CN107367100B - 一种利用液氮人工造雪的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用液氮人工造雪的系统，包括：气路系统、液氮系统、水路系统和储雪空间，气路系统、液氮系统和水路系统均通过管道与造雪枪连接，其中，气路系统包括气源、第一阀门和第一压力表；液氮系统包括液氮源、第二阀门和第二压力表；水路系统包括水源、第三阀门和第三压力表；储雪空间内的温度保持恒定；造雪枪上设置有接水口、接气口、接液氮口与喷射端，水路系统通过接水口与造雪枪连接，气路系统通过接气口与造雪枪连接，液氮系统通过接液氮口与造雪枪连接，造雪枪的喷射端放置于储雪空间内。本发明还公开了一种利用液氮人工造雪的方法。本发明具有能够在任何环境下稳定地、高效率地进行人工造雪的有益效果。

Description

一种利用液氮人工造雪的系统及方法

技术领域

本发明涉及人工造雪技术领域，特别涉及一种利用液氮人工造雪的系统及方法。

背景技术

目前市场上的人工造雪机的形式分为两种：第一种是制冰装置生产出片冰，然后以片冰为原料造雪。其工作流程是，先通过制冰装置将水制成片冰，再通过碎冰装置把已经造好的片冰粉碎成粉末，最后，通过把粉末状的冰晶通过空气输送系统送出。该方式造雪系统复杂，造出“雪”的品质与自然雪相差甚远；

另一种是采用人工造雪机是利用雪花降落的原理，将水和空气混合在适宜的条件下制造出雪花而用于各种未能下雪又需要雪的地方。将水注入一个专用喷嘴或喷枪，在那里接触到高压空气，高压空气将水流分割成微小的粒子并喷入寒冷的外部空气中，在落到地面以前这些小水滴凝固成冰晶，也就是人们看到的雪花。其工作原理是，来自高压水泵的高压水与来自空气压缩机的高压空气在双进口喷嘴处混合。利用自然蒸发和空气出喷嘴后的体积膨胀带走热量而使雾滴凝固成冰晶。但存在的问题是雾滴越小，其蒸发量越大，水的损失越多，造雪效率越低。此外，只能在温度在-3℃以下环境工作，对外界环境温度的依赖性很强，限制了该造雪机的应用区域和时间。

此外，虽然市场上已经有大量的人工造雪机，但是基本都不能满足在夏季的高温环境中依旧高效率地进行人工造雪，并且现有的人工造雪机效率一般，只能满足普通游乐场的需求，而大型的国际滑雪比赛则需要在极短的时间内造大量的优质雪，上述两种造雪技术则很难满足其需求。因此，研发出一种能够快速、高效地人工造雪的系统及方法具有重要的现实意义。

发明内容

本发明之目的是提供一种利用液氮人工造雪的系统及方法，其能够实现高效率地、稳定地人工造雪。

为此，本发明提供一种利用液氮人工造雪的系统，包括：气路系统、液氮系统、水路系统和储雪空间，所述气路系统、液氮系统和水路系统均通过管道与造雪枪连接，其中，

所述气路系统包括气源、第一阀门和第一压力表；

所述液氮系统包括液氮源、第二阀门和第二压力表；

所述水路系统包括水源、第三阀门和第三压力表；

所述储雪空间内的温度保持恒定；

所述造雪枪上设置有接水口、接气口、接液氮口与喷射端，所述水路系统通过所述接水口与所述造雪枪连接，所述气路系统通过所述接气口与所述造雪枪连接，所述液氮系统通过所述接液氮口与所述造雪枪连接，所述造雪枪的喷射端放置于所述储雪空间内。

优选地，所述储雪空间内的温度维持在0℃以下。

优选地，所述造雪枪内部包括预冷区与雾化区，所述预冷区为管壳式换热结构，所述雾化区内水和气体先充分混合、最终成为雾化的小液滴。

优选地，所述储雪空间内部的温度由移动式温度测量仪实时测定，所述储雪空间内部的温度由所述液氮系统进行控制。

优选地，所述储雪空间为雪蓬。

本发明还提供一种利用液氮人工造雪的方法，包括以下步骤：

步骤1、搭建支架，建立储雪空间；

步骤2、将气路系统、液氮系统、水路系统均通过管道与造雪枪连接，将所述造雪枪的喷射端放置于所述储雪空间内部；

步骤3、开启所述气路系统，打开第一阀门由气源开始供气，通过第一压力表调节空气压力；

步骤4、开启所述液氮系统，打开第二阀门由液氮源开始供应液氮，通过第二压力表调节液氮的供应量，同时满足所述储雪空间内部的温度保持恒定；

步骤5、开启所述水路系统，打开第三阀门由水源开始供水，通过第三压力表调节水压并控制水流量；

步骤6、造雪枪的喷射端喷出人工雪；

步骤7、达到需要的造雪量后，关闭所述第三阀门，停止供水；

步骤8、关闭所述第二阀门，停止液氮供应；

步骤9、关闭所述第一阀门，停止供气；

步骤10、断开所述造雪枪与所述气路系统、液氮系统、水路系统的连接，停止造雪。

优选地，所述步骤3中通过所述第一压力表调节空气压力至0.8MPa。

优选地，步骤4中所述储雪空间内部的温度维持在0℃以下。

优选地，步骤4中所述液氮的气压维持在0.8MPa以上。

优选地，步骤5中所述水流量控制在12～15吨/小时。

优选地，所述储雪空间为雪蓬，所述雪蓬顶部设置有天窗，所述天窗用于气体的逸出。

优选地，所述雪蓬上设置有供所述造雪枪进出的出口，所述出口用魔术贴密封。

优选地，所述天窗设置为4个。

优选地，所述雪蓬侧面上设置有十个观察窗，所述观察窗上设置有透明膜。

优选地，所述雪蓬的布料采用PU材质，所述雪蓬的篷布是固定在所述支架上的，所述支架与地面直接接触。

优选地，所述雪蓬设置为固定尺寸，具体尺寸为25m*4m*2m。

本发明的一种利用液氮人工造雪的系统及方法具有以下有益技术效果：

1、本发明的气路系统将空气气压控制在0.8MPa，液氮系统将液氮气压控制在0.8MPa以上，水路系统将水流量控制在12～15吨/小时，储雪空间维持在0℃以下，从而能够高效率地、稳定地以12～15吨/小时的造雪速度进行人工造雪。

2、由于液氮气化速度很快，所以造雪速度越快，液氮的冷量的利用效率越高。

3、本发明中水压、液氮气压越高造雪速度越快，液氮利用量越高，从而满足既节省资源又高效率地人工造雪。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅用于解释本发明的构思。

图1是本发明的利用液氮人工造雪的系统的结构示意图；

图2是本发明的利用液氮人工造雪的系统中造雪枪的结构示意图；

图3是本发明的雪蓬的结构示意图。

附图标记汇总：

11、气源 12、第一压力表 21、液氮源

22、第二压力表 31、水源 32、第三压力表

4、造雪枪 41、接水口 42、接气口

43、接液氮口 44、喷射端 5、雪蓬

6、天窗 7、观察窗 8、支架

具体实施方式

下面将描述本发明的一种利用液氮人工造雪的系统及方法的实施例。

在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括对在此记载的实施例做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。

本说明书的附图为示意图，辅助说明本发明的构思，示意性地表示各部分的形状及其相互关系。请注意，为了便于清楚地表现出本发明实施例的各部分的结构，各附图之间不一定按照相同的比例绘制。相同或相似的参考标记用于表示相同或相似的部分。

图1是本发明的利用液氮人工造雪的系统的结构示意图，如图1所示，本发明提供一种利用液氮人工造雪的系统，包括：气路系统、液氮系统、水路系统和储雪空间，气路系统、液氮系统和水路系统均通过管道与造雪枪4相连接。其中，气路系统包括气源11、第一阀门和第一压力表12，液氮系统包括液氮源21、第二阀门和第二压力表22，水路系统包括水源31、第三阀门和第三压力表32；储雪空间内的温度保持恒定。

在本发明的进一步实施例中，储雪空间即为雪蓬5，雪蓬5内部的温度由移动式温度测量仪实时测定，并且雪蓬5内部的温度必须实时维持在0℃以下，最好是-5℃。

图2是本发明的利用液氮人工造雪的系统中造雪枪4的结构示意图，如图2所示，造雪枪4上设置有接水口41、接气口42、接液氮口43与喷射端44，水路系统通过接水口41与造雪枪4连接，气路系统通过接气口42与造雪枪4连接，液氮系统通过接液氮口43与造雪枪4连接，造雪枪4的喷射端44放置于储雪空间内。

如图2所示，根据其造雪功能可以将造雪枪4内部划分为两个区域，预冷区与雾化区。其中，预冷区主要为管壳式换热结构，水走中间的输水管，液氮走液氮管路，空气在内仓中起热传递的作用。当液氮与空气进入雾化区后，水和气体会进行充分混合，在造雪枪4的多级雾化结构和高压气体射流作用的协同效应下水会充分雾化，形成微米级的尺寸均匀的小液滴。此时由于液氮的低温作用，水在雾化仓就已经到达了变成雪的临界状态。最后，当雾化的小液滴在离开造雪枪4的瞬间，由于压强忽然巨变和液氮气化形成的低温环境，小液滴就直接变成雪。

需要说明的是，喷出的雪流大致呈锥状分散出去，即射流为轴对称形状。小液滴离开造雪枪4后，由于造雪蓬5内的低温高湿环境，雪颗粒进一步长大，最终形成适合滑雪赛事的干燥粉状雪。

本发明还提供一种利用液氮人工造雪的方法，包括以下步骤：

步骤1、搭建支架8，建立储雪空间；

步骤2、将气路系统、液氮系统、水路系统均通过管道与造雪枪4连接，将造雪枪4的喷射端44放置于储雪空间内部；

步骤3、开启气路系统，打开第一阀门由气源11开始供气，通过第一压力表12调节空气压力；

步骤4、开启液氮系统，打开第二阀门由液氮源21开始供应液氮，通过第二压力表22调节液氮的供应量，同时满足储雪空间内部的温度保持恒定；

步骤5、开启水路系统，打开第三阀门由水源31开始供水，通过第三压力表32调节水压并控制水流量；

步骤6、造雪枪4的喷射端44喷出人工雪；

步骤7、达到需要的造雪量后，关闭第三阀门，停止供水；

步骤8、关闭第二阀门，停止液氮供应；

步骤9、关闭第一阀门，停止供气；

步骤10、断开造雪枪4与气路系统、液氮系统、水路系统的连接，停止造雪。

在本发明的进一步实施例中，第一阀门包括阀门A与阀门A'，第二阀门包括阀门C与阀门C'，第三阀门包括阀门B与阀门B'。在达到需要的造雪量后，先关闭阀门B’，切断供水；然后关闭阀门C’，停止液氮供应；最后再关闭阀门A’，停止供气。

需要说明的是，阀门关闭的顺序必须依照上述顺序进行，不然会在雪蓬5内累积有水，或者雪蓬5内部的温度发生变化，进而使得雪蓬5内部已经造出的人工粉雪发生融化。

另外，需要说明的是，步骤3、步骤4与步骤5的顺序也必须依照上述顺序进行连通，即必须先给雪蓬5内部供应气体和液氮，在雪蓬5内部的温度满足维持在0℃以下时才能开始供水，进而开始高效率地人工造雪，否则不能按照预期效果进行人工造雪。

为了使得本发明的利用液氮人工造雪的系统能够稳定地并且高效率地进行人工造雪，为此需要进行如下设置：

步骤3中通过第一压力表12进行调节空气压力，具体地，将空气压力调节至0.8MPa；

步骤4中储雪空间内部的温度维持在0℃以下，该储雪空间中的温度是由水流量以及液氮量的多少来决定的，主要是由液氮量的多少进行控制；为了能够高效率地进行人工造雪，优选地将步骤4中液氮的气压维持在0.8MPa以上；

步骤5中通过第三压力表32调节水压并控制水流量，具体地，将水流量控制在12～15吨/小时。

需要说明的是，经过上述参数的设置，即本发明的气路系统将空气气压控制在0.8MPa，液氮系统将液氮气压控制在0.8MPa以上，水路系统将水流量控制在12～15吨/小时，储雪空间维持在0℃以下，就能够高效率地并且稳定地以12～15吨/小时的造雪速度进行人工造雪。由于液氮气化速度很快，所以造雪速度越快，液氮的冷量的利用效率越高。

另外，更重要的是，如果本发明中水压、液氮气压设置越高，人工造雪速度就会越快，相应地，液氮利用量越高，从而满足既节省资源又高效率地人工造雪。

本发明中的人工造雪系统可以保证稳定的12～15吨/小时的造雪速度，如果提高压力造雪速度还可以提高，还可以提高到20吨/小时的造雪速度。

图3是本发明的雪蓬5的结构示意图，如图3所示，储雪空间为雪蓬5，该雪蓬5的顶部设置有天窗6，该天窗6用于气体的逸出，具体地，该天窗6可以设置为4个。需要说明的是，氮气的摩尔质量是28，空气摩尔质量是29，氮气比空气略轻，因此天窗6的设置主要是用于氮气的逃逸。如果不设置天窗6，雪篷可能会在人工造雪的过程中发生胀爆的现象。此外，造雪的过程必须开着天窗6，虽然会有少量冷量的损失，但是不会影响人工造雪的质量。

此外，为了能够实时观察人工造雪的情况，雪蓬5侧面上可以设置有多个观察窗7，优选的设置为十个观察窗7，该观察窗7上设置有透明膜。

雪蓬5的布料采用PU材质，雪蓬5的篷布是固定在支架8上的，支架8与地面直接接触，从外侧看雪蓬5几乎处于一个密封的环境中，但又不是严格意义上的密封环境。

本发明中的雪蓬5可以根据滑雪赛道的尺寸来进行设置，且为固定尺寸，具体尺寸为25m*4m*2m。

本发明中的雪蓬5上设置有供造雪枪4进出的专用出口，该专用出口用魔术贴密封。

由于造雪对雾滴的大小和速度均有严格的要求，因此探索雾滴尺寸、压力、流量、雪枪喷嘴直径等的关系，进而实现雾滴大小和速度的控制尤为重要。本发明中具体实现造雪速度的结果是通过精密计算，设计水、气和液氮的通径比例，使水可以充分雾化，并且水和液氮可以以最佳的配比进行造雪，从而节省液氮的用量，降低成本。本发明的人工造雪方法在任何环境下均可应用，经实验证明，在环境温度将近40度的夏天也不影响本方法的应用。

以上对本发明的一种利用液氮人工造雪的系统及方法的实施方式进行了说明。对于本发明的一种利用液氮人工造雪的系统及方法中的具体特征如具体的控制参数可以根据上述披露的特征的作用进行具体设计，这些设计均是本领域技术人员能够实现的。而且，上述披露的各技术特征并不限于已披露的与其它特征的组合，本领域技术人员还可根据发明之目的进行各技术特征之间的其它组合，以实现本发明之目的为准。

Claims (8)

1.一种利用液氮人工造雪的系统，其特征在于，包括：气路系统、液氮系统、水路系统和储雪空间，所述气路系统、液氮系统和水路系统均通过管道与造雪枪连接，其中，

所述气路系统包括气源、第一阀门和第一压力表；

所述液氮系统包括液氮源、第二阀门和第二压力表；

所述水路系统包括水源、第三阀门和第三压力表；

所述储雪空间内的温度保持恒定；

所述造雪枪上设置有接水口、接气口、接液氮口与喷射端，所述水路系统通过所述接水口与所述造雪枪连接，所述气路系统通过所述接气口与所述造雪枪连接，所述液氮系统通过所述接液氮口与所述造雪枪连接，所述造雪枪的喷射端放置于所述储雪空间内；

所述造雪枪内部包括预冷区与雾化区，所述预冷区为管壳式换热结构，所述雾化区内水和气体先充分混合、最终成为雾化的小液滴；

所述储雪空间内的温度维持在0℃以下。

2.如权利要求1所述的一种利用液氮人工造雪的系统，其特征在于，所述储雪空间内部的温度由移动式温度测量仪实时测定，所述储雪空间内部的温度由所述液氮系统进行控制。

3.如权利要求1所述的一种利用液氮人工造雪的系统，其特征在于，所述储雪空间为雪蓬。

4.一种利用液氮人工造雪的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、搭建支架，建立储雪空间；

步骤2、将气路系统、液氮系统、水路系统均通过管道与造雪枪连接，将所述造雪枪的喷射端放置于所述储雪空间内部；

步骤3、开启所述气路系统，打开第一阀门由气源开始供气，通过第一压力表调节空气压力；

步骤4、开启所述液氮系统，打开第二阀门由液氮源开始供应液氮，通过第二压力表调节液氮的供应量，同时满足所述储雪空间内部的温度保持恒定；

步骤5、开启所述水路系统，打开第三阀门由水源开始供水，通过第三压力表调节水压并控制水流量；

步骤6、造雪枪的喷射端喷出人工雪；

步骤7、达到需要的造雪量后，关闭所述第三阀门，停止供水；

步骤8、关闭所述第二阀门，停止液氮供应；

步骤9、关闭所述第一阀门，停止供气；

步骤10、断开所述造雪枪与所述气路系统、液氮系统、水路系统的连接，停止造雪。

5.如权利要求4所述的一种利用液氮人工造雪的方法，其特征在于，所述步骤3中通过所述第一压力表调节空气压力至0.8MPa。

6.如权利要求4所述的一种利用液氮人工造雪的方法，其特征在于，步骤4中所述储雪空间内部的温度维持在0℃以下。

7.如权利要求4所述的一种利用液氮人工造雪的方法，其特征在于，步骤5中所述水流量控制在12～15吨/小时。

8.如权利要求4所述的一种利用液氮人工造雪的方法，其特征在于，所述储雪空间为雪蓬，所述雪蓬顶部设置有天窗。

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