置中使用了在液氮溫度或者液氮與固體氮共存溫度附近表現(xiàn)出超導(dǎo)狀態(tài)的材料，用于冷卻超導(dǎo)體的裝置的特征在于，設(shè)置有隔熱容器、保存在容器中的氮漿以及用于將物體浸入氮漿中的入口和出口。
對(duì)于這種間歇式冷卻裝置，還設(shè)置有進(jìn)孔和出孔，其中進(jìn)孔能夠引入具有高濃度固體氮的新鮮氮漿，出孔用于排出氮漿或液氮，濃度由于向冷卻物體提供潛熱而被液化，氮漿的固體氮濃度變低或?yàn)榱愕?，由此能夠在合適的時(shí)間更新容器內(nèi)的淤漿或液體。另外，以給定速率引入新鮮氮漿并以相同的速率排出容器內(nèi)部的氮漿以平衡固體氮的濃度，使得持續(xù)保持預(yù)定的冷卻效果。
冷卻裝置于生產(chǎn)氮漿的裝置相連。使用生產(chǎn)氮漿的裝置，增大從冷卻裝置的出孔排出的、濃度變低或?yàn)榱愕牡獫{或液氮的固體氮濃度，并將氮漿或液氮送回冷卻裝置以保持冷卻能力不變。
根據(jù)本發(fā)明，用于冷卻超導(dǎo)體的裝置還包括用于攪拌保存在容器中的氮漿的攪拌器。
根據(jù)本發(fā)明，在用于冷卻超導(dǎo)體的裝置中使用了在液氮溫度或者液氮與固體氮共存溫度附近表現(xiàn)出超導(dǎo)狀態(tài)的材料，用于冷卻超導(dǎo)體的裝置的特征在于，該裝置包括能夠放入物體進(jìn)行冷卻的隔熱管、用于使氮漿在隔熱管中流動(dòng)的裝置、用于將物體放入管中和從管中取出的入口和出口、至少足以在管中流動(dòng)的氮漿，其中將物體放入流動(dòng)的氮漿中，并與氮漿接觸以使其冷卻。
用于使氮漿流動(dòng)的裝置可以是形成循環(huán)流動(dòng)的裝置，其中液體傳動(dòng)裝置例如泵被連接在管的上游端或上游部分和管的下游端或下游部分之間。將液體傳動(dòng)裝置例如泵連接至管的上游端或上游部分，借助壓力輸送氮漿，以及將氮漿從下游端或下游部分取出以使其在管中流動(dòng)是可行的。對(duì)于后一種情況的液體傳動(dòng)裝置，它可以是借助重力從布置在高于管的位置的罐中流出的裝置。
對(duì)于形成循環(huán)流的結(jié)構(gòu)，在循環(huán)管路中的某個(gè)位置設(shè)置能夠引入具有高的固體濃度的新鮮氮漿的引入口，在比循環(huán)管路的引入口更靠下游的另一點(diǎn)設(shè)置排放具有低的固體氮濃度的氮漿或液氮的排放口，其中新鮮氮漿的引入與低濃度氮漿或液氮的排放保持平衡，以保持冷卻能力不變。
冷卻裝置與用于生產(chǎn)氮漿的裝置相連。借助于生產(chǎn)氮漿的裝置，增大從冷卻裝置的排放口排出的、固體氮濃度變低或?yàn)榱愕牡獫{或液氮的固體氮濃度，并通過引入口將氮漿或液氮送回冷卻裝置，以保持冷卻能力不變。
如上所述，本發(fā)明的效果總結(jié)如下。
由于使用噴射器的本發(fā)明能夠在大氣壓或者略高于大氣壓的壓力下，在低溫容器中生產(chǎn)固體氮或氮漿，因此，在生產(chǎn)過程中空氣不可能從外部混入容器。
而且，由于在使用噴射器劇烈混合液氮和冷卻劑時(shí)冷卻液氮并生成固體氮，因此，生成的固體氮具有精細(xì)和均勻的粒徑。
另外，通過改變供給壓力和/或冷卻劑噴嘴的直徑可以改變生成的固體氮的粒徑，所述冷卻劑是噴射器的傳動(dòng)流體。
此外，通過加熱噴射器的擴(kuò)散器部分，防止凝固的固體氮粘在擴(kuò)散器部分，從而使擴(kuò)散器通道變窄并堵塞通道。
可以通過面對(duì)面地布置兩個(gè)噴射器并且通過使來自噴射器擴(kuò)散器的射流相互碰撞，將生成的固體氮制成微細(xì)顆粒。
通過攪拌液氮的液面能夠防止由于接觸冷卻劑而導(dǎo)致的液面凝固。
涉及生產(chǎn)氮漿和估算氮漿中的固體氮的本發(fā)明的效果總結(jié)如下。
根據(jù)本發(fā)明的上述內(nèi)容，由于沒有使用氮以外的冷卻劑，因此無需安裝大型裝置例如再壓縮冷卻劑的裝置。因此，可以不使用這種大型裝置而生產(chǎn)比液氮更有效的氮漿作為冷熱源(cold heat source)。
根據(jù)本發(fā)明的上述內(nèi)容，可以不使用特殊裝置來估算固體氮的濃度。
此外，涉及使用氮漿冷卻的本發(fā)明效果總結(jié)如下。
根據(jù)本發(fā)明的上述內(nèi)容，使用氮漿可以將冷卻溫度降低至氮?dú)獾哪厅c(diǎn)(63K)。因此，盡管與液氦相比是廉價(jià)的，但是超導(dǎo)材料的選擇范圍變寬或者能夠保持超導(dǎo)性能穩(wěn)定。
由于以淤漿狀態(tài)使用氮漿，淤漿狀冷卻劑能夠流入狹窄部分并能很好地濕潤(rùn)冷卻物體表面，這產(chǎn)生了良好的導(dǎo)熱特性。
由于通過使用氮漿利用了固體氮的熔融潛熱，因此其冷卻效果是使用單位質(zhì)量冷卻劑液氮的焓的效果的12.5倍。因此，需要比使用液氮的情況更少的冷卻劑，從而裝置能變得更小。


圖1是布置在低溫容器中的噴射器的截面圖。
圖2是表示設(shè)置有噴射器的低溫容器的管道的圖。
圖3是表示兩個(gè)噴射器面對(duì)面設(shè)置的情況的圖。
圖4是表示圖3所示兩噴射器的噴嘴傾斜向下布置的情況的圖。
圖5是本發(fā)明的第二實(shí)施方案的裝置的示意圖。
圖6是本發(fā)明的第四實(shí)施方案的裝置的示意圖。
圖7是本發(fā)明的第五實(shí)施方案的裝置的示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面將參考附圖通過實(shí)施例詳細(xì)描述本發(fā)明。但是應(yīng)當(dāng)理解，具體實(shí)施方案中例如關(guān)于尺寸、材料種類、結(jié)構(gòu)和元件相對(duì)布置等的描述并不是試圖將本發(fā)明限制為所公開的具體形式，除非另外具體描述，其目的是為了公開第一實(shí)施方案圖1是布置在低溫容器中的噴射器的截面圖。如圖1所示，噴射器1包括噴嘴2和具有擴(kuò)散器部分3a的外圓柱體3。噴嘴2伸入外圓柱體3的內(nèi)部空間4。如箭頭A所示供應(yīng)液體或氣體冷卻劑，并從噴嘴口2a吹向擴(kuò)散器部分3a。如箭頭B所示，從外圓柱體3的吸入孔3b將裝在低溫容器中的液氮吸入內(nèi)部空間4，并與流經(jīng)擴(kuò)散器部分3a的冷卻劑一起被吹入低溫容器的內(nèi)部空間。在擴(kuò)散器部分3a的外部設(shè)置加熱器5，以防止固體氮凝固并固定在其上。
圖2是表示設(shè)置有噴射器的低溫容器的管道的圖。圖3是表示兩個(gè)噴射器面對(duì)面設(shè)置的情況的圖。圖4是表示圖3所示兩噴射器的噴嘴傾斜向下布置的情況的圖。在圖2-4中，相同的符號(hào)表示相同的元件。
在圖2中，液氮11被充入低溫容器10。從帶有閥門的液氮供應(yīng)管線13供應(yīng)液氮11。通過帶有閥門的噴射器工作流體供應(yīng)管線14，向布置在低溫容器10中的噴射器1的噴嘴2供應(yīng)冷卻劑例如液氦或低溫氦氣。作為冷卻劑，除了氦，可以使用氖或氫。將具有真空泵16和閥門的抽空管線15和帶有閥門的、用于保持略高于大氣壓的壓力的抽空管線17連接起來。將連接至噴射器1的吸入孔3b的液氮吸入管18的下部浸入液氮中。
當(dāng)將液氮充入低溫容器中并且密封容器并經(jīng)具有真空泵16和閥門的抽空管線15進(jìn)行減壓時(shí)，液氮蒸發(fā)，且由于蒸發(fā)潛熱導(dǎo)致液氮的溫度降低。當(dāng)液氮溫度達(dá)到大氣壓下的熔點(diǎn)時(shí)，即約65K(略高于固化溫度)，供應(yīng)液氦或低溫氦氣以增大容器的內(nèi)部壓力至大氣壓或略高于大氣壓。可以通過噴射器工作流體供應(yīng)管線14和噴射器1來供應(yīng)冷卻劑。當(dāng)以略高于容器壓力的壓力連續(xù)向噴射器1供應(yīng)冷卻劑時(shí)，液氮11在從噴嘴2的噴嘴口2a吹出的冷卻劑射流的作用下通過吸入管18被吸入噴射器1的吸入孔3b，并且通過擴(kuò)散器部分3a與冷卻劑一起被吹入空間12。在從擴(kuò)散器部分出來之后，液氮在擴(kuò)散器部分3a處與冷卻劑劇烈碰撞并與其混合，從而被冷卻并形成具有相當(dāng)均一的直徑的固體氮微細(xì)顆粒。固體氮具有遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于充入空間12中的冷卻劑氣體的比重，從而在重力作用下下落。供應(yīng)作為工作流體的冷卻劑在容器中產(chǎn)生量增加的冷卻劑氣體，導(dǎo)致容器中形成高壓。因此，為了保持空間12中的壓力略高于大氣壓，從抽空管線17連續(xù)排放空間12中的氣體。
當(dāng)?shù)蜏乩鋮s劑接觸液氮11的上表面時(shí)，液面凝固，從而固體氮不能與下面的液氮混合。因此，將用于攪拌的馬達(dá)20布置在液氮11的液面附近，從而通過攪拌液面防止液面凝固。布置在液氮11下部的、用于攪拌的馬達(dá)21是用于混合液氮和固體氮并將其轉(zhuǎn)變?yōu)橛贊{。
或者，在經(jīng)具有真空泵16和閥門的抽空管線15將容器抽真空之后，通過噴射器工作流體供應(yīng)管線14充入冷卻劑例如液氦或低溫氦氣，并且通過液氮供應(yīng)管線13充入液氮。充入液氮使得容器中的壓力等于大氣壓或略高于大氣壓。冷卻劑例如液氦立即蒸發(fā)而占據(jù)空間12，液氮在低溫容器10的下部聚集。然后，以高于容器10的壓力通過噴射器工作流體供應(yīng)管線14向噴射器1的噴嘴2供應(yīng)冷卻劑，與上述相似。
容器10中的液氮溫度高于空間12中的氣體溫度。氮?dú)鈴囊旱?1的表面部分蒸發(fā)，空間12中的氣體成為冷卻劑氣體和氮?dú)獾幕旌衔?。通過將從抽空管線17排放出來的氣體分離為冷卻劑氣體和氮?dú)?，從而再利用該氣體。繼續(xù)該操作，液氮和固體氮的混合物——氮漿聚集在容器10的下部，且最終只有固體氮聚集。在合適的時(shí)間，通過帶有閥門19的排放管線排放氮漿。通過平衡液氮的供應(yīng)量和固體氮的生成量可以連續(xù)生產(chǎn)氮漿。在吸入管18的底端設(shè)置過濾器18a，用于防止吸入固體氮。盡管如圖2所示設(shè)置了一個(gè)噴射器，但是自然可以設(shè)置多個(gè)噴射器。
圖3示出了在低溫容器10中面對(duì)面布置兩個(gè)噴射器1和1’的情況。通過在噴射器工作流體供應(yīng)管線14下游處分岔，向噴射器1和1’供應(yīng)冷卻劑即工作氣體。在吸入管18和18’的底端設(shè)置過濾器18a和18’a，并將其浸入液氮11中。
面對(duì)面地布置兩個(gè)噴射器1和1’的擴(kuò)散器部分3a和3a’，使得通過相互碰撞的兩個(gè)射流C，C’精細(xì)地粉碎生成的固體氮。其他操作與圖2所示的情況相似。
圖4是表示圖3所示兩個(gè)噴射器1，1’傾斜向下布置的情況的圖。因此，生成的液氮容易下落。
如上所述，盡管根據(jù)本發(fā)明說明了生產(chǎn)氮漿的例子，但是上述方法也能夠用于生產(chǎn)氫漿。
第二實(shí)施方案圖5是本發(fā)明的第二實(shí)施方案的裝置的示意圖。在圖5中，104是隔熱容器；102是裝在容器中的液氮；109是用于對(duì)氣態(tài)物質(zhì)進(jìn)行減壓的真空泵(減壓裝置)；108是能夠檢測(cè)三相點(diǎn)的溫度計(jì)(測(cè)溫裝置)；107是能夠測(cè)量當(dāng)前體積值的水準(zhǔn)儀；103是能夠打碎在液面上固化的固體氮塊的攪拌葉片(用于攪拌液面部分的裝置)；105是能夠進(jìn)一步粉碎沉降的固體氮的底部攪拌葉片(用于攪拌底部的裝置)。
液氮102存儲(chǔ)在隔熱容器104中，使用真空泵109為容器內(nèi)部的氣相減壓。在進(jìn)行減壓時(shí)，液氮蒸發(fā)且由于蒸發(fā)潛熱導(dǎo)致液氮的溫度逐漸降低。
當(dāng)通過繼續(xù)減壓使內(nèi)容物達(dá)到氮的三相點(diǎn)時(shí)，開始生成固體氮。通過從窗口106觀察內(nèi)部或者使用溫度計(jì)108測(cè)得溫度不低于63.1K，證實(shí)達(dá)到三相點(diǎn)。當(dāng)達(dá)到氮的三相點(diǎn)時(shí)，關(guān)閉真空泵109，使用水準(zhǔn)儀107測(cè)量水平。之后，開啟真空泵109并旋轉(zhuǎn)攪拌葉片103，105。
通過減壓，在液氮的整個(gè)液面上少量地生成固體氮。如果留下這些固體氮，則固體氮被向上吸至真空泵109的吸入孔從而離開液體，在該空間生成下一批固體氮。在液面附近設(shè)置攪拌葉片103。通過操作攪拌葉片103來攪拌液面，生成的固體氮101沉降在液體中。由于固體氮101的密度大于液氮，因此固體氮沉降在底部。攪拌葉片105混合沉降的固體氮101和液氮102，以得到淤漿狀氮漿。
第三實(shí)施方案接著，描述估算氮漿濃度的實(shí)施方案。將氮的蒸發(fā)潛熱、固化潛熱、液氮密度、固體氮密度、氮在三相點(diǎn)時(shí)的體積、生成氮漿之后的氮的體積、蒸發(fā)氮?dú)怏w積的液氮相應(yīng)值、蒸發(fā)的固體氮體積、進(jìn)入隔熱容器的熱量以及生成氮漿消耗的時(shí)間分別表示為Hv(kJ/kg)、Hs(kJ/kg)、Ml(kg/m3)、Ms(kg/m3)、Vs(m3)、Vf(m3)、Xv(m3)、Xs(m3)、Q(kW)和T(s)。
由能量守恒定律，Hv×Ml×Xv＝Hs×Ms×Xs+Q×T (1)由質(zhì)量守恒定律，Vs×Ml＝(Vf-Xs)×Ml+Xs×Ms+Xv×Ml(2).
由上述聯(lián)立方程得到Xv和Xs，將得到的值代入下面的方程以得到氮漿濃度(IPF)。
IPF＝Xs×Ms/((Vf-Xs)×Ml+Xs×Ms)通過事先測(cè)量液氮的蒸發(fā)熱，可以得到引入隔熱容器中的熱量Q。但是，由于其只占蒸發(fā)的氮的小部分，因此可以將其省略。
第四實(shí)施方案圖6是本發(fā)明的第四實(shí)施方案的裝置的示意圖。在圖6中，201是隔熱容器；204是固體氮的微細(xì)顆粒；203是液氮；202是氮漿，其是204和203的混合漿體；205是超導(dǎo)體；206是設(shè)置在容器上的入口和出口。
通過入口和出口206將超導(dǎo)線圈(超導(dǎo)體205)放入隔熱容器201中。充入氮漿之后，關(guān)閉入口和出口206。冷卻線圈以保持其低于超導(dǎo)臨界溫度。
第五實(shí)施方案圖7是本發(fā)明的第五實(shí)施方案的裝置的示意圖。在圖7中，207是隔熱管；204是固體氮的微細(xì)顆粒；203是液氮；202是氮漿，其是204和203的混合漿體；205’是超導(dǎo)體；206A和206B是設(shè)置在管上的入口和出口。
通過入口和出口206A，將長(zhǎng)尺寸的超導(dǎo)電纜205’插入隔熱管207中。在壓力下通過引入口(未在圖中示出)通過流動(dòng)裝置(未在圖中示出)轉(zhuǎn)移氮漿202，并通過排放口(未在圖中示出)排放，由此氮漿在管中流動(dòng)，從而冷卻超導(dǎo)電纜，并將其保持在超導(dǎo)臨界溫度以下。
工業(yè)實(shí)用性根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)的氮漿能夠用作各種工業(yè)中的冷熱源。氮漿具有優(yōu)異的效用，例如便攜性、方便性和低溫性能，因此有望未來的需求會(huì)日益增加。
此外，由于本發(fā)明的冷卻方法是具有良好的體積效率、能夠在低于液氮溫度的溫度下冷卻且能夠使用小型冷卻裝置保持低溫的方法，因此，該方法適用于冷卻高溫超導(dǎo)體，從而該方法有助于超導(dǎo)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用。
權(quán)利要求書(按照條約第19條的修改)1.一種生產(chǎn)氮漿的方法，其特征在于，將液氮充入低溫容器中；在該容器中布置噴射器，該噴射器通過吹送壓力高于容器內(nèi)壓力的冷卻劑(液體或氣體)例如低溫氦氣或液氦從而吸入液氮；通過冷卻劑來冷卻與冷卻劑一起被吹送的液氮以形成下落的固體氮微細(xì)顆粒；將容器空間中的氣體從容器中排放出來以保持容器空間的壓力高于大氣壓。
2.權(quán)利要求1的生產(chǎn)氮漿的方法，其中通過改變用于向噴射器提供冷卻劑的壓力和/或通過改變噴嘴孔的直徑來控制固體氮的粒度。
3.權(quán)利要求1的生產(chǎn)氮漿的方法，其中加熱擴(kuò)散器部分，以防止凝固而在噴射器的擴(kuò)散器部分堆積固體氮。
4.權(quán)利要求1的生產(chǎn)氮漿的方法，其中通過布置兩個(gè)噴射器和通過使來自噴射器擴(kuò)散器的射流相互碰撞，將生成的固體氮制成微細(xì)顆粒。
5.權(quán)利要求1的生產(chǎn)氮漿的方法，其中用于噴射器的工作流體的冷卻劑是氦、氫或氖，且用于噴射器的工作流體的冷卻劑優(yōu)選是氦。
6.權(quán)利要求1的生產(chǎn)氮漿的方法，其中通過攪拌液氮表面從而防止低溫容器中的液氮表面凝固。
7.一種生產(chǎn)氮漿的裝置，其包括能夠向其內(nèi)充入液氮的低溫容器，布置在容器內(nèi)的噴射器和用于抽空容器空間的裝置，其中用于向噴射器供應(yīng)工作流體的、通向容器外部的管線與噴射器的工作流體口相連，到達(dá)容器底部附近的用于吸入液氮的管與噴射器的流體吸取口相連，通過用于吸入欲與冷卻劑一起被吹送的液氮的管吸入存儲(chǔ)液氮，冷卻固化，并通過管線向噴射器供應(yīng)液體或氣體冷卻劑例如液氦或低溫氦氣并通過吹送所述冷卻劑，使存儲(chǔ)液氮以液氮微細(xì)顆粒的形式落入存儲(chǔ)液氮中，其中所述管線用于提供噴射器的工作流體，且所述液體或氣體冷卻劑的壓力高于容器空間壓力。
8.權(quán)利要求7的生產(chǎn)氮漿的裝置，其中在用于向噴射器供應(yīng)工作流體的管線側(cè)設(shè)置調(diào)節(jié)壓力的裝置，該裝置改變向噴射器供應(yīng)冷卻劑的壓力。
9.權(quán)利要求7的生產(chǎn)氮漿的裝置，其中在噴射器的擴(kuò)散器部分設(shè)置加熱裝置，用于防止凝固而在噴射器的擴(kuò)散器部分堆積固體氮。
10.權(quán)利要求7的生產(chǎn)氮漿的裝置，其中通過布置兩個(gè)噴射器和通過使來自噴射器擴(kuò)散器的射流相互碰撞，將生成的固體氮制成微細(xì)顆粒。
11.權(quán)利要求7的生產(chǎn)氮漿的裝置，其中設(shè)置具有能夠攪拌存儲(chǔ)液氮表面的葉片的攪拌器，且通過攪拌液氮表面而防止液氮表面凝固。
12.一種生產(chǎn)氮漿的方法，其特征在于，對(duì)隔熱容器中的液氮的氣相進(jìn)行減壓，以蒸發(fā)液相中的氮?dú)猓瑥亩ㄟ^由此降低溫度使氮的溫度達(dá)到氮的三相點(diǎn)，且通過保持在該三相點(diǎn)來生成固體氮；通過攪拌隔熱容器的內(nèi)容物將生成的固體氮轉(zhuǎn)變?yōu)橛贊{。
13.權(quán)利要求12的生產(chǎn)氮漿的方法，其中分別攪拌液氮的液面部分和隔熱容器底部。
14.一種生產(chǎn)氮漿的裝置，其包括裝有液氮的隔熱容器；連接至容器上部的用于降低容器內(nèi)部壓力的減壓裝置；能夠攪拌隔熱容器的內(nèi)容物的攪拌裝置；以及溫度檢測(cè)裝置，其中，通過減壓裝置降低容器中的液氮的壓力以蒸發(fā)氮，從而通過由此降低溫度使氮的溫度達(dá)到氮的三相點(diǎn)并生成固體氮；通過使用攪拌裝置攪拌生成的固體氮，將生成的固體氮轉(zhuǎn)變?yōu)橛贊{。
15.一種生產(chǎn)氮漿的裝置，其包括裝有液氮的隔熱容器，連接至容器上部的用于降低容器內(nèi)部壓力的減壓裝置；能夠攪拌隔熱容器的內(nèi)容物的攪拌裝置；溫度檢測(cè)裝置；以及用于肉眼觀察的窗口，通過減壓裝置降低容器中的液氮的壓力以蒸發(fā)氮，從而通過由此降低溫度使氮的溫度達(dá)到氮的三相點(diǎn)并生成固體氮；通過使用攪拌裝置攪拌生成的固體氮，將生成的固體氮轉(zhuǎn)變?yōu)橛贊{。
16.權(quán)利要求14或15的生產(chǎn)氮漿的裝置，其中攪拌裝置包括用于攪拌液氮液面的裝置和用于攪拌隔熱容器底部的裝置。
17.一種用于估算氮漿的固體濃度的簡(jiǎn)單方法，其中當(dāng)估算通過權(quán)利要求12的方法得到的氮漿的固體濃度時(shí)，測(cè)定當(dāng)溫度達(dá)到三相點(diǎn)時(shí)氮漿的體積和操作終點(diǎn)時(shí)氮漿的體積以得到氮漿的固體濃度。
18.一種用于估算權(quán)利要求17的氮漿的固體濃度的簡(jiǎn)單方法，其中使用設(shè)置在隔熱容器中的水準(zhǔn)儀測(cè)定氮漿的體積。
19.一種冷卻超導(dǎo)體的方法，其中使用在液氮溫度或者液氮與固體氮共存溫度附近表現(xiàn)出超導(dǎo)狀態(tài)的材料，其中，將超導(dǎo)體浸入裝在隔熱容器中的氮漿內(nèi)，且使超導(dǎo)體與氮漿接觸以使其冷卻。
20.權(quán)利要求19的冷卻超導(dǎo)體的方法，其中將超導(dǎo)體浸入裝在隔熱容器中的氮漿內(nèi)，同時(shí)攪拌裝在隔熱容器中的氮漿。
21.一種冷卻超導(dǎo)體的方法，其中使用在液氮溫度或者液氮與固體氮共存溫度附近表現(xiàn)出超導(dǎo)狀態(tài)的材料，其中，使氮漿在隔熱管中流動(dòng)，將超導(dǎo)體放入流動(dòng)的氮漿中，且使超導(dǎo)體與氮漿接觸以使其冷卻。
22.一種冷卻超導(dǎo)體的裝置，其中使用在液氮溫度或者液氮與固體氮共存溫度附近表現(xiàn)出超導(dǎo)狀態(tài)的材料，其中，設(shè)置隔熱容器、保存在容器中的氮漿以及用于將超導(dǎo)體浸入氮漿中的入口和出口。
23.權(quán)利要求22的冷卻超導(dǎo)體的裝置，其中該裝置還包括用于攪拌保存在容器中的氮漿的攪拌器。
24.一種冷卻超導(dǎo)體的裝置，其中使用在液氮溫度或者液氮與固體氮共存溫度附近表現(xiàn)出超導(dǎo)狀態(tài)的材料，其中，該裝置包括能夠放入物體進(jìn)行冷卻的隔熱管、用于使氮漿在管中流動(dòng)的裝置、用于將物體放入管中和從管中取出的入口和出口、至少足以在管中流動(dòng)的氮漿，其中將物體放入流動(dòng)的氮漿中，并與氮漿接觸以使其冷卻。
權(quán)利要求
1.一種生產(chǎn)氮漿的方法，其特征在于，將液氮充入低溫容器中；在該容器中布置噴射器，該噴射器通過吹送壓力高于容器內(nèi)壓力的冷卻劑(液體或氣體)例如低溫氦氣或液氦從而吸入液氮；通過冷卻劑來冷卻與冷卻劑一起被吹送的液氮以形成下落的固體氮微細(xì)顆粒；將容器空間中的氣體從容器中排放出來以保持容器空間的壓力高于大氣壓。
2.權(quán)利要求1的生產(chǎn)氮漿的方法，其中通過改變用于向噴射器提供冷卻劑的壓力和/或通過改變噴嘴孔的直徑來控制固體氮的粒度。
3.權(quán)利要求1的生產(chǎn)氮漿的方法，其中加熱擴(kuò)散器部分，以防止凝固而在噴射器的擴(kuò)散器部分堆積固體氮。
4.權(quán)利要求1的生產(chǎn)氮漿的方法，其中通過布置兩個(gè)噴射器和通過使來自噴射器擴(kuò)散器的射流相互碰撞，將生成的固體氮制成微細(xì)顆粒。
5.權(quán)利要求1的生產(chǎn)氮漿的方法，其中用于噴射器的工作流體的冷卻劑是氦、氫或氖，且用于噴射器的工作流體的冷卻劑優(yōu)選是氦。
6.權(quán)利要求1的生產(chǎn)氮漿的方法，其中通過攪拌液氮表面從而防止低溫容器中的液氮表面凝固。
7.一種生產(chǎn)氮漿的裝置，其包括能夠向其內(nèi)充入液氮的低溫容器，布置在容器內(nèi)的噴射器和用于抽空容器空間的裝置，其中用于供應(yīng)噴射器工作流體的、通向容器外部的管線與噴射器的工作流體口相連，到達(dá)容器底部附近的用于吸入液氮的管與噴射器的流體吸取口相連，通過用于吸入欲與冷卻劑一起被吹送的液氮的管吸入存儲(chǔ)液氮，冷卻固化，并通過管線向噴射器供應(yīng)液體或氣體冷卻劑例如液氦或低溫氦氣并通過吹送所述冷卻劑，使存儲(chǔ)液氮以液氮微細(xì)顆粒的形式落入存儲(chǔ)液氮中，其中所述管線用于提供噴射器的工作流體，且所述液體或氣體冷卻劑的壓力高于容器空間壓力。
8.權(quán)利要求6的生產(chǎn)氮漿的裝置，其中在用于向噴射器供應(yīng)工作流體的管線側(cè)設(shè)置調(diào)節(jié)壓力的裝置，該裝置改變向噴射器供應(yīng)冷卻劑的壓力。
9.權(quán)利要求6的生產(chǎn)氮漿的裝置，其中在噴射器的擴(kuò)散器部分設(shè)置加熱裝置，用于防止凝固而在噴射器的擴(kuò)散器部分堆積固體氮。
10.權(quán)利要求6的生產(chǎn)氮漿的裝置，其中通過布置兩個(gè)噴射器和通過使來自噴射器擴(kuò)散器的射流相互碰撞，將生成的固體氮制成微細(xì)顆粒。
11.權(quán)利要求6的生產(chǎn)氮漿的裝置，其中設(shè)置具有能夠攪拌存儲(chǔ)液氮表面的葉片的攪拌器，且通過攪拌液氮表面而防止液氮表面凝固。
12.一種生產(chǎn)氮漿的方法，其特征在于，對(duì)隔熱容器中的液氮的氣相進(jìn)行減壓，以蒸發(fā)液相中的氮?dú)?，從而通過由此降低溫度使氮的溫度達(dá)到氮的三相點(diǎn)，且通過保持在該三相點(diǎn)來生成固體氮；通過攪拌隔熱容器的內(nèi)容物將生成的固體氮轉(zhuǎn)變?yōu)橛贊{。
13.權(quán)利要求10的生產(chǎn)氮漿的方法，其中分別攪拌液氮的液面部分和隔熱容器底部。
14.一種生產(chǎn)氮漿的裝置，其包括裝有液氮的隔熱容器；連接至容器上部的用于降低容器內(nèi)部壓力的減壓裝置；能夠攪拌隔熱容器的內(nèi)容物的攪拌裝置；以及溫度檢測(cè)裝置，其中，通過減壓裝置降低容器中的液氮的壓力以蒸發(fā)氮，從而通過由此降低溫度使氮的溫度達(dá)到氮的三相點(diǎn)并生成固體氮；通過使用攪拌裝置攪拌生成的固體氮，將生成的固體氮轉(zhuǎn)變?yōu)橛贊{。
15.一種生產(chǎn)氮漿的裝置，其包括裝有液氮的隔熱容器，連接至容器上部的用于降低容器內(nèi)部壓力的減壓裝置；能夠攪拌隔熱容器的內(nèi)容物的攪拌裝置；溫度檢測(cè)裝置；以及用于肉眼觀察的窗口，通過減壓裝置降低容器中的液氮的壓力以蒸發(fā)氮，從而通過由此降低溫度使氮的溫度達(dá)到氮的三相點(diǎn)并生成固體氮；通過使用攪拌裝置攪拌生成的固體氮，將生成的固體氮轉(zhuǎn)變?yōu)橛贊{。
16.權(quán)利要求12或13的生產(chǎn)氮漿的裝置，其中攪拌裝置包括用于攪拌液氮液面的裝置和用于攪拌隔熱容器底部的裝置。
17.一種用于估算氮漿的固體濃度的簡(jiǎn)單方法，其中當(dāng)估算通過權(quán)利要求10的方法得到的氮漿的固體濃度時(shí)，測(cè)定當(dāng)溫度達(dá)到三相點(diǎn)時(shí)氮漿的體積和操作終點(diǎn)時(shí)氮漿的體積以得到氮漿的固體濃度。
18.一種用于估算權(quán)利要求15的氮漿的固體濃度的簡(jiǎn)單方法，其中使用設(shè)置在隔熱容器中的水準(zhǔn)儀測(cè)定氮漿的體積。
19.一種冷卻超導(dǎo)體的方法，其中使用在液氮溫度或者液氮與固體氮共存溫度附近表現(xiàn)出超導(dǎo)狀態(tài)的材料，其中，將超導(dǎo)體浸入裝在隔熱容器中的氮漿內(nèi)，且使超導(dǎo)體與氮漿接觸以使其冷卻。
20.權(quán)利要求17的冷卻超導(dǎo)體的方法，其中將超導(dǎo)體浸入裝在隔熱容器中的氮漿內(nèi)，同時(shí)攪拌裝在隔熱容器中的氮漿。
21.一種冷卻超導(dǎo)體的方法，其中使用在液氮溫度或者液氮與固體氮共存溫度附近表現(xiàn)出超導(dǎo)狀態(tài)的材料，其中，使氮漿在隔熱管中流動(dòng)，將超導(dǎo)體放入流動(dòng)的氮漿中，且使超導(dǎo)體與氮漿接觸以使其冷卻。
22.一種冷卻超導(dǎo)體的裝置，其中使用在液氮溫度或者液氮與固體氮共存溫度附近表現(xiàn)出超導(dǎo)狀態(tài)的材料，其中，設(shè)置隔熱容器、保存在容器中的氮漿以及用于將超導(dǎo)體浸入氮漿中的入口和出口。
23.權(quán)利要求20的冷卻超導(dǎo)體的裝置，其中該裝置還包括用于攪拌保存在容器中的氮漿的攪拌器。
24.一種冷卻超導(dǎo)體的裝置，其中使用在液氮溫度或者液氮與固體氮共存溫度附近表現(xiàn)出超導(dǎo)狀態(tài)的材料，其中，該裝置包括能夠放入物體進(jìn)行冷卻的隔熱管、用于使氮漿在管中流動(dòng)的裝置、用于將物體放入管中和從管中取出的入口和出口、至少足以在管中流動(dòng)的氮漿，其中將物體放入流動(dòng)的氮漿中，并與氮漿接觸以使其冷卻。
全文摘要
一種生產(chǎn)氮漿的方法，包括將液氮充入低溫容器中及在該容器中布置噴射器，該噴射器通過噴出壓力高于容器內(nèi)空間壓力的冷卻液體或氣體例如低溫氦氣或液氦將液氮吸入容器而能夠引出液氮，從而，通過由冷卻劑吸入而引出并和冷卻劑一起噴出的液氮被冷卻劑冷卻，形成粒狀的固體氮并落下，同時(shí)將容器空間中的氣體從容器中排放出來以恒定地保持容器空間的壓力大于大氣壓。另外，本發(fā)明提供了一種冷卻半導(dǎo)體的方法，包括在接近液氮溫度或者液氮與固體氮共存溫度的溫度下表現(xiàn)出超導(dǎo)狀態(tài)的材料，其特征在于，將超導(dǎo)體浸入裝在隔熱容器中的氮漿中，以便使超導(dǎo)體與氮漿接觸并將其冷卻。
文檔編號(hào)H01B12/16GK1741963SQ200480002800
公開日2006年3月1日 申請(qǐng)日期2004年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月11日
發(fā)明者川村邦明, 町田明登, 池內(nèi)正充, 服部一裕, 松尾幸一, 柳秀治 申請(qǐng)人:株式會(huì)社前川制作所