專利名稱：致冷劑輸送裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于輸送處于飽和狀態的致冷劑的致冷劑輸送裝置。較具體地，本發明涉及這樣的裝置，即在被輸送的致冷劑作為兩相液流輸送時其中有一容器用作一分相器。該容器包括一熱交換器，在致冷劑被作為過冷液體輸送的情況下該交換器將過冷液體轉換成飽和液體。
低溫流體，諸如液態空氣或空氣的液化成分被用于許多種的低溫冷卻和致冷場合中。輸送低溫流體時的一個普遍問題在于低溫流體冷卻潛能的程度是隨流體被輸送的情況變化的。例如，過冷液氮與作為兩相液流輸送的氮相比有不同的冷卻潛能。在不采用一反饋控制系統而依靠定時器和類似裝置以打開和關閉致冷劑輸送閥的冷卻應用中這一問題更為嚴重。這種存在問題的應用的一個例子是致冷劑用于冷卻吹塑成型塑料制品。在為這種用途所設計的許多系統中，用于各個冷卻循環的致冷劑流由一控制閥控制，將該閥打開預定的一段時間。兩相的致冷劑流將比作為過冷液體的致冷劑有較少的冷卻潛能。而且，輸送給一給定的閥開口的過冷液體量將比作為兩相液流輸送的致冷劑的量大，因為過冷液體的密度增加了。由于致冷劑的冷卻潛能將隨其物理狀態變化，所以不是塑料制件不能充分冷卻，就是將浪費致冷劑。
如以下將討論的，本發明提供了一種實際的技術方案以緩和以上所提到的問題，即提供一種致冷劑輸送裝置，它作為被輸送的液態致冷劑和使用致冷劑的具體應用之間的一個界面。由本發明所提出的界面可保證致冷劑將被始終如一地以飽和狀態利用。
本發明提供了一種用于輸送飽和狀態的致冷劑的致冷劑輸送裝置。該致冷劑輸送裝置包括盛裝液態和汽態致冷劑的容器，并且將致冷劑在作為兩相液流被引入容器時分成液態和汽態。該容器有一液面上的空間，一用于將致冷劑引入容器中的底部入口，一用于將蒸汽從液面上的空間排出的蒸汽出口，以及一用于將蒸汽引入液面上的空間的液上空間入口。有一熱交換裝置用于液面上的空間中的蒸汽和由液相致冷劑構成的液流之間的間接的熱交換，這樣在致冷劑被作為過冷液體引入容器時，蒸汽將冷凝成液相，過冷液體將被轉換成飽和液體。一液體出口連接到熱交換器上，用來將液流從容器中排出。有一具連接到底部液體入口上的液體入口分支的輸送支管，這樣由致冷劑組成的輸送流可流入該容器和連接到液面上的空間入口的蒸汽入口分支中。有一加熱裝置，用來加熱輸送支管的蒸汽入口分支，這樣液態致冷劑在蒸汽入口分支中被汽化而形成蒸汽，此時在液面上的空間中的蒸汽通過冷凝或經由蒸汽出口排出而消耗。
實際上，根據本發明的致冷劑輸送裝置可以有其連接到一液氮源上的輸送支管。當這種液氮處于兩相狀態時，那么，致冷劑輸送裝置就可簡單地起到將其分成液態和汽態的作用，并且多余的蒸汽從容器中排出。然而，如果氮貯罐被充滿并且罐中的過冷程度急劇地增加，那么熱交換裝置可起到在液上空間中蒸汽與被排出的過冷液體之間進行熱交換的作用，而將從容器排出的過冷液體轉換成飽和液體。
在過冷液體被輸送和/或蒸汽被使用的情況下，容器中的液面將上升。為了補充消耗的蒸汽，經由輸送支管前頭的蒸汽入口蒸汽將被輸送到液上空間中。要注意通過簡單地僅加熱一股液流(與裝在容器中的全部液體相反)，加熱器為此目的所需的能量可以減少到最小限度。加熱可保持在一穩定的程度上，其時要求條件不變，或者可以與所用的液體成一定比例。加熱器可在一批產量完成時使用，并且在此情況下，離析出的蒸汽將使液體經由輸送支管回流。
注意本文和權利要求所用的“致冷劑”一詞意思是一種處于標準的常溫情況下的液化大氣，諸如，氮、液態空氣、其它在標準大氣條件下以蒸汽狀態存在冷液態物質。
雖然說明書包括了清楚地指出申請人認為是他的發明的主題的權利要求書，但是可以相信聯系所附的一張圖將可以較好地理解本發明，該圖例是本發明的致冷劑輸送裝置的示意圖。
參見附圖
，圖中繪出了本發明的一個致冷劑輸送裝置1。該致冷劑輸送裝置1包括一盛裝液態和汽態的致冷劑容器10。汽態致冷劑盛裝在容器10的液面上空間12中。致冷劑經由底部入口16進入容器10的底部14。有一蒸汽出口18用來將蒸汽從容器10的液上空間12排出。還有一液上空間入口20用來將蒸汽引入容器10的液上空間12。
如果致冷劑以兩相液流狀態輸送到容器10中，那么容器10將作為一個分相器將致冷劑分成液相和汽相狀態。在此情況下，根據蒸汽是否被輸送到工藝流程中，過量的蒸汽將經由蒸汽出口18而從裝置中周期性地排出。萬一液體被過度冷卻，有一裝置用于液上空間中的蒸汽和液相的液流之間的間接的熱交換，該裝置最好是一個位于液上空間12中的熱交換器22。熱交換器22由與藉U形夾具34和36連接的通道26，28，30和32串聯連接的翅片管24所構成。通過一抽取管38液體被引入熱交換器22中，該抽取管38可藉由一90°的彎頭夾具(圖中未示出)連接到通道26上。可以理解的是，熱交換器22可以多種方式構成，包括一個簡單的用裸管制作的盤管。熱交換器22冷凝液面上空間12中的蒸汽，并由此將過冷液體轉換成飽和液體。飽和液體經由液體出口40從容器10中排出。
容器10有一抽取管38可伸過的下垂空間42，其上有一底部入口16。下垂空間42允許抽取管38伸到底部入口16的下方以在進入液體是兩相液流的情況下防止蒸汽被吸入熱交換器22中。前述下垂空間42是致冷劑輸送裝置1最佳的然而是優選的特征。
隨著越來越多的過冷液體被轉換成飽和液體，或者是隨著越來越多的蒸汽被從蒸汽出口18排出，在致冷劑輸送裝置1中的液面將趨于上升。要注意某些另外用途中要求蒸汽必須再補充。為了增加液上空間12中的蒸汽量，設有一具連接到底部液體入口16上的液體入口支管46的輸送支管44，這樣液體流入容器10和連接到液上空間入口20的蒸汽入口分支48中。由電源52驅動的、圖中繪成加熱線圈50的加熱器將進入的液體加熱并將其轉換成蒸汽。還要注意電加熱器只是許多種可能用來加熱蒸汽入口支管48的裝置中的一種。例如，來自其它加熱源的熱量可達到同樣的目的。或許還要注意支管48中的液面要與各容器內的液面一樣高，所以不需要有效的控制裝置將液體輸送到加熱器50中。
雖然如上文所指出的，在圖示的實施例中，動力可以連續地輸送到加熱線圈50上，但是加熱旋管50的操作是相應于容器10中的液面被自動控制的。為此，設有一液面探測器53以感知容器10中的液體的液面最高液位。這種最高液位由標號“A”指出。由標號“B”指出的液面最低液位由液面探測器54感知。液面探測器53和54都是“點式液位探測器”(如美國專利第5,167,154所示的類型)，當液面已升高到液位A或已落到液位B以下時，它們發出信號。據了解利用熱電偶、電動機械裝置等可感知液面的高度。另外，雖然圖中沒在示出，但液面探測器53和54可置于套管中以防止容器10中的液體晃動而影響所測得的液面高度。此外，諸如一電容式探頭的連接液面探測器可代替兩個液面探測器53和54。
設有一電連接55以將液面探測器53連接到一控制器56上。一個類似的電連接57將液面探測器54連接到控制器56上。控制器56是一個模擬式或可編程序邏輯式控制器。當液體的液面升到高度A時，與液面探測器53對應的控制器56將由電源52提供的電流送到加熱旋管50上。這種控制使液體汽化并且使蒸汽流入液上空間12中。當液面落到高度B下面時，相應于液面探測器54動作的控制器56驅動一連接到蒸汽排出出口18上的遙控驅動閥60以打開并排出蒸汽。遙控驅動的閥60經電連接62而連接到控制器56上。以此方式，液面將被迫保持在高度A和B所限定的高度范圍內。最好的是加熱旋管50或其它的加熱源位于蒸汽入口支管48上，這樣它在液面A的下方以防止它作用于由液體離析出的過熱蒸汽。更具體地說，加熱旋管50位于液面B下方。
控制器56也可用來對應操作過程的要求而控制輸送液體。為此，遙控閥64與液體出口42連接。遙控閥64經電連接66而電連接到控制器56上。根據操作過程要求，可設置來自液體或蒸汽空間的另外的出口。
雖然已參照最佳實施例對本發明作了描述，但是如本技術領域中的熟練人員可理解的那樣，不脫離本發明的精神和范圍還可作出多種另外的省略和變化。
權利要求
1.一種用于輸送飽和狀態的致冷劑的致冷劑輸送裝置，所述致冷劑輸送裝置包括盛裝液相和汽相致冷劑的容器，并且將致冷劑在作為兩相液流被引入容器的情況下分成液相和汽相態；所述容器有一液上空間，一將致冷劑引入容器中的底部入口，一將蒸汽從液上空間排出的蒸汽出口，以及一將蒸汽引入液上空間的液上空間入口；有一熱交換裝置用于使液上空間中的蒸汽與由致冷劑液相構成的液流之間進行間接的熱交換，這樣在致冷劑被作為過冷液體引入容器的情況下，蒸汽被冷凝成液相，過冷液體將被轉換成飽和液體；一連接到熱交換器上的液體出口，用來將液流從容器中排出；有一具有連接到底部液體入口上的液體入口分支的輸送支管，這樣由致冷劑組成的輸送流可流入容器并有一連接到液上空間入口的蒸汽入口分支；以及有一加熱裝置，用來加熱輸送支管的蒸汽入口分支，這樣在液上空間中的蒸汽通過冷凝或經由蒸汽出口排出而消耗時，液態致冷劑在蒸汽入口分支中被汽化而形成蒸汽。
2.如權利要求1所述的致冷劑輸送裝置，其特征在于，所述熱交換裝置包括一位于所述液上空間中的熱交換器，和一與所述熱交換器連通并從該處下垂將所述液態致冷劑從所述容器抽入所述熱交換器的抽取管。
3.如權利要求1所述的致冷劑輸送裝置，其特征在于，所述加熱裝置包括一加熱所述蒸汽入口支管的電加熱旋管。
4.如權利要求1所述的致冷劑輸送裝置，其特征在于，當所述液相高度在上調點液位之上時，所述加熱裝置被啟動，并且所述致冷劑輸送裝置還包括用以探測何時所述液體上升到所述上調點液位之上的液面探測裝置和當所述液體上升到所述上調點液位之上時相應于所述液位探測裝置以控制所述加熱裝置的裝置。
5.如權利要求4所述的致冷劑輸送裝置，其特征在于，所述可控制的加熱裝置包括加熱所述蒸汽入口支管用的電加熱旋管。
6.如權利要求4所述的致冷劑輸送裝置，其特征在于，遙控閥連接到所述蒸汽出口上；所述液位探測裝置還探測何時所述液相下降到下調點液位之下；所述加熱控制裝置包括一當所述液相下降到所述下調點液位之下時相應于所述液位探測裝置控制所述閥的裝置的控制器。
7.如權利要求6所述的致冷劑輸送裝置，其特征在于，所述可控制的加熱裝置位于所述上調點液位下方。
8.如權利要求4所述的致冷劑輸送裝置，其特征在于，所述熱交換裝置包括一位于所述液上空間中的熱交換器，和一與所述熱交換器連通的并由該處下垂將所述液態致冷劑從所述容器抽入所述熱交換器的抽取管。
9.如權利要求8所述的致冷劑輸送裝置，其特征在于一遙控閥連接到所述蒸汽出口上；所述液位探測裝置還探測何時所述液相下降到下調點液位之下；所述加熱器控制裝置包括一控制器，該控制器有一當所述液相下降到下調點液位之下時相應于所述液位探測裝置用以控制所述閥的裝置。
10.如權利要求9所述的致冷劑輸送裝置，其特征在于，所述加熱器裝置位于所述上調點液位下方。
11.如權利要求10所述的致冷劑輸送裝置，其特征在于，所述加熱器裝置包括一加熱所述蒸汽入口支管用的電加熱旋管。
全文摘要
一種致冷劑輸送裝置，包括盛液相和氣相致冷劑的容器。容器有一液上空間及熱交換器。當致冷劑作為過冷液體引入容器時，蒸汽冷凝成液相，過冷液體轉成飽和液體并從熱交換器的液體出口排出。當液體進入時，容器為一分相器，連接于其底部液體入口的流體入口支管上的一輸送支管可使致冷劑輸送流流入容器。輸送支管的蒸汽入口支管連接到液上空間的入口并有加熱元件加熱蒸汽入口支管，當蒸汽消耗時，致冷劑汽化補充液上空間中的蒸汽。
文檔編號F17C9/00GK1164010SQ9610665
公開日1997年11月5日 申請日期1996年5月20日 優先權日1995年5月24日
發明者羅恩·C·李 申請人:波克股份有限公司