CN109708348A - 一种冰芯制备装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种冰芯制备装置和方法，包括：第一制冰模块，第一制冰模块为壳体，用于形成冰芯制备时的外模具；第二制冰模块，设置在第一制冰模块的内部，用于形成冰芯制备时的内模具，第一制冰模块与第二制冰模块连接，第一制冰模块与第二制冰模块之间形成冰芯制备水槽，冰芯制备水槽用于盛装制冰原料；冷冻模块设置在冰芯制备水槽内，冷冻模块固定于第一制冰模块的内壁，冷冻模块内用于通入冷冻液体。本发明实施例通过设置在冰芯制备水槽内的冷冻模块，可以增大冷冻液体与制冰原料的接触面积，进而增大了制冰原料冷冻的速率，提高了制冰的效率。

Description

一种冰芯制备装置和方法

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，特别是涉及一种冰芯制备装置和方法。

背景技术

随着发动机的广泛使用，人们在享受通过发动机产生的巨大推进力的同时，还忍受着其尾焰给生态环境带来的污染和破坏，因此出现了一些发动机燃气射流尾焰处理系统，这些处理系统需要采用大量的冰来制作尾焰冷却装置，对冰的需求量很大。

传统的制冰方法分为静态制冰和动态制冰，虽然传统的制冰方法相对较为成熟，然而，传统的静态和动态制冰方法的制冰效率较低，通常情况下，单机每天的制冰量不足500kg，很难满足火箭等发动机试验的需求。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明实施例以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种冰芯制备装置和方法。

为了解决上述问题，本发明实施例公开了一种冰芯制备装置，包括：

第一制冰模块，所述第一制冰模块为壳体，用于形成冰芯制备时的外模具；

第二制冰模块，设置在所述第一制冰模块的内部，用于形成冰芯制备时的内模具，所述第一制冰模块与所述第二制冰模块连接，所述第一制冰模块与所述第二制冰模块之间形成冰芯制备水槽，所述冰芯制备水槽用于盛装制冰原料；

冷冻模块，所述冷冻模块设置在所述冰芯制备水槽内，所述冷冻模块固定于所述第一制冰模块的内壁，所述冷冻模块内用于通入冷冻液体。

可选地，所述第二制冰模块包括：底板以及与所述底板连接的支架；其中，

所述底板用于与所述第一制冰模块密封连接；

所述支架设置于所述第一制冰模块内，所述支架的外壁、所述底板以及所述第一制冰模块的内壁之间形成所述冰芯制备水槽。

可选地，所述支架为中空的圆柱体。

可选地，所述支架包括多个中空的圆柱体；其中，

所述多个中空的圆柱体围绕所述支架的轴线均匀分布。

可选地，所述冷冻模块为紫铜管。

可选地，所述紫铜管焊接或者通过紧固件固定在所述第一制冰模块的内壁上。

可选地，所述紫铜管有一个进口和一个出口，所述进口和所述出口处均连接有快换接头。

可选地，所述冰芯制备装置还包括：冷冻液体供给设备以及排液管道；其中，

所述紫铜管的进口与所述冷冻液体供给设备连接；

所述紫铜管的出口与所述排液管道连接。

可选地，所述冷冻液体为液氮。

本发明实施例还公开了一种冰芯制备方法，应用于上述的冰芯制备装置，包括：

将冷冻模块固定于第一制冰模块的内壁上；

将第二制冰模块设置在所述第一制冰模块的内部，使得所述第一制冰模块和所述第二制冰模块之间形成冰芯制备水槽，其中，所述冷冻模块位于所述冰芯制备水槽内；

将制冰原料倒入所述冰芯制备水槽中；

将冷冻液体从所述冷冻模块的进口通入。

本发明实施例包括以下优点：

本发明实施例中，所述第一制冰模块为壳体，用于形成冰芯制备时的外模具；第二制冰模块，设置在所述第一制冰模块的内部，用于形成冰芯制备时的内模具，所述第一制冰模块与所述第二制冰模块连接，所述第一制冰模块与所述第二制冰模块之间形成冰芯制备水槽，所述冰芯制备水槽用于盛装制冰原料；冷冻模块，所述冷冻模块设置在所述冰芯制备水槽内，所述冷冻模块固定于所述第一制冰模块的内壁，所述冷冻模块内用于通入冷冻液体。在实际应用中，通过将冷冻模块设置在冰芯制备水槽的内部，再在冷冻模块的内部通入冷冻液体，可以增大冰芯制备水槽内的制冰原料与冷冻液体的接触面积，随着冷冻液体的吸热蒸发可以带走制冰原料的温度，冷冻制冰原料，进而提高了制冰原料冷冻的速率，提高制冰的效率。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的一种冰芯制备装置的主视图；

图2是图1所示的冰芯制备装置的俯视图；

图3是本发明实施例二提供的一种冰芯制备装置的主视图；

图4是图3所示的冰芯制备装置的俯视图；

图5是本发明提供的一种冰芯制备方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明实施例提供了一种冰芯制备装置，包括：

第一制冰模块，所述第一制冰模块为壳体，用于形成冰芯制备时的外模具；

第二制冰模块，设置在所述第一制冰模块的内部，用于形成冰芯制备时的内模具，所述第一制冰模块与所述第二制冰模块连接，所述第一制冰模块与所述第二制冰模块之间形成冰芯制备水槽，所述冰芯制备水槽用于盛装制冰原料；

冷冻模块，所述冷冻模块设置在所述冰芯制备水槽内，所述冷冻模块固定于所述第一制冰模块的内壁，所述冷冻模块内用于通入冷冻液体。

本发明实施例提供的冰芯制备装置通过将壳体状的第一制冰模块设置在外围，将第二制冰模块设置在内部，两者之间构成冰芯制备水槽，通过在冰芯制备水槽内盛装制冰原料以制成需要的冰芯。具体地，可以根据实际需要改变第二制冰模块的形状来制成不同形状的冰芯，例如，对于固体火箭发动机而言，其导入模块和处理模块需要不同形状的冰来满足冷却装置的需要，本实施例可以根据导入模块和处理模块不同的需要改变第二制冰模块的形状来满足要求。

本实施例提供的冰芯制备装置的冷冻原理是通过冷冻模块内部的冷冻液体来冷冻处于冷冻模块四周的水，进而在冷冻模块的四周形成所需要制备的冰芯。

本实施例提供的冰芯制备装置的有益效果为：通过将冷冻模块设置在冰芯制备水槽的内部，再在冷冻模块的内部通入冷冻液体，可以增大冰芯制备水槽内的制冰原料与冷冻液体的接触面积，随着冷冻液体的吸热蒸发可以带走制冰原料的温度，冷冻制冰原料，进而提高了制冰原料冷冻的速率，达到了所要求的制冰效率。

另外，第一制冰模块的壳体形状可以是空心圆柱体，也可以是其他的形状，此处不做限定。

此外，对于固体火箭发动机而言，发动机燃气射流尾焰处理系统包括：冷却装置和支撑装置；其中，所述冷却装置包括至少一个导入模块和至少一个处理模块，导入模块和处理模块的材质均为冰，通过上述的冰芯制备装置所制得的冰芯在导入通道内，可以直接与燃气射流尾焰进行接触，而且处理模块中的冰芯可以直插燃气射流尾焰中心的高温区，同时所述冰芯阻挡并迫使燃气射流尾焰向所述处理通道内溢射分流、与在所述处理通道的内外表面冲刷，造成所述燃气射流尾焰由内至外与冰的充分接触，冰芯在超高温度下迅速吸热分解、升华、蒸发，所述燃气尾焰吸收冰的分解、升华、蒸发吸收的冷量而迅速降温。

下面以两种具体的实施例为例对冰芯制备装置进行进一步的说明，以帮助理解本发明。

实施例一

参照图1，示出了本发明实施例一提供的一种冰芯制备装置的主视图，参照图2，示出了图1所示的冰芯制备装置的俯视图，本发明实施例主要以制作固体火箭发动机燃气射流尾焰处理系统用的冰芯为例进行说明，其他类型的冰芯制作可以参照执行。

本发明实施例提供的冰芯制备装置具体可以包括：

第一制冰模块1，第一制冰模块1为壳体，对于固体火箭发动机而言，第一制冰模块1为导入模块壳体，用于制成导入模块的冰芯。

第二制冰模块2，设置在第一制冰模块1的内部，用于形成冰芯制备时的内模具，对于固体火箭发动机而言，第二制冰模块2包括：底板21以及与底板21连接的支架22；其中，

底板21用于与第一制冰模块1密封连接；

支架22设置于第一制冰模块1内，支架22的外壁、底板21以及第一制冰模块1的内壁之间形成冰芯制备水槽，冰芯制备水槽内用于盛装制冰原料。

其中，由于固体火箭发动机的导入模块为圆环状，所以，支架22设计为中空的圆柱体，使得冰芯制备水槽形成为圆环状，用于形成圆环状的冰芯，以满足导入模块的需求。

需要说明的是，底板21与第一制冰模块1的密封连接可以是可拆卸式的连接方式，同时在连接处通过密封圈进行密封，以方便在制冰结束后脱掉第二制冰模块。

可选的，导入模块壳体和第二制冰模块2的材料均为金属保温材料，以防止冰芯制备水槽内盛装的制冰原料与外界发生热交换。

本实施例中，冷冻模块3设置在冰芯制备水槽内，所述冷冻模块3为紫铜管或塑胶管制成的管状物，所述管状物设置在第一制冰模块1的内壁上，以增大冷冻模块3与冰芯制备水槽内的制冰原料的接触面积。

可选的，本实施例中，冷冻模块3为紫铜管，所述紫铜管可以焊接在第一制冰模块1的内壁上，紫铜管也可以通过紧固件固定在第一制冰模块1的内壁上，以防止紫铜管在冰芯制备水槽里来回晃动，造成装置的不稳定。

本实施例中，如图1所示，紫铜管通过焊接的方式固定在第一制冰模块1的内壁上。

可选的，紫铜管有一个进口和一个出口，所述进口和所述出口均通向冰芯制备水槽的外侧，用于连接不同的设备，以满足冰芯制备装置的需要。

本实施例中，冰芯制备装置还包括：冷冻液体供给设备以及排液管道；其中：

紫铜管的进口与冷冻液体供给设备连接，以从紫铜管的进口中通入冷冻液体，紫铜管的出口与排液管道连接，以将紫铜管中气化的气体或者残留的液体排出去。

可选的，本实施例中，冷冻液体为液氮，所述液氮可以在紫铜管中蒸发吸热，以冷冻紫铜管周围的制冰原料。液氮在紫铜管内蒸发成氮气，氮气可以从排液管道中排出，同时，冰芯制备水槽内的水就会快速冷冻结冰，从而实现冰芯的快速制备。

可选的，液氮可以是罐装的液氮，也可以是车载高、低压液氮泵撬制备的液氮，本实施例对此不做限定。

本实施例中，液氮温度为-195.8℃

制冰时，将碎冰倒满冰芯制备水槽内，注水以消除碎冰里面的空隙和空气，接着，在紫铜管的进口通入液氮，液氮经过紫铜管的过程中由于吸收紫铜管外围液体的热量而蒸发成为氮气，进而，氮气从排液管道中排出，最后，可以脱掉第二制冰模块2，留下的部分即为制成的导入模块冰芯。

本实施例一中，所述第一制冰模块为壳体，用于形成冰芯制备时的外模具；第二制冰模块，设置在所述第一制冰模块的内部，用于形成冰芯制备时的内模具，所述第一制冰模块与所述第二制冰模块连接，所述第一制冰模块与所述第二制冰模块之间形成冰芯制备水槽，所述冰芯制备水槽用于盛装制冰原料；所述冷冻模块设置在所述冰芯制备水槽内，所述冷冻模块固定于所述第一制冰模块的内壁，所述冷冻模块内用于通入冷冻液体。通过将冷冻模块设置在冰芯制备水槽的内部，再在冷冻模块的内部通入冷冻液体，可以增大冰芯制备水槽内的制冰原料与冷冻液体的接触面积，随着冷冻液体的吸热蒸发可以带走制冰原料的温度，冷冻制冰原料，进而提高了制冰原料冷冻的速率，达到了所要求的制冰效率。

实施例二

参照图3，示出了本发明实施例二提供的一种冰芯制备装置的主视图，参照图4，示出了图3所示的冰芯制备装置的俯视图。与实施例一不同的是，本实施例二中提供的冰芯制备装置用于制备固体火箭发动机燃气射流尾焰处理系统用的处理模块冰芯。

具体的，第一制冰模块4为处理模块壳体，用于制成处理模块的冰芯。

第二制冰模块5，设置在第一制冰模块4的内部，用于形成冰芯制备时的内模具，对于固体火箭发动机而言，第二制冰模块5包括：底板51以及与底板51连接的支架52；其中，

底板52用于与第一制冰模块4密封连接；

支架52设置于第一制冰模块4内，支架52的外壁、底板51以及第一制冰模块4的内壁之间形成冰芯制备水槽，冰芯制备水槽内用于盛装制冰原料。

其中，由于固体火箭发动机的处理模块为带有多个通孔的圆柱状，且多个通孔围绕圆柱状的中心均匀分布，本实施例中，支架52设计为包括多个中空的圆柱体，其中，多个中空的圆柱体围绕支架52的轴线均匀分布，使得冰芯制备水槽形成为带有多个通孔的形状，用于形成带有多个通孔的冰芯，以满足处理模块的需求。

可选的，本实施例中示出的支架52包括三个中空的圆柱体，且这三个圆柱体围绕支架52的轴线均匀分布。

本实施例二的其他结构部分及制冰原理与实施例一的相同，此处不再赘述。

本实施例二中，所述第一制冰模块为壳体，用于形成冰芯制备时的外模具；第二制冰模块，设置在所述第一制冰模块的内部，用于形成冰芯制备时的内模具，所述第一制冰模块与所述第二制冰模块连接，所述第一制冰模块与所述第二制冰模块之间形成冰芯制备水槽，所述冰芯制备水槽用于盛装制冰原料；冷冻模块，所述冷冻模块设置在所述冰芯制备水槽内，所述冷冻模块固定于所述第一制冰模块的内壁，所述冷冻模块内用于通入冷冻液体。通过将冷冻模块设置在冰芯制备水槽的内部，再在冷冻模块的内部通入冷冻液体，可以增大冰芯制备水槽内的制冰原料与冷冻液体的接触面积，随着冷冻液体的吸热蒸发可以带走制冰原料的温度，冷冻制冰原料，进而提高了制冰原料冷冻的速率，达到了所要求的制冰效率。

参照图5，示出了本发明提供的一种冰芯制备方法的流程示意图，具体地，本发明实施例还提供了一种冰芯制备方法，包括：

S101：将冷冻模块固定于第一制冰模块的内壁上；

S102：将第二制冰模块设置在所述第一制冰模块的内部，使得所述第一制冰模块和所述第二制冰模块之间形成冰芯制备水槽，其中，所述冷冻模块位于所述冰芯制备水槽内；

S103：将制冰原料倒入所述冰芯制备水槽中；

S104：将冷冻液体从所述冷冻模块的进口通入。

本方法通过将冷冻模块设置在冰芯制备水槽内，可以与倒入冰芯制备水槽内的制冰原料进行充分接触，进而通入其中的冷冻液体可以通过冷冻模块吸收制冰原料的热量，从而对制冰原料进行冷冻制成所需要的冰芯。

需要说明的是，对于方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明实施例并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明实施例，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作并不一定是本发明实施例所必须的。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的一种冰芯制备装置和方法，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种冰芯制备装置，其特征在于，包括：

第一制冰模块，所述第一制冰模块为壳体，用于形成冰芯制备时的外模具；

第二制冰模块，设置在所述第一制冰模块的内部，用于形成冰芯制备时的内模具，所述第一制冰模块与所述第二制冰模块连接，所述第一制冰模块与所述第二制冰模块之间形成冰芯制备水槽，所述冰芯制备水槽用于盛装制冰原料；

冷冻模块，所述冷冻模块设置在所述冰芯制备水槽内，所述冷冻模块固定于所述第一制冰模块的内壁，所述冷冻模块内用于通入冷冻液体。

2.根据权利要求1所述的冰芯制备装置，其特征在于，所述第二制冰模块包括：底板以及与所述底板连接的支架；其中，

所述底板用于与所述第一制冰模块密封连接；

所述支架设置于所述第一制冰模块内，所述支架的外壁、所述底板以及所述第一制冰模块的内壁之间形成所述冰芯制备水槽。

3.根据权利要求2所述的冰芯制备装置，其特征在于，所述支架为中空的圆柱体。

4.根据权利要求2所述的冰芯制备装置，其特征在于，所述支架包括多个中空的圆柱体；其中，

所述多个中空的圆柱体围绕所述支架的轴线均匀分布。

5.根据权利要求1所述的冰芯制备装置，其特征在于，所述冷冻模块为紫铜管。

6.根据权利要求5所述的冰芯制备装置，其特征在于，所述紫铜管焊接或者通过紧固件固定在所述第一制冰模块的内壁上。

7.根据权利要求5所述的冰芯制备装置，其特征在于，所述紫铜管设有进口和出口，所述进口和所述出口处均连接有快换接头。

8.根据权利要求6所述的冰芯制备装置，其特征在于，所述冰芯制备装置还包括：冷冻液体供给设备以及排液管道；其中，

所述紫铜管的进口与所述冷冻液体供给设备连接；

所述紫铜管的出口与所述排液管道连接。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述冷冻液体为液氮。

10.一种冰芯制备方法，应用于权利要求1-9任一项所述的冰芯制备装置，其特征在于，包括：

将冷冻模块固定于第一制冰模块的内壁上；

将第二制冰模块设置在所述第一制冰模块的内部，使得所述第一制冰模块和所述第二制冰模块之间形成冰芯制备水槽，其中，所述冷冻模块位于所述冰芯制备水槽内；

将制冰原料倒入所述冰芯制备水槽中；

将冷冻液体从所述冷冻模块的进口通入。