CN109955116B - 一种冷却用混合物及其发生装置、发生方法和冷却方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冷却用混合物及其发生装置、发生方法和冷却方法，属于冷却技术领域。该冷却用混合物发生装置包括：液体供应装置；干冰颗粒供应装置；雾化混合装置，其设置有进液口、液雾发生腔、进气口、干冰颗粒容腔、混料区和喷射口，进液口通向液雾发生腔，液雾发生腔设置有将液体转化成液雾的液雾发生器，进气口通向干冰颗粒容腔，液雾发生腔的液雾出口和干冰颗粒容腔的干冰颗粒出口分别通向混料区，混料区的混料出口与喷射口相连通；其中，液体供应装置的出液口与雾化混合装置的进液口相连通，干冰颗粒供应装置的出干冰颗粒口通向雾化混合装置的干冰颗粒容腔。该冷却用混合物能够对材料、零件、刀具、物体等对象进行快速冷却。

Description

一种冷却用混合物及其发生装置、发生方法和冷却方法

技术领域

本发明属于冷却技术领域，具体涉及一种冷却用混合物及其发生装置、发生方法和冷却方法。

背景技术

随着机械加工业的发展，人们开始大力发展先进制造技术，使机床切削速度更快，切削负荷更大、切削温度更高，同时不断有新工艺出现来适应新材料的加工，这都需要新型的高性能切削液满足加工要求；但更重要的是，环境保护和人类自身健康越来越为人们注意的焦点，清洁生产、绿色制造已成为发展先进制造技术的主题之一。实践表明，普通的切削液对生态环境和人类自身会造成诸多不良影响，已难以适应清洁生产和绿色制造的要求。

液氮冷却超低温切削技术的推出，可以实现通过主轴中心和刀柄中心在刀片切削刃部的微孔中释放出液氮，刀具切削产生的热量被液氮气化(液氮的沸点为-320℃)的瞬间带走，尤其是在超硬材料加工和复合材料加工上会有更好的效果，切削速度可以大大提高，刀具寿命也可以大大延长。

虽然利用液氮替代切削液的技术代表着先进的方向，很多专家学者都投入了高度热情和巨大的努力。但就目前来看，液氮还不具备工业化的水平。单纯冷却无法解决润滑问题；超低温冷却对机床、刀具、工件造成许多未知的伤害；空气中大范围内的水分被液氮冷凝而结露、结冰，使机床、刀具、工件生锈的问题无法避免；这些都是液氮切削待解决的问题。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种能够改善上述技术问题的冷却用混合物及其发生装置、发生方法和冷却方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种冷却用混合物发生装置，包括：

液体供应装置，用于提供液体；

干冰颗粒供应装置，用于提供干冰颗粒；

雾化混合装置，其设置有进液口、液雾发生腔、进气口、干冰颗粒容腔、混料区和喷射口，所述进液口通向所述液雾发生腔，所述液雾发生腔设置有将所述液体转化成液雾的液雾发生器，所述进气口通向所述干冰颗粒容腔，所述液雾发生腔的液雾出口和所述干冰颗粒容腔的干冰颗粒出口分别通向所述混料区，所述混料区的混料出口与所述喷射口相连通；

其中，所述液体供应装置的出液口与所述雾化混合装置的所述进液口相连通，所述干冰颗粒供应装置的出干冰颗粒口通向所述雾化混合装置的所述干冰颗粒容腔。

进一步地，所述液体供应装置包括储液容器，所述储液容器设置有进气加压口和压力控制器，所述储液容器的出液口设置有电磁阀。

进一步地，所述干冰颗粒供应装置包括干冰容器，所述出干冰颗粒口设置于所述干冰容器的底部，所述干冰容器内竖直安装有螺旋进料杆，所述螺旋进料杆上固定有位于所述干冰容器内的搅拌片。

进一步地，所述螺旋进料杆从所述出干冰颗粒口穿出且伸入所述干冰颗粒容腔内，位于所述干冰颗粒容腔内的螺旋进料杆上固定套设有从动锥齿轮，所述从动锥齿轮与一主动锥齿轮相啮合，所述主动锥齿轮固定安装在一电机的输出端且位于所述干冰颗粒容腔内，所述电机位于所述干冰颗粒容腔外，所述电机的控制端电性连接有调速开关。

进一步地，所述出干冰颗粒口内的上部安装有与所述螺旋进料杆滑动接触的滑动轴承，所述干冰颗粒容腔内的底部安装有滚动轴承，所述滚动轴承的内圈固定套设在所述螺旋进料杆的下端。

进一步地，所述雾化混合装置包括主体和筒体，所述筒体的上端固定在所述主体的底部以组成所述液雾发生腔，所述进液口、所述液雾出口、所述进气口、所述干冰颗粒容腔、所述干冰颗粒出口、所述混料区和所述喷射口均设置在所述主体上，所述进液口通过一进液通道通向所述液雾发生腔，所述液雾发生腔的液雾出口通过一出液雾通道通向所述混料区，所述干冰颗粒容腔的干冰颗粒出口通过一出干冰颗粒通道通向所述混料区。

进一步地，还包括：气体供应装置，用于提供气体；所述气体供应装置的一出气口与所述雾化混合装置的所述进气口相连通。

进一步地，所述液体供应装置、所述干冰颗粒供应装置和所述雾化混合装置均安装在机架上。

本发明还提供一种冷却用混合物发生方法，包括以下步骤：

提供液体；

将所述液体雾化成液雾；

提供干冰颗粒；

将所述干冰颗粒与所述液雾混合成冷冻的混合物。

本发明还提供一种冷却方法，包括以下步骤：

提供液体；

将所述液体雾化成液雾；

提供干冰颗粒；

将所述干冰颗粒与所述液雾混合成冷冻的混合物；

将所述混合物喷向待冷却的目标。

本发明还提供一种冷却用混合物，按体积百分数计，包括：40～60％的液雾和60～40％的干冰颗粒。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：首次巧妙地将干冰颗粒和液雾结合成干冰、液汽、少量冰的混合物，并通过气流喷射出低温的混合物，可以对加工中的材料、零件、刀具等对象进行冷却或对物体进行制冷，实现冷冻效果；该冷却用混合物发生装置结构设计巧妙，生产效率高；该冷却用混合物发生方法操作方便，简单易行；该冷却方法能够快速冷却目标物，冷却效果好。

附图说明

图1是本发明实施例一的整体结构图。

图2是本发明实施例一的内部结构前视图。

图3是本发明实施例一的内部结构后视图。

图4是本发明实施例一的雾化混合装置左视图。

图5是图4的结构剖视图。

图6是本发明实施例一的雾化混合装置后视图。

图7是图6的结构剖视图。

附图标记：100、液体供应装置；110、储液容器；120、压力控制器；130、电磁阀；140、送液管；200、干冰颗粒供应装置；201、出干冰颗粒口；210、干冰容器；211、密封盖；220、螺旋进料杆；230、搅拌片；240、从动锥齿轮；250、主动锥齿轮；260、电机；261、联轴器；262、传动轴；263、第二滚动轴承；264、密封圈；265、套筒；266、带座轴承；270、调速开关；280、滑动轴承；290、第一滚动轴承；300、雾化混合装置；301、进液口；302、液雾发生腔；303、进气口；304、干冰颗粒容腔；305、混料区；306、喷射口；307、液雾出口；308、干冰颗粒出口；310、主体；320、筒体；330、液雾发生器；340、辅助气接口；350、喷射管；360、喷嘴；400、机架；410、脚轮；420、封板。

具体实施方式

为了让本发明的上述特征和优点更明显易懂，下面特举实施例，并配合附图，作详细说明如下。

实施例一：如图1～7所示，一种冷却用混合物发生装置，其包括：

液体供应装置100，用于提供液体；其中，液体可以是水、乳化液、半合成切削液或全合成切削液等；

干冰颗粒供应装置200，用于提供干冰颗粒；其中，干冰颗粒的粒径优选小于或等于3mm，如0.5mm、1mm、1.5mm、2mm、2.5mm等；

雾化混合装置300，其设置有进液口301、液雾发生腔302、进气口303、干冰颗粒容腔304、混料区305和喷射口306，进液口301通向液雾发生腔302，液雾发生腔302设置有将液体转化成液雾的液雾发生器330，进气口303通向干冰颗粒容腔304，液雾发生腔302的液雾出口307和干冰颗粒容腔304的干冰颗粒出口308分别通向混料区305，混料区305的混料出口与喷射口306相连通；其中，进气口303可以安装有辅助气接口340以便连接外接气源，液雾发生器330可以是超声波雾化器、压缩雾化器或网式雾化器等现有产品，喷射口306可以通过喷射管350连接有喷嘴360；

其中，液体供应装置100的出液口与雾化混合装置300的进液口301相连通，干冰颗粒供应装置200的出干冰颗粒口201通向雾化混合装置300的干冰颗粒容腔304。

在本实施例一中，液体供应装置100包括储液容器110，储液容器110设置有进气加压口和压力控制器120(可采用现有产品)，储液容器110的出液口设置有电磁阀130。其中，储液容器110可以是储水腔、储水瓶、储水罐或储水箱等，储液容器110的出液口可以通过送液管140连接至雾化混合装置300的进液口301，电磁阀130可以安装在送液管140上。使用时，通过进气加压口往储液容器110内加压，由压力控制器120控制，再配合上电磁阀130同步控制，让液流以恒定流速缓缓地输送到液雾发生腔302。

在本实施例一中，干冰颗粒供应装置200包括干冰容器210，出干冰颗粒口201设置于干冰容器210的底部，干冰容器210内竖直安装有螺旋进料杆220，螺旋进料杆220上固定有位于干冰容器210内的搅拌片230(或称刮片、叶片)。其中，干冰容器210为带有可打开密封盖211的干冰容腔、干冰桶或干冰筒等保温容器，雾化混合装置300安装在干冰容器210的外底部。其中，螺旋进料杆220是在光杆外表面设置一条或多条螺旋槽。使用时，驱动螺旋进料杆220旋转，搅拌片230在干冰容器210内旋转搅拌，进一步搅碎干冰颗粒的同时防止干冰颗粒在下料中发生黏附阻塞，这种独创的结构防止了干冰结块，保证了顺利下料；干冰容器210内的干冰颗粒紧贴螺旋进料杆220上的螺旋槽向下送料到干冰颗粒容腔304内，再由进气口303外接气体辅助其与喷发出来的液雾快速混合并从喷嘴360喷出，对待冷却对象进行冷冻。

在本实施例一中，螺旋进料杆220从出干冰颗粒口201穿出且伸入干冰颗粒容腔304内，位于干冰颗粒容腔304内的螺旋进料杆220上固定套设有从动锥齿轮240，从动锥齿轮240与一主动锥齿轮250相啮合，主动锥齿轮250固定安装在一电机260的输出端且位于干冰颗粒容腔304内，电机260位于干冰颗粒容腔304外，电机260的控制端电性连接有调速开关270。其中，电机260的转轴通过联轴器261连接有传动轴262，传动轴262通过第二滚动轴承263(如深沟球轴承)安装在干冰颗粒容腔304侧壁上的通孔内，通孔的外侧设置有密封圈264，主动锥齿轮250安装在传动轴262的末端，传动轴262上套设有位于主动锥齿轮250和第二滚动轴承263之间的套筒265，套筒265起到定位第二滚动轴承263内圈的作用，传动轴262上还可以固定套设有带座轴承266，带座轴承266的座固定在干冰颗粒容腔304的外侧壁上，带座轴承266对传动轴262起到补充支撑作用。使用时，通过调速开关270控制电机260的转速，电机260带动主动锥齿轮250，主动锥齿轮250带动从动锥齿轮240，从动锥齿轮240带动螺旋进料杆220及其上的搅拌片230旋转，进而实现干冰颗粒的下料；由于锥齿轮组正好位于出干冰颗粒口201的正下方，这种独创的结构有利于将干冰颗粒进一步碾碎。当然，螺旋进料杆220的驱动端也可以位于干冰颗粒容腔304内，电机260也可以通过蜗轮蜗杆等方式驱动螺旋进料杆220，将电机260设置于干冰容器210外，避免影响干冰的保温。

在本实施例一中，出干冰颗粒口201内的上部安装有与螺旋进料杆220滑动接触的滑动轴承280，干冰颗粒容腔304内的底部安装有第一滚动轴承290，第一滚动轴承290的内圈固定套设在螺旋进料杆220的下端。其中，第一滚动轴承290优先选用但不局限于深沟球轴承，干冰颗粒容腔304内的底部设置有用于固定第一滚动轴承290外圈的第一轴承安装槽；出干冰颗粒口201内的上部设置有用于固定滑动轴承280的第二轴承安装槽，滑动轴承280可以减少出干冰颗粒口201的磨损，滑动轴承280也可以用滚动轴承替换，当然滑动轴承280也可以取消。

在本实施例一中，雾化混合装置300包括主体310(可以是铸件)和筒体320，筒体320的上端可通过栓接、焊接等方式固定在主体310的底部以组成液雾发生腔302，进液口301、液雾出口307、进气口303、干冰颗粒容腔304、干冰颗粒出口308、混料区305和喷射口306均设置在主体310上，进液口301通过一进液通道通向液雾发生腔302，液雾发生腔302的液雾出口307通过一出液雾通道通向混料区305，干冰颗粒容腔304的干冰颗粒出口308通过一出干冰颗粒通道通向混料区305。其中，主体310和筒体320也可以一体成型。

在本实施例一中，进液通道、出液雾通道和出干冰颗粒通道均设置在主体310上，优选但不局限于直通道，使用效果更好，当然也可以弯曲通道；进液通道的出口可以一定角度(如90°、60°、45°、30°)与出液雾通道的中部相贯通，优选但不局限于90°，即进液通道的出口方向垂直于出液雾通道，雾化效果更好；出液雾通道的出口可以一定角度(如90°、60°、45°、30°)与出干冰颗粒通道的出口相交于混料区305，优选但不局限于90°，即出液雾通道的出口方向垂直于出干冰颗粒通道的出口方向，混合效果更好；进气口303、出干冰颗粒通道和喷射口306优选但不局限位于同一轴线上，喷射效果更好。使用时，当液雾发生腔302内的水位达到一定高度(可通过液位传感器或流量计控制)时，液雾发生器330开始工作将液流转化为液雾向上喷发。

在本实施例一中，液体供应装置100、干冰颗粒供应装置200和雾化混合装置300均安装在机架400上，机架400优选但不局限于轻便、便宜、美观的铝型材机架；机架400的底部可以设置有多个脚轮410，脚轮410可以带刹车装置，以便移动和固定；机架400的各个侧面均可以设置有封板420(或称围板、装饰板)，以将液体供应装置100、干冰颗粒供应装置200的下部和雾化混合装置300遮挡起来，只需暴露出干冰容器210的密封盖211、调速开关270和压力控制器120即可，整个装置外形更美观。

实施例二：请参阅图1～7，一种冷却用混合物发生装置，其与实施例一的区别在于：还包括：气体供应装置(图中省略)，用于提供气体；气体供应装置的一出气口可以通过一送气管与雾化混合装置300的进气口303相连通，气体供应装置的另一出气口可以通过另一送气管与储液容器110的进气加压口相连通。气体供应装置可以采用常规产品，例如包括空压机、储气罐和控制阀，通过控制阀控制两送气管的工作。

实施例三：请参阅图1～7，一种冷却用混合物发生方法，可以采用实施例一或实施例二的冷却用混合物发生装置，包括以下步骤：

提供液体；

将液体雾化成液雾；

提供干冰颗粒；

将干冰颗粒与液雾混合成冷冻的混合物。

在本实施例三中，混合物按体积百分数计，优选但不局限于40～60％的液雾和60～40％的干冰颗粒。

实施例四：请参阅图1～7，一种冷却方法，可以采用实施例一或实施例二的冷却用混合物发生装置，包括以下步骤：

提供液体；

将液体雾化成液雾；

提供干冰颗粒；

将干冰颗粒与液雾混合成冷冻的混合物；

将混合物喷向待冷却的目标。

在本实施例四中，混合物按体积百分数计，优选但不局限于40～60％的液雾和60～40％的干冰颗粒。首次采用干冰与液雾的混合物，达到了非常好的冷冻(即快速冷却)效果。

在本实施例四中，待冷却的目标可以是蜂窝铝型材，解决了加工易变形、撕裂等问题，也可以是铣削、磨削、钻孔等各种加工工艺中的钛合金、不锈钢、复合材料等难加工材料零件，使得刀具得到充分冷却。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，任何熟悉本领域的技术人员但凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做任何简单的修改、均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (7)

1.一种冷却用混合物发生装置，其特征在于，包括：液体供应装置，用于提供液体；干冰颗粒供应装置，用于提供干冰颗粒；雾化混合装置，其设置有进液口、液雾发生腔、进气口、干冰颗粒容腔、混料区和喷射口，所述进液口通向所述液雾发生腔，所述液雾发生腔设置有将所述液体转化成液雾的液雾发生器，所述进气口通向所述干冰颗粒容腔，所述液雾发生腔的液雾出口和所述干冰颗粒容腔的干冰颗粒出口分别通向所述混料区，所述混料区的混料出口与所述喷射口相连通；其中，所述液体供应装置的出液口与所述雾化混合装置的所述进液口相连通，所述干冰颗粒供应装置的出干冰颗粒口通向所述雾化混合装置的所述干冰颗粒容腔；

所述液体供应装置包括储液容器，所述储液容器设置有进气加压口和压力控制器，所述储液容器的出液口设置有电磁阀；

所述干冰颗粒供应装置包括干冰容器，所述出干冰颗粒口设置于所述干冰容器的底部，所述干冰容器内竖直安装有螺旋进料杆，所述螺旋进料杆上固定有位于所述干冰容器内的搅拌片；

所述螺旋进料杆从所述出干冰颗粒口穿出且伸入所述干冰颗粒容腔内，位于所述干冰颗粒容腔内的螺旋进料杆上固定套设有从动锥齿轮，所述从动锥齿轮与一主动锥齿轮相啮合，所述主动锥齿轮固定安装在一电机的输出端且位于所述干冰颗粒容腔内，所述电机位于所述干冰颗粒容腔外，所述电机的控制端电性连接有调速开关。

2.根据权利要求1所述的冷却用混合物发生装置，其特征在于，所述出干冰颗粒口内的上部安装有与所述螺旋进料杆滑动接触的滑动轴承，所述干冰颗粒容腔内的底部安装有滚动轴承，所述滚动轴承的内圈固定套设在所述螺旋进料杆的下端。

3.根据权利要求1所述的冷却用混合物发生装置，其特征在于，所述雾化混合装置包括主体和筒体，所述筒体的上端固定在所述主体的底部以组成所述液雾发生腔，所述进液口、所述液雾出口、所述进气口、所述干冰颗粒容腔、所述干冰颗粒出口、所述混料区和所述喷射口均设置在所述主体上，所述进液口通过一进液通道通向所述液雾发生腔，所述液雾发生腔的液雾出口通过一出液雾通道通向所述混料区，所述干冰颗粒容腔的干冰颗粒出口通过一出干冰颗粒通道通向所述混料区。

4.根据权利要求1所述的冷却用混合物发生装置，其特征在于，还包括：气体供应装置，用于提供气体；所述气体供应装置的一出气口与所述雾化混合装置的所述进气口相连通。

5.一种采用权利要求1-4任一项所述装置进行冷却用混合物发生的方法，其特征在于，包括以下步骤：提供液体；将所述液体雾化成液雾；提供干冰颗粒；将所述干冰颗粒与所述液雾混合成冷冻的混合物。

6.一种采用权利要求1-4任一项所述装置进行冷却方法，其特征在于，包括以下步骤：提供液体；将所述液体雾化成液雾；提供干冰颗粒；将所述干冰颗粒与所述液雾混合成冷冻的混合物；将所述混合物喷向待冷却的目标。

7.一种采用权利要求1-4任一项所述装置的冷却用混合物，其特征在于，按体积百分数计，包括：40～60％的液雾和60～40％的干冰颗粒。