PL187027B1 - Sposób i urządzenie do wytwarzania ciekłych mieszanin tlenu i azotu - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do mieszania ciekłego tlenu i ciekłego azotu, w którym przed mieszaniem następuje wymiana ciepła w celu częściowego odparowania ciekłego azotu, dla ochłodzenia ciekłego tlenu. Bardziej szczegółowo, przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie, w którym ciekły azot, po jego częściowym odparowaniu, jest rozdzielany fazowo i uzyskana faza ciekła łączona jest z ciekłym tlenem w celu wytworzenia mieszaniny.

187 027

Znana jest aparatura do oddychania, stosowana pod wodą i podczas gaszenia pożarów, w której stosuje się mieszaninę syntetycznego powietrza w przeciwieństwie do sprężonego powietrza. W takich aparatach ciekły tlen i azot przenoszone są w oddzielnych zbiornikach a następnie odparowywane i ogrzewane przed inhalacją.

Taka wcześniej opisywana aparatura, byłaby mniej skomplikowana, gdyby można było stosować ciekłą syntety<^;zn^ mieszaninę, która mogłaby być następnie odparowywana. Problem wytwarzania takiej mieszaniny polega na tym, że nieco ciekłego azotu będzie się wygotowywało. Ponieważ ilość tego wyparowanego azotu jest zależna od działania wlotu ciekłego tlenu i ciekłego azotu, to stosunek ciekłego tlenu do ciekłego azotu w uzyskanej mieszaninie będzie zwykle różny od proporcji masowych cieczy zasilających używanych w celu wytworzenia mieszaniny. Praktycznie trudno jest przewidzieć skład uzyskanej mieszaniny ponieważ trudno jest zabezpieczyć stan wlotów. W zbiornikach magazynowych stosowanych do zasilania ciekłego tlenu i ciekłego azotu choć możliwe jest regulowanie ciśnienia, to temperatura lub stopień ochłodzenia będą się zmieniać. W ten sposób, stan fizyczny cieczy bezpośrednio przed zmieszaniem i skład uzyskanej mieszaniny pozostają nieznane. Dodatkowo, bezpośrednie mieszanie ciekłego tlenu i ciekłego azotu, znajdujących się w różnych temperaturach, będzie dawać zwykle pieniącą się mieszaninę, co prowadzi do dalszych komplikacji w napełnianiu i składowaniu ciekłej mieszaniny.

Wynalazek przedstawia sposób i urządzenie, w którym mogą być wytwarzane nadające się do oddychania mieszaniny, przez bezpośrednie mieszanie ciekłego tlenu i ciekłego azotu w sposób, który zapewnia określony przewidziany stan mieszaniny.

Wynalazek zapewnia sposób mieszania ciekłego tlenu i ciekłego azotu do postaci mieszaniny. Zgodnie z tym sposobem, między strumieniami ciekłego tlenu i ciekłego azotu ciepło przenoszone jest pośrednio, dając ochłodzony strumień ciekłego tlenu i strumień częściowo odparowanego azotu, oba zasadniczo o tej samej temperaturze. Kontrolowane jest ciśnienie ciekłego azotu, tak, że kontrolowane są też te same temperatury. Strumień częściowo odparowanego ciekłego azotu rozdziela się fazowo do postaci fazy ciekłej i fazy gazowej azotu. Strumień fazy ciekłej, stanowiący ciekły azot, łączy się następnie z ochłodzonym strumieniem ciekłego tlenu i tworzy się mieszaninę.

Dodatkowo reguluje się przepływ strumienia ochłodzonego ciekłego tlenu i strumienia azotu dla regulowania składu mieszaniny.

Mieszanie strumienia fazy ciekłej ze strumieniem ochłodzonego ciekłego tlenu prowadzi się w trójniku mieszającym, posiadającym dyszę do obniżania ciśnienia strumienia ochłodzonego ciekłego tlenu.

W innym wariancie wykonania, wynalazek dotyczy urządzenia do mieszania strumieni ciekłego tlenu i ciekłego azotu do postaci mieszaniny. Urządzenie zawiera równoległy przepływowy wymiennik ciepła, posiadający pierwsze i drugie przejście odpowiednio dla ciekłego tlenu i ciekłego azotu, do poddawania cieczy pośredniej wymianie ciepła dla uzyskanego strumienia ochłodzonego ciekłego tlenu i strumienia częściowo odparowanego azotu, oba zasadniczo o tej samej temperaturze. Ta sama temperatura zależna jest od ciśnienia ciekłego azotu. Do drugiego przejścia równoległego wymiennika ciepła podłączony jest rozdzielacz faz dla strumienia częściowo odparowanego ciekłego azotu i dla ciekłej i gazowej fazy azotu.

Do rozdzielacza faz i w połączeniu z pierwszym przejściem równoległego wymiennika ciepła, podłączony jest element do łączenia strumienia ciekłej fazy, składającej się z ciekłego azotu i strumienia ochłodzonego ciekłego tlenu.

Między pierwszym przejściem równoległego przepływowego wymiennika ciepła i elementem do łączenia umieszczony jest zawór regulujący do sterowania składem kompozycji mieszaniny. Element do łączenia stanowi trójnik mieszający wyposażony w dyszę do powodowania spadku ciśnienia strumienia ochłodzonego tlenu.

Równoległy wymiennik ciepła z jednej strony powoduje ochłodzenie ciekłego tlenu oraz powoduje częściowe odparowanie azotu. Temperatura częściowo odparowanego azotu stanowi temperaturę nasyconego azotu pod danym lub regulowanym ciśnieniem, jak też temperaturę ciekłego tlenu. Ponieważ ciśnienie ciekłego azotu zasilanego do równoległego przepływowego wymiennika ciepła może być dokładnie mierzone i nastawiane, kontrola jedynie takiego

187 027 węzła ciśnienia będzie dokładnie określała stan mieszaniny ciekłego tlenu i ciekłego azotu. Ciśnienie ciekłego tlenu będzie wpływało jedynie na szybkość zasilania ciekłego tlenu a zatem może być w tym celu kontrolowane. W rezultacie, mieszanie jest zasadniczo niezależne od zmian parametrów innych niż ciśnienie w zbiornikach magazynowych. Ponieważ ciekły tlen i ciekły azot nigdy nie są mieszane bezpośrednio przed ich doprowadzeniem do stanu wyrównania, według wynalazku nie utworzy się trudna do przetwarzania pienista mieszanina.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym przedstawiony jest schemat urządzenia do realizacji sposobu według wynalazku.

Na rysunku przedstawiono aparaturę 1, w której strumienie ciekłego tlenu i ciekłego azotu 10 i 12, pobrane odpowiednio ze zbiorników magazynowych 14 i 16 ciekłego tlenu i ciekłego azotu, łączone są w celu wytworzenia strumienia produktu w postaci mieszaniny 18. W obrębie zbiorników magazynowych 14 i 16 ciśnienie reguluje się w znany sposób. Ciśnienie w obrębie zbiornika 16 jest szczególnie krytyczne dla określenia stanu strumienia produktu stanowiącego mieszaninę 18.

Strumień ciekłego tlenu 10 i strumień ciekłego azotu 12 płyną przez równoległy przepływowy wymiennik ciepła 20, posiadający pierwsze i drugie przejście 22 i 26. Uzyskana wymiana ciepła prowadzona między strumieniami ciekłego tlenu i ciekłego azotu 10 i 12 daje strumień ochłodzonego ciekłego tlenu 24 i strumień częściowo odparowanego ciekłego azotu 26. Strumień ochłodzonego ciekłego tlenu 24 posiada temperaturę zasadniczo równą temperaturze strumienia częściowo odparowanego ciekłego azotu 26. W równoległym przepływowym wymienniku ciepła 20 azot częściowo odparowuje gdyż jest chłodniejszy niż ciekły tlen.

Strumień częściowo odparowanego ciekłego azotu 26 wprowadza się do rozdzielacza faz 28, w celu utworzenia fazy par azotu 30 i fazy ciekłego azotu 32. Strumień ochłodzonego ciekłego tlenu łączy się w mieszającym trójniku 36 ze strumieniem cieczy 34, składającej się z fazy ciekłej wytworzonej w separatorze faz 28. Korzystnie trójnik mieszający 36 posiada dyszę lub otwór 38 do obniżania ciśnienia strumienia ochłodzonego tlenu 24, aby wywołać mieszanie ciekłego tlenu i azotu. Wyjście takiego strumienia stanowi strumień produktu w postaci mieszaniny 18. Strumień produktu w postaci mieszaniny 18 może być skierowany do zbiornika magazynowego mieszaniny 40, lub może być odprowadzany przez wylot 42. W tym celu aparaturę można wyposażyć w zawory odcinające 43 i 44.

Jak to może być stwierdzone, ciśnienie w zbiorniku magazynowym ciekłego tlenu 14 powinno być wyższe niż w zbiorniku magazynowym ciekłego azotu 16, ponieważ na drodze strumienia ochłodzonego ciekłego tlenu 24 następuje utrata ciśnienia, w czasie jego przechodzenia przez dyszę 38. Może być także stwierdzone, że w rozdzielaczu faz nie powinien następować duży spadek ciśnienia, gdyż mogłoby to hamować przepływ strumienia częściowo odparowanego azotu 26. W tym celu przewidziano zawór regulujący 46 do regulacji przepływu fazy par azotu z separatora faz 28. Aby dokładnie mierzyć i sterować wytwarzanie strumienia produktu w postaci mieszaniny 18, przewidziano odpowiednio przepływomierze 48 i 50 do pomiaru przepływu strumienia ochłodzonego ciekłego tlenu 24 i strumienia fazy ciekłej 34. W powiązaniu z odczytami przepływomierzy 48 i 50, przewidziano zawór regulujący 52 do sterowania wytwarzania strumienia produktu w postaci mieszaniny 18. Alternatywnie, można skład strumienia produktu w postaci mieszaniny 18 poddawać analizie i przystosowywać szybkości przepływu jednego lub obu strumieni: strumienia ciekłego tlenu 24 i strumienia ciekłej fazy 34 w celu uzyskania pożądanego składu.

Jak to może być stwierdzone przez fachowców, istnieje szereg sposobów do kontrolowania proporcji mieszania strumienia ciekłego tlenu 24 i strumienia ciekłej fazy 34.

Na przykład, zawór sterujący 52 może być przeniesiony do strumienia fazy ciekłej 34, lub też dla większej elastyczności może być zamieszczony dodatkowy zawór sterujący.

Chociaż nie jest to przedstawione, za trójnikiem mieszającym 36 może być przewidziany mieszalnik statyczny, aby zapewnić lepsze zmieszanie w obrębie strumienia produktu w postaci mieszaniny 18. Pomiar zawartości tlenu będzie określał proporcje ciekłego azotu i ciekłego tlenu w obrębie strumienia produktu 18.

Chociaż wynalazek został opisany w odniesieniu do korzystnego przykładu wykonania, zrozumiałe jest, że szereg zmian można zrealizować bez zmiany istoty wynalazku.

187 027

187 027

i

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 2,00 zł.

Claims (7)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób mieszania ciekłego tlenu i ciekłego azotu do postaci mieszaniny, znamienny tym, że pośrednio wymienia się ciepło pomiędzy strumieniami ciekłego tlenu i ciekłego azotu i otrzymuje się strumień ochłodzonego tlenu i strumień częściowo odparowanego ciekłego azotu, oba o zasadniczo jednakowej temperaturze, reguluje się ciśnienie ciekłego azotu, tak, że zarazem reguluje się tę jednakową temperaturę, rozdziela się fazowo strumień częściowo odparowanego ciekłego azotu na fazę ciekłą i fazę gazową azotu, po czym łączy się strumień fazy ciekłej składający się z fazy ciekłego azotu ze strumieniem ochłodzonego ciekłego tlenu.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że dodatkowo reguluje się przepływ strumienia ochłodzonego ciekłego tlenu i strumienia azotu dla regulowania składu mieszaniny.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że mieszanie strumienia fazy ciekłej ze strumieniem ochłodzonego ciekłego tlenu prowadzi się w trójniku mieszającym, posiadającym dyszę do obniżania ciśnienia strumienia ochłodzonego ciekłego tlenu.
4. 4. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że mieszanie strumienia fazy ciekłej ze strumieniem ochłodzonego ciekłego tlenu prowadzi się w trójniku mieszającym, posiadającym dyszę do obniżania ciśnienia strumienia ochłodzonego ciekłego tlenu.
5. 5. Urządzenie do mieszania strumieni ciekłego tlenu i ciekłego azotu do postaci mieszaniny, znamienne tym, że zawiera:

   równoległy przepływowy wymiennik ciepła, posiadający pierwsze i drugie przejście odpowiednio dla ciekłego tlenu i ciekłego azotu, do poddawania strumieni ciekłego tlenu i ciekłego azotu pośredniej wymianie ciepła dla uzyskanego ochłodzonego strumienia ciekłego tlenu i strumienia częściowo odparowanego ciekłego azotu, oba o zasadniczo jednakowej temperaturze, zależnej od ciśnienia ciekłego azotu, rozdzielacz faz, połączony z drugim przejściem równoległego przepływowego wymiennika ciepła dla strumienia częściowo odparowanego ciekłego azotu i dla ciekłej i gazowej fazy azotu oraz element połączony z separatorem faz i połączony z pierwszym przejściem równoległego przepływowego wymiennika ciepła do łączenia strumienia fazy ciekłej, zawierającego fazę ciekłego azotu z ochłodzonym strumieniem ciekłego tlenu.
6. 6. Urządzenie według zastrz. 5, znamienne tym, że między pierwszym przejściem równoległego przepływowego wymiennika ciepła i elementem do łączenia umieszczony jest zawór regulujący do sterowania składem kompozycji mieszaniny.
7. 7. Urządzenie według zastrz. 5, znamienne tym, że element do łączenia stanowi trójnik mieszający wyposażony w dyszę do powodowania spadku ciśnienia strumienia ochłodzonego tlenu.