CN116241795A - 一种能够稳定存储液态仪表空气的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够稳定存储液态仪表空气的装置，涉及仪表空气存储领域。所述能够稳定存储液态仪表空气的装置包括：供料组件，所述供料组件的出口排出有原料空气；换热器，所述换热器与所述供料组件的出口连通，以将所述原料空气冷却为液态空气排出；真空贮槽，所述真空贮槽设置有贮存部以及包覆于所述贮存部外侧的真空部；所述换热器的出口与所述贮存部连通，以将所述液态空气导入所述贮存部；所述贮存部的上层气相层形成为氦气环境。

Description

一种能够稳定存储液态仪表空气的装置
技术领域
本申请涉及仪表空气存储领域，尤其是涉及一种能够稳定存储液态仪表空气的装置。
背景技术
仪表空气作为气缸等气动执行机构的驱动气源，要求其供应量以及氧含量均需非常稳定，并且该仪表空气还应具有可靠的存储方式，即仪表空气系统要求无扰动无间歇。目前常用的仪表空气存储方法为气态储存，即通过压缩机将空气压缩至高压状态后储存于高压气态缓冲罐或大容积中压气态缓冲罐内。但气态缓冲罐压容较大，这就导致其危险性较高；此外，气态缓冲罐的缓冲供应时间有限，无法保障供应时的可靠性，而且需要配合高压活塞式压缩机或离心式仪表气压缩机使用，使得压缩步骤较为繁琐。基于此，提出了储存液态仪表空气的构思，但液态空气具有多元组分，静止时液态空气将处于饱和态，而其饱和态下的两相(气相及液相)介质中的氧含量和氮含量不断变化，从而导致常规饱和态下的液态空气中的氧含量难以稳定。
发明内容
有鉴于此，本申请的目的在于提供一种能够稳定存储液态仪表空气的装置，以解决现有的常规饱和态下的液态空气中的氧含量难以稳定的问题。
根据上述目的，本发明提供一种能够稳定存储液态仪表空气的装置，其中，所述能够稳定存储液态仪表空气的装置包括：
供料组件，所述供料组件的出口排出有原料空气；
换热器，所述换热器与所述供料组件的出口连通，以将所述原料空气冷却为液态空气排出；
真空贮槽，所述真空贮槽设置有贮存部以及包覆于所述贮存部外侧的真空部；所述换热器的出口与所述贮存部连通，以将所述液态空气导入所述贮存部；所述贮存部的上层气相层形成为氦气环境。
优选地，所述供料组件的出口通过第一支路与所述换热器的第一入口连通，所述换热器的第一出口通过所述第一支路与所述贮存部的液空入口连通。
优选地，所述液空入口位于所述真空贮槽的底部，并且连接于所述液空入口处的所述第一支路设置有第一阀门，以能够将所述液态空气导入至所述贮存部中。
优选地，当所述贮存部与所述真空部贴合时，所述贮存部的底部形成有液空出口，所述贮存部的顶部形成有冷空入口；所述液空出口通过第二支路与所述换热器的第二入口连通，所述换热器的第二出口通过所述第二支路与所述冷空入口连通。
优选地，连接于所述液空出口处的所述第二支路设置有第二阀门，连接于所述冷空入口处的所述第二支路设置有过冷件。
优选地，所述上层气相层设置有氮含量监测机构，所述氮含量监测机构与所述过冷件和所述第二阀门通讯连接。
优选地，当所述贮存部与所述真空部之间还设置有液氮部时；所述液氮部的底部设置有液氮入口，所述液氮入口与液氮供应装置连通，并且所述液氮入口处设置有第三阀门；所述上层气相层设置有氮含量监测机构，所述氮含量监测机构与所述第三阀门通讯连接。
优选地，所述贮存部的顶部还设置有氦气补充口。
优选地，所述贮存部的底部形成有产品出口，所述产品出口通过第三支路与使用端连通，所述第三支路中依次设置有第四阀门、空浴式汽化器以及减压阀，并且所述第四阀门位于靠近所述产品出口的位置处。
优选地，所述供料组件包括过滤器、空压机以及吸附纯化系统。
根据本发明的能够稳定存储液态仪表空气的装置，通过换热器将原料空气冷却为液态后送入真空贮槽中存储，并且将贮存部的上层气相层形成为氦气环境，而由于氦气饱和温度远低于空气，过冷态的液态空气在氦气气相氛围中能够保持氧氮比例不变，并且氦气也不会被冷凝或溶解。如此即能够使得液态仪表空气中的氧含量保持在稳定的状态。
为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是根据本发明的实施例的能够稳定存储液态仪表空气的装置的示意图；
图2是根据本发明的实施例的能够稳定存储液态仪表空气的装置的另一示意图。
图标：10-过滤器；11-空压机；12-吸附纯化系统；2-换热器；3-真空贮槽；30-贮存部；301-液空入口；302-产品出口；303-冷空入口；304-液空出口；305-氦气补充口；306-液氮入口；3041-第三阀门；31-真空部；32-液氮部；41-第一支路；411-第一阀门；42-第二支路；421-过冷件；422-第二阀门；43-第三支路；431-第四阀门；432-空浴式汽化器；433-减压阀；434-使用端；50-氮含量监测机构。
具体实施方式
提供以下具体实施方式以帮助读者获得对这里所描述的方法、设备和/或系统的全面理解。然而，在理解本申请的公开内容之后，这里所描述的方法、设备和/或系统的各种改变、修改及等同物将是显而易见的。例如，这里所描述的操作的顺序仅仅是示例，其并不限于这里所阐述的顺序，而是除了必须以特定顺序发生的操作之外，可做出在理解本申请的公开内容之后将是显而易见的改变。此外，为了提高清楚性和简洁性，可省略本领域中已知的特征的描述。
这里所描述的特征可以以不同的形式实施，并且不应被解释为局限于这里所描述的示例。更确切地说，已经提供了这里所描述的示例仅用于示出在理解本申请的公开内容之后将是显而易见的实现这里描述的方法、设备和/或系统的诸多可行方式中的一些方式。
在整个说明书中，当元件(诸如，层、区域或基板)被描述为“在”另一元件“上”、“连接到”另一元件、“结合到”另一元件、“在”另一元件“之上”或“覆盖”另一元件时，其可直接“在”另一元件“上”、“连接到”另一元件、“结合到”另一元件、“在”另一元件“之上”或“覆盖”另一元件，或者可存在介于它们之间的一个或更多个其他元件。相比之下，当元件被描述为“直接在”另一元件“上”、“直接连接到”另一元件、“直接结合到”另一元件、“直接在”另一元件“之上”或“直接覆盖”另一元件时，可不存在介于它们之间的其他元件。
如在此所使用的，术语“和/或”包括所列出的相关项中的任何一项和任何两项或更多项的任何组合。
尽管可在这里使用诸如“第一”、“第二”和“第三”的术语来描述各个构件、组件、区域、层或部分，但是这些构件、组件、区域、层或部分不受这些术语所限制。更确切地说，这些术语仅用于将一个构件、组件、区域、层或部分与另一构件、组件、区域、层或部分相区分。因此，在不脱离示例的教导的情况下，这里所描述的示例中所称的第一构件、组件、区域、层或部分也可被称为第二构件、组件、区域、层或部分。
为了易于描述，在这里可使用诸如“在……之上”、“上部”、“在……之下”和“下部”的空间关系术语，以描述如附图所示的一个元件与另一元件的关系。这样的空间关系术语意图除了包含在附图中所描绘的方位之外，还包含装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的装置被翻转，则被描述为相对于另一元件位于“之上”或“上部”的元件随后将相对于另一元件位于“之下”或“下部”。因此，术语“在……之上”根据装置的空间方位而包括“在……之上”和“在……之下”两种方位。所述装置还可以以其他方式定位(例如，旋转90度或处于其他方位)，并将对在这里使用的空间关系术语做出相应的解释。
在此使用的术语仅用于描述各种示例，并非用于限制本公开。除非上下文另外清楚地指明，否则单数的形式也意图包括复数的形式。术语“包括”、“包含”和“具有”列举存在的所陈述的特征、数量、操作、构件、元件和/或它们的组合，但不排除存在或添加一个或更多个其他特征、数量、操作、构件、元件和/或它们的组合。
由于制造技术和/或公差，可出现附图中所示的形状的变化。因此，这里所描述的示例不限于附图中所示的特定形状，而是包括在制造期间出现的形状上的改变。
这里所描述的示例的特征可按照在理解本申请的公开内容之后将是显而易见的各种方式进行组合。此外，尽管这里所描述的示例具有各种各样的构造，但是如在理解本申请的公开内容之后将显而易见的，其他构造是可能的。
如图1至2所示，本实施例的能够稳定存储液态仪表空气的装置包括：供料组件、换热器2以及真空贮槽3。在下文中，将详细描述根据本发明的能够稳定存储液态仪表空气的装置的上述各部分的具体结构。
在本实施例中，如图1至图2所示，该供料组件用于提供干燥空气以作为原料空气。具体地，该供料组件包括通过第一支路41依次连接的过滤器10、空压机11以及吸附纯化系统12，从而空气源通过该过滤器10、空压机11以及吸附纯化装置能够被过滤、增压以及吸附纯化，进而得到干燥空气以作为原料。而该供料组件的出口即本实施例中吸附纯化系统12的出口通过上述第一支路41与换热器2的第一入口a1连通，通过换热器2将原料空气冷却为过冷液态空气，从而得到初次液态空气产品并将其送入真空贮槽3中，即将换热器2的第一出口b1通过第一支路41与下述贮存部30的液空入口301连通。
在本实施例中，真空贮槽3被用于存储液态空气。如图1至图2所示，其形成为类圆柱状结构，该真空贮槽3内部形成为中空的贮存部30，以用于存储液态空气；该真空贮槽3还设置有真空部31，并且该真空部31包覆于贮存部30的外部，如此能够将贮存部30中的液态空气与室温隔热，以确保液态空气能够稳定地维持为液态。更进一步地，该真空部31的厚度均匀以便于实现均匀隔热的技术效果，从而保证贮存部30中液态空气的稳定性。
此外，如图1至图2所示，该贮存部30的底部形成有与上述第一支路41连通的液空入口301，并且在靠近液空入口301处的第一支路41中还设置有第一阀门411，以便于精准控制液空入口301的开闭，进而使得液态空气的导入可控。该贮存部30的底部还形成有产品出口302，该产品出口302通过第三支路43与使用端434连通。进一步地，该第三支路43中依次设置有第四阀门431、空浴式汽化器432以及减压阀433，并且该第四阀门431位于靠近产品出口302的位置处。如此，当需要使用备用储存的液态仪表空气时，打开第四阀门431以将液态空气导出，并使得该液态空气依次经空浴式汽化器432复温以及减压阀433减压，而后将其送至使用端434例如仪表气管网，以实现无干扰无间断的仪表气供应。
需要说明的是，上述液空入口301以及产品出口302均设置于真空贮槽3的底部，对于产品出口302而言，如此设置，在重力的作用下能够更便于液态空气的排出；而对于液空入口301而言，如此设置能够便于下述氦气环境的设置，从而更利于液态空气的存贮。
此外，该贮存部30的上层气相层形成为氦气环境，由于氦气饱和温度远低于空气，因此过冷态的液态空气能够在氦气的气相氛围中保持氧氮比例不变，并且氦气不会被冷凝或溶解，如此即能够使得液态仪表空气中的氧含量保持在稳定的状态。进一步地，该贮存部30的顶部还设置有用于补充氦气的氦气补充口305。
此外，为了保证真空贮槽3内的液态空气的持续过冷态以及贮存部30中液相物料的完全均匀，在本实施例中，如图1所示，将贮存部30与真空部31贴合，并且在贮存部30的底部和顶部分别设置有液空出口304和冷空入口303，该液空出口304通过第二支路42与换热器2的第二入口a2连通，换热器2的第二出口b2通过该第二支路42与冷空入口303连接。进一步地，接于所述液空出口304处的所述第二支路42设置有第二阀门422，连接于冷空入口303处的第二支路42设置有过冷件421，过冷件421可以形成为低温泵或者氮气气提装置。如此通过液空出口304能够从贮存部30中抽取少量液态空气，而后将抽取的液态空气经换热器2冷却，再经过冷件421输送重新返回贮存部30的顶部，如此即能够实现上述技术效果即保证真空贮槽3内的物料恒定不变。
然而不限于此，液态空气过冷态的维持也可以通过多层真空贮槽3实现，如图2所示，该真空部31与贮存部30之间还设置有液氮部32，该液氮部32的底部设置有液氮入口306，并且该液氮入口306与液氮供应装置连通，该液氮入口306处还设置有第三阀门3041以便于能够精准控制液氮入口306的开闭，如此通过液氮循环即能够维持液态空气的过冷态。又或者，还可以增大液态空气的过冷度，从而使得液态空气的过冷态能够维持较长时间而不受外部干扰。
此外，本实施例中的真空贮槽3还设置有氮含量监测机构50，并且氮含量监测机构50与过冷件421和第二阀门422通讯连接，或者该氮含量监测机构50与第三阀门3041通讯连接，该监测机构能够监测贮存部30的顶部气相即氦气氛围中的氮含量，从而当氮含量达到1％时，该真空贮槽3能够自动启动液态空气的过冷循环(即低温泵循环或氦气气体循环)或者液氮自动供应换热，进而通过过冷循环或者低压液氮将液态空气过冷至原设定值。
此外，需要说明的是，本实施例中的换热器2所需冷源可以由低压液氮提供，而该低压液氮可由临近的空气分离装置或液氮平底槽提供，又或者还可以通过在真空贮槽3旁设立小容积的液氮真空罐提供，而对于液氮真空罐中的液氮来说，可以将其节流至低压饱和态后，再送入上述换热器2过冷段以提供冷量。此外，低温氦气可通过氦气气瓶经换热器2冷却至与液态空气同等温度后，再送入真空贮槽3的贮存部30或用作过冷件421。
需要进一步说明的是，真空贮槽3的首次充灌需要通过上述换热器2冷却压缩空气以制备液态空气，待首次充灌后，无需再额外提供压缩空气或相应的液氮资源，仅在当液态空气消耗后需补充液体的情况下，需再次使用换热器2将压缩空气冷却用以补充贮存部30中的液位。
根据本发明如上所述的能够稳定存储液态仪表空气的装置能够将液态空气稳定存储，而由于同样体积下液态空气的储存量是标准状态空气的600倍以上，如此保障了全厂仪表空气的供应的不间断性和可靠性。液态储存能够极大的节约仪表空气的储存容积，并且节省了装置的占地面积。此外，液态储存的安全性也远高于高压气态仪表空气储存，消除了高压气体释放能量的风险，同时液态存储也无需额外设置高压仪表空气压缩机，正常的仪表空气供应压缩机即可提供储存所需气源，液氮冷源及氦气的获取也较为便利。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本申请的具体实施方式，用以说明本申请的技术方案，而非对其限制，本申请的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种能够稳定存储液态仪表空气的装置，其特征在于，所述能够稳定存储液态仪表空气的装置包括：
供料组件，所述供料组件的出口排出有原料空气；
换热器，所述换热器与所述供料组件的出口连通，以将所述原料空气冷却为液态空气排出；
真空贮槽，所述真空贮槽设置有贮存部以及包覆于所述贮存部外侧的真空部；所述换热器的出口与所述贮存部连通，以将所述液态空气导入所述贮存部；所述贮存部的上层气相层形成为氦气环境。
2.根据权利要求1所述的能够稳定存储液态仪表空气的装置，其特征在于，所述供料组件的出口通过第一支路与所述换热器的第一入口连通，所述换热器的第一出口通过所述第一支路与所述贮存部的液空入口连通。
3.根据权利要求2所述的能够稳定存储液态仪表空气的装置，其特征在于，所述液空入口位于所述真空贮槽的底部，并且连接于所述液空入口处的所述第一支路设置有第一阀门，以能够将所述液态空气导入至所述贮存部中。
4.根据权利要求1所述的能够稳定存储液态仪表空气的装置，其特征在于，当所述贮存部与所述真空部贴合时，所述贮存部的底部形成有液空出口，所述贮存部的顶部形成有冷空入口；所述液空出口通过第二支路与所述换热器的第二入口连通，所述换热器的第二出口通过所述第二支路与所述冷空入口连通。
5.根据权利要求4所述的能够稳定存储液态仪表空气的装置，其特征在于，连接于所述液空出口处的所述第二支路设置有第二阀门，连接于所述冷空入口处的所述第二支路设置有过冷件。
6.根据权利要求5所述的能够稳定存储液态仪表空气的装置，其特征在于，所述上层气相层设置有氮含量监测机构，所述氮含量监测机构与所述过冷件和所述第二阀门通讯连接。
7.根据权利要求1所述的能够稳定存储液态仪表空气的装置，其特征在于，当所述贮存部与所述真空部之间还设置有液氮部时；所述液氮部的底部设置有液氮入口，所述液氮入口与液氮供应装置连通，并且所述液氮入口处设置有第三阀门；所述上层气相层设置有氮含量监测机构，所述氮含量监测机构与所述第三阀门通讯连接。
8.根据权利要求1所述的能够稳定存储液态仪表空气的装置，其特征在于，所述贮存部的顶部还设置有氦气补充口。
9.根据权利要求1所述的能够稳定存储液态仪表空气的装置，其特征在于，所述贮存部的底部形成有产品出口，所述产品出口通过第三支路与使用端连通，所述第三支路中依次设置有第四阀门、空浴式汽化器以及减压阀，并且所述第四阀门位于靠近所述产品出口的位置处。
10.根据权利要求1所述的能够稳定存储液态仪表空气的装置，其特征在于，所述供料组件包括过滤器、空压机以及吸附纯化系统。
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