一种冰粒淬冷钢化装置

1.本实用新型属于玻璃钢化技术领域，具体涉及一种冰粒淬冷钢化装置。


背景技术：

2.目前平板玻璃钢化设备普遍采用气冷方式对玻璃进行钢化处理，实际生产过程中，冷却空气的温升很小，因此玻璃钢化的用气量很大。在钢化过程中需要大型的风机、风栅、静压箱等设备输送冷却空气，成本很高，而且噪音污染严重；整个供风系统的能耗很大，占据了钢化设备整体能耗的70％～80％。此外，气冷钢化过程中空气所能达到的极限对流换热量无法在薄玻璃内形成较大的温度梯度，因此很难实现超薄玻璃的物理钢化。物理钢化法中的微粒钢化是将粒度小于200μm的氧化铝固体微粒作为冷却介质对玻璃进行急速冷却，与传统的风冷钢化工艺相比，冷却介质的冷却能大，适于钢化高强度、高精度的薄玻璃和超薄玻璃。但冷却介质氧化铝成本较高，并且有毒。
3.为改善以上问题，很多学者尝试改变钢化过程中的冷却介质。公布号为cn 109867437 a和cn 109775968 a的中国专利申请分别公布了一种利用雾化喷嘴对玻璃喷雾淬冷钢化的方法。以水作为冷却介质，成本较低；在淬冷过程中会汽化，且汽化潜热很大。但是玻璃在钢化时的初始温度很高，对玻璃进行喷雾淬冷时，雾化液滴不会直接接触到玻璃表面，而是发生莱顿弗罗斯特效应，在液滴和高温玻璃接触面之间形成一层稳定的蒸汽层。由于稳定蒸汽层的存在，玻璃的降温主要依赖于蒸汽层的导热，而蒸汽层的导热系数较低，因此玻璃表面热流密度值较小，冷却速度较慢。


技术实现要素：

4.针对现有技术的不足，本实用新型的目的是克服现有微粒钢化和喷雾钢化方式的缺陷，提供一种冰粒淬冷钢化装置，利用冰粒进行钢化，能够提高钢化过程中玻璃的冷却速度，节约能源。
5.本实用新型解决所述技术问题采用的技术方案如下：
6.一种冰粒淬冷钢化装置，包括加热炉、辊道、喷嘴阵列、冷气输送部、液体与气体供应部；玻璃通过玻璃支架安装在辊道上，辊道的两侧对称布置有喷嘴阵列；其特征在于，
7.所述喷嘴阵列包括气动雾化喷嘴、冷气喷射喷嘴和喷嘴布置架；喷嘴布置架上间隔设有多个横梁，每个横梁上设有多个气动雾化喷嘴和冷气喷射喷嘴，气动雾化喷嘴和冷气喷射喷嘴交错分布；液体与气体供应部分别通过液体管路和气体管路与各个气动雾化喷嘴连接，冷气输送部与各个冷气喷射喷嘴连接；冷气喷射喷嘴喷出-10～-50℃低温气流提供低温环境，气动雾化喷嘴喷出的喷雾在低温环境中发生对流换热，当液滴温度下降到-5℃左右，液滴会瞬间冻结成冰粒，冰粒接触玻璃表面，冰粒下层融化形成融水层，冰粒融化持续吸热对玻璃进行钢化。
8.所述冷气输送部在温暖地区为低温制冷机，在寒冷地区为空气输送机；温暖地区是指平均气温为0～10℃的区域，寒冷地区是指平均气温低于-10℃的区域。
9.所述液体与气体供应部包括水罐、气泵、液体流量计、气体流量计、液体管路和气体管路；水罐的上部分别经过第一阀门和第二阀门与外部供水装置和气体管路连接，气体管路上设有气泵和气体流量计；水罐的下部经过第三阀门与液体管路连接，液体管路上设有液体流量计。
10.所述喷嘴布置架呈方形，喷嘴布置架安装横梁的两侧均设有滑道，横梁与喷嘴布置架的滑道滑动连接；横梁上设有滑槽，使气动雾化喷嘴和冷气喷射喷嘴在横梁上的安装位置能够调节。
11.所述玻璃支架包括上梁、下梁、滑杆、玻璃紧固件和支撑结构；下梁的两侧分别设有滑杆，下梁上设有多个支撑结构，上梁的两端与两个滑杆滑动连接，上梁的下部设有多个玻璃紧固件。
12.所述玻璃紧固件包括螺柱、紧固座和垫片；螺柱的一端穿过紧固座的一侧与垫片连接，通过垫片和紧固座的另一侧夹持玻璃。
13.所述水罐的外表面包覆有保温层，水罐上还设有温度计。
14.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
15.1.由于冰也存在莱顿弗罗斯特效应，而且冰的莱顿弗罗斯特温度比水高约400℃，当玻璃初始温度为600℃左右时，冰粒作为冷却介质可以直接接触到玻璃表面，冰粒下层会融化形成融水层，并且持续吸热对玻璃进行钢化，而融水层和高温玻璃的接触面上并不会形成隔热蒸汽层，不会产生莱顿弗罗斯特效应。与介质水相比，采用冰对热表面进行冷却的有效热通量大一个数量级，能更迅速的冷却玻璃，更有利于薄玻璃的钢化，极大降低能耗。与介质氧化铝相比，冰粒成本低并且无毒无污染，是环境友好型介质。
16.2.气动雾化喷嘴可以通过调节气液比，能够达到均匀的雾化效果，从而在低温环境下能形成大小均匀的冰粒群。冷气输送部在温暖地区为低温制冷机，先产生-10～-50℃的低温气流，再输送至冷气喷射喷嘴；而在寒冷区域为空气输送机，直接将环境中的低温空气送至冷气喷射喷嘴。冷气喷射喷嘴喷出的低温气流与喷雾液滴发生对流换热，当液滴温度下降到-5℃左右，会瞬间冻结成单晶颗粒，即冰粒。因此，与温暖地区相比，在寒冷区域使用该装置更加节能。通过控制进入喷嘴内的气量、水量以及冷气输送装置可以调节冰粒的尺寸、密度、喷射速度以及冻结速度，以保证高温玻璃的迅速冷却。
17.3.喷嘴布置架上的横梁可上下无极调节，气动雾化喷嘴和冷气喷射喷嘴可沿横梁左右无极调节，保证喷嘴间的距离、排布可随意改变，以满足不同尺寸玻璃的钢化。
附图说明
18.图1为本实用新型的玻璃输送结构示意图；
19.图2为本实用新型的冰粒淬冷钢化装置的结构示意图；
20.图3为本实用新型的喷嘴布置架的结构示意图；
21.图4为本实用新型的玻璃支架的侧视图；
22.图5为本实用新型的玻璃支架的正视图；
23.图6为本实用新型的玻璃紧固件的结构示意图；
24.图7为本实用新型的支撑结构的示意图；
25.附图标记说明：1-加热炉、2-辊道、3-玻璃支架、4-玻璃、5-冷气喷射喷嘴、6-喷嘴
布置架、7-气动雾化喷嘴、8-石棉网、9-液体流量计、10-水罐、11-温度计、12-保温层、13-第一阀门、14-第二阀门、15-第三阀门、16-气泵、17-气体流量计、18-紧固座、19-冷气输送部、20-横梁、21-垫片、22-上梁、23-螺柱、24-下梁、25-滑杆、26-玻璃紧固件、27-支撑结构。
具体实施方式
26.下面结合附图对本实用新型的技术方案作进一步说明，但并不以此作为对本技术保护范围的限定。
27.本实用新型为一种冰粒淬冷钢化装置(简称装置，参见图1～7)，包括加热炉1、辊道2、喷嘴阵列、冷气输送部19、液体与气体供应部；玻璃4通过玻璃支架3安装在辊道2上，辊道2的两侧对称布置有喷嘴阵列，以保证玻璃4的两侧可以均匀接触冰粒，达到均匀冷却的目的；
28.所述喷嘴阵列包括气动雾化喷嘴7、冷气喷射喷嘴5和喷嘴布置架6；喷嘴布置架6上间隔设有多个横梁20，横梁20的间距能够调节；每个横梁20上设有多个气动雾化喷嘴7和冷气喷射喷嘴5，气动雾化喷嘴7和冷气喷射喷嘴5交错分布；液体与气体供应部分别通过液体管路和气体管路与各个气动雾化喷嘴7连接，冷气输送部19与各个冷气喷射喷嘴5连接；冷气喷射喷嘴5喷出-10～-50℃低温气流提供低温环境，气动雾化喷嘴7喷出的喷雾在低温环境中发生对流换热，当液滴温度下降到-5℃左右，液滴会瞬间冻结成单晶颗粒，即冰粒；由于冰也存在莱顿弗罗斯特效应，且冰的莱顿弗罗斯特温度比水高约400℃，当玻璃初始温度为600℃左右时，冰粒作为冷却介质可以直接接触到玻璃表面，冰粒下层会融化形成融水层，并且持续吸热对玻璃进行钢化，此时融水层和高温玻璃的接触面上并不会形成隔热蒸汽层，不会产生莱顿弗罗斯特效应。
29.所述液体与气体供应部包括水罐10、气泵16、液体流量计9、气体流量计17、液体管路和气体管路；水罐10的上部分别经过第一阀门13和第二阀门14与外部供水装置和气体管路连接，气体管路上设有气泵16和气体流量计17；水罐10的下部经过第三阀门15与液体管路连接，液体管路上设有液体流量计9；气泵16产生的高压气体一部分进入水罐10中，推使水罐10内的液体经过液体管路到达气动雾化喷嘴7，另一部分高压气体经过气体管路到达气动雾化喷嘴7，经过气动雾化喷嘴7形成喷雾；通过调节液体流量计9和气体流量计17的开度可以调节喷雾粒径、密度和速度。
30.所述喷嘴布置架6呈方形，喷嘴布置架6安装横梁20的两侧均设有滑道，通过螺栓实现横梁20与喷嘴布置架6的固定连接，螺栓位于滑道内，并通过螺母锁紧，横梁20可在喷嘴布置架6上进行无级调节，使保证喷嘴间的距离、排布可随意改变，以满足不同尺寸玻璃的钢化；所述横梁20上设有滑槽，气动雾化喷嘴7和冷气喷射喷嘴5在横梁20上的安装位置可以任意调节，并通过扎带实现气动雾化喷嘴7和冷气喷射喷嘴5与横梁20的固定。
31.所述冷气输送部19在温暖地区为低温制冷机，低温制冷机产生-10～-50℃的低温气流，再输送至冷气喷射喷嘴5；在寒冷地区冷气输送部19为空气输送机，将环境中的低温空气送至冷气喷射喷嘴5，并且气动雾化喷嘴7中的高压气流不仅起到加强雾化效果的作用，还会强化液滴与环境的换热过程；与温暖地区相比，在寒冷区域使用该装置更加节能，通过调节冷气输送部，可以控制冰粒的冻结速度；温暖地区是指平均气温为0～10℃的区域，寒冷地区是指平均气温低于-10℃的区域。
32.所述水罐10的外表面包覆有一层保温层12，以防止水冻结；水罐10上安装有温度计11，用于监测水温。
33.如图4～5所示，所述玻璃支架3为梯形立式结构并耐900℃以上的高温，玻璃4由玻璃支架3垂直固定在辊道2上；玻璃支架3包括上梁22、下梁24、滑杆25、玻璃紧固件26和支撑结构27，玻璃支架3的下梁24是固定的，下梁24上设有多个用于放置玻璃的支撑结构27，下梁24的两侧分别设有滑杆25，上梁22的两端分别通过螺栓与两个滑杆25滑动连接，上梁22的下部设有多个用于固定玻璃的玻璃紧固件26；通过调节上梁22与滑杆25的连接位置，实现上梁22的无级调节，以满足不同高度玻璃的固定；所述玻璃紧固件26包括螺柱23、紧固座18和垫片21，螺柱23的一端穿过紧固座18的一侧与垫片21固连，通过垫片21和紧固座28的另一侧夹持玻璃4，并通过螺柱23调节垫片21与紧固座18另一侧的间距，以满足不同厚度玻璃的固定。
34.所述辊道2将玻璃输送至加热炉1内进行加热，玻璃4加热至软化温度后，再由辊道2输送至喷嘴阵列处进行冰粒淬冷钢化。所述加热炉1为立式放置，加热炉1的入口与辊道2对应。
35.本实用新型的工作原理和工作流程是：
36.第1步，在滑杆25上调整上梁22的位置，并用螺栓固定，以保证上梁22和下梁24之间的距离适应玻璃高度；将玻璃4下端放置在支撑结构27上，支撑结构27的凹槽内放置石棉网8，用于隔离玻璃和金属，防止玻璃在冷却时由于冷却不均而局部破碎；玻璃4上端置于玻璃紧固件26上，通过螺柱23调节紧固座18和垫片21之间的距离，夹紧玻璃；
37.第2步，关闭第二阀门14和第三阀门15，打开第一阀门13，向水罐10内输送水；输送完水后，关闭第一阀门13，打开第二阀门14和第三阀门15；打开气泵16，气泵16生成的高压气体通过一条支路输送到水罐10内提供压力，另一条支路经过气体流量计17通入气动雾化喷嘴7内；水罐10内的水受高压气体压缩后经过液体流量计9通入气动雾化喷嘴7内，经过气动雾化喷嘴7形成喷雾，通过气体流量计17和液体流量计9调节气液比，以达到理想喷雾效果；
38.第3步，冷气输送部19产生-10～-50℃的低温气流，再输送至冷气喷射喷嘴5，低温气流为喷雾提供低温环境，低温气流与喷雾接触，在低温环境中发生对流换热，当液滴温度下降到-5℃左右，液滴会瞬间冻结成单晶颗粒，即冰粒；玻璃4通过玻璃支架3竖直固定后，由辊道2输送至加热炉1内加热至软化温度，再由辊道2输送至喷嘴阵列处进行冰粒淬冷钢化。由于玻璃钢化的初始温度范围为500～700℃，水的莱顿弗罗斯特温度大概为220℃，冰的莱顿弗罗斯特温度比水高400℃，因此该装置能够对初始温度为500-600℃的玻璃进行冰粒钢化，冰粒可以直接接触到玻璃，对玻璃进行钢化处理。与介质水相比，采用冰对热表面进行冷却的有效热通量大一个数量级，能更迅速的冷却玻璃，极大降低能耗。
39.第4步，喷嘴阵列对玻璃4进行冰粒淬冷后，再由辊道2将冷却后的玻璃4输送出冰粒冲击范围。
40.本实用新型未述及之处适用于现有技术。