專利名稱：制備氧和氮的液態混合物的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及液體氧和液體氮混合的方法和設備，其中在混合之前進行熱交換，液氮部分蒸發而使液氧過冷。更具體地說，本發明涉及這樣一種方法和設備，其中液氮在部分蒸發以后發生相分離，所得到的液相與液氧混合以便組成混合物。
現有技術已提供了用于水下和救火的呼吸裝置，該裝置使用一種與壓縮空氣不同的合成空氣混合物。在這種裝置中，液氧和液氮在分開的容器中攜帶，然后在吸入前被汽化并加熱。
如果能提供一種隨后能汽化的液體合成混合物，則如上所述的裝置將可得到簡化。形成混合物的問題是一些液氮將煮掉。煮掉的量(雖然是液氧和液氮輸入條件的函數)使所得到的混合物中液氧對液氮的比例一般與形成混合物所提供的液體質量比是不同的。實踐中很難預料所得到的混合物的組分，因為很難確定輸入的條件。在用以提供液氧和液氮的貯裝罐中，雖然可以控制壓力，但溫度或過冷度會變化。因而緊接在混合前的液體的物理狀態以及所得到的混合物的組份都是不知道的。此外，直接混合在不同溫度下的液氧和液氮一般將產生一種多泡沫的混合物，這種多泡沫混合物將使液體混合物的灌裝和貯存進一步復雜化。
從下面的討論可知本發明提供了一種方法和設備，其中液氧和液氮通過直接混合形成可供呼吸的液態混合物，混合方式能確保混合物處于可予知的物理狀態。
本發明提供了一種混合液氧和液氮形成一種混合物的方法。按照該方法，在液氧和液氮液流之間通過間接熱交換形成過冷的液氧流和部分汽化的液氮流，該兩種液流基本上處于同一溫度。控制液氮的壓力使該兩液流的溫度也被控制得相同。部分汽化的液氮流進行相分離形成液氮相/氣氮相。由液態氮相組成的液相流然后就與過冷的液氧流合并以形成混合物。
另一方面，本發明提供了一種用于混合液氧和液氮流形成混合物的裝置。該裝置包括一個平行流熱交換器，該熱交換器有分別用于液氧和液氮的第一和第二通道，使它們進行間接熱交換，并形成過冷的液氧流及部分汽化的液氮流，兩者基本上處于同一溫度。該同一溫度取決于液氮的壓力。一個相分離器連接到平行流熱交換器的第二通道用以接收部分汽化的液氮流并形成氮的液相和汽相。有一個裝置連接到相分離器并與平行流熱交換器的第一通道連通以將包括液氮相的液相流與過冷的液氧流相合并。
另一方面，該平行流熱交換器起著使液氧過冷并使氮部分汽化作用。部分汽化的氮的溫度將是在給定的或控制的壓力下的飽和的氮的溫度，液氧的溫度也是同樣的。由于供應給平行流熱交換器的液氮的壓力可以精確地控制和置定，單單控制這供應壓力就可精確地確定液氧和液氮的混合物的狀態。液氧壓力只影響液氧的進料速率并且也為這目的而被控制。結果，混合基本上與貯罐內壓力以外的其它變化無關。因為液氧和液氮在它們達到平衡之前總不直接混合，所以本發明不會產生難以處理的多泡混合物。
雖然說明書結尾的權利要求書清楚地指出了本發明的主題，相信結合附圖
將能更好地理解本發明，附圖中唯一的圖形是實施本發明的方法的裝置示意圖。
參看附圖，在裝置1中分別由貯存在罐14和16內的液氧和液氮組成的液氧流和液氮流10和12合并起來產生產品混合物流18。罐14和16內的壓力按本領域已知方式進行控制。如上所述，罐16內的壓力控制對確定產品混合物流18的狀態尤其重要。
液氧流10和液氮流12流過具有第一和第二通道22和26的平行流熱交換器20。液氧流和液氮流10和12之間的總的熱交換產生了過冷液氧流24及部分汽化的液氮流26。過冷液氧流24的溫度基本上等于部分汽化的液氮流26。在平行流熱交換器20內，比液氧較冷的氮部分汽化。
部分汽化的液氮流26被導入到相分離器28產生氮蒸汽相30和液氮相32。然后過冷液氧流與液相流34在三通管36內混合，液相流34是由相分離器28內所產生的液相組成的。較好地，混合三通管36有一個噴咀或小孔以降低過冷液氧流24的壓力以誘發液氧和氮的混合。這樣的輸出液流就是產品混合液流18。產品混合流18可以發送到混合物貯罐40或通過出口管42送出。可以為這些目的而設置截止閥43和44。
可以理解，液氧貯罐14內的壓力應大于液氮貯罐16內的壓力，因為通過噴咀38時，過冷液氧流24內的壓力會損耗。也能夠理解，相分離器28不應該存在一個明顯的壓力降，因為該壓力降會阻礙部分汽化的液氮流26的流動。為此目的，提供了一個定量閥46以控制由相分離器28出來的汽相氮的流動。為了精確地測量和控制產品混合物流18的成分，提供了流量計48和50以分別計量過冷液氧流24和液相流34的流量。向應于流量計48和50的讀數，提供了定量閥52來調節產品混合物流18的成分。另一種方法是，分析產品混合物流18的成分，然后調節液氧流24或液相流34或者兩者均調節，以得到所需要的組分。
正如本領域技術人員所能理解的，有許多用于控制液氧流24和液相流34的混合速率的裝置。例如，控制閥52可重新放置至液相流34，或者增加一個附加的控制閥以得到更大的靈活性。
雖然圖中沒有畫出可以在混合三通管36的下流提供了一個靜態混合器以在產品混合流18內產生更多的混合。此外，可提供取樣以測定產品混合物流18的成分。氧含量的測定值將決定產品流18中的液氮和液氧的比率。
雖然本發明已參照最佳實施例進行了描述，本領域技術人員將可以理解，在不背離本發明的精神和范圍的條件下，可以作許多變化，增加和刪除。
權利要求
1.一種混合液氧和液氮形成混合物的方法，該方法包括在所述液氧和液氮之間進行間接熱交換，形成過冷的液氧流和部分汽化的液氮流，兩者基本上處在相同的溫度；控制所述液氮的壓力以控制所述的相同的溫度；將所述部分汽化的液氮流進行相分離以形成液相和汽相的氮；以及將所述液氮相組成的液相流與所述的過冷液氧流合并。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于它還包括控制所述的過冷液氧流和液氮流的流率，從而控制所述混合物的組分。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于所述液相流與所述的過冷液氧流在混合三通管內混合，所述三通管具有一個噴嘴以降低所述過冷液氧流的壓力。
4.如權利要求2所述的方法，其特征在于所述液相流與所述的過冷液氧流在混合三通管內混合，所述三通管具有一個噴嘴以降低所述過冷液氧流的壓力。
5.一種混合液氧流和液氮流形成混合物的裝置，其特征在于該裝置包括一個具有分別供所述液氧流和液氮流使用的第一和第二通道的平行流熱交換器，用以使所述的液氧流和液氮流之間進行間接的熱交換，從而形成溫度基本上相同的過冷液氧流和部分汽化的液氮流，該相同的溫度取決于液氮的壓力；一個與所述平行流熱交換器的第二通道相連接的相分離器，用于接收所述部分汽化的液氮流并形成液相和汽相的氮；以及與所述的相分離器相連接的并與所述的平行流熱交換器的第一通道相聯通的設備，用于使由所述液氮相組成的液相流與所述的過冷液氧流相合并。
6.如權利要求5所述的裝置，其特征還在于其中有一個定量閥插入在所述平行流熱交換器的第一通道和所述混合設備之間，以控制所述混合物的組分。
7.如權利要求5所述的裝置，其特征還在于所述混合設備包括一個具有噴咀以使所述過冷液氧流壓力降低的混合三通管。
全文摘要
一種使液氧和液氮混合形成液體混合物的方法和裝置,其中這些液流通過一個平行流熱交換器以形成過冷液氧流和部分汽化的液氮流,兩者是有相同的溫度。部分汽化的液氮在一相分離器內進行相分離形成液氮相和汽相氮。由液態氮組成的液相流與過冷液氧流相混合(較好是在一個混合三通管內)以形成所需要的混合物。
文檔編號B01F3/08GK1182867SQ97123169
公開日1998年5月27日 申請日期1997年11月20日 優先權日1996年11月20日
發明者R·C·李 申請人:波克股份有限公司