一种基于低温液体混配的液空制备系统及方法

技术领域

本发明涉及工业气体技术领域，具体涉及一种基于低温液体混配的液空制备系统及方法。

背景技术

液化空气是一种常用的工业气体，广泛应用于工业、航空、航天等多种领域，作为操作、控制、原料、环境保持等用气。

现有技术中，通常采用将大气中的空气吸入空气压缩机中，压缩处理后贮存使用。但大气中含有较多的水分、杂质等成分，空气在压缩过程中特别是采用高压大流量的压缩机压缩空气过程中可能会带进油、颗粒物等杂质，如杂质处理过程处理不当，会导致压缩空气使用过程中存在隐患。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中压机压缩空气过程中可能会带进油、颗粒物等杂质的缺陷。

本发明提供了一种基于低温液体混配的液空制备系统，包括：

混合罐，其内部为空腔，所述混合罐上设有入口；

第一罐系，包括第一罐体、过冷器、第一管路和旁支结构，所述第一罐体适于存储液氧，所述第一管路的两端连接第一罐体和所述混合罐的入口，所述旁支结构的两端连接第一罐体和所述混合罐的入口，所述过冷器设置在所述第一管路上，用以对经由所述过冷器的液氧降温；

第二罐系，包括第二罐体和第二管路，所述第二罐体适于存储液氮，所述第二管路的两端连接第二罐体和所述混合罐的入口；

所述第一罐体具有自增压或外力增压的驱动下沿第一管路向所述入口一侧输送液氧的第一输送状态，或所述第一罐体具有自增压或外力增压的驱动下沿旁支结构向所述入口一侧输送液氧的旁支输送状态，和/或所述第二罐体具有自增压或外力增压的驱动下沿第二管路以向所述入口一侧输送液氮的第二输送状态。

进一步地，此基于低温液体混配的液空制备系统，所述第一罐系还包括：

制冷结构，所述制冷结构包括制冷通道、制冷阀以及制冷源，所述制冷通道的两端连接制冷源和过冷器，所述制冷阀控制所述制冷通道的连接以对所述过冷器制冷。

进一步地，此基于低温液体混配的液空制备系统，所述旁支结构包括：

旁路支管，所述旁路支管的两端连接所述第一罐体和所述混合罐的入口；

旁路开关件，设置在所述旁路支管上，用以控制所述旁路支管两端的连通。

进一步地，此基于低温液体混配的液空制备系统，还包括：

混合器，设置在所述混合罐内，所述第一管路的第一输出口和所述第二管路的第二输出口均与所述混合器连接，所述混合器与所述混合罐共同构成混合机构。

进一步地，此基于低温液体混配的液空制备系统，所述混合罐在重力方向上开设有若干取样口，所述混合机构还包括：

氧气检测件，所述氧气检测件与所述取样口通过连通管相连通。

进一步地，此基于低温液体混配的液空制备系统，所述第一罐系还包括第一开关件，所述第一开关件设置在所述第一管路上；

所述第二罐系还包括第二开关件，所述第二开关件设置在所述第二管路上。

进一步地，此基于低温液体混配的液空制备系统，所述混合机构还包括：

搅拌器，所述搅拌器插接在所述混合罐内，适于对所述混合罐内介质搅拌。

本发明还提供了一种液空制备方法，采用了上述的基于低温液体混配的液空制备系统，包括：

建立系统：对混合罐、第一罐系以及第二罐系建立连接；

第一管路流通：第一罐体内的液氧经由过冷器降温沿第一管路流向混合罐入口，或第一罐体内的液氧沿旁支结构流向混合罐入口；

第二管路流通：第二罐体内的液氮沿第二管路流向混合罐入口；

混合：将液氧与液氮在混合罐内进行混合。

进一步地，此液空制备方法，还包括：

分析：通过氧气检测件分析混合罐中液态空气成分比例；

调节；根据所述分析的结果调节第一开关件和第二开关件的开度。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的基于低温液体混配的液空制备系统，包括混合罐、第一罐系和第二罐系，混合罐内部为空腔，在混合罐上设有入口，第一罐系包括第一罐体、过冷器、第一管路和旁支结构，第一罐体适于存储液氧，第一管路的两端连接第一罐体和混合罐的入口，旁支结构的两端连接第一罐体和混合罐的入口，过冷器设置在第一管路上，用以对经由过冷器的液氧降温，第二罐系包括第二罐体和第二管路，第二罐体适于存储液氮，第二管路的两端连接第二罐体和混合罐的入口，第一罐体具有自增压或外力增压的驱动下沿第一管路向入口一侧输送液氧的第一输送状态，或第一罐体具有自增压或外力增压的驱动下沿旁支结构向入口一侧输送液氧的旁支输送状态，和/或第二罐体具有自增压或外力增压的驱动下沿第二管路以向入口一侧输送液氮的第二输送状态。

将第一罐体内的液氧通过自增压或外力增压的驱动下输送至过冷器中，经过冷器降温后输送至混合罐的入口中，或将第一罐体内的液氧通过自增压或外力增压的驱动下沿旁支结构向输送至混合罐入口中，再将第二罐体内的液氮通过自增压或外力增压的驱动下输送至过冷器中，使得液氧与液氮混合为混合介质，这种基于低温液体混配的液空制备系统结构简单、操作方便、使用成本低，混合后的液化介质无杂质，氮氧比例可控，具有较高的产品品质。

2.本发明提供的基于低温液体混配的液空制备系统，第一罐系还包括制冷结构，制冷结构包括制冷通道、制冷阀以及制冷源，制冷通道的两端连接制冷源和过冷器，制冷阀控制制冷通道的连接以对过冷器制冷。

通过控制制冷阀使制冷剂由制冷源经过制冷通道过注入制冷器中，从而降低过冷器的温度，具有结构简单、操作方便的优点。

3.本发明提供的基于低温液体混配的液空制备系统，旁支结构包括旁路支管和旁路开关件，旁路支管的两端连接第一罐体和混合罐的入口，旁路开关件设置在旁路支管上，用以控制旁路支管两端的连通。

通过操作旁路支管上旁路设置的开关件，可使第一罐体中的液氧在外力增压的驱动下直接输送至混合罐的入口，与在外力增压的驱动下的液氮直接输送至混合罐中混合，无需经过冷却，结构简单、操作方便，降低了混合液化介质的制造成本。

4.本发明提供的基于低温液体混配的液空制备系统，混合机构还包括氧气检测件，氧气检测件与沿混合罐重力方向上开设的若干取样口相连通，便于对混合罐中不同位置的混合介质进行取样分析，提高了测量结果的准确性。

5.本发明提供的基于低温液体混配的液空制备系统，混合机构还包括插接在混合罐内的搅拌器，适于对混合罐内介质进行搅拌，使混合介质更加均匀，提高了混合的工作效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中提供的基于低温液体混配的液空制备系统示意图；

附图标记说明：

1、第一罐体；2、第二罐体；3、过冷器；4、混合罐；5、制冷源；6、混合器；7、搅拌器；8、氧气检测件。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

如图1所示，为本实施例提供的一种基于低温液体混配的液空制备系统，包括混合罐4、第一罐系和第二罐系，混合罐4内部为空腔，在混合罐4顶部设有入口。第一罐系包括第一罐体1、过冷器3和第一管路和旁支结构。第一罐体1中存储有液氧，第一管路一端连接第一罐体1另一端连接混合罐4的入口，旁支结构的一端连接第一罐体1另一端连接混合罐4的入口，过冷器3设置在第一管路上，用以对经由过冷器3的液氧降温。第二罐系包括第二罐体2和第二管路，第二罐体2中存储有液氮，第二管路的一端连接第二罐体2另一端连接混合罐4的入口，第一罐体1具有在自增压或外力增压的驱动下沿第一管路向入口一侧输送液氧的第一输送状态，第二罐体2具有在自增压或外力增压的驱动下沿第二管路以向入口一侧输送液氮的第二输送状态。

本实施例对液氧、液氮不做具体限定，为符合现实情况，本实施例中液氧为常压下饱和状态的液氧；液氮为常压下饱和状态的液氮。

第一罐体1内的液氧在自增压或外力增压的驱动下通过第一管路由过冷器3降温后输送至混合罐4的入口中，第二罐体2内的液氮在自增压或外力增压的驱动下输送至混合罐4的入口中，由于空气的主要成分为氮气与氧气，所以混合罐4中的液氧与液氮混合后可制备为液态的空气，这种基于低温液体混配的液空制备系统结构简单、操作方便、使用成本低，混合后的液化介质无杂质，氮氧比例可控，具有较高的产品品质。

本实施例中，第一罐系还包括由制冷通道、制冷阀以及制冷源5构成的制冷结构，制冷通道的一端连接制冷源5另一端连接过冷器3，打开制冷通道上的制冷阀，使制冷剂由制冷源5经过制冷通道过注入制冷器中以对过冷器3制冷。

在第一管路与第二管路上还设置有压力表与流量计，用于检测管路上的压力值和流量。

制冷结构中，过冷器3上还设置有压力表和放空口，压力表适于检测过冷器3中制冷剂的压力值，差压液位计一端连接在过冷器3底部，另一端连接在放空口上，用以检测过冷器3中制冷剂的液位差，当过冷器3中制冷剂吸热气化后，可打开放空口上的开关排放气化后的制冷剂。

本实施例对制冷源5不做具体限定，为符合现实情况，本实施例中制冷源5采用液氮罐，制冷剂为液氮。

在第一罐系的第一管路上还设置有第一开关件，第二罐系的第二管路上还设置有第二开关件，本实施例中，第一开关件和第二开关件均采用低温调节阀，通过开启第一管路与第二管路上的低温调节阀，可将液氧与液氮输送至混合罐4中。

本实施例中，第一罐体1与第二罐体2上均设有入口，在入口处安装有开关件与压力表，当压力表检测到第一罐体1与第二罐体2内的压力不足时，可在第一罐体1与第二罐体2的入口处连接增压气瓶对第一罐体1与第二罐体2内进行增压，便于将罐体内液氧与液氮输出。

在混合罐4内还设置有混合器6，第一管路的第一输出口和第二管路的第二输出口均与混合器6相连接，经第一管路输入的液氧与第二管路输入的液氮在混合器6中进行混合均匀。

混合机构还包括搅拌器7和电容液位计，搅拌器7插接在混合罐4内，可对混合罐4内的液氮与液氧搅拌充分，使其混合为液态空气，电容液位计设置在混合罐4内部，其检测部伸入至混合罐4底部，适于检测混合罐4中液态空气的液位高度。

本实施例中，混合罐4在重力方向上开设有多个取样口，在取样口处通过连接管连接有氧气检测件8，取样口与氧气检测件8之间设有开关件，通过控制开关件可检测取样口处液态空气中的氮氧比例。其中一个取样口设置在混合罐4底部，并在连接管上设值有带开关件的输出口，通过控制开关件可将混合罐4中的液态空气输出。

本实施例对氧气检测件8不做具体限定，为符合现实情况，本实施例中氧气检测件8采用氧气分析仪。

本实施例的混合机构中还包括差压液位计，差压液位计的两个检测端一端连接混合罐4顶部，另一端连接混合罐4底部的取样口处，用以检测混合罐4中液态空气的液位。

混合罐4侧壁沿重力方向还设置有多个压力表，适于检测混合罐4内不同高度的液压或气压，当压力表检测到混合罐4中气压过大时，可通过开启顶部设置有开关件开启排气口，将过多汽化的液态空气进行排放。

实施例2

本实施例与上述实施例的区别在于，第一罐体1具有在自增压或外力增压的驱动下沿旁支结构向混合罐4入口一侧输送液氧的旁支输送状态，第二罐体2具有在自增压或外力增压的驱动下沿第二管路以向混合罐4入口一侧输送液氮的第二输送状态。

本实施例中，旁支结构包括旁路支管和旁路开关件，旁路支管一端连接第一罐体1另一端连接混合罐4的入口，旁路开关件设置在旁路支管上，用以控制旁路支管两端的连通。

将第二罐体2中的液氮加压至高于0.37MPa后通过第二管路输送至混合器6中，再打开旁路开关件，将第一罐体1中的液氧通过旁路支管输送至混合器6与加压后的液氮混合为液态空气，这种基于低温液体混配的液空制备系统结构简单、操作方便、使用成本低，混合后的液化介质无杂质，氮氧比例可控，具有较高的产品品质。

实施例3

本实施例提供了一种液空制备方法，本实施例中的液空制备方法采用了实施例1中的基于低温液体混配的液空制备系统，包括：

S1：将混合罐4、第一罐系以及第二罐系建立连接；

S2：第一罐体1内的液氧经由过冷器3降温沿第一管路流向混合罐4入口；

S3：第二罐体2内的液氮沿第二管路流向混合罐4入口；

S4：液氧与液氮在混合罐4内进行混合。

S5：通过氧气分析仪分析混合罐4中液态空气成分比例；

S6；根据分析的结果调节第一开关件和第二开关件的开度。

具有操作方便、使用成本低的优点，混合后的液化介质无杂质，氮氧比例可控，具有较高的产品品质。

实施例4

HA202108975

本实施例提供的液空制备方法与实施例3的区别在于：

S2：第一罐体1内的液氧沿旁支结构流向混合罐4入口。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。