УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ГРАНУЛ СУХОГО ЛЬДА

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности, к устройствам по изготовлению гранул сухого льда различных диаметров и может найти применение при использовании устройств очистки поверхностей.
Известны устройства, используемые для очистки поверхностей от загрязнений, в которых средства для получения гранул сухого льда встроены в корпус устройства. Устройства имеют бункер с брикетом сухого льда, размещенный под смесительной камерой, при этом для получения частиц сухого льда нужного размера используют фрезу с электроприводом, установленную между смесительной камерой и бункером (авторские свидетельства СССР SU903097, 1982; SU1177144, 1984; SU1240412, 1986).
К недостаткам этих устройств относится то, что для получения гранул сухого льда нужно вначале получить брикет сухого льда, который потом должен быть установлен в устройство. Брикет имеет ограниченные размеры, определяемые размером бункера, вследствие чего работу средства для получения гранул сухого льда приходится часто останавливать для установки нового брикета, что снижает производительность.
Известны также сходные устройства, в которых вместо брикета сухого льда используют жидкую углекислоту, помещаемую во встроенный в устройство сосуд Дьюара или находящуюся во внешнем сосуде. Жидкая углекислота при подаче ее в камеру адиабатического расширения преобразуется в твердую фазу, которая используется для очистки
поверхности (авторское свидетельство СССР SU 13 80923, 1986, заявка Японии JP2001277116, 2001).
Известно устройство для очистки поверхностей ледяными гранулами, оснащенное холодильной установкой и механизмом транспортирования обрабатывающей среды, который снабжен сепаратором и расположен горизонтально между холодильной установкой и бункером, сообщенными между собой трубопроводами для отвода паров хладагента и его циркуляции (SU1375433, 1988).
К недостаткам описанных выше устройств относится то, что получаемые гранулы сухого льда имеют малую плотность, что в дальнейшем отрицательно сказывается на процессе очистки поверхности. Кроме того, как и в случае получения гранул измельчением блока сухого льда, происходит потеря углекислоты, вследствие того, что некоторый процент материала идет на образование слишком мелких гранул, не пригодных для пескоструйной обработки, для которой предназначены получаемые гранулы.
2
Ближайшим аналогом полезной модели является аппарат для формирования гранул сухого льда высокой плотности, в котором углекислый газ (CO), находящийся в жидкой фазе, вводят под давлением в цилиндр с поршнем. Кристаллы углекислого газа формируются в цилиндре и обжимаются поршнем для формирования блока сухого льда, который под воздействием высокого давления, создаваемого поршнем, экструдируется через фильеры матрицы. За матрицей расположена пластина с отверстиями, оси которых не параллельны осям фильер матрицы. В результате последовательного экструдирования через фильеры матрицы, а затем отверстия пластины, получают гранулы сухого льда (твердой фазы углекислого газа) высокой плотности с неровными гранями для
последующего их использования в криогенном аппарате очистки поверхностей (международная заявка W08603707, В24С 1/00, 1986).
2
К недостаткам ближайшего аналога относится то, что в нем не предусмотрены средства, позволяющие уменьшить нагрев жидкого СО в процессе его транспортирования к цилиндру.
2
Задачей настоящей полезной модели является упрощение устройства при обеспечении высокой производительности получения гранул сухого льда (СО) большой плотности.
2
2
2
2
2
2
2
Поставленная задача решается за счет того, что устройство для получения гранул сухого льда содержит двигатель с редуктором, который связан с поршнями одного, двух или более рабочих цилиндров, имеющих форсунки для впрыска углекислого газа в жидкой фазе (жидкий СО) и матрицы с фильерами для образования гранул, при этом устройство снабжено теплообменником, выполненным в виде полого трубчатого корпуса, внутри которого расположена спираль из трубки, один конец которой предназначен для подсоединения к внешней емкости с жидким СО, а другой конец трубки соединен с форсункой для впрыска жидкого СО в рабочий цилиндр, при этом на поршнях рабочих цилиндров установлено кольцо с каналами для прохода газообразного СО, кроме того, цилиндры дополнительно сообщены с полостью трубчатого корпуса теплообменника для перетекания в него газообразного СО и омывания им внешней поверхности спирали из трубки с жидким СО, а трубчатый корпус теплообменника сообщен также с внешней средой для выхода газообразного СО. Рабочие цилиндры устройства установлены над теплообменником.
Техническим результатом от использования полезной модели является обеспечение высокой производительности получения гранул сухого льда
2
2
2
2
2
(СО) большой плотности при относительной простоте и компактности устройства. Достижение технического результата обусловлено введением в его конструкцию теплообменника, в котором газообразный углекислый газ используется для охлаждения жидкого СО, поступающего в рабочие цилиндры. В рабочих цилиндрах часть жидкого СО, не преобразованного в гранулы, переходит в газообразное состояние и из рабочих цилиндров попадает в трубчатый корпус теплообменника, «омывая» медную трубку или трубки (в случае двух рабочих цилиндров) с жидким углекислым газом и поддерживая низкую температуру жидкого СОз. В конструкции устройства использованы рабочие цилиндры, поршень которых выполнен с кольцом, имеющим отверстия, позволяющие газообразному СО перетекать при прямом ходе поршня в запоршневое пространство, также предусмотрен канал, обеспечивающий возможность поступления газообразного СО в теплообменник, а затем выход его в атмосферу. Расположение рабочих цилиндров над теплообменником позволяет получить дополнительный результат - компактность конструкции.
2
2
2
Теплообменник позволяет уменьшить нагрев жидкого СО во время его прохождения от внешней емкости до рабочих цилиндров. Производительность устройства и увеличение выхода гранул повышается вследствие того, что при более низкой температуре жидкого СО, поступающего в рабочие цилиндры, большая часть жидкого СО преобразуется в твердую фазу.
При проведении патентных исследований на уровне техники не выявлены технические решения, идентичные заявленному, следовательно, полезная модель соответствует критерию патентоспособности «новизна».
Полезная модель поясняется чертежами, на которых изображено:
на фиг.1 - устройство по изготовлению гранул сухого льда, вид сбоку;
на фиг.2 - то же, вид сверху.
Устройство по изготовлению гранул сухого льда содержит электрический двигатель 1, редуктор 2, теплообменник 3 с полым трубчатым корпусом и один рабочий цилиндр или два одинаковых рабочих цилиндра 4 и 5, работающих в противофазе. Предпочтительное выполнение устройства - с двумя рабочими цилиндрами.
2
2
Рабочий цилиндр 4 (и/или 5) имеет поршень, на внешней поверхности которого установлено кольцо с каналами для прохода газообразного СО. Запоршневое пространство цилиндра, куда поступает газообразный СО, сообщено каналом с полостью трубчатого корпуса теплообменника. Рабочие цилиндры 4 и 5 установлены над теплообменником.
2
2
2
В теплообменнике 3 внутри его трубчатого корпуса, выполненного из нержавеющей стали, расположена спираль, образованная медной трубкой, одним концом подсоединенной к внешней емкости с жидким СО. Если в конструкции устройства использованы два рабочих цилиндра, внутри теплообменника располагают две спирали из медной трубки. По упомянутым медным трубкам жидкий СО, подаваемый из внешней емкости, поступает в рабочие цилиндры 4 и 5. Другой конец медной трубки, подведенный к рабочему цилиндру (рабочим цилиндрам), подсоединен к форсунке (форсункам) для впрыска жидкого СО в полость цилиндра 4 и/или 5.
2
Внутренняя полость трубчатого корпуса теплообменника, как указывалось выше, сообщенная в верхней части посредством канала с запоршневым пространством рабочих цилиндров, в нижней части сообщена с атмосферой (для выхода CO).
Работа устройства по изготовлению гранул сухого льда осуществляется следующим образом.
При запуске электрического двигателя 1 обеспечивается ход поршней в рабочих цилиндрах 4 и 5 за счет их связи с редуктором 2, соединенного с двигателем 1 ременной передачей. Поршни двух рабочих цилиндров 4 и 5 работают в противофазе.
2
2
2
2
Жидкий СО под давлением в 23 атм. подается из внешней емкости в теплообменник 3, проходит через спираль теплообменника и попадает в форсунку, расположенную на входе в рабочий цилиндр. В результате происходит адиабатическое расширение жидкого СО, так как давление в цилиндре существенно ниже давления жидкого СО и составляет 1 атм. За счет резкого увеличения объема происходит понижение температуры СО и превращение его в снег. Далее при прямом ходе поршня цилиндра 4 и цилиндра 5 снег уплотняется и продавливается через фильеры матрицы, которая находится на выходе из цилиндра. В результате происходит образование гранул сухого льда большой плотности.
2
2
Газообразный СО через каналы колец поршней цилиндров 4 и 5 поступает в запоршневое пространство, из которого перетекает в трубчатый корпус теплообменника и, омывая медную трубку с жидким СО, поддерживает его низкую температуру.
Готовые гранулы сухого льда из цилиндра попадают в емкости для хранения и транспортировки.