专利名称：制备氧和氮的液态混合物的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及液体氧和液体氮混合的方法和设备，其中在混合之前进行热交换，液氮部分蒸发而使液氧过冷。更具体地说，本发明涉及这样一种方法和设备，其中液氮在部分蒸发以后发生相分离，所得到的液相与液氧混合以便组成混合物。
现有技术已提供了用于水下和救火的呼吸装置，该装置使用一种与压缩空气不同的合成空气混合物。在这种装置中，液氧和液氮在分开的容器中携带，然后在吸入前被汽化并加热。
如果能提供一种随后能汽化的液体合成混合物，则如上所述的装置将可得到简化。形成混合物的问题是一些液氮将煮掉。煮掉的量(虽然是液氧和液氮输入条件的函数)使所得到的混合物中液氧对液氮的比例一般与形成混合物所提供的液体质量比是不同的。实践中很难预料所得到的混合物的组分，因为很难确定输入的条件。在用以提供液氧和液氮的贮装罐中，虽然可以控制压力，但温度或过冷度会变化。因而紧接在混合前的液体的物理状态以及所得到的混合物的组份都是不知道的。此外，直接混合在不同温度下的液氧和液氮一般将产生一种多泡沫的混合物，这种多泡沫混合物将使液体混合物的灌装和贮存进一步复杂化。
从下面的讨论可知本发明提供了一种方法和设备，其中液氧和液氮通过直接混合形成可供呼吸的液态混合物，混合方式能确保混合物处于可予知的物理状态。
本发明提供了一种混合液氧和液氮形成一种混合物的方法。按照该方法，在液氧和液氮液流之间通过间接热交换形成过冷的液氧流和部分汽化的液氮流，该两种液流基本上处于同一温度。控制液氮的压力使该两液流的温度也被控制得相同。部分汽化的液氮流进行相分离形成液氮相/气氮相。由液态氮相组成的液相流然后就与过冷的液氧流合并以形成混合物。
另一方面，本发明提供了一种用于混合液氧和液氮流形成混合物的装置。该装置包括一个平行流热交换器，该热交换器有分别用于液氧和液氮的第一和第二通道，使它们进行间接热交换，并形成过冷的液氧流及部分汽化的液氮流，两者基本上处于同一温度。该同一温度取决于液氮的压力。一个相分离器连接到平行流热交换器的第二通道用以接收部分汽化的液氮流并形成氮的液相和汽相。有一个装置连接到相分离器并与平行流热交换器的第一通道连通以将包括液氮相的液相流与过冷的液氧流相合并。
另一方面，该平行流热交换器起着使液氧过冷并使氮部分汽化作用。部分汽化的氮的温度将是在给定的或控制的压力下的饱和的氮的温度，液氧的温度也是同样的。由于供应给平行流热交换器的液氮的压力可以精确地控制和置定，单单控制这供应压力就可精确地确定液氧和液氮的混合物的状态。液氧压力只影响液氧的进料速率并且也为这目的而被控制。结果，混合基本上与贮罐内压力以外的其它变化无关。因为液氧和液氮在它们达到平衡之前总不直接混合，所以本发明不会产生难以处理的多泡混合物。
虽然说明书结尾的权利要求书清楚地指出了本发明的主题，相信结合附图
将能更好地理解本发明，附图中唯一的图形是实施本发明的方法的装置示意图。
参看附图，在装置1中分别由贮存在罐14和16内的液氧和液氮组成的液氧流和液氮流10和12合并起来产生产品混合物流18。罐14和16内的压力按本领域已知方式进行控制。如上所述，罐16内的压力控制对确定产品混合物流18的状态尤其重要。
液氧流10和液氮流12流过具有第一和第二通道22和26的平行流热交换器20。液氧流和液氮流10和12之间的总的热交换产生了过冷液氧流24及部分汽化的液氮流26。过冷液氧流24的温度基本上等于部分汽化的液氮流26。在平行流热交换器20内，比液氧较冷的氮部分汽化。
部分汽化的液氮流26被导入到相分离器28产生氮蒸汽相30和液氮相32。然后过冷液氧流与液相流34在三通管36内混合，液相流34是由相分离器28内所产生的液相组成的。较好地，混合三通管36有一个喷咀或小孔以降低过冷液氧流24的压力以诱发液氧和氮的混合。这样的输出液流就是产品混合液流18。产品混合流18可以发送到混合物贮罐40或通过出口管42送出。可以为这些目的而设置截止阀43和44。
可以理解，液氧贮罐14内的压力应大于液氮贮罐16内的压力，因为通过喷咀38时，过冷液氧流24内的压力会损耗。也能够理解，相分离器28不应该存在一个明显的压力降，因为该压力降会阻碍部分汽化的液氮流26的流动。为此目的，提供了一个定量阀46以控制由相分离器28出来的汽相氮的流动。为了精确地测量和控制产品混合物流18的成分，提供了流量计48和50以分别计量过冷液氧流24和液相流34的流量。向应于流量计48和50的读数，提供了定量阀52来调节产品混合物流18的成分。另一种方法是，分析产品混合物流18的成分，然后调节液氧流24或液相流34或者两者均调节，以得到所需要的组分。
正如本领域技术人员所能理解的，有许多用于控制液氧流24和液相流34的混合速率的装置。例如，控制阀52可重新放置至液相流34，或者增加一个附加的控制阀以得到更大的灵活性。
虽然图中没有画出可以在混合三通管36的下流提供了一个静态混合器以在产品混合流18内产生更多的混合。此外，可提供取样以测定产品混合物流18的成分。氧含量的测定值将决定产品流18中的液氮和液氧的比率。
虽然本发明已参照最佳实施例进行了描述，本领域技术人员将可以理解，在不背离本发明的精神和范围的条件下，可以作许多变化，增加和删除。
权利要求
1.一种混合液氧和液氮形成混合物的方法，该方法包括在所述液氧和液氮之间进行间接热交换，形成过冷的液氧流和部分汽化的液氮流，两者基本上处在相同的温度；控制所述液氮的压力以控制所述的相同的温度；将所述部分汽化的液氮流进行相分离以形成液相和汽相的氮；以及将所述液氮相组成的液相流与所述的过冷液氧流合并。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于它还包括控制所述的过冷液氧流和液氮流的流率，从而控制所述混合物的组分。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述液相流与所述的过冷液氧流在混合三通管内混合，所述三通管具有一个喷嘴以降低所述过冷液氧流的压力。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于所述液相流与所述的过冷液氧流在混合三通管内混合，所述三通管具有一个喷嘴以降低所述过冷液氧流的压力。
5.一种混合液氧流和液氮流形成混合物的装置，其特征在于该装置包括一个具有分别供所述液氧流和液氮流使用的第一和第二通道的平行流热交换器，用以使所述的液氧流和液氮流之间进行间接的热交换，从而形成温度基本上相同的过冷液氧流和部分汽化的液氮流，该相同的温度取决于液氮的压力；一个与所述平行流热交换器的第二通道相连接的相分离器，用于接收所述部分汽化的液氮流并形成液相和汽相的氮；以及与所述的相分离器相连接的并与所述的平行流热交换器的第一通道相联通的设备，用于使由所述液氮相组成的液相流与所述的过冷液氧流相合并。
6.如权利要求5所述的装置，其特征还在于其中有一个定量阀插入在所述平行流热交换器的第一通道和所述混合设备之间，以控制所述混合物的组分。
7.如权利要求5所述的装置，其特征还在于所述混合设备包括一个具有喷咀以使所述过冷液氧流压力降低的混合三通管。
全文摘要
一种使液氧和液氮混合形成液体混合物的方法和装置,其中这些液流通过一个平行流热交换器以形成过冷液氧流和部分汽化的液氮流,两者是有相同的温度。部分汽化的液氮在一相分离器内进行相分离形成液氮相和汽相氮。由液态氮组成的液相流与过冷液氧流相混合(较好是在一个混合三通管内)以形成所需要的混合物。
文档编号B01F3/08GK1182867SQ97123169
公开日1998年5月27日 申请日期1997年11月20日 优先权日1996年11月20日
发明者R·C·李 申请人:波克股份有限公司