用于控制致冷剂温度的设备和方法技术

一种流体喷射装置系统（１）通过使用比例阀（２２）调节节流气体流速的方式将产物流体泄放，或者将所述产出流体被泄放到其上的材料，保持在设定点温度的预定范围内。所述产出流体具有节流气体组分和致冷剂流体组分。所述节流气体和所述致冷剂流体优选来自单个罐（１１）且所述致冷剂流体供应受到压力调节且包括三轴输送软管（３３），所述三轴输送软管包括具有背压调节器（５４）的返回管线。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及对分散致冷剂流的致冷剂冷却操作过程中的温度进行控制，且特别 地，本专利技术涉及一种双相冷却系统，所述双相冷却系统利用致冷剂液体和气体按一定比例 的混合物实现可变的温度控制，其中气体所占的分数由比例阀控制，所述比例阀是在响应 于来自所述致冷剂流的温度反馈的情况下受到调制的。
技术介绍
受控冷却在许多制造和运行环境中都是很关键的，例如机加工和/或产品轧制过 程、热喷涂过程、脱模过程、淬火过程和其它类似操作过程。对被分散的致冷剂冷却剂进行 的精确温度控制以及有时沿工具表面进行的温度控制在许多机加工和轧制过程中都是需 要的。但致冷剂冷却剂在这种应用场合中的适用性是有限的，这是因为所述目标产物表面 可能出现过冷或欠冷，这是由于以下原因中的任何原因造成的(a)在机加工或轧制过程 中产生的热量小于或大于被输送的冷却剂的热容量；或(b)在致冷剂产生的极冷温度下， 产品本体或表面性质出现了不可逆的变化。较宽的温度波动对于易于经受冷温度作用而导 致产品中出现表面损伤和/或材料断裂的材料而言是有害的。在过去，技术人员已经进行了许多尝试以便在目标表面或毗邻气氛处提供受控的 致冷剂冷却温度，这包括改变致冷剂流速从而将或多或少的氧输送至目标表面。这是通过 使用不同喷嘴孔口尺寸、致冷剂供给管线中的不同尺寸限制或者对冷却剂流速进行调制的 致冷剂螺线管的周期性循环实现的。在这种实例中，所述致冷剂流速与在运行环境内产生 的热量是相匹配的。在过去，技术人员用加热器改变致冷剂温度以便进行温度控制。然而，这种过程并 不包括温度反馈且不适于可变的热负载。使用外部加热器难以进行且比较笨重，且使用外 部加热器仅仅提供了一种不准确且大致的温度控制，从而导致温度波动较宽。使用内部加 热器也存在问题，这是因为位于液氮浴中且位于致冷剂固定装置内的加热器会造成反应时 间的缓慢并带来设定和控制的困难。技术人员进行了多种尝试以便调整非致冷剂温度反馈系统而使其适于与致冷剂 冷却剂一起使用，但由于一些原因，这种尝试并不成功。在零下温度下对低沸点致冷剂冷却 剂进行精确温度控制是极难的，这是因为向环境的热量损失是非常严重的。当致冷剂液体 在低流速下被输送时，热量损失(或吸热效应)是极为关键的。此外，致冷剂流体恒定地汽 化成较大体积的致冷剂气体。一体积份的液氮(LIN)在室温下会变成693体积份的氮气 (GAN)。大体积的气体会阻碍致冷剂液体流动，特别是当长距离输送致冷剂流体时更是如 此，这使得温度控制极难进行。在长距离液氮传输的过程中通常会出现压力降。在任何突然出现的压力降下，致冷剂液体的一部分变成气体，如果这些气体未从供给管线中被移除， 则会导致流速出现波动。此外，由于难以在致冷剂固定装置上使用调节阀，因此对致冷剂冷 却剂的输送压力进行实时调节是存在问题的。相关的现有技术文献包括美国专利Nos. 4，484，457、4，848，093、5，647，228和 6，513，336。
技术实现思路
在一个方面中，本专利技术包括一种流体喷射装置，所述流体喷射装置包括适于将节 流气体供应至接触区域的气体供应组件、适于将致冷剂流体供应至所述接触区域的致冷剂 流体供应组件、位于所述接触区域下游且与所述接触区域流体连通的喷嘴，所述喷嘴适于 接收来自所述接触区域的产出流体并泄放所述产出流体、适于测量第一温度的传感器，所 述第一温度是所述产出流体的温度或所述产出流体的泄放被引向的材料的温度、和适于接 收来自传感器的信号的控制器。所述控制器被编程以便通过调节所述节流气体被供应至所 述接触区域时所处的流速的方式将所述第一温度保持在设定点温度的预定范围内。在另一方面中，本专利技术包括一种方法，所述方法包括用气体供应组件将节流气体 供应至接触区域、用致冷剂流体组件将致冷剂流体供应至所述接触区域、通过喷嘴将产出 流体从所述接触区域泄放出来、测量第一温度，所述第一温度是所述产出流体的温度或所 述产出流体被泄放到其上的材料的温度、并且通过调节所述节流气体被供应至所述接触区 域时所处的流速的方式将所述第一温度保持在设定点温度的预定范围内。在又一方面中，本专利技术包括一种方法，所述方法包括用气体供应组件将节流气体 供应至接触区域、用致冷剂流体组件将致冷剂流体供应至所述接触区域、通过喷嘴将产出 流体从所述接触区域泄放出来、测量第一温度，所述第一温度是所述产出流体的温度或所 述产出流体被泄放到其上的材料的温度、并且将所述第一温度保持在高于或低于设定点温 度5° F(2.7°C)的预定范围内。附图说明图1是单个喷嘴、温度可变的致冷剂冷却剂输送系统的示意图；图2是另一可选的单个喷嘴、温度可变的致冷剂冷却剂输送系统的示意图；图3是多个喷嘴、温度可变的致冷剂冷却剂输送系统的示意图；图4示出了与吹扫气体供给相结合的温度可变的致冷剂冷却剂输送系统，且所述 致冷剂冷却剂输送系统具有在目标表面上提供了分段冷却的喷嘴组；图5示出了与图4相似的温度可变的致冷剂冷却剂输送系统，所述致冷剂冷却剂 输送系统具有多个喷嘴，所述多个喷嘴在目标表面上提供了相应的单独冷却；图6是曲线图，图中示出了在利用节流气体控制冷却剂温度的情况下出现的致冷 剂冷却剂温度和流速波动；和图7是曲线图，图中示出了在利用本专利技术的比例和温度设定点反馈系统的情况下 的致冷剂温度和流速。具体实施例方式下面的具体实施方式仅提供了优选的典型实施例，且并不旨在限制本专利技术的范 围、适用性或构型。而是，下面对该优选的典型实施例作出的详细描述将使得所属领域技术 人员能够实施本专利技术的优选典型实施例。应该理解可在不偏离由所附权利要求书限定的 本专利技术的精神和范围的情况下对元件的功能和布置作出多种变化。为了帮助对本专利技术进行描述，在说明书和权利要求书中可使用方向术语来描述本 专利技术的部分(例如，上、下、左、右等)。这些方向术语仅旨在帮助描述和主张本专利技术，而绝不 旨在限制本专利技术。此外，说明书的一个附图示出的附图标记在随后的一个或多个图中会多 次重复，对于其它图中的附图标记所表示的含义，说明书中将不会进行附加描述。在说明书中，对于本专利技术的一个以上的披露实施例所共用的元件而言，对应该实施 例的不同附图用相差100的附图标记表示这些元件。例如，说明书中描述了致冷剂输送系统 的第一实施例且图1用附图标记1表示这一实施例，说明书中还描述了致冷剂输送系统的第 二实施例，且图2用附图标记101表示这一实施例。本说明书中结合一个实施例讨论的元件 可由同样出现了该元件的其它实施例中的附图标记表示，但在本说明书中并未独立地表示。正如本文所使用地，术语“致冷剂流体(cryogenic fluid) ”旨在表示温度低于_70 摄氏度(203K)的液体、气体或混合相流体。致冷剂流体的实例包括液氮(LIN)、液氧(L0X) 和液氩(LAR)、液态二氧化碳、和加压的混合相致冷剂(例如LIN和气态氮的混合物)。正如本文所使用地，术语“致冷剂冷却装置(cryogenic coolingdevice)，，旨在表 示被设计以便泄放或喷射(液体形式、混合相形式或气态形式的)致冷剂流体的任何类型 的设备或装置。致冷剂冷却装置的实例包括，但不限于，致冷剂喷管、单独的致冷剂喷嘴和 包含致冷剂喷嘴阵列的装置。正如本文所使用地，术语“喷嘴本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种设备，所述设备包括：适于将节流气体供应至接触区域的气体供应组件；适于将致冷剂流体供应至所述接触区域的致冷剂流体供应组件；位于所述接触区域下游且与所述接触区域流体连通的喷嘴，所述喷嘴适于接收来自所述接触区域的产出流体并泄放所述产出流体；适于测量第一温度的传感器，所述第一温度是所述产出流体的温度或所述产出流体的泄放被引向的材料的温度；和适于接收来自所述传感器的信号的控制器；其中所述控制器被编程以便通过调节所述节流气体被供应至所述接触区域时所处的流速的方式将所述第一温度保持在设定点温度的第一预定范围内。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2007-8-28 60/968479一种设备，所述设备包括适于将节流气体供应至接触区域的气体供应组件；适于将致冷剂流体供应至所述接触区域的致冷剂流体供应组件；位于所述接触区域下游且与所述接触区域流体连通的喷嘴，所述喷嘴适于接收来自所述接触区域的产出流体并泄放所述产出流体；适于测量第一温度的传感器，所述第一温度是所述产出流体的温度或所述产出流体的泄放被引向的材料的温度；和适于接收来自所述传感器的信号的控制器；其中所述控制器被编程以便通过调节所述节流气体被供应至所述接触区域时所处的流速的方式将所述第一温度保持在设定点温度的第一预定范围内。2.根据权利要求1所述的设备，其中所述气体供应组件包括比例流体控制装置且所述 控制器被编程以便通过调节所述比例流体控制装置的方式将所述第一温度保持在所述设 定点温度的所述预定范围内。3.根据权利要求2所述的设备，其中所述控制器被编程以便(a)如果所述第一温度升 高至高于所述设定点温度且处在第二预定范围之外，则提高所述节流气体被供应至所述接 触区域时所处的流速；并且(b)如果所述第一温度降低至低于所述设定点温度且处在所述 第二预定范围之外，则降低所述节流气体被供应至所述接触区域时所处的流速。4.根据权利要求3所述的设备，其中所述第二预定范围小于所述第一预定范围。5.根据权利要求1所述的设备，其中所述控制器被编程以便在不对所述致冷剂流体被 供应至所述接触区域时所处的流速进行调节的情况下将所述第一温度保持在预定范围内。6.根据权利要求1所述的设备，其中所述预定范围不大于高于和低于所述设定点温度 5° F(2.7°C)的范围。7.根据权利要求1所述的设备，其中所述控制器被连接至输入装置，用户可通过所述 输入装置选择所述设定点温度。8.根据权利要求1所述的设备，其中所述致冷剂供应组件包括三轴供应管线，所述三 轴供应管线包括返回管线、位于所述返回管线内的外管线和位于所述外管线内的内管线， 所述内管线适于将所述致冷剂流体供应至所述接触区域。9.根据权利要求8所述的设备，其中通过背压调节器对所述返回管线进行排气。10.根据权利要求9所述的设备，其中所述背压调节器将所述返回管线中的压力保持 在至少 2psig(0. 1 kg/cm2)。11.根据权利要求8所述的设备，其中所述致冷剂供应组件适于将所述致冷剂流体的 一部分供应至所述外管线。12.根据权利要求11所述的设备，其中所述外管线具有比所述内管线更低的运行压力 且所述返回管线具有比所述外管线更低的运行压力。13.根据权利要求8所述的设备，其中所述内管线的至少一部分是多气孔的。14.根据权利要求1所述的设备，其中所述气体供应组件适于在大于第二压力的第一 压力下将所述节流气体供应至所述接触区域，所述第二压力是所述致冷剂流体供应组件将 所述致冷剂流体供应至所述接触区域时所处的压力。15.根据权利要求14所述的设备，其中所述第一压力比所述第二压力大5-50psig(0. 4-3. 5kg/cm2)。16.根据权利要求1所述的设备，其中所述节流气体包括气态氮且所述致冷剂流体包 括液氮。17.根据权利要求1所述的设备，其中所述传感器包括热电偶。18.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一温度是所述产出流体从所述喷嘴中被 泄放出来之前的温度。19.根据权利要求1所述的设备，其中所述设定点温度介于-445°F与60° F(-271°C 与16°C )之间。20.一种方法，所述方法包括用气体供应组件将节流气体供应至接触区域；用致冷...

【专利技术属性】
技术研发人员：KJ贾迪尼尔，JL格伦，R戈什，DJ吉布森，Z朱雷克基，
申请(专利权)人：气体产品与化学公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]