專利名稱：冷凍劑輸送設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種輸送純液態(tài)和純氣態(tài)冷凍劑的設備。更具體地說，本發(fā)明提供這樣一種設備，它能接收任何等級的冷凍劑，如氮或二氧化碳等，同時它又能重復地輸送定量的純液態(tài)和/或純氣態(tài)的冷凍劑。另一方面，本發(fā)明還涉及一種調(diào)節(jié)流體冷凍劑冷卻勢的冷凍劑輸送設備及方法。更具體地說，流體冷凍劑是以含氣態(tài)和液態(tài)冷凍劑的兩相物流來輸送的，同時，流體冷凍劑的冷凍勢是通過調(diào)節(jié)兩相物流中所含的氣態(tài)和液態(tài)冷凍劑的比例來調(diào)節(jié)的。
氣態(tài)和液態(tài)氮被利用于塑料制品的吹塑工藝中。在吹塑工藝中，把半熔化的塑料擠壓成一個圓柱體(稱為型坯)，以使它能靠重力的作用進入兩塊相互面向的型模板之間的位置。在一種類型的吹塑工藝中，通過一根噴針把氮氣吹入型坯中直至其中的塑料緊貼于模具上為止。而氮氣由來自液氮貯罐的液氮在一條通往噴針的管路中吸熱而產(chǎn)生。
在吹氣過程中，噴射系統(tǒng)逐漸變冷，直至細霧狀的液氮進入模具為止，借此冷卻成型制品。在另一種類型的吹塑工藝中，把空氣吹入型坯中直至其中的塑料緊貼于模具上為止。然后再通過噴針吹入液氮以冷卻成型制品。在模具冷卻后，把兩塊模板打開以取出其中的成型塑料制品。
在其他的冷凍劑應用中，需要只輸入定量的液態(tài)冷凍劑。例如，定量的液氮輸入食品容器中以產(chǎn)生惰性氣氛。在又一種應用中，定量的液氮輸送入食品容器中，以便在容器密封時，由于液氮在容器內(nèi)蒸發(fā)而使該容器內(nèi)部的壓力增加。這種增壓作用可使容器保持其結構的完整性。
在所有上述的應用中，應該指出，這些應用都是僅從示范的角度出發(fā)，針對氮而言的，因此必須重復地輸送精確量的純液態(tài)和/或純氣態(tài)的氮。在輸送定量液體冷凍劑的情況下，例如食品加工工業(yè)中的液氮，液體冷凍劑是用閥來計量的，這種閥在冷凍環(huán)境中磨損相當快。況且，在噴射吹塑工藝中，貯罐每次裝氮后，貯罐中液氮的溫度是變化的，因此，被輸送的液氮的質(zhì)量也是變化的。
本發(fā)明是通過提供一種設備來解決這些問題的，這種設備可以重復和間歇地輸送定量的液態(tài)和/或氣態(tài)冷凍劑，該設備不采用常規(guī)的閥來計量液態(tài)冷凍劑。
在控制和精確計量由冷凍劑所提供的冷卻勢的過程中存在著又一個問題。例如在吹塑工藝中可能吹入過多的液氮。在此情況下，液氮在塑料制品中形成液氮穴，因此造成了液氮的浪費。況且，液氮穴還能導致成型制品的不均勻冷卻，不均勻冷卻可能導致吹塑成品退色和出現(xiàn)不合格的缺陷。
本發(fā)明是通過提供一種以可調(diào)節(jié)冷卻勢輸送流體冷凍劑的設備和方法來解決這后一個問題的。這種冷卻勢的調(diào)節(jié)作用可以使冷凍劑在特定的冷凍劑致冷應用中達到最佳的利用，因此不會造成冷凍劑的浪費。
一方面，本發(fā)明涉及一種有選擇地輸送純液態(tài)和純氣態(tài)冷凍劑的設備。該設備包含一個壓力容器，該壓力容器內(nèi)部有一個用于接收冷凍劑的入口。提供了用于在壓力容器內(nèi)部維持冷凍劑的裝置，因此在壓力容器內(nèi)部產(chǎn)生液-氣界面。有一個伸入壓力容器中的導管裝置，該導管有一個活動尾段，它可以活動到液-氣界面的上方，從而從壓力容器中輸出純氣態(tài)的冷凍劑，也可以活動到液-氣界面的下方，從而從壓力容器中輸出純液態(tài)的冷凍劑。驅(qū)動裝置與導管裝置的活動尾段相連，以便在預定的時間間隔內(nèi)有選擇地將導管裝置移動到液-氣界面的上方和下方，因此有選擇地將氣態(tài)和液態(tài)冷凍劑從壓力容器中輸送出來，冷凍劑的輸出量與預定時間間隔成比例。
另一方面，本發(fā)明涉及一種調(diào)節(jié)流體冷凍劑冷卻勢的冷凍劑輸送設備。該冷凍劑輸送設備包含一個壓力容器，壓力容器有一個接收流體冷凍劑的入口。提供一種維持壓力容器內(nèi)流體冷凍劑的裝置，因此在壓力容器內(nèi)產(chǎn)生液-氣界面，在液-氣界面的上方是具有低冷卻勢的氣態(tài)流體冷凍劑，在液-氣界面的下方是具有高冷卻勢的液態(tài)流體冷凍劑。以兩相物流由壓力容器輸送流體冷凍劑的導管裝置與可驅(qū)動的運動裝置和用于調(diào)節(jié)由壓力容器送出的流體冷凍劑冷卻勢的控制器一同工作。
導管裝置伸入壓力容器的內(nèi)部，該導管裝置有一個活動尾段，該活動尾段適宜于在液-氣界面的上方和下方移動形成氣態(tài)流體冷凍劑的第一物流和液態(tài)流體冷凍劑的第二物流。設置可驅(qū)動的運動裝置，它可把活動尾段以振動方式驅(qū)動到液-氣界面的上方和下方，在該導管裝置內(nèi)使第一和第二物流合并，因此形成兩相物流。振動的一個周期包括第一和第二時間間隔的總和，在此兩段時間間隔內(nèi)，活動尾段分別處于液-氣界面的上方和下方，兩相物流所含的氣態(tài)和液態(tài)流體冷凍劑的平均數(shù)量與第一和第二時間間隔成比例?？刂破饔幸粋€記錄裝置和一個驅(qū)動裝置，記錄裝置可以至少記錄一組包括第一和第二時間間隔在內(nèi)的時間，驅(qū)動裝置響應于記錄裝置，指令可驅(qū)動的運動裝置使活動尾段在相應的時間間隔內(nèi)以振動方式運動。延長第一時間間隔可以增加兩相物流中所含的氣態(tài)流體冷凍劑的平均數(shù)量，交替地延長第二時間間隔可以增加兩相物流中所含的液態(tài)流體冷凍劑的平均數(shù)量。上述兩相物流中氣態(tài)和液態(tài)冷凍劑量交替地減少和增加，可以調(diào)節(jié)輸送出的流體冷凍劑的冷卻勢。
本發(fā)明還提供了一種輸送具有可調(diào)冷卻勢的流體冷凍劑的方法。根據(jù)該方法，流體冷凍劑分離成液相和氣相，氣相含有低冷卻勢的氣態(tài)流體冷凍劑，液相含有高冷卻勢的液態(tài)流體冷凍劑。因此，產(chǎn)生了氣態(tài)和液態(tài)流體冷凍劑的第一和第二物流，第一和第二物流合并成為含有氣態(tài)和液態(tài)冷凍劑的兩相物流，因此流體冷凍劑以兩相物流輸送。被輸送的冷凍劑的冷卻勢按下述方式來調(diào)節(jié)，即增加兩相物流中所含的氣態(tài)流體冷凍劑的數(shù)量以降低其冷卻勢，交替地增加兩相物流中所含的液態(tài)流體冷凍劑的數(shù)量以提高其冷卻勢。
本說明書以權利要求書結尾，特別指出了申請人認為是其發(fā)明的主題內(nèi)容，據(jù)信結合附圖由下列說明可以更好地理解本發(fā)明，


如下圖1是本發(fā)明冷凍劑輸送設備的主視圖，其中作了局部剖切;
圖2是圖1所示設備中所用擋板的俯視圖;
圖3是圖1所示設備中所用導板的俯視圖;
圖4是圖1所示冷凍劑輸送設備中所用的控制器的示意圖;
圖5是本發(fā)明的冷凍劑輸送設備的局部放大視圖，其中示出了本發(fā)明溢流管的特別優(yōu)選的實施方案。
參看圖1-3，其中圖示說明了冷凍劑輸送設備10的優(yōu)選實施方案。雖然圖中沒有畫出，但在使用設備10時，最好用真空夾套或多孔泡沫進行隔熱。最有利的是把設備10封裝在泡沫絕熱體中。
設備10是一個壓力容器，它具有一個按“T”字型結構連接到塔式部分14的冷凍劑接收/輸送部分12。冷凍劑16通過一根入口導管18在冷凍劑接收/輸送部分12中被接收。如上所述，雖然設備10在絕熱的環(huán)境中使用，但即使傳熱速率很低，環(huán)境熱也會導致冷凍劑16蒸發(fā)，使其變成由參考數(shù)字20所表明的液-氣界面所分開的液相和氣相。此外，從入口導管18所接收的冷凍劑16的等級是不定的，這樣，冷凍劑16在冷凍劑接收/輸送部分12中易于分離成液相和氣相。正如下面所要討論的那樣，液-氣界面20最好維持在冷凍劑接收/輸送部分12的中心軸的水平上。
冷凍劑從設備10中輸出時需通過一個出口導管22，該出口導管具有出口段24和一個活動尾段26，尾段可在液-氣界面20的上方和下方運動?；顒游捕?6通過一個撓性中間段28與出口段24相連，該撓性中間段最好由擠壓成型的鋼制波紋管制成。在例舉的優(yōu)選實施方案中，擠壓成型鋼制波紋管是由CAJON公司(9760 Shepard Road，Macedonia，OH 44056)制造的0.64cm不銹鋼撓性管。
當活動尾段26上升到液-氣界面20的上方而進入冷凍劑16的氣相時，純氣態(tài)冷凍劑16的第一物流從出口導管22輸送出來;當活動尾段26下降到液-氣界面20的下方而進入冷凍劑16的液相時，純液態(tài)冷凍劑16的第二物流從出口導管22輸送出來?？梢岳斫猓顒游捕?6處于液-氣界面20的上方和下方時所持續(xù)的時間間隔，將決定從冷凍劑輸送設備10中輸送出來的純液態(tài)和純氣態(tài)冷凍劑16的數(shù)量。
因此，調(diào)節(jié)活動尾段26處于液-氣界面20的上方和下方時所持續(xù)的時間間隔，可使用冷凍劑輸送設備10重復地輸送定量的純氣態(tài)或純液態(tài)冷凍劑16。正如下面將要討論的那樣，冰冷劑輸送設備10還有另外的用途。
冷凍劑16具有冷卻勢，也就是有從待冷卻的制品中吸熱的吸熱勢。應該指出，由于液態(tài)冷凍劑16具有蒸發(fā)潛熱，所以大量的液態(tài)冷凍劑16所具有的冷卻勢要高于氣態(tài)冷凍劑16。因此，冷凍劑輸送設備10也可以起交替輸送冷凍劑16的作用，有時輸送具有低冷卻勢的純氣態(tài)冷凍劑16，有時輸送具有高冷卻勢的純液態(tài)冷凍劑16。
冷凍劑輸送設備10還可用來輸送冷卻勢處于純氣態(tài)和純液態(tài)冷凍劑16的低冷卻勢與高冷卻勢之間任何數(shù)值的冷凍劑16。這種作用可以通過活動尾段26在液-氣界面20的上方和下方振動來實現(xiàn)?；顒游捕?6的這種振動將出口導管22中的第一物流和第二物流合并成兩相物流，因此冷凍劑16以兩相物流從壓力容器中輸送出來。兩相物流的冷卻勢與它所含的氣態(tài)和液態(tài)冷凍劑16的平均量成比例。例如，兩相物流所含的氣態(tài)冷凍劑16的平均量愈大，從壓力容器中輸出的冷凍劑16的冷卻勢愈低;而兩相物流所含的液態(tài)冷凍劑16的平均量愈大，從壓力容器中輸出的冷凍劑16的冷卻勢愈高。
周期性地調(diào)節(jié)活動尾段26在液-氣界面上方和下方所持續(xù)的時間間隔，就可調(diào)節(jié)兩相物流中所含的氣態(tài)和液態(tài)冷凍劑16的平均量。可以說，每一次振動的周期由活動尾段26處于液-氣界面20上方的第一時間間隔與活動尾段26處于液-氣界面20下方的第二時間間隔的總和所組成。兩相物流所含的氣態(tài)和液態(tài)冷凍劑16的平均量將與第一和第二時間間隔的長短成比例。例如，延長第一時間間隔而縮短第二時間間隔，將導致兩相物流中氣態(tài)冷凍劑16的平均量增加，而液態(tài)冷凍劑16的平均量減少，反之亦然。因此，有選擇地分別調(diào)節(jié)第一和第二時間間隔也可以把從壓力容器中輸出的冷凍劑16的冷卻勢調(diào)節(jié)在氣態(tài)和液態(tài)冷凍劑16的低和高冷卻勢之間的任何數(shù)值。
第一和第二時間間隔的總和典型地要小于約1.0秒，以保證兩相物流的均勻性。但可以理解，第一和第二時間間隔總和的大小將在一定程度上取決于設備10在特定應用中所涉及的冷卻要求。
活動尾段26由螺線管29通過傳動桿30的作用而移動或振動，傳動桿30的一端借助線環(huán)32與活動尾段26相連，另一端則通過端桿34與螺線管29的驅(qū)動臂36相連。應該說明，螺線管29最好是由LUCAS LEDEX公司(801 Scholz Drive，Vandalia，OH 45377)制造的空腹式交流螺線管。端桿34可以從很多生產(chǎn)廠家獲得，它是設備10的一個特別優(yōu)選的構件，因為它允許制造它時有一定程度的不精確性。
最好為計時控制線路38形式的裝置，通過引入線42和44與螺線管29相連。計時控制線路38是許多熟知線路中的一種，它允許時間間隔預先調(diào)整，能通過電脈沖來起動螺線管29，以便在預定的時間間隔內(nèi)降低或提高活動尾段26?？梢岳斫?，如果使計時控制線路38在相等的時間間隔內(nèi)降低或提高活動尾段26，那么每次將有相等量選定狀態(tài)的冷凍劑16重復地從設備10中輸送出來。
應該說明，計時控制線路38的確切形式將取決于特定應用對冷凍劑輸送設備10的要求。關于這一點，計時控制線路38既可以是數(shù)字式裝置，也可以是模擬式裝置。對于較簡單的應用來說，冷凍劑16僅僅以兩相物流進行輸送，或者僅僅以氣態(tài)或液態(tài)交替輸送，這時計時控制線路38可以是模擬裝置，這種模擬裝置有一組輸入線路，供記錄周期性的第一和第二時間間隔或兩個非周期性的時間間隔。日益復雜的應用要求將需要計時控制線路38具有日益復雜的能力，從而要有數(shù)量較多的輸入線路。
圖4畫出了控制器38′的示意圖。控制器38′既可以是數(shù)字式裝置，也可以是模擬裝置，它是計時控制線路38的一種形式，它同樣適用于設備10的計量應用和控制冷卻勢的應用?？刂破?8′裝有輸入線路38a′、38b′、38c′和38d′，這些線路用于記錄兩個非周期性時間間隔和一組周期性第一和第二時間間隔。輸入線路38e′用于記錄時間間隔，根據(jù)輸入線路38c′和38d′所規(guī)定的第一和第二時間間隔控制輸送兩相物流形式的冷凍劑16所持續(xù)的時間。輸入線路38a′-38e′在模擬裝置中可以是刻度盤或指輪，在數(shù)字裝置中可以是一組編碼指令。響應記錄時間間隔的驅(qū)動線路38f′用于驅(qū)動螺線管29，以使活動尾段26在這樣的時間間隔內(nèi)上升和下降。數(shù)字裝置中的驅(qū)動線路可以是輸入輸出通道，此通道與向螺線管29提供電脈沖的電源相連。在模擬電路中，驅(qū)動線路38f′可以是與電源相連的繼電器。控制器38′可以利用導線45供應電流脈沖而進行遠距離起動，這樣就可以根據(jù)輸入線路38a′至38e′中記錄的時間間隔使冷凍劑16根據(jù)遠距離起動而進行重復輸送。
輸入線路38a′規(guī)定的非周期性時間間隔使活動尾段26移動到液-氣界面20的上方，使具有低冷卻勢的氣態(tài)冷凍劑16輸送出來;輸入線路38b′規(guī)定的非周期性時間間隔使活動尾段26降低到液-氣界面20的下方，使具有高冷卻勢的液態(tài)冷凍劑16輸送出來;輸入線路38c′和38d′規(guī)定的一組周期性的第一和第二時間間隔使活動尾段26進行振動，使冷卻勢與第一和第二時間間隔之比成比例的冷凍劑16在輸入線路38e′所規(guī)定的時間間隔內(nèi)以兩相物流輸送出來。計時控制線路38′的工作方式為如果38a′-38e′的所有輸入線路規(guī)定了時間間隔，則首先輸送氣態(tài)冷凍劑16，然后輸送液態(tài)和兩相物流形式的冷凍劑16。
應該指出，當冷凍劑輸送設備10的功用是以兩相物流形式輸送冷凍劑16時，該設備就可采用本發(fā)明的方法。根據(jù)這一方法，把進入壓力容器中的冷凍劑16分離成氣相和液相冷凍劑16，其中分別含有低冷卻勢的氣態(tài)冷凍劑16和高冷卻勢的液態(tài)冷凍劑16。通過升高和降低活動尾段26，產(chǎn)生冷凍劑16的第一和第二物流。然后通過使活動尾段在液-氣界面20的上方和下方振動，使第一和第二物流合并成兩相物流，使冷凍劑16從出口導管22以兩相物流輸送出來。調(diào)節(jié)冷凍劑16在輸送過程中純液態(tài)和純氣態(tài)的平均量，就能調(diào)節(jié)冷凍劑的冷卻勢。在冷凍劑輸送設備10中，這是通過調(diào)節(jié)第一和第二時間間隔的長短來實現(xiàn)的。
為了把冷凍劑輸送裝置10并入注射吹塑生產(chǎn)線中，可把設備10的入口管18與液氮貯罐相連，以向壓力容器供應流體液氮。出口導管22與通向噴針的管路相連。應該指出，噴針可以在其內(nèi)孔中安裝一根同軸管，以便將氮吹入模中。吹塑過程所用的空氣從同軸管與噴針孔內(nèi)表面之間形成的環(huán)形空隙中通過?？刂破?8′的導線45以本工藝所熟知的方式與塑料注射吹塑設備的控制線路相連，以使控制器38′的起動與此種吹塑設備所執(zhí)行的吹塑過程同步。
第一和第二時間間隔由實驗來確定。例如，在大型制品的吹塑工藝中，首先把一個非周期性時間間隔輸入計時控制線路38的輸入線路38b′中，以便使活動尾段26處于液-氣界面20的下方。因此冷凍劑16就以液態(tài)被輸送入成型塑料制品中。記錄液體冷凍劑首先開始匯集在成型塑料制品底部的時間。然后，把另一個較長的非周期性時間間隔輸入控制器38′的輸入線路38a′中，使活動尾段26處于液-氣界面20的上方，以純氣態(tài)的冷凍劑16完成對成型塑料制品的冷卻。然后記錄成型塑料制品完成冷卻時的時間。然后輸送兩相物流形式的冷凍劑16代替氣態(tài)冷凍劑16完成后續(xù)的試驗，借此來縮短冷卻時間。這通過活動尾段26的振動來完成，使所輸送的冷凍劑16中純液態(tài)的比例不斷增加。換句話說，連續(xù)進行操作時持續(xù)增加輸入線路38d′中規(guī)定的第二時間間隔，并縮短輸入線路38c′中規(guī)定的第一時間間隔，借此來增加冷凍劑的冷卻勢。增加冷凍劑的冷卻勢直到冷凍劑再次匯集在成型塑料制品的底部。此刻記錄構成每一個振動周期的第一和第二時間間隔，也記錄冷凍劑再次匯集的時間。
在塑料注射吹塑設備運行前，用輸入線路38a′的O.O非周期性時間間隔給控制器38′定位。給輸入線路38b′規(guī)定上面由實驗確定的非周期性時間間隔，在這非周期性時間間隔前，液態(tài)冷凍劑16首先開始匯集在模具中?？刂破?8′的輸入線路38c′和38d′定位在由實驗確定的第一和第二時間間隔，輸入線路38e′定位在液態(tài)冷凍劑16再次開始匯集的時間間隔上。因此，每當要冷卻成型制品時，控制器38′就按照規(guī)定的時間間隔來控制活動尾段26。最終結果是，冷卻模具所需的總時間減少，這樣就使生產(chǎn)線可以獲得更高的生產(chǎn)率，不會浪費冷凍劑。
本發(fā)明可應用于上述的注射吹塑工藝中，在此工藝中，首先通過噴針通入氮氣使型坯膨脹而緊貼于模具上;然后通過噴針通入液氮使膨脹了的型坯冷卻。根據(jù)本發(fā)明，冷凍劑輸送設備10的入口將與處于合適壓力下的液氮源相連。出口導管22將與噴針相連。給計時控制線路38′的輸入線路38a′規(guī)定非周期性時間間隔，在此時間間隔內(nèi)，活動尾段26移動到液-氣界面20上方的位置上，這時輸出純氣態(tài)氮用來吹脹型坯。應該注意到，用具有低冷卻勢的氣態(tài)氮來吹脹型坯以避免型坯的凝固，如果使用具有較高冷卻勢的氮將會發(fā)生凝固。此后，為冷卻成型塑料制品而輸入計時控制線路38′的時間間隔，將如上所述由實驗來確定。
應該指出，上述冷卻工藝僅代表本發(fā)明所提供的用于控制冷卻勢的多種技術中的一種。例如，為了提供最佳的冷卻時間和均勻性，對于很小的制品來說可能最為有利的是采用一步兩相物流冷卻。相反，很大的制品能夠保證冷凍劑冷卻勢連續(xù)變化(不是兩個不同的步驟)，以達到最佳的冷卻性能。另外，用冷凍劑霧難以均勻冷卻的異型制品可從確定的兩相物流冷卻而非純液態(tài)冷卻中得到好處。
入口管18處可以安裝節(jié)流閥，但未圖示說明。節(jié)流閥可以預先定位以控制入口管18中冷凍劑16的流量。這種入口管節(jié)流作用可以調(diào)節(jié)等量流過出口導管22的氣態(tài)和液態(tài)冷凍劑16的第一和第二物流。另外，出口導管22在其出口段24內(nèi)也可以安裝節(jié)流閥。這樣的調(diào)節(jié)閥可以同時調(diào)節(jié)以大致等于其質(zhì)量密度平方根之比的比例流經(jīng)出口導管22的氣態(tài)和液態(tài)冷凍劑的第一和第二物流。同時調(diào)節(jié)入口管節(jié)流閥和出口管節(jié)流閥，能調(diào)節(jié)上述范圍內(nèi)的液態(tài)或氣態(tài)冷凍劑16的流量。應該認識到，在設備10的上游或下游任何其他的壓頭損失都會有發(fā)生作用的效果，因此在進行這種質(zhì)量流量調(diào)節(jié)時必須加以考慮。
在出口段24處，最好安裝一個由螺線管操縱的截止閥46，該截止閥還通過導線48與計時控制線路38相連，這樣，如果在設備10的某些應用中只需輸送定量的液態(tài)冷凍劑16，就可以截止氣態(tài)冷凍劑;或者，即使氣態(tài)和液態(tài)冷凍劑16都需要在特定的過程中應用，也可以限制所要輸送的氣態(tài)冷凍劑16的量。當計時控制線路38起動螺線管29而把活動尾段26升入冷凍劑16的氣相中時，計時控制線路也關閉了截止閥46。關于這一點，在只需輸送液態(tài)冷凍劑16的應用中，計時控制線路38關閉截止閥46的時間略為滯后，把液態(tài)冷凍劑16從出口導管22中清除出去。在這種應用中，如果使用截止閥46就能限制冷凍劑16的損失。在需要輸送定量的氣態(tài)冷凍劑16的應用中，根據(jù)需要輸送的氣態(tài)冷凍劑16的量，可以使計時控制線路38滯后一定的時間關閉截止閥46。在上述兩種應用中的任何一種中，截止閥46都僅僅是用來截止氣態(tài)冷凍劑16的物流，其制造成本很便宜，因為對用于截止氣態(tài)冷凍劑的閥門的強制截止要求，不如對截止液態(tài)冷凍劑所需的閥門嚴格。在導線48上可以裝一個單刀單擲開關(但未畫出)，以中止設備10的只輸送液態(tài)冷凍劑16的工作狀態(tài)。
控制器38′有一個不工作狀態(tài)，該狀態(tài)是在輸入線路38a′、38b′和38e′中規(guī)定的最后一個時間間隔結束后起動的。在不工作狀態(tài)時，螺線管29被起動而使活動尾段26升起，然后在略為滯后的時間起動截止閥46使其關閉。時間略為滯后可把存留于出口導管22中的所有液體清除掉;關閉截止閥46防止了純氣態(tài)冷凍劑16從出口導管22逸出，因此節(jié)省了冷凍劑16。
借助溢流管50把液-氣界面維持在冷凍劑接收/輸送部分12的中心軸的水平面上，該溢流管的頂部敞開(在冷凍劑接收/輸送部分12的內(nèi)部)，下端封閉(在冷凍劑接收/輸送部分12的下方)。管52纏繞在溢流管50的下端，其中有干燥的室溫空氣或氮氣進行循環(huán)。當冷凍劑16的液相平面上升到高于溢流管50的敞開頂端時，冷凍劑就流入溢流管50中被管52加熱。加熱后，液態(tài)冷凍劑蒸發(fā)而增加了冷凍劑接收/輸送部分12內(nèi)部所含的氣態(tài)冷凍劑的量?？梢哉J為，溢流管50的下端可以安裝電加熱器或一組散熱翅片，代替管52來加熱溢流管50的下端。
現(xiàn)在參考圖5，在特別優(yōu)選的實施方案中，裝置電加熱的溢流管50′來代替上述的溢流管50。溢流管50′有一個窄徑部分50a′和一個寬徑部分50b′，窄徑部分50a′伸入到冷凍劑接收/輸送部分12的內(nèi)部，寬徑部分50b′通過一個縮徑接頭50c′與窄徑部分50a′相連。水平管50d′與寬徑部分50b′的底部相連，并安裝有4個電加熱器50e′。雖然未圖示說明，但電加熱器50e′由電線與電源相連。流入溢流管50′的液態(tài)冷凍劑16被電加熱器50e′蒸發(fā)，這樣就增加了冷凍劑接收/輸送部分12內(nèi)所含的氣態(tài)冷凍劑16的量。
為了能接近電加熱器50e′，窄徑部分50a′將從絕熱體中伸出來。為了防止溢流管50′內(nèi)的對流作用，窄徑部分50a′優(yōu)選較小的內(nèi)徑。然而，由于在溢流管50露出在絕熱殼體外的那部分管壁上有可能發(fā)生沸騰，可能會產(chǎn)生一個氣封，阻止液體滴落到加熱水平管50d′中。寬徑部分50b′起到限制可能的管壁沸騰的作用，因而防止了氣封。寬徑部分50b′的內(nèi)表面應大于窄徑部分50a′約4倍。
可以通過連接于塔式部分14的放空管54使氣態(tài)冷凍劑16放空，維持氣相冷凍劑16的水平面。放空操作由一個安裝于放空管54上的、由螺線管操縱的截止閥56來控制，該截止閥由液面控制線路58起動而開啟，該液面控制線路優(yōu)選KAY-RAY/SENSALL公司(523 Townline Road，Suite 4，Hauppauge，NY 11788)制造的液面控制器。當液相冷凍劑16的液面下降到低于冷凍劑接收/輸送部分12的中心軸時，液面?zhèn)鞲衅?0(優(yōu)選KAY-RAY/SENSALL公司制造的超聲液面?zhèn)鞲衅?使液面控制線路58起動截止閥56使其開啟，放掉多余的氣態(tài)冷凍劑16。為體系穩(wěn)定起見，在高于冷凍劑接收/輸送部分12中心軸的溢流管50頂端的高處與低于冷凍劑接收/輸送部分12中心軸的液面之間，應稍稍搭接，在此部分起動截止閥56。如上所述，冷凍劑16在入口管18中時，可以具有任意的等級，但最好不低于50%。當冷凍劑16的等級下降時，更多的蒸氣通過放空管54放空，以維持冷凍劑16的液面。當冷凍劑16的等級上升時，更多的液體在溢流管50中蒸發(fā)，以維持冷凍劑16的液面。
冷凍劑接收/輸送部分12和塔式部分14，最好用常規(guī)的銅管套接法來制造。套筒的大小及12和14兩部分的體積，可根據(jù)設備10的預定應用對冷凍劑接收/輸送的要求來選擇。
如圖所示，冷凍劑接收/輸送部分12包括一個“T”形套管62的中心部分，該“T”形套管具有64、66和68三個叉口。在所示的部分12的左側，有一個縮小的“T”形套管70，該“T”形套管具有72、76和78三個叉口，在叉口72處，通過管80連接到縮徑接頭82上，而縮徑接頭82又通過管84連接到“T”形套管62的叉口64上。在圖中所示的部分12的右側，有一個縮小的“T”形套管86，它具有88、90和92三個叉口，在叉口88處連接到一個縮徑接頭94上，縮徑接頭94又通過縮徑接頭96連接到“T”形套管62的叉口68上。
溢流管50通過一個密封接口96連接到縮小的“T”形套管70的叉口76上。端塞98以螺紋緊固于一個螺紋連接件100上，而該連接件又接到縮小的“T”形套管70的叉口78上。
管102以直角連接到管80上，以便把液面?zhèn)鞲衅?0固定于冷凍劑接收/輸送部分12的內(nèi)部。液面?zhèn)鞲衅?0通過螺紋連接到管104的下端，而管104又通過一個密封連接件106連接到管102的頂端。
具體參考圖2，在液面?zhèn)鞲衅?0的兩側，有兩塊擋板108和110在管80的內(nèi)部相連，以防止液態(tài)冷凍劑16的噴濺使液-氣界面20的高度指示產(chǎn)生錯誤的過低指示，從而防止了氣態(tài)冷凍劑16從放空管54的不必要放空。這種噴濺可能是由于液態(tài)冷凍劑16在溢流管50內(nèi)迅速膨脹而產(chǎn)生的，也可能是由于出口導管22的活動尾段26上升和下降造成的液態(tài)冷凍劑波浪運動而產(chǎn)生的。關于這一點，擋板108和110皆為圓盤形，只是在其上部截去一塊而形成一個頂部邊緣111，該邊緣在冷凍劑接收/輸送部分12內(nèi)壁的下部與其形成一定的距離，從而可讓氣態(tài)冷凍劑16自由通過;每一塊擋板上皆有很多小孔112，允許液態(tài)冷凍劑16以低流速通過。因此，擋板108和110起柵板的作用;擋板108的作用是擋住來自溢流管50的噴濺，擋板110的作用是擋住由于活動尾段26的上升和下降而引起的噴濺。擋板108和110皆在其中心部位有一個狹長的或橢圓形的孔118，其作用將在下面討論。
入口導管18通過密封連接件122連接于縮小的“T”形套管86的叉口90上。出口導管22的出口段24連接到密封連接件124上，后者又通過密封連接件126連接到縮小的“T”形套管86的叉口92上。密封連接件124可以拆卸，以便從冷凍劑接收/輸送部分12中卸下出口導管22。在更換出口導管22后，取下端塞98，可把一根棒桿(未畫出)伸入擋板108和110的中心孔118，以便幫助使活動尾段26伸入傳動桿30的線環(huán)32中。
塔式部分14包括一個管接頭128，該管接頭將縮徑套管130和132二者上、下對接起來?？s徑套管130的下端安裝有一塊固定板134用于固定螺線管29，并通過管136連接到“T”形套管62的叉口66上。管136的長度最好使螺線管29處于液-氣界面20上方約15.24cm處，以防止螺線管29被凍結?！癟”形套管138以其叉口140連接到縮徑套管130的上部;與“T”形套管138的叉口144相連的接頭142中的導線用于把導線引入塔式部分14。裝設減壓閥146以防止由于過壓而破壞塔式部分14或冷凍劑接收/輸送部分12，該減壓閥與“T”形套管138的叉口148相連。
現(xiàn)在具體參考圖3，在管136的下端內(nèi)安裝有一塊環(huán)形導板150作為傳動桿30的導板。為此，導板150有一個可讓傳動桿30穿過的中心孔152，還有一對外孔154以使氣態(tài)冷凍劑16進入塔式部分14。另外，可以有一個套環(huán)155與傳動桿30相連，通過與導板150接觸而限制出口導管22的活動尾段26的向下運動。
雖然給出了優(yōu)選實施方案并作了詳細敘述，但本領域技術人員容易理解并認識到，可以作出許多省略、修改和補充，而不偏離本發(fā)明的要旨和范圍。
權利要求
1.一種用于有選擇地輸送純液態(tài)和純氣態(tài)冷凍劑的設備，所述設備包含壓力容器，它有一個用于把冷凍劑接收到該壓力容器中的入口；用于維持該壓力容器內(nèi)的冷凍劑的裝置，它能在該壓力容器內(nèi)產(chǎn)生液-氣界面；伸入壓力容器內(nèi)的導管裝置，該導管裝置有一個活動尾段，該尾段可以運動到液-氣界面的上方和下方，以便把純氣態(tài)和純液態(tài)冷凍劑從壓力容器中輸送出來；與導管裝置的活動尾段相連的驅(qū)動裝置，該驅(qū)動裝置能在預定的時間間隔內(nèi)有選擇地把導管裝置的活動尾段驅(qū)動到液-氣界面的上方和下方，以便有選擇地以與預定時間間隔成比例的量把純氣態(tài)和純液態(tài)冷凍劑從壓力容器中輸送出來。
2.權利要求1的設備，其中導管裝置包含一個具有伸入到壓力容器中的出口段的管子;一個處于壓力容器內(nèi)而形成導管裝置的活動部分的活動尾段;將活動尾段連接到出口段上的撓性中間段。
3.權利要求2的設備，其中驅(qū)動裝置包含具有驅(qū)動臂的螺線管;用于把驅(qū)動臂連接到活動尾段上的傳動桿裝置;與螺線管相連的計時控制裝置，它能指令螺線管提高或降低導管的活動尾段，使該尾段在預定的時間間隔內(nèi)處于液-氣界面的上方和下方。
4.權利要求3的設備，其中壓力容器包含水平的冷凍劑接收/輸送部分，在該部分中維持液-氣界面，并有導管伸入其中;以“T”形結構與冷凍劑接收/輸送部分相連的垂直塔式部分，在該塔式部分中在純液態(tài)冷凍劑上方預選高度上設置了螺線管，該高度足以防止螺線管被凍結。
5.權利要求1的設備，其中還包含與導管裝置相連的管路截止閥，該截止閥由驅(qū)動裝置控制，當活動尾段處于液-氣界面上方時，該截止閥就截止導管裝置中純氣態(tài)冷凍劑的輸送。
6.權利要求1的設備，其中用于維持液-氣界面的裝置包含與壓力容器相連的放空管，其上有一個自動驅(qū)動的管路截止閥;位于壓力容器內(nèi)的液面探測器，該探測器能檢測壓力容器內(nèi)純液態(tài)冷凍劑的高度;與液面探測器和截止閥相連的液面控制裝置，用于在純液態(tài)冷凍劑的液面下降到低于預定的高度時自動開啟截止閥;伸入壓力容器內(nèi)部使其一端基本上處于預定高度上的溢流管;與溢流管的另一端相連且處于壓力容器外部的加熱裝置，從而在純液態(tài)冷凍劑的液面高于預定的高度時，該液態(tài)冷凍劑流入溢流管而被加熱裝置加熱，從而蒸發(fā)而增加壓力容器內(nèi)的純氣態(tài)冷凍劑。
7.用于調(diào)節(jié)流體冷凍劑冷卻勢的設備，所述設備包含壓力容器，該壓力容器內(nèi)有一個用于接收流體冷凍劑的入口;用于維持壓力容器內(nèi)流體冷凍劑的裝置，該裝置能使壓力容器內(nèi)形成液-氣界面，液-氣界面上方是具有低冷卻勢的氣態(tài)冷凍劑，液-氣界面下方是具有高冷卻勢的液態(tài)冷凍劑;伸入壓力容器中以兩相物流形式從壓力容器中輸出流體冷凍劑的導管裝置，該導管裝置有一個活動尾段，該活動尾段適于在液-氣界面的上方和下方運動以在該導管裝置內(nèi)形成氣態(tài)流體冷凍劑的第一物流和液態(tài)流體冷凍劑的第二物流;可驅(qū)動的運動裝置，該裝置適于驅(qū)動活動尾段使其以振動方式活動到液-氣界面的上方和下方，使第一和第二物流在導管裝置中合并而形成兩相物流;所述振動運動有由第一和第二時間間隔的總和所限定的周期，在此周期內(nèi)活動尾段分別處于液-氣界面的上方和下方，兩相物流所含的氣態(tài)和液態(tài)流體冷凍劑的平均量與第一和第二時間間隔成比例;一個控制器，該控制器有一個用于記錄至少一組第一和第二時間間隔的記錄裝置，以及能對記錄裝置作出響應的驅(qū)動裝置，該驅(qū)動裝置用于驅(qū)動可驅(qū)動的運動裝置，使活動段以所述周期振動，從而增加第一時間間隔以增加兩相物流中所含的氣態(tài)流體冷凍劑的平均量，交替地增加第二時間間隔以增加兩相物流中所含的液態(tài)流體冷凍劑的平均量，從而交替地降低和增加所輸送的流體冷凍劑的冷卻勢并因而調(diào)節(jié)冷卻勢。
8.權利要求7的設備，其中導管裝置包含具有伸入壓力容器中的出口段的管子;處于壓力容器內(nèi)而構成導管裝置的活動段的活動尾段;把活動尾段連接到出口段上的撓性中間段。
9.權利要求8的設備，其中可驅(qū)動的運動裝置包括具有驅(qū)動臂的螺線管;用于把傳動臂連接到導管的活動尾段上的傳動桿裝置。
10.權利要求9的設備，其中壓力容器包含水平的冷凍劑接收/輸送部分，在此部分內(nèi)維持液-氣界面，并有導管伸入其中;以“T”形結構與冷凍劑接收/輸送部分相連的垂直塔式部分，在該部分內(nèi)設置有處于液態(tài)冷凍劑上方預選高度上的螺線管，所述高度足以防止螺線管被凍結。
11.權利要求7的設備，其中液-氣界面維持裝置包含與壓力容器相連的放空管，它有一個自動驅(qū)動的管路截止閥;液面探測器，該探測器位于壓力容器的內(nèi)部，以探測該壓力容器內(nèi)液態(tài)冷凍劑的高度;與液面探測器和截止閥相連的液面控制裝置，用于在液態(tài)冷凍劑的液面下降到低于預定高度時自動開啟截止閥;伸入壓力容器內(nèi)部使其一端基本上處于預定高度上的溢流管;與溢流管其他端部相連并處于壓力容器外部的加熱裝置，從而在液態(tài)冷凍劑的液面高于預定高度時，就流入溢流管而被加熱裝置加熱，從而蒸發(fā)而增加壓力容器內(nèi)氣態(tài)冷凍劑的量。
12.權利要求2或8的設備，其中撓性中間段包含一個擠壓成型的鋼制波紋管。
13.一種調(diào)節(jié)流體冷凍劑冷卻勢的方法，該方法包含使流體冷凍劑分離成氣相和液相，此二相分別含有低冷卻勢的氣態(tài)冷凍劑和高冷卻勢的液態(tài)冷凍劑;形成氣態(tài)冷凍劑的第一物流和液態(tài)冷凍劑的第二物流;把第一和第二物流合并成含液態(tài)和氣態(tài)冷凍劑的兩相物流;以兩相物流的形式輸送冷凍劑;調(diào)節(jié)被輸送的冷凍劑的冷卻勢，方法是增加兩相物流中所含的氣態(tài)流體冷凍劑的量以降低其冷卻勢，交替地增加兩相物流中所含的液態(tài)流體冷凍劑的量以提高其冷卻勢。
14.權利要求13的方法，其中把冷凍劑分離成液相和氣相的方法是把冷凍劑接收入壓力容器并維持在壓力容器內(nèi)，從而在壓力容器內(nèi)形成液-氣界面，液-氣界面上方是氣態(tài)冷凍劑，液-氣界面下方是液態(tài)冷凍劑。
15.權利要求14的方法，其中冷凍劑以兩相物流經(jīng)導管從壓力容器中輸送出來，導管具有位于壓力容器內(nèi)并適于在液-氣界面上方和下方運動的活動尾段;把活動尾段分別升高和降低到液-氣界面的上方和下方，形成第一和第一物流;以由第一和第二時間間隔的總和所限定的周期，使活動尾段在液-氣界面上方和下方振動，使第一和第二物流合并而產(chǎn)生兩相物流，在第一和第二時間間隔內(nèi)活動尾段分別處于液-氣界面的上方和下方;在所輸送的冷凍劑中，純氣態(tài)和純液態(tài)冷凍劑的平均量分別與第一和第二時間間隔的長短成比例;增加第一時間間隔使被輸送的冷凍劑的冷卻勢降低，增加第二時間間隔使其冷卻勢增加。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種冷凍劑輸送設備，該設備可用于輸送定量的純液態(tài)和純氣態(tài)冷凍劑，也可用于輸送冷凍勢可調(diào)的流體冷凍劑。
文檔編號F17C13/02GK1055045SQ9110167
公開日1991年10月2日 申請日期1991年3月20日 優(yōu)先權日1990年3月20日
發(fā)明者羅恩·C·李, 馬克·J·柯克施內(nèi) 申請人:美國Boc氧氣集團有限公司