一种低温空气供应装置的制作方法

本发明涉及一种可以连续供应低温空气的装置。

背景技术：

人类在高原、极地等极端低温气候地区的探索不断深入，需要对例如发动机、电器、仪表等设备在极端低温环境下运行进行研究，这在科考、国防等方面具有很大意义。而绝大部分试验由于条件所限，只能在气候温和地区进行。因此，需要一种持续供应低温空气的装置来模拟极端低温环境的空气，如空气温度低于-30℃。

目前，连续供应低温空气有两种方法：①利用制冷循环产生的低温工质与空气换热，把空气冷却到指定温度；②利用已有的制冷剂(如干冰、液氮)经过换热器冷却空气。

利用制冷循环产生低温工质冷却空气的方法，目前市场上已有商业化产品。这些产品操作简单，控制方便，能够把空气冷却到指定的温度，比如-20至-100℃之间。然而，这类产品的价格昂贵，占地面积也很大，结构复杂，难以维护。特别是在使用中，往往会出现冷冻油泄漏、制冷剂泄漏，影响长期供应空气温度和品质。

技术实现要素：

发明目的：针对上述现有技术，提出一种低温空气供应装置，能够为实验室模拟极端低温环境提供低温空气。

发明内容：一种低温空气供应装置，包括空气进口风机、冰水干燥室、低温冷却室、旁路管；

其中，所述冰水干燥室和低温冷却室结构相同，均包括保温箱，所述保温箱内填充有冷却液并设有温度计；在保温箱内竖直设有S型换热管，所述S型换热管的气体入口和气体出口均从保温箱的顶部穿出，在所述S型换热管的底部设有冷凝水排液口，所述冷凝水排液口从保温箱的底部穿出并连接第四阀门；所述保温箱的顶部设有开口并设置顶盖，所述保温箱的底部设有冷却液排液口并连接有第五阀门；所述冰水干燥室中的冷却液为冰水，所述低温冷却室中的冷却液为干冰-乙醇溶液；

所述空气进口风机设置在冰水干燥室的气体入口上，冰水干燥室的气体出口通过管路同时连接第一阀门的一端以及所述旁路管的一端，所述低温冷却室的气体入口连接所述第一阀门的另一端，所述低温冷却室的气体出口以及旁路管的另一端通过管路同时连接第三阀门的一端，所述第三阀门的另一端连接装置出口，所述旁路管上设有第二阀门；在冰水干燥室的气体出口到所述第一阀门的管路上设有温度计，在低温冷却室的气体出口到所述第三阀门的管路上设有温度计。

进一步，所述第三阀门为压力调节阀。

进一步，在所述第三阀门作为装置出口一侧设置压力、温度、流量检测点。

进一步，所述S型换热管固定在保温箱内的支架上。

有益效果：本发明的一种低温空气的供应装置，利用已有制冷剂直接与空气冷却换热，可以把空气冷却到指定温度，连续供应给试验设备，满足试验的需求。同时，该装置方便空气中水分冷凝成液态水后流出，减小换热面结霜对传热的影响。另外，它的成本较低，占据空间很小，结构简单，易于维护。由于没有化学品泄漏的问题，因此供应的空气不会混入杂质，可靠性较高。

附图说明

图1为一种低温空气的供应装置的结构意图。

图2为冰水干燥室、低温冷却室的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步说明。

一种低温空气供应装置，包括空气进口风机1、冰水干燥室2、低温冷却室3、旁路管5。

其中，冰水干燥室2和低温冷却室3结构相同，均包括保温箱23，如图2所示，保温箱23内填充有冷却液17并设有温度计24。在保温箱23内竖直设有S型换热管18，S型换热管18固定在保温箱23内的支架上；S型换热管18的气体入口14和气体出口27均从保温箱23的顶部穿出。在S型换热管18的底部设有冷凝水排液口19，冷凝水排液口19从保温箱23的底部穿出并连接第四阀门20。保温箱23的顶部设有开口并设置顶盖26，保温箱23的底部设有冷却液排液口22并连接有第五阀门21。冰水干燥室2中的冷却液17为冰水，低温冷却室3中的冷却液17为干冰-乙醇溶液。

如图1所示，空气进口风机1设置在冰水干燥室2的气体入口上，冰水干燥室2的气体出口通过管路同时连接第一阀门4的一端以及旁路管5的一端；低温冷却室3的气体入口连接第一阀门4的另一端；低温冷却室3的气体出口以及旁路管5的另一端通过管路同时连接第三阀门7的一端，第三阀门7的另一端连接装置出口，旁路管5上设有第二阀门6。在冰水干燥室2的气体出口到第一阀门4的管路上设有温度计9，在低温冷却室3的气体出口到第三阀门7的管路上设有温度计11，其中第三阀门7为压力调节阀。在第三阀门7作为装置出口一侧设置压力、温度、流量检测点12。

本发明中，冰水干燥室2和低温冷却室3中的冷却液一般选择为相变物质，因此，冰水干燥室2和低温冷却室3在使用中基本保持恒温，也方便运行中的温度调节。冰水干燥室2中的冷却液为冰水，期相变点为0℃；低温冷却室3中的冷却液为干冰-乙醇溶液，其中乙醇为溶剂，干冰为制冷剂，相变点为-78℃，根据所需冷却温度确定在乙醇中添加干冰的量，S型换热管18浸泡在冷却液中。

对于低温冷却室3，打开顶盖26，关闭阀门20和21，加入冰水使其淹没过S型换热管18，然后关闭顶盖26。如果冰水干燥室2的温度计24示数没有达到零度左右或给定温度，再通过保温箱23的开口加入适量冰块或冰水，若液位过高，可以打开第五阀门21从冷却液排液口22放水。在使用中，每隔一段时间须打开第四阀门20排出S型换热管18内的冷凝水，时间长度根据环境空气温度和湿度决定。例如进气温度30℃，相对湿度50％，设计流量1立方米/分钟，可30分钟放一次水。相对湿度越大，环境温度越高，流量越大，应增加放水频率，反之亦然。

对于低温冷却室3，在图2中，打开顶盖26，关闭阀门20和21，加入冷却液使其淹没过S型换热管18，然后关闭顶盖26。如果低温冷却室3的温度计24或图1中的温度计11示数没有达到给定温度，继续通过保温箱23的开口加入适量冷却液，若以干冰-乙醇溶液作为冷却液，可直接投入干冰粉末。若液位过高，可以打开第五阀门21从冷却液排液口22放液。在使用中，由于干冰升华，每隔一段时间须打开顶盖26释放保温箱内的二氧化碳降低压力，或直接使顶盖不完全封闭。

当冷却液装填完之后，打开图1中所示阀门4、6、7，开启风机1；根据监测点12显示的压力或流量、温度，以及温度计9、11的示数，使用阀门7调节流量或压力，阀门4和6调节温度。风机提供装置的进入空气，空气进入干燥室干燥冷却后分为两路，一路空气进入冷却室中，另一路由阀门控制进入旁路。冷却器空气出口与旁路空气汇合，通过流量阀门流出。

对于温度调节，若装置出口温度需要降低，首先阀门7不动，增大阀门4开度并减小6开度，待出口达到指定温度时，将7调节开度至指定流量。对于压力或流量调节，阀门4、6不变，仅调节阀门7开度。

在使用结束后，对于冰水干燥室2和低温冷却室3，打开其顶盖26，并打开阀门21，处理或回收排出的冷却液；恢复室温后，打开阀20，排出冷凝水。亦可打开风机1，吹出S型换热管18和其他管路中的残留水分。

以上所述仅是本发明的优选实施方式。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，做出的改进和润饰也应视为本发明的保护范围。