本實(shí)用新型涉及制備干冰的裝置，具體是涉及一種利用高壓泵直接將液態(tài)二氧化碳壓縮固化制備干冰的裝置。

背景技術(shù)：

二氧化碳于常溫下是無色、無味的氣體,分子量為44,在標(biāo)準(zhǔn)狀況下密度為1.977g/L，比重約為空氣的1.5倍；在水中的溶解度隨著溫度的升高而降低，隨壓力的升高而增加,溫度為0℃,壓力為0.1MPa時,溶解度為1.79Ncm³/g,而在溫度相同,壓力為1.0MPa時,其溶解度為15.92Ncm³/g，20℃常壓下每100體積水可溶88體積二氧化碳，二氧化碳溶于水一部分跟水反應(yīng)生成碳酸；二氧化碳的臨界點(diǎn)溫度為31.06℃,臨界壓力為7.382MPa,臨界密度為468kg/m³；熔點(diǎn)（三相點(diǎn)溫度）為-56.57℃，三相點(diǎn)壓力為0.416MPa；沸點(diǎn)為-78.45℃(升華為干冰)；當(dāng)CO₂處于-56.57℃時，其為三相點(diǎn)即氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)共存；當(dāng)溫度處于31.06℃～-56.57℃時，CO₂為氣態(tài)、液態(tài)共存；當(dāng)溫度處于-56.57℃～-78.45℃時，CO₂為氣態(tài)、固態(tài)共存。在大氣條件下,二氧化碳不能以液體的形式存在。在20℃時，將二氧化碳加壓到5.73Mpa即可變成無色液體，一般于常溫下7.092MPa(70大氣壓)液化成無色液體，液體二氧化碳密度1.101g/cm³，常壓縮在鋼瓶中儲存，在－56.6℃、0.527Mpa時變?yōu)楣腆w。液態(tài)二氧化碳的密度受壓力的影響甚微,而受溫度的影響則較大,如31.0℃時,密度為463.9kg/m³,-30℃時密度為1074.2kg/m。二氧化碳液化后體積僅為氣體二氧化碳的約1/356,固化成形后體積僅為氣態(tài)的約1/764。液體二氧化碳蒸發(fā)時或在加壓冷卻時可凝成固體二氧化碳，俗稱“干冰”，是一種低溫致冷劑，密度為1.56g/cm³。液態(tài)二氧化碳減壓迅速蒸發(fā)時，一部分氣化吸熱，另一部分驟冷變成雪狀固體，將雪狀固體壓縮，成為冰狀固體“干冰”，干冰在0.1-0.13MPa、－78.5℃時可直接升華變成氣體。

隨著社會環(huán)境保護(hù)意識的提高，工業(yè)碳減排技術(shù)的推廣如CCS技術(shù)的應(yīng)用，捕集的二氧化碳轉(zhuǎn)化為液態(tài)二氧化碳，大量的液態(tài)二氧化碳的穩(wěn)定儲存或應(yīng)用將成為一個新的技術(shù)難題，而將液態(tài)二氧化碳固化制干冰則是一個有效的出路，干冰即固化成型的二氧化碳，二氧化碳液化后體積收縮至氣體二氧化碳的1/356，固化成型后體積收縮至氣態(tài)的1/764。干冰因其吸熱可直接升華為體積數(shù)百倍的氣體，且無殘留、無毒、無味、不燃及可滅菌特性，應(yīng)用日益廣泛，可應(yīng)用于餐飲、食品、化工、醫(yī)藥、衛(wèi)生、工業(yè)、影視、氣象等行業(yè)及其清洗技術(shù)中。

當(dāng)前，CO₂液化及干冰制備可分為高壓法（8MPa）和中壓法（1.6MPa～2.5MPa）、低壓法（0.7MPa～0.9MPa）。高壓法可實(shí)現(xiàn)氣體CO₂在常溫下液化，壓縮機(jī)一般為三級壓縮或四級壓縮，能耗非常大，液化CO₂再經(jīng)節(jié)流膨脹降溫，部分液態(tài)CO₂轉(zhuǎn)化為雪狀固態(tài)后進(jìn)入干冰機(jī)成型制備干冰；中低壓法可實(shí)現(xiàn)氣體CO₂在低溫條件（如深冷技術(shù)）下液化，再經(jīng)節(jié)流膨脹進(jìn)一步降溫，部分液態(tài)CO₂轉(zhuǎn)化為雪狀固態(tài)后進(jìn)入干冰機(jī)成型制備干冰，壓縮機(jī)功耗相對高壓法低很多。

現(xiàn)有干冰機(jī)一般是利用高壓或中低壓液體CO₂的節(jié)流膨脹降溫，使部分液體CO₂凝結(jié)成固體雪狀CO₂，然后，在干冰成型機(jī)內(nèi)經(jīng)柱塞緊壓成密實(shí)的塊狀或粒狀產(chǎn)品。通常，可以將液態(tài)CO₂在中壓（1.6MPa～2.5MPa）或低壓（0.7MPa～0.9MPa）下通過自動加料閥引入干冰壓制機(jī)的雪桶，桶內(nèi)壓力稍高于三相點(diǎn)壓力（約0.55MPa）；加料量由定時器控制或根據(jù)雪桶內(nèi)液面高度進(jìn)行調(diào)節(jié)。節(jié)流膨脹降壓使部分液態(tài)CO₂汽化，產(chǎn)生的冷蒸汽通過熱交換使液態(tài)CO₂進(jìn)一步冷卻。當(dāng)冷卻到三相點(diǎn)溫度（-56.6℃）以下，壓力降到0.518MPa時，液態(tài)CO₂固化成雪狀干冰。最后用壓機(jī)把生成的雪狀CO₂壓成干冰塊或顆粒。傳統(tǒng)干冰機(jī)通過較高壓力的液體節(jié)流汽化部分凝固后制成干冰，即將液態(tài)二氧化碳節(jié)流汽化分離氣體二氧化碳后，壓縮放熱固化的部分雪狀二氧化碳才能得到干冰，其中損失的二氧化碳?xì)怏w的量約為獲得的干冰量的二倍，干冰產(chǎn)率僅為0.3～0.4?，F(xiàn)有制干冰機(jī)構(gòu)設(shè)備復(fù)雜，體積大，投資較大，生產(chǎn)成本也較高。

另一方面，隨著液壓技術(shù)的發(fā)展，100MPa～500MPa的低能耗高壓泵已很成熟廣泛應(yīng)用于液壓泵送、水切割等領(lǐng)域，但在干冰制備領(lǐng)域未見任何研究或?qū)嵺`的報(bào)道，而CO₂的物理性質(zhì)及三相圖特征顯示出了CO₂的可壓縮相變特點(diǎn)。如何利用CO₂的物理性質(zhì)與三相圖顯示的可壓縮相變特點(diǎn)，開發(fā)一種投資較小、干冰產(chǎn)率高的較簡易的干冰制備裝置具有實(shí)際的價值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是，克服上述背景技術(shù)的不足，提供一種干冰產(chǎn)率高，投資較小的泵壓式干冰機(jī)。

本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是，一種泵壓式干冰機(jī)，包括高壓泵、高壓固化室、循環(huán)冷卻器，高壓泵與高壓固化室通過液壓管道相連通，高壓泵將液態(tài)二氧化碳壓入高壓固化室，以高壓泵的輸出壓力促使液態(tài)二氧化碳在高壓固化室內(nèi)體積收縮固化成型為干冰，高壓固化室設(shè)置于循環(huán)冷卻器內(nèi)，以循環(huán)冷卻器內(nèi)的熱交換器移除液態(tài)二氧化碳壓縮固化為干冰所釋放的熱量。

進(jìn)一步，所述高壓固化室包括壓力罐，所述壓力罐包括罐體、進(jìn)液控制管路、溫壓感應(yīng)裝置、排氣控制管路、第一端蓋；所述第一端蓋設(shè)于罐體一端，所述進(jìn)液控制管路、溫壓感應(yīng)裝置、排氣控制管路設(shè)置于第一端蓋上，且與壓力罐內(nèi)連通；所述溫壓感應(yīng)裝置用于測量壓力罐內(nèi)壓力和溫度；所述排氣控制管路用于排出壓力罐內(nèi)空氣或CO₂氣體；所述進(jìn)液控制管路用于控制壓入壓力罐內(nèi)的液態(tài)二氧化碳的流量和壓力。

進(jìn)一步，所述壓力罐內(nèi)設(shè)有防粘模具，防粘模具是干冰成型模具。

進(jìn)一步，所述高壓固化室還包括第二端蓋，第二端蓋設(shè)于罐體上，第二端蓋位于防粘模具底部，用于取放防粘模具。

進(jìn)一步，所述進(jìn)液控制管路包含第一單向閥、第一壓力感應(yīng)器、流量計(jì)及管道保溫控溫裝置，所述第一單向閥、第一壓力感應(yīng)器、流量計(jì)及管道保溫控溫裝置設(shè)置在液壓管道上，所述管道保溫控溫裝置包括管道保溫層、第一溫度感應(yīng)器和加熱器，所述管道保溫層設(shè)于液壓管道的外壁，所述第一溫度感應(yīng)器設(shè)于液壓管道上，所述加熱器設(shè)于液壓管道內(nèi)，所述管道保溫控溫裝置用于防止液壓管道內(nèi)液態(tài)二氧化碳固化。

進(jìn)一步，所述高壓固化室立式設(shè)置于循環(huán)冷卻器內(nèi)。

進(jìn)一步，所述高壓固化室臥式設(shè)置于循環(huán)冷卻器內(nèi)。

進(jìn)一步，所述循環(huán)冷卻器也可設(shè)計(jì)為夾套式冷卻器；所述高壓固化室的壓力罐包括罐體，罐體外設(shè)有外殼體，外殼體上設(shè)有外保溫層，所述罐體為高壓固化空間，用于盛裝液態(tài)二氧化碳并壓縮固化，所述罐體和外殼體之間形成制冷劑流通夾套，所述外殼體上固定有制冷劑進(jìn)入管道和制冷劑排出管道，所述制冷劑進(jìn)入管道和制冷劑排出管道與制冷劑流通夾套連通。

進(jìn)一步，所述制冷劑進(jìn)入管道上設(shè)有第二單向閥，所述制冷劑排出管道上設(shè)有第三單向閥。

進(jìn)一步，還設(shè)有電控系統(tǒng)，電控系統(tǒng)分別與高壓泵、高壓固化室、循環(huán)冷卻器電連接。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)如下：直接以高壓泵將液態(tài)的二氧化碳送入高壓固化室，以高壓泵輸出的液體高壓直接將液態(tài)的二氧化碳壓縮固化為致密干冰，同時以循環(huán)冷卻器移除壓縮固化釋放出的熱量并冷卻干冰；本實(shí)用新型利用二氧化碳的性質(zhì)，借用成熟的較低能耗的高壓液壓泵的高壓液體輸送技術(shù)，直接將液態(tài)的二氧化碳送入高壓固化室內(nèi)壓縮固化為致密干冰，可更換不同的防粘模具，使干冰成型成不同形狀；設(shè)備整體結(jié)構(gòu)簡單，投資較小，制冰效率高，避免現(xiàn)有的制干冰機(jī)必需的節(jié)流膨脹汽化約三分之二的二氧化碳以固化約三分之一的二氧化碳制干冰的缺陷，液態(tài)二氧化碳利用率高幾乎全部轉(zhuǎn)化為干冰，干冰產(chǎn)率可達(dá)近100%，能耗較低，生產(chǎn)成本低，經(jīng)濟(jì)性好。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是圖1所示實(shí)施例的高壓固化室的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是圖3所示實(shí)施例的循環(huán)冷卻器為夾套式冷卻器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1—高壓泵，102—液壓管道，2—高壓固化室，21—壓力罐，210—罐體，211—進(jìn)液控制管路，211a—第一單向閥，211b—第一壓力感應(yīng)器，211c—流量計(jì)，211d—管道保溫控溫裝置，211d1—管道保溫層，211d2—第一溫度感應(yīng)器，211d3—加熱器，212—溫壓感應(yīng)裝置，212a—第二壓力感應(yīng)器，212b—第二溫度感應(yīng)器，213—排氣控制管路，213a—排氣閥，214—上端蓋，215—下端蓋，214'—左端蓋，215'—右端蓋，22—防粘模具，3—循環(huán)冷卻器， 301—熱交換器，302—外殼體，303—外保溫層，304—制冷劑進(jìn)入管道，304a—第二單向閥，305—制冷劑排出管道，305a—第三單向閥，4—電控系統(tǒng)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

實(shí)施例1

參照圖1，本實(shí)施例包括高壓泵1、高壓固化室2、循環(huán)冷卻器3，高壓泵1與高壓固化室2通過液壓管道102相連通，高壓泵1將液態(tài)二氧化碳壓入高壓固化室2，以高壓泵1的輸出壓力促使液態(tài)二氧化碳在高壓固化室2內(nèi)體積收縮固化成型為干冰，高壓固化室2立式設(shè)置于循環(huán)冷卻器3內(nèi)，以循環(huán)冷卻器3內(nèi)的熱交換器301移除液態(tài)二氧化碳壓縮固化為干冰所釋放的熱量。

參照圖2，高壓固化室2包括壓力罐21和防粘模具22，防粘模具22放置在壓力罐21內(nèi)，防粘模具22是干冰成型模具，干冰成型的形狀由防粘模具22決定；壓力罐21內(nèi)壁進(jìn)行防粘處理，可防止干冰粘附，高壓固化室2立式設(shè)置于循環(huán)冷卻器3內(nèi)，壓力罐21包括罐體210、進(jìn)液控制管路211、溫壓感應(yīng)裝置212、排氣控制管路213、上端蓋214、下端蓋215，上端蓋214設(shè)于罐體210頂部，下端蓋215設(shè)于罐體210底部，且設(shè)于防粘模具22底部，用于取放防粘模具22；進(jìn)液控制管路211、溫壓感應(yīng)裝置212、排氣控制管路213設(shè)置于上端蓋214上，且與壓力罐21內(nèi)連通；進(jìn)液控制管路211用于控制壓入壓力罐21內(nèi)的液態(tài)二氧化碳的流量和壓力。

進(jìn)液控制管路211包含第一單向閥211a、第一壓力感應(yīng)器211b、流量計(jì)211c及管道保溫控溫裝置211d，第一單向閥211a、第一壓力感應(yīng)器211b、流量計(jì)211c及管道保溫控溫裝置211d設(shè)置在高壓泵1和上端蓋214相連的液壓管道102上，管道保溫控溫裝置211d包括管道保溫層211d1、第一溫度感應(yīng)器211d2和加熱器211d3，管道保溫層211d1設(shè)于液壓管道102的外壁，第一溫度感應(yīng)器211d2設(shè)于液壓管道102上，加熱器211d3設(shè)于液壓管道102內(nèi)，管道保溫控溫裝置211d用于防止液壓管道102內(nèi)液態(tài)二氧化碳固化。

溫壓感應(yīng)裝置212用于測量壓力罐21內(nèi)壓力和溫度，溫壓感應(yīng)裝置212包含第二壓力感應(yīng)器212a和第二溫度感應(yīng)器212b。

排氣控制管路213用于排出壓力罐21內(nèi)空氣或CO₂氣體，排氣控制管路213包含排氣閥213a，排氣控制管路213也可用于在打開下端蓋215時壓進(jìn)CO₂氣體將固化成型的干冰壓岀壓力罐21外。

實(shí)施例2

參照圖3，本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別僅在于：高壓固化室2臥式設(shè)置于循環(huán)冷卻器3內(nèi)，高壓固化室2包括壓力罐21和防粘模具22，防粘模具22放置在壓力罐21內(nèi)；壓力罐21內(nèi)壁進(jìn)行了防粘處理，可防止干冰粘附，高壓固化室2臥式設(shè)置于循環(huán)冷卻器3內(nèi)時，壓力罐21包含有罐體210、進(jìn)液控制管路211、溫壓感應(yīng)裝置212、排氣控制管路213、左端蓋214'、右端蓋215'，左端蓋214'設(shè)于壓力罐21左端，右端蓋215'設(shè)于壓力罐側(cè)面，且設(shè)于防粘模具22底部，用于取放防粘模具22；進(jìn)液控制管路211、溫壓感應(yīng)裝置212、排氣控制管路213設(shè)置于左端蓋214'上與壓力罐21內(nèi)連通；進(jìn)液控制管路211用于控制壓入壓力罐21內(nèi)的液態(tài)二氧化碳的流量和壓力，進(jìn)液控制管路211包含第一單向閥211a、第一壓力感應(yīng)器211b、流量計(jì)211c及管道保溫控溫裝置211d，第一單向閥211a、第一壓力感應(yīng)器211b、流量計(jì)211c及管道保溫控溫裝置211d設(shè)置在液壓管道102上，管道保溫控溫裝置211d含管道保溫層211d1、第一溫度感應(yīng)器211d2和加熱器211d3用于防止進(jìn)液管道211內(nèi)液態(tài)二氧化碳固化；溫壓感應(yīng)裝置212用于測量壓力罐21內(nèi)壓力和溫度，溫壓感應(yīng)裝置212包含第二壓力感應(yīng)器212a和第二溫度感應(yīng)器212b；排氣控制管路213用于排出壓力罐21內(nèi)空氣或CO₂氣體，排氣控制管路213包含排氣閥213a，排氣控制管路213也可用于在打開右端蓋215'時壓進(jìn)CO₂氣體將固化成型的干冰壓岀壓力罐21外。

參照圖4，循環(huán)冷卻器3為夾套式冷卻器。高壓固化室2的壓力罐21包括罐體210，罐體210外設(shè)有外殼體302，外殼體302上設(shè)有外保溫層303，罐體210為高壓固化空間，用于盛裝液態(tài)二氧化碳并壓縮固化；罐體210和外殼體302之間形成制冷劑流通夾套，外殼體302上固定有制冷劑進(jìn)入管道304和制冷劑排出管道305，制冷劑進(jìn)入管道304和制冷劑排出管道305與制冷劑流通夾套連通；制冷劑進(jìn)入管道304上設(shè)有第二單向閥304a，制冷劑排出管道305上設(shè)有第三單向閥305a。

實(shí)施例3

參照圖5，本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別僅在于：還設(shè)有電控系統(tǒng)4，電控系統(tǒng)4分別與高壓泵1、高壓固化室2、循環(huán)冷卻器3電連接；電控系統(tǒng)4根據(jù)溫度、壓力及流量、時間參數(shù)調(diào)整系統(tǒng)的工作狀態(tài)實(shí)現(xiàn)自動控制。

本實(shí)用新型泵壓式干冰機(jī)，直接以高壓泵將液態(tài)的二氧化碳送入高壓固化室2，以高壓泵1輸出的液體高壓直接將液態(tài)的二氧化碳壓縮固化為致密干冰，同時以循環(huán)冷卻器3移除壓縮固化釋放出的熱量并冷卻干冰。

本實(shí)用新型利用二氧化碳的性質(zhì)，借用成熟的較低能耗的高壓液壓泵的高壓液體輸送技術(shù)，直接將液態(tài)的二氧化碳送入高壓固化室內(nèi)壓縮固化為致密干冰，可更換不同的防粘模具，使干冰成型成不同形狀；設(shè)備整體結(jié)構(gòu)簡單，投資較小，制冰效率高，避免現(xiàn)有的制干冰機(jī)必需的節(jié)流膨脹汽化約三分之二的二氧化碳以固化約三分之一的二氧化碳制干冰的缺陷，液態(tài)二氧化碳利用率高幾乎全部轉(zhuǎn)化為干冰，干冰產(chǎn)率可達(dá)近100%，能耗較低，生產(chǎn)成本低，經(jīng)濟(jì)性好。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本實(shí)用新型進(jìn)行各種修改和變型，倘若這些修改和變型在本實(shí)用新型權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則這些修改和變型也在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。

說明書中未詳細(xì)描述的內(nèi)容為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。