[发明专利]用于控制致冷剂温度的设备和方法

说明书

对相关申请的交叉参考

本申请要求于2007年8月28日提交的美国临时申请No.60/968,479的权利，所述美国临时申请的整体披露内容在此作为参考被引用。

技术领域

本发明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，本发明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。

背景技术

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。

发明内容

在一个方面中，本发明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，本发明包括一种方法，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。