[发明专利]一种利用过冷水制备冰粒气体射流的装置和方法

说明书

一种利用过冷水制备冰粒气体射流的方法,包括以下步骤：（1）制备过冷水；（2）制备冰粒并完成气体射流；（3）回收原料。同时本发明还提供了一种利用过冷水制备冰粒气体射流的装置，包括通过第二支路管线与风流循环系统连接的高压气瓶，所述高压气瓶通过第一支路管线与第一液氮箱连接，所述第一液氮箱另一端通过汇流管与喷嘴相连，所述第一液氮箱与喷嘴之间的汇流管上设有雾化箱，所述风流循环系统包括换热器，所述换热器上端与第二支路管道连接，换热器左端通过管道和三通分别于第二液氮箱和风机连接，另一端与换热箱的右端连接，换热箱底部通过管道与雾化箱的雾化喷嘴连接。采用本发明的方法及设备，可快速制备冰粒并形成冰粒气体射流。

技术领域

本发明涉及冰粒气体射流技术领域，尤其涉及一种利用过冷水制备冰粒气体射流的装置和方法。

背景技术

气体磨料射流自发明之初由于其构造简单、耗能少、冲蚀效果好而被广泛应用于各行各业，如在工业上，磨料气体射流用于表面脱漆和除锈，在煤矿领域被应用于冲蚀破煤；但随着气体射流的广泛应用其弊端也在逐渐显现，由于磨料多为硬度高、密度大的材料，在对物体表面脱漆和除锈时，无可避免地会对内部材料造成一定损伤，而又无合适替代磨料；同时在一些较大的工程中，磨料的用量巨大，一方面磨料无法回收，造成较大浪费，另一方面，磨料由于打击冲蚀破碎成微小的呼吸性粉尘以及悬浮颗粒，势必恶化工作环境，同时影响工作人员的身体健康；因此各国的研究人员在不断寻找普通磨料的替代品；冰在不同温度下的莫氏硬度变化范围是 2-4，硬度适中，可以去除表面的油漆和锈迹，而不损伤内部器件，同时冰粒喷出后不会恶化工作环境以及对工作人员造成健康威胁，因而使冰粒作为传统气体射流磨料的替代品成为可能。

现阶段制备冰粒主要有三种方法：（1）破冰法，即使用机械装置将大块冰粉碎至小颗粒，这种方法简便，但这种方法粉碎的冰粒粒径随机，需重新筛选合适粒径使用，这就降低冰粒的制备速度，不易于冰粒的保存；（2）低温冷冻法，将水雾喷洒至放有低温氮气（液氮）的空间中，水雾迅速结冰形成冰粒，这种方法制备冰粒迅速，但由于液滴与低温氮气（液氮）直接接触，冰粒温度下降较快，且不宜控制，造成冰粒的硬度较难把握；同时该装置结构复杂、操作繁琐、耗能较大；（3）刘勇等人公开了“一种冰粒气体射流快速制备装置及方法”，申请号201611113564.1，该方法利用雾化喷嘴将雾化后的液滴喷入高速气流中，随后液滴与液氮和空气的混个气体接触，这种方法弥补了低温冷冻法的不足，液氮与空气的混合气体温度合适，冰粒的硬度更容易调节，但也存在一定问题，如液滴未及时相变，容易融和汇并，形成较大液滴，同时液滴会粘滞在管道壁上，结冰后引起管道有效直径减小，容易堵塞。

发明内容

基于以上不足，本发明要解决的问题是克服上述现有技术的不足，目的在于提供一种快速的、高效的、简便的冰粒气体射流制备装置和方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种利用过冷水制备冰粒气体射流的装置，包括高压气瓶，所述高压气瓶通过第一支路管线连接有第一液氮箱，所述第一液氮箱另一端通过汇流管与喷嘴相连，所述第一液氮箱与喷嘴之间的汇流管上设有雾化箱；高压气瓶通过第二支路管线连接有风流循环系统，所述风流循环系统包括换热器，所述换热器上端与第二支路管道连接，换热器左端通过管道连接有三通，三通分别与第二液氮箱和风机连接，风机另一端与换热箱的右端连接，换热箱底部通过管道与雾化箱内部的雾化喷嘴连接。

一种利用过冷水制备冰粒气体射流的方法，包括以下步骤：

1）制备过冷水，利用液氮通过风机将冷风吹入换热箱内，在换热箱内制备过冷水；

2）制备冰粒并完成气体射流，利用液氮通过高速气体将雾化室降温，过冷水经过雾化器形成冰粒，并利用高速气体将冰粒从喷嘴喷出形成冰粒气体射流；

3）回收原料，喷出换热箱中的蒸馏水，并回收第一、第二液氮箱中的液氮。

进一步地，所述压缩气体为压缩空气，由高压气瓶提供。