一种冰粒即时制备装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及冰粒制备技术领域，具体是一种冰粒即时制备装置及其使用方法。

背景技术

冰粒射流技术是一种新型绿色环保磨料射流。传统磨料射流需要消耗大量的磨料，且使用后磨料的回收处理较为复杂和困难。此外，传统磨料会在加工工件表面残留一定量的微细磨粒，因而不适用于清洁度要求较高的场合。冰粒射流技术用冰粒代替铜矿砂/钢丸等传统磨料作为磨料介质，在高速流体的带动下形成高速冰粒射流冲击物体表面实现表面处理，是一种高效、环保、健康的除锈除漆表面处理技术。

在冰粒射流技术中，制备冰粒的方法是冰粒射流的核心技术，冰粒的物理力学性能直接影响冰粒射流时的冲蚀效果，因此，制备合适且稳定的冰粒至关重要，现有制备冰粒常采用机械破冰，机械破冰制备的冰粒粒径不均匀且不稳定，且机械破冰需要的设备多，能耗高。还常采用真空速冷发制备冰粒，但该方法制备的冰粒粘结较为严重，导致冰粒大小不均匀、不稳定。因此急需提出一种冰粒制备装置来提高制备冰粒的均匀性和稳定性。

发明内容

针对现有冰粒制备方法制备的冰粒形状大小不均匀且不稳定，提出一种冰粒即时制备装置及其使用方法，通过对液氮雾化喷头进行优化，使雾化后的液氮在制冰仓分散更均匀，提高冰粒成型的速度，有效避免雾化后的水滴在形成冰粒前相互汇聚在一起，形成体积更大的水滴，以此实现制备的冰粒大小均匀且稳定。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种冰粒即时制备装置，包括水箱、与水箱通过高压管线连通的水雾化喷头、安装有增压阀的自增压液氮罐、与自增压液氮罐通过耐低温液氮管线连通的液氮雾化喷头组、以及制冰仓，高压管线上设置有高压水泵，耐低温液氮管线上设置有液体阀，水雾化喷头和液氮雾化喷头组均固定在制冰仓内部，液氮雾化喷头组包括多个使雾化后的液氮小液滴在制冰仓内部上下方向及圆周方向分散均匀的液氮雾化喷头，制冰仓内壁纵向方向固定有多个与多通道数据采集器连接的低温热电偶，制冰仓底部设置有出冰口。

进一步的，液氮雾化喷头组包括多个上下方向均匀固定在制冰仓中心且朝向各个方向的液氮雾化喷头。

进一步的，液氮雾化喷头组包括多列固定在制冰仓内壁上的液氮雾化喷头，每列液氮雾化喷头均朝向制冰仓中心且每列液氮雾化喷头上下方向均匀分布。

进一步的，高压管线上靠近水雾化喷头的一端固定有给高压管线和水雾化喷头加热的加热器。

进一步的，制冰仓底部设置有上大下小的圆台结构，圆台结构底部正对着出冰口。

进一步的，高压管线上还设置有电磁流量计。

进一步的，制冰仓外壁上固定有保温层。

一种冰粒即时制备装置的使用方法，包括以下步骤：

(1)根据所需制备冰粒的粒径，确定水雾化喷头的尺寸并进行安装；同时向水箱内注入水；

(2)打开低温热电偶和多通道数据采集器，实时监测制冰仓内的温度；打开电磁流量计，实时监测高压管线内的水流量；

(3)打开自增压液氮罐上的增压阀，实现自增压液氮罐的自增压，打开液体阀，自增压液氮罐内的液氮输送至制冰仓内的液氮雾化喷头组雾化成小液滴，小液滴在制冰仓内快速气化吸热，在制冰仓内形成低温空间；

(4)根据低温热电偶和多通道数据采集器对制冰仓内的温度的监测结果，当制冰仓内温度低于设定值时，打开高压水泵，将水流输送至水雾化喷头雾化成小水滴，水滴在制冰仓内的低温空间沉降过程中凝固成冰粒，冰粒从出冰口排出，实现冰粒的制备；

(5)结束制冰时，先关闭自增压液氮罐上的增压阀和液体阀，然后关闭高压水泵和电磁流量计，最后关闭低温热电偶和多通道数据采集器。

进一步的，步骤(4)中制冰仓内温度低于-120℃时，打开高压水泵。

进一步的，步骤(1)还包括：打开加热器，对高压管线和水雾化喷头进行加热，避免高压管线和水雾化喷头冻结；

步骤(5)还包括：关闭高压水泵和电磁流量计后，根据低温热电偶和多通道数据采集器对制冰仓内的温度的监测结果，当制冰仓内温度上升到0℃以上后，关闭加热器，再关闭低温热电偶和多通道数据采集器。

进一步的，步骤(4)还包括：根据低温热电偶和多通道数据采集器反馈的温度，调节液体阀和高压水泵，以此控制液氮和水的流量来调节冰粒的温度和硬度。

本发明的有益效果是：

1.本发明通过将液氮雾化喷头组设置为包括使雾化后的液氮小液滴在制冰仓内部上下方向及圆周方向分散均匀的液氮雾化喷头，通过使雾化后的液氮在制冰仓内部上下方向及圆周方向分散更均匀，提高制冰仓的降温效果并提高雾化后的液氮与雾化后的水滴直接接触概率增大，提高冰粒成型的速度，避免雾化后的水滴在形成冰粒前相互汇聚在一起，形成体积更大的水滴，进而影响制备的冰粒体积变大，导致冰粒体积大小不稳定且不可控，影响后续使用该制备的冰粒进行冰粒射流时的冲蚀效果；同时还提高制冰的效率。

2.本发明中液氮雾化喷头组包括多列固定在制冰仓内壁上的液氮雾化喷头，每列液氮雾化喷头均朝向制冰仓中心且每列液氮雾化喷头上下方向均匀分布，增加液氮雾化喷头数量，提高单位时间制冰仓内雾化液氮小液滴的数量，再次提高制冰仓的降温效果并使雾化后的液氮小液滴与雾化后的水滴直接接触概率增大，提高冰粒成型的速度。

3.本发明中低温热电偶配合多通道数据采集器，可监测制冰仓内的温度；根据低温热电偶和多通道数据采集器反馈的温度，调节液体阀和高压水泵，以此控制液氮和水的流量来调节冰粒的温度和硬度，实现制备不同需求的冰粒。

4.本发明在高压管线上靠近水雾化喷头的一端固定有给高压管线和水雾化喷头加热的加热器，避免高压管线和水雾化喷头冻结，进而避免因高压管线和水雾化喷头冻结造成的停机及维修工作，减少停机和维修成本。

5.本发明中制备冰粒时制冰仓内低于-120℃，在此温度下制备的冰粒硬度高，冰粒之间不易粘结，使得制备的冰粒更加均匀。

6.本发明中可根据所需冰粒大小，选择合适大小的水雾化喷头，制备出所需大小的冰粒，可满足多种需求。

附图说明

图1为本发明实施例一整体结构示意图。

图2为本发明实施例一中制冰仓俯视图。

图3为本发明实施例二中制冰仓剖视图。

图4为本发明实施例二中制冰仓俯视图。

图中，1、水箱；2、高压管线；3、高压水泵；4、电磁流量计；5、加热器；6、水雾化喷头；7、液氮雾化喷头组；8、低温热电偶；9、保温层；10、圆台结构；11、出冰口；12、制冰仓；13、多通道数据采集器；14、耐低温液氮管线；15、自增压液氮罐；16、液体阀；17、增压阀。

具体实施方式

下面结合附图具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于此。

实施例一

如图1所示冰粒即时制备装置结构示意图，冰粒即时制备装置包括水箱1、与水箱1通过高压管线2连通的水雾化喷头6、安装有增压阀17的自增压液氮罐15、与自增压液氮罐15通过耐低温液氮管线14连通的液氮雾化喷头组7、以及制冰仓12，高压管线2上设置有高压水泵3和电磁流量计4，高压水泵3用于输送水，电磁流量计4用于监测高压管线2内的水流量，高压管线2上靠近水雾化喷头6的一端固定有给高压管线2和水雾化喷头6加热的加热器5，避免高压管线2和水雾化喷头6冻结，耐低温液氮管线14上设置有液体阀16，水雾化喷头6和液氮雾化喷头组7均固定在制冰仓12内部，结合图2的制冰仓俯视图，液氮雾化喷头组7包括多个上下方向均匀固定在制冰仓12中心且朝向各个方向的液氮雾化喷头，使雾化后的液氮在制冰仓12内部上下方向及圆周方向分散更均匀，提高制冰仓12的降温效果并使雾化后的液氮小液滴与雾化后的水滴直接接触概率增大，提高冰粒成型的速度，避免雾化后的水滴在形成冰粒前相互汇聚在一起，形成体积更大的水滴，进而影响制备的冰粒体积变大，导致冰粒体积大小不可控，影响后续使用该制备的冰粒进行冰粒射流时的冲蚀效果，制冰仓12内壁纵向方向固定有多个与多通道数据采集器13连接的低温热电偶8，用于监测制冰仓12内的温度，便于根据低温热电偶8和多通道数据采集器13反馈的温度，调节液体阀16和高压水泵3，以此控制液氮和水的流量来调节冰粒的温度和硬度，配合电磁流量计4对水流量的反馈，使控制更为精准，制冰仓12外壁上固定有保温层9，用于将制冰仓12内部和外侧隔开，减少制冰仓12内部和外侧的热量交换，减少能量损失，制冰仓12底部设置有出冰口11，制冰仓12底部设置有上大下小的圆台结构10，圆台结构10底部正对着出冰口11，采用上大下小的结构，便于冰粒的排出。

冰粒即时制备装置的使用方法，包括以下步骤：

(1)根据所需制备冰粒的粒径，确定水雾化喷头6的尺寸并进行安装；同时向水箱1内注入水；并打开加热器5，对高压管线2和水雾化喷头6进行加热，避免高压管线2和水雾化喷头6冻结；

(2)打开低温热电偶8和多通道数据采集器13，实时监测制冰仓12内的温度；打开电磁流量计4，实时监测高压管线2内的水流量；

(3)打开自增压液氮罐15上的增压阀17，实现自增压液氮罐15的自增压，打开液体阀16，自增压液氮罐15内的液氮输送至制冰仓12内的液氮雾化喷头组7雾化成小液滴，小液滴在制冰仓12内快速气化吸热，在制冰仓12内形成低温空间；

(4)根据低温热电偶8和多通道数据采集器13对制冰仓12内的温度的监测结果，当制冰仓12内温度低于-120℃时，打开高压水泵3，将水流输送至水雾化喷头6雾化成小水滴，水滴在制冰仓12内的低温空间沉降过程中凝固成冰粒，冰粒从出冰口11排出，实现冰粒的制备；根据低温热电偶8和多通道数据采集器13反馈的温度，调节液体阀16和高压水泵3，以此控制液氮和水的流量来调节冰粒的温度和硬度；

(5)结束制冰时，先关闭自增压液氮罐15上的增压阀17和液体阀16，然后关闭高压水泵3和电磁流量计4，根据低温热电偶8和多通道数据采集器13对制冰仓12内的温度的监测结果，当制冰仓12内温度上升到0℃以上后，关闭加热器5，最后关闭低温热电偶8和多通道数据采集器13。

实施例二

如图3及图4所示为制冰仓12的另一种结构，在实施例一的基础上，将液氮雾化喷头组7调整为包括多列固定在制冰仓12内壁上的液氮雾化喷头，每列液氮雾化喷头均朝向制冰仓12中心且每列液氮雾化喷头上下方向均匀分布，使雾化后的液氮小液滴在制冰仓12内部上下方向及圆周方向分散更加均匀，同时增加液氮雾化喷头数量，提高单位时间制冰仓12内雾化液氮小液滴的数量，再次提高制冰仓12的降温效果并使雾化后的液氮小液滴与雾化后的水滴直接接触概率增大，提高冰粒成型的速度，避免雾化后的水滴在形成冰粒前相互汇聚在一起，形成体积更大的水滴，进而影响制备的冰粒体积变大，导致冰粒体积大小不可控，影响后续使用该制备的冰粒进行冰粒射流时的冲蚀效果。实施例二中其他结构与实施例一相同，及实施例二采用的冰粒即时制备装置使用方法与实施例一中使用方法相同。

所述实例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。