способ получения потока ледяных гранул

Формула изобретения

1 Способ получения потока ледяных гранул путем смешения в газовом потоке хладагента и жидкости, капли которой при этом кристаллизируют в ледяные гранулы, отличающийся тем, что процесс осуществляют в два этапа, на первом проводят смешение газового потока и струй хладагента с частичным его испарением и распыление жидкости в виде факела мелкодисперсных капель, а на втором смесью первых двух компонентов обдувают факел третьего компонента с образованием потока ледяных гранул.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к холодильной технике, а именно к способам замораживания жидких капель для получения потока ледяных гранул.

Способы получения ледяных гранул находят широкое применение в современных методах обработки материалов в радиоэлектронной, медицинской и химической отраслях промышленности.

Конструктивно способы получения потока ледяных гранул выполняют в виде устройств, обеспечивающих распыление жидкости (различного типа форсунки и распылители) и замораживание образовавшихся капель в ледяные гранулы, поток которых направляют на обрабатываемые поверхности для их замораживания или придания им нужной чистоты.

Применяют и чисто механические способы получения ледяных гранул с помощью соскабливания ножами с поверхности льда. Широко распространены способы получения потока ледяных гранул с помощью струйных эффектов, т.к. они не используют механически вращающихся элементов, что повышает их надежность.

Известен способ получения потока ледяных гранул (а.с. СССР N 1663349, кл. F 25 C 1/00, 1991) в охладителе-кристаллизаторе путем распыления жидкости горизонтальными дисками, вращаемыми вертикальным валом, совместно с вентиляторным колесом, которое обеспечивает обдув капель холодным воздухом.

Однако данный способ недостаточно надежен в эксплуатации из-за применения привода с вращающимися элементами и не обеспечивает стабильности размеров ледяных гранул и расходных параметров из-за возможного образования наледей на распылительных дисках.

Известен также способ получения потока ледяных гранул (а.с. СССР N 1265443, кл. F 25 C 1/25, 1985) путем смешивания в газовом потоке хладагента и жидкости, капли которой при этом кристаллизируют в ледяные гранулы, которые направляют на обрабатываемую поверхность.

Данный способ осуществляют подачей сжатого воздуха в сопло для разгона его до сверхзвуковой скорости, что обеспечивает распад жидкости при впрыскивании ее в поток воздуха на капли. Для кристаллизации капель в сверхзвуковой поток воздуха одновременно впрыскивают хладагент.

Недостатком данного способа является необходимость разгона потока газа до сверхзвуковой скорости, что сопровождается нежелательными гидродинамическими и шумовыми эффектами. Кроме того, изготовление сверхзвукового сопла сопряжено с технологическими трудностями, связанными с обеспечением высокой чистоты и сложностью конфигурации проточных поверхностей. Недостатком данного способа также является узкий диапазон изменения расходов газового потока. Изготовление сопла с изменяющимися размерами проточной части для обеспечения изменения расхода газа в широком диапазоне значительно усложняет и удорожает конструкцию устройства.

Целью изобретения является улучшение эксплуатационных качеств процесса получения потока ледяных гранул.

Поставленная цель достигается тем, что в отличие от известного способа получения потока ледяных гранул процесс осуществляют в два этапа. На первом проводят смешивание газового потока и струй хладагента с частичным его испарением и распыление жидкости в виде факела мелкодисперсных капель, а на втором смесью первых двух компонентов обдувают факел третьего компонента с образованием потока ледяных гранул последнего.

При исследовании предложения на критерий существенных отличий не были выявлены технические решения, аналогичные отличительной части формулы.

На чертеже изображена принципиальная схема устройства, реализующего предложенный способ получения потока ледяных гранул.

Устройство содержит теплоизолированную емкость 1 с хладагентом 2, например жидким азотом. По трубопроводу 3 хладагент подают в дроссельное устройство 4, которое обдувают потоком газа, поступающего по каналу 5 в емкость 6. На выходном срезе смесителя 6 установлена форсунка 7, в которую по трубопроводу 8 подают жидкость. Смеситель 6 завершается диффузором 9 для ускорения потока ледяных гранул 10.

Работа устройства по предлагаемому способу осуществляется следующим образом.

Хладагент 2, например жидкий азот, залитый в емкость 1, находится под давлением своих паров, образующихся за счет внешних теплопритоков. По трубопроводу 3 хладагент 2 вытесняется в дроссельное устройство 4, из которого он вытекает в виде струй с испарением части хладагента при этом. Парожидкостные струи хладагента 2 в смесителе 6 обдувают потоком газа например, воздуха, подаваемого по каналу 5, что приводит к интенсивному испарению хладагента. В результате образуется низкотемпературная смесь азота и воздуха (температура смеси регулируется изменением расхода воздуха или жидкого хладагента). Эту смесь направляют на факел капельной жидкости (например, воды), истекающей из форсунки 7, в которую под давлением подают жидкость по трубопроводу 8. При этом происходит замораживание капель воды в ледяные гранулы, поток 10 которых, подхваченный смесью азота и воздуха, ускоряется в диффузоре 9. Скоростной поток ледяных гранул 10 из диффузора 9 направляют на обрабатываемую поверхность.

Предлагаемый способ получения потока ледяных гранул позволяет:

а) упростить конструкцию и технологию изготовления устройства, т.к. не используется сверхзвуковое сопло;

б) улучшить регулирование параметров процесса (изменять размеры ледяных гранул и их расход) за счет возможности плавного изменения расхода газа, жидкости и хладагента во время работы установки;

в) изменять форму и размеры гранул путем использования быстросъемных насадок-диффузоров;

г) обеспечить изготовление устройства в виде автономного моноблока;

д) осуществлять постоянный визуальный контроль параметров процесса с помощью стандартных средств измерения (манометры, расходомеры, термометры).

В настоящее время разработана технологическая документация, по которой изготовлен опытный образец устройства, реализующего предложенный способ получения потока ледяных гранул.

Устройство прошло с положительным результатом исследовательские испытания, после чего было передано на испытания в промышленных условиях.

Реализация предложенного способа получения потока ледяных гранул позволяет внедрить в производство новую технологию (ноу-хау) для обработки поверхностей в радиоэлектронной и медицинской отраслях промышленности.