CN116989499A - 热喷涂用二氧化碳冷却*** - Google Patents

Abstract

本发明公开一种热喷涂用二氧化碳冷却***，包括：液态二氧化碳罐体及冷却介质混合器，液态二氧化碳罐体的顶部设有罐体上方出口，液态二氧化碳罐体的底部设有罐体下方出口及罐体下方入口，冷却介质混合器包括：混合器本体、设于混合器本体的第一入口、第二入口以及混合器出口，混合器出口与冷却介质使用端通过冷却管路相连接；罐体下方出口与罐体下方入口之间通过管路相连通以形成液态二氧化碳回路，液态二氧化碳回路上设有低温泵，液态二氧化碳回路中引出有液态二氧化碳支路，液态二氧化碳支路与冷却介质混合器的第一入口相连接；罐体上方出口与冷却介质混合器的第二入口通过气态二氧化碳管路相连接。

Description

热喷涂用二氧化碳冷却***

技术领域

本发明涉及冷却技术领域，具体地说，涉及一种二氧化碳冷却***。

背景技术

工件在热喷涂过程中，通常伴随有较高的升温现象，为了保证工件的各种性能，需要对工件进行急速冷却，现有技术中，多使用压缩空气或者氮气对工件进行吹扫，但是这两种气体的冷却效果并不尽如人意。

液态二氧化碳也是一种优良的冷却介质，但是二氧化碳储罐里面储存的液态二氧化碳是集中在罐体的下方，罐体的上方是气态的二氧化碳。液态二氧化碳在管道中流通时，如果压力下降，会导致液态二氧化碳迅速变成固态，从而冻结在管道中，导致管道堵塞，再次使用时无法获得需要的液态二氧化碳。

另外，当液态二氧化碳在低温泵的带动下从罐体下方流出，然后回到罐体下方，形成了一个流动的二氧化碳回路，这样这个回路中的液态二氧化碳是流动的，不会冻结。但是由于低温泵的存在，相当于一个缓慢的增压泵，罐体内的压力就会升高，当压力到一定程度，管子自身的安全阀就会起跳，把罐体上方的气态二氧化碳排出，降低罐体内部的压力，从而造成浪费。

此外，虽然液态二氧化碳的冷却效果非常好，但是却难以精确地控制工件的冷却效果。

如中国专利申请202211487957.4公开的一种可调温的CO₂自冷缓冲罐装置，该自冷缓冲罐装置包括：罐体、与罐体的进口连通的液态二氧化碳储罐、与罐体的出口连通的流通管、用于向罐体加热的温控器，以及连接于罐体的出口与进口之间散热单元；散热单元用于降低罐体内二氧化碳的温度。然而该专利公开的自冷缓冲罐装置具有以下缺点和不足：(1)、无法解决液态二氧化碳在压力升高条件下的冻结问题，极易造成液态二氧化碳的浪费；(2)、无法精确地实现冷却效果的精准控制。

因此，提供一种冷却效率高、冷却效果精确可控的热喷涂用二氧化碳冷却***成为业内急需解决的问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种热喷涂用二氧化碳冷却***，可有效避免液态二氧化碳容易冻结的缺陷，并实现冷却效果的精确控制。

本发明提供一种热喷涂用二氧化碳冷却***，包括：液态二氧化碳罐体，液态二氧化碳罐体的上方集中有气态二氧化碳，液态二氧化碳罐体的下方集中有液态二氧化碳，液态二氧化碳罐体的顶部设有罐体上方出口，液态二氧化碳罐体的底部设有罐体下方出口及罐体下方入口，其特征在于，还包括冷却介质混合器，冷却介质混合器包括：混合器本体、设于混合器本体的第一入口、第二入口以及混合器出口，混合器出口与冷却介质使用端通过冷却管路相连接；罐体下方出口与罐体下方入口之间通过管路相连通以形成液态二氧化碳回路，液态二氧化碳回路上设有低温泵，液态二氧化碳回路中引出有液态二氧化碳支路，液态二氧化碳支路与冷却介质混合器的第一入口相连接；罐体上方出口与冷却介质混合器的第二入口通过气态二氧化碳管路相连接。

其中，低温泵是一种在低温下工作的泵，具体一定的增压效果，用于驱动液态二氧化碳流动。

可选地，在液态二氧化碳回路中，自罐体下方出口至罐体下方入口的管路上依次设有出口开关阀、低温泵、支路开关阀以及入口开关阀，低温泵与支路开关阀的管路之间引出液态二氧化碳支路。

可选地，还包括液氮罐体，冷却介质混合器的混合器本体还设有第三入口，液氮罐体的出口与冷却介质混合器的第三入口通过氮气管路相连接。

可选地，在气态二氧化碳管路中，自罐体上方出口与冷却介质混合器的第二入口之间依次设有第一调压阀、第一电子压力表以及第一质量流量计，其中，第一调压阀用于调节液态二氧化碳罐体中输出气态二氧化碳的压力，第一电子压力表用于实时监测气态二氧化碳管路中的气态二氧化碳的压力，第一质量流量计用于控制进入冷却介质混合器中的气态二氧化碳的流量。

可选地，在氮气管路中，自液氮罐体的出口与冷却介质混合器的第三入口之间依次设有第二调压阀、第二电子压力表以及第二质量流量计，其中，第二调压阀用于调节液氮罐体中输出氮气的压力，第二电子压力表用于实时监测氮气管路中的氮气的压力，第二质量流量计用于控制进入冷却介质混合器中的氮气的流量。

可选地，液态二氧化碳支路设定为固定口径的管路，液态二氧化碳支路上设有第三电子压力表以及第一自动调节阀，第三电子压力表用于实时监测液态二氧化碳支路中的液态二氧化碳的压力，第一自动调节阀用于调控在设定压力范围下进入冷却介质混合器中的液态二氧化碳的流量。

可选地，冷却管路上设有第四电子压力表以及第二自动调节阀，第四电子压力表用于实时监测冷却管路中的冷却介质的压力，第二自动调节阀用于调控输送至冷却介质使用端的冷却介质的流量。

其中，每个调压阀的作用都在于调节压力，在输入压力一定的情况下，阀门的输出压力是可调的。每个电子压力表的压力范围为0～100Bar。

可选地，还包括PLC控制装置，PLC控制装置与第一电子压力表、第二电子压力表、第三电子压力表、第四电子压力表、第一质量流量计、第二质量流量计、第一自动调节阀以及第二自动调节阀通信连接，以根据获取的实时压力数值，从而分别调整液态二氧化碳、气态二氧化碳以及氮气的流量。

可选地，还包括设于冷却介质使用端处，与PLC控制装置通信连接的温度传感器，以将冷却介质的实时温度传送至PLC控制装置，进而使得PLC控制装置调整液态二氧化碳、气态二氧化碳以及氮气的流量或调整输送至冷却介质使用端的冷却介质的流量。

可选地，冷却管路设有多个冷却分路，每个冷却分路与一处冷却介质使用端相连接，每个冷却介质使用端分别设有与PLC控制装置通信连接的温度传感器。

可选地，在液态二氧化碳回路中，支路开关阀与入口开关阀之间设有安全阀，在液态二氧化碳支路中，冷却介质混合器与第三电子压力表之间也设有安全阀，其中，这两个安全阀都是带有一定设定值的阀门，当***内压力超过一定数值时就会起跳，变成通路，放出***内的气体或者液体，保证压力不超过阈值。

可选地，在液态二氧化碳支路中安装有止回阀，止回阀为一种单向阀，使得液态二氧化碳只能沿一个方向流动，流动至冷却介质混合器，防止其回流至液态二氧化碳罐体中。

可选地，在氮气管路中设有净化器。

本发明至少获得例如以下有益效果：(1)、将冷却气体控制为液态二氧化碳和气态二氧化碳的混合态，通过特制的喷嘴喷射到工件表面，使其在高温的工件表面快速蒸发，带走大量的热量；(2)、将气态二氧化碳与液态二氧化碳混合使用，有效解决了单纯的液态二氧化碳在管路中容易冻结的缺陷，提高了液态二氧化碳的使用效率；(3)、将液氮作为第二冷却气体与液态二氧化碳混合使用，有效解决了气态二氧化碳在罐体中的存量不稳定的问题；(4)、在液态二氧化碳中混入气态二氧化碳，并通过调节液态二氧化碳与气态二氧化碳的混合比例，进而获得精确的冷却效果；(5)、对于气态二氧化碳和氮气，采用质量流量计来控制其流量，对于液态二氧化碳采用固定口径的流道作为其流通的管道，在管道口径一定的情况下，通过压力来控制总体的流量，PLC通过调节自动调节阀的开闭大小，控制管道的压力在一定的范围来保证流量的稳定，进而实现冷却效果的精确控制；(6)、PLC通过设置的温度传感器的实时读数，调节气态液态混合体的比例或者直接调整整体的流量进行冷却，保证冷却效果。

附图说明

图1示出了本发明的热喷涂用二氧化碳冷却***的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

首先，在对实施例进行描述之前，有必要对本文中出现的一些术语进行解释。例如：本文中若出现使用“第一”、“第二”等术语来描述各种元件，但是这些元件不应当由这些术语所限制。这些术语仅用来区分一个元件和另一个元件。因此，“第一”元件也可以被称为“第二”元件而不偏离本发明的教导。

另外，应当理解的是，当提及一元件“连接”或者“联接”到另一元件时，其可以直接地连接或直接地联接到另一元件或者也可以存在中间元件。相反地，当提及一元件“直接地连接”或“直接地联接”到另一元件时，则不存在中间元件。

在本文中出现的各种术语仅仅用于描述具体的实施方式的目的而无意作为对本发明的限定。除非上下文另外清楚地指出，则单数形式意图也包括复数形式。当在本说明书中使用术语“包括”和/或“包括有”时，这些术语指明了所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是也不排除一个以上其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其群组的存在和/或附加。

接下来参照附图具体描述本发明的热喷涂用二氧化碳冷却***。

如图1所示，作为一种非限制性实施方式，本发明的热喷涂用二氧化碳冷却***包括液态二氧化碳罐体1、冷却介质混合器2以及冷却介质使用端3。

液态二氧化碳罐体1的顶部设有罐体上方出口10，液态二氧化碳罐体的底部设有罐体下方出口11及罐体下方入口12。冷却介质混合器2包括：混合器本体(图中未标示)、设于混合器本体的混合器出口(图中未标示)、第一入口(图中未标示)以及第二入口(图中未标示)，混合器出口与冷却介质使用端3通过冷却管路LL相连接。罐体下方出口11与罐体下方入口12之间通过管路相连通以形成液态二氧化碳回路LH，液态二氧化碳回路LH上设有低温泵P，液态二氧化碳回路LH中引出有液态二氧化碳支路LZ，液态二氧化碳支路LZ与冷却介质混合器2的第一入口相连接，罐体上方出口10与冷却介质混合器2的第二入口通过气态二氧化碳管路LQ相连接。

由于液态二氧化碳罐体1里面储存的二氧化碳是液态的，集中在罐体的下方，罐体的上方是气态的。液态二氧化碳在管道中流通时如果压力下降，会导致液态迅速变成固态，从而冻结在管道中，导致管道堵塞。由此，本发明从液态二氧化碳罐体1的下方使用低温泵P引出液态二氧化碳，然后回到储罐底部，形成一个液态二氧化碳回路LH。由于低温泵P有一定的增压效果，这个回路中的液态二氧化碳会保持液态，不会冻结，从液态二氧化碳回路LH中引出一个支流，即液态二氧化碳支路LZ作为冷却用的二氧化碳使用。但是由于液态二氧化碳在抵达使用端的时候会迅速压力下降，也容易造成支流管道冻结。此外，再由于液态二氧化碳回路LH中的低温泵P的存在，液态二氧化碳罐体1中的压力会缓慢升高，一旦压力超过安全值，液态二氧化碳罐体1上的安全阀会起跳，泄出液态二氧化碳罐体1中的压力，造成压力瞬间下降，容易导致液态二氧化碳罐体1中液态二氧化碳冻结。由此，本发明将液态二氧化碳罐体1上端的气态二氧化碳引出，和液态二氧化碳支路LZ引出的液态二氧化碳混合，冷却介质混合器2中的二氧化碳变成液态和气态混合态，然后再作为冷却介质使用，既可以解决液态二氧化碳罐体1压力升高的问题，又可以避免在液态二氧化碳支路LZ中的液态二氧化碳压力下降的冻结问题。

为了保证液态二氧化碳回路LH中的液态二氧化碳的流动状态，在液态二氧化碳回路LH中，自罐体下方出口11至罐体下方入口12的管路上依次设有出口开关阀S1、低温泵P、支路开关阀S2以及入口开关阀S3，低温泵P与支路开关阀S2的管路之间引出液态二氧化碳支路LZ。

气体二氧化碳和液态二氧化碳的混合态的引入，解决了液态二氧化碳的冻结问题，但是气态二氧化碳在液态二氧化碳罐体1中的存量不稳定，经常出现不够用的情况。因此，需要引入第二种气体在气态二氧化碳流量不够时代替二氧化碳与液态二氧化碳进行混合。由此，作为另一种非限制性实施方式，***还设有液氮罐体4，冷却介质混合器2的混合器本体还设有第三入口(图中未标示)，液氮罐体4的出口(图中未标示)与冷却介质混合器2的第三入口通过氮气管路LD相连接，由此便引入了氮气，作为第二气体与液态二氧化碳进行混合冷却。

在该非限制性实施方式中，如图1所示，在气态二氧化碳管路LQ中，自罐体上方出口10与冷却介质混合器2的第二入口之间依次设有第一调压阀F1、第一电子压力表Y1以及第一质量流量计Z1，其中，第一调压阀F1用于调节液态二氧化碳罐体1中输出气态二氧化碳的压力，第一电子压力表Y1用于实时监测气态二氧化碳管路LQ中的气态二氧化碳的压力，第一质量流量计Z1用于控制进入冷却介质混合器2中的气态二氧化碳的流量。

在氮气管路LD中，自液氮罐体4的出口与冷却介质混合器2的第三入口之间依次设有第二调压阀F2、第二电子压力表Y2以及第二质量流量计Z2，其中，第二调压阀F2用于调节液氮罐体4中输出氮气的压力，第二电子压力表Y2用于实时监测氮气管路LD中的氮气的压力，第二质量流量计Z2用于控制进入冷却介质混合器2中的氮气的流量。

作为又一种非限制性实施方式，液态二氧化碳支路LZ设定为固定口径的管路，液态二氧化碳支路LZ上设有第三电子压力表Y3以及第一自动调节阀T1，第三电子压力表Y3用于实时监测液态二氧化碳支路LZ中的液态二氧化碳的压力，第一自动调节阀T1用于调控在设定压力范围下进入冷却介质混合器2中的液态二氧化碳的流量。

如图1所示，冷却管路LL上设有第四电子压力表Y4以及第二自动调节阀T2，第四电子压力表Y4用于实时监测冷却管路LL中的冷却介质的压力，第二自动调节阀T2用于调控输送至冷却介质使用端3的冷却介质的流量。

当气体二氧化碳与液态二氧化碳的比例发生变化，随机控制时，会造成冷却效果具有较大的波动性，因此，需要调整气态二氧化碳与液态二氧化碳的比例以及其总体流量，来获得稳定的冷却效果。由此便在这里引入PLC控制装置5，PLC控制装置5与第一电子压力表Y1、第二电子压力表Y2、第三电子压力表Y3、第四电子压力表Y4、第一质量流量计Z1、第二质量流量计Z2、第一自动调节阀T1以及第二自动调节阀T2通信连接(图中虚线所示)，以根据获取的实时压力数值，从而分别调整液态二氧化碳、气态二氧化碳以及氮气的流量。

由此可见，对于气态的二氧化碳和氮气，采用质量流量计来控制其流量，对于液态的二氧化碳采用固定口径的流道作为其流通的管道，在管道口径一定的情况下，通过压力来控制总体的流量，PLC控制装置通过调节自动调节阀的开闭大小，控制管道的压力在一定的范围来保证流量的稳定，对于气体和液态的混合体，即冷却介质也采用一样的压力控制法。

为了实现更精细的冷却，在冷却介质使用端3处，设置了一个或者多个与PLC控制装置5通信连接的温度传感器6，PLC控制装置5会根据温度传感器6的实时读数，调节液态二氧化碳与气态二氧化碳及氮气的混合体的比例或者直接调整整体的流量进行冷却。

作为又一种非限制性实施方式，在冷却介质混合器2的后段可以设置多路冷却通路，即冷却管路可以设有多个冷却分路，每个冷却分路与一处冷却介质使用端相连接，实现对不同的位置进行冷却，每一路都可以设置温度传感器，PLC控制装置5单独对每一路进行控制。

在该非限制性实施方式中，PLC控制装置5会根据温度的读数，根据内置算法决定提高或降低液体的比例或者增大减小整体流量。PLC控制装置5的内置算法，会根据液态二氧化碳的实测压力调节二氧化碳气体和氮气气体的质量流量计，使得气体和液体的比例达到所需要的范围。PLC控制装置5的内置算法，会根据二氧化碳和氮气的压力表的数值状态决定二氧化碳气体和氮气的比例，以保证气体的稳定供应。此外，PLC控制装置5的内置算法，在多路冷却状态下，可以调整各个质量流量计和自动阀，保证总体流量在每一个支路的分配，同时保证多路冷却效果。

为了提高***的安全性，如图1所示，在液态二氧化碳回路LH中，支路开关阀S2与入口开关阀S3之间设有安全阀SF，在液态二氧化碳支路LZ中，安装有止回阀ZF，冷却介质混合器2与第三电子压力表Y3之间也设有安全阀SF，在氮气管路LD中设有净化器J。

由此可见，液态二氧化碳在低温泵的带动下从液态二氧化碳罐体1下方流出，然后回到液态二氧化碳罐体1下方，形成了一个流动的二氧化碳回路，这样这个回路中的二氧化碳是流动的，不会冻结。液态的二氧化碳就从这个回路中引出，但是由于低温泵的存在，相当于一个缓慢的增压泵，罐体内的压力就会升高，当压力到一定程度，管子自身的安全阀就会起跳，把液态二氧化碳罐体1上方的气态二氧化碳排出，降低罐体内部的压力，这样就会造成浪费，所以本发明将液态二氧化碳罐体1内部上方气态二氧化碳引出和从主回路引出的液态二氧化碳混合进行冷却，有效避免了液态二氧化碳的浪费，而且由于从主回路引出的液态二氧化碳虽然是流动的，和主回路中的不停流动的液态二氧化碳不同，一旦停止使用，引出来的管道中的液态二氧化碳就会冻结，再次使用时没有办法获得需要的液态二氧化碳，当引入了气态和液态混合后，冻结问题就得以解决，此外，虽然液态二氧化碳的冷却效果非常好，但是难以精确地控制其冷却效果，本发明通过调节总流量和气态液态的比例，可以获得精确的冷却效果。

尽管在此已详细描述本发明的优选实施方式，但要理解的是本发明并不局限于这里详细描述和示出的具体结构和步骤，在不偏离本发明的实质和范围的情况下可由本领域的技术人员实现其它的变型和变体。

Claims (10)

1.一种热喷涂用二氧化碳冷却***，包括液态二氧化碳罐体，所述液态二氧化碳罐体的上方集中有气态二氧化碳，所述液态二氧化碳罐体的下方集中有液态二氧化碳，所述液态二氧化碳罐体的顶部设有罐体上方出口，所述液态二氧化碳罐体的底部设有罐体下方出口及罐体下方入口，其特征在于，还包括冷却介质混合器，所述冷却介质混合器包括：混合器本体、设于所述混合器本体的第一入口、第二入口以及混合器出口，所述混合器出口与冷却介质使用端通过冷却管路相连接；

所述罐体下方出口与所述罐体下方入口之间通过管路相连通以形成液态二氧化碳回路，所述液态二氧化碳回路上设有低温泵，所述液态二氧化碳回路中引出有液态二氧化碳支路，所述液态二氧化碳支路与所述冷却介质混合器的第一入口相连接；

所述罐体上方出口与所述冷却介质混合器的第二入口通过气态二氧化碳管路相连接。

2.如权利要求1所述的热喷涂用二氧化碳冷却***，其特征在于，在所述液态二氧化碳回路中，自所述罐体下方出口至所述罐体下方入口的管路上依次设有出口开关阀、所述低温泵、支路开关阀以及入口开关阀，所述低温泵与所述支路开关阀的管路之间引出所述液态二氧化碳支路。

3.如权利要求1所述的热喷涂用二氧化碳冷却***，其特征在于，还包括液氮罐体，所述冷却介质混合器的混合器本体还设有第三入口，所述液氮罐体的出口与所述冷却介质混合器的第三入口通过氮气管路相连接。

4.如权利要求3所述的热喷涂用二氧化碳冷却***，其特征在于，在所述气态二氧化碳管路中，自所述罐体上方出口与所述冷却介质混合器的第二入口之间依次设有第一调压阀、第一电子压力表以及第一质量流量计，其中，所述第一调压阀用于调节所述液态二氧化碳罐体中输出所述气态二氧化碳的压力，所述第一电子压力表用于实时监测所述气态二氧化碳管路中的气态二氧化碳的压力，所述第一质量流量计用于控制进入所述冷却介质混合器中的所述气态二氧化碳的流量。

5.如权利要求4所述的热喷涂用二氧化碳冷却***，其特征在于，在所述氮气管路中，自所述液氮罐体的出口与所述冷却介质混合器的第三入口之间依次设有第二调压阀、第二电子压力表以及第二质量流量计，其中，所述第二调压阀用于调节所述液氮罐体中输出氮气的压力，所述第二电子压力表用于实时监测所述氮气管路中的氮气的压力，所述第二质量流量计用于控制进入所述冷却介质混合器中的所述氮气的流量。

6.如权利要求5所述的热喷涂用二氧化碳冷却***，其特征在于，所述液态二氧化碳支路设定为固定口径的管路，所述液态二氧化碳支路上设有第三电子压力表以及第一自动调节阀，所述第三电子压力表用于实时监测所述液态二氧化碳支路中的液态二氧化碳的压力，所述第一自动调节阀用于调控在设定压力范围下进入所述冷却介质混合器中的所述液态二氧化碳的流量。

7.如权利要求6所述的热喷涂用二氧化碳冷却***，其特征在于，所述冷却管路上设有第四电子压力表以及第二自动调节阀，所述第四电子压力表用于实时监测所述冷却管路中的冷却介质的压力，所述第二自动调节阀用于调控输送至所述冷却介质使用端的所述冷却介质的流量。

8.如权利要求7所述的热喷涂用二氧化碳冷却***，其特征在于，还包括PLC控制装置，所述PLC控制装置与所述第一电子压力表、所述第二电子压力表、所述第三电子压力表、所述第四电子压力表、所述第一质量流量计、所述第二质量流量计、所述第一自动调节阀以及所述第二自动调节阀通信连接，以根据获取的实时压力数值，分别调整所述液态二氧化碳、所述气态二氧化碳以及所述氮气的流量。

9.如权利要求8所述的热喷涂用二氧化碳冷却***，其特征在于，还包括设于所述冷却介质使用端处，与所述PLC控制装置通信连接的温度传感器，以将冷却介质的实时温度传送至所述PLC控制装置，进而使得所述PLC控制装置调整所述液态二氧化碳、所述气态二氧化碳以及所述氮气的流量或调整输送至所述冷却介质使用端的所述冷却介质的流量。

10.如权利要求9所述的热喷涂用二氧化碳冷却***，其特征在于，所述冷却管路设有多个冷却分路，每个冷却分路与一处所述冷却介质使用端相连接，每个所述冷却介质使用端分别设有与所述PLC控制装置通信连接的温度传感器。