CH623126A5

CH623126A5 - Installation for cooling articles or materials with liquid coolant

Info

Publication number: CH623126A5
Application number: CH1205777A
Authority: CH
Inventors: Georg Suess
Original assignee: Linde Ag
Priority date: 1976-10-22
Filing date: 1977-10-03
Publication date: 1981-05-15
Also published as: AT369524B; AU505231B2; FR2371650B1; GR63700B; DE2647961B1; DE2647961C2; ES463285A1; BE859953A; FR2371650A1; BR7707054A; NL7711049A; ATA750477A; ZA776291B; AU2995377A

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage zum Kühlen von Gegenständen oder Stoffen mit flüssigem Kältemittel, bei der das Kältemittel aus einem Vorratstank über einen unter dem Druck des Vorratstankes stehenden Phasenabscheider den abzukühlenden Gegenständen oder Stoffen zugeführt wird. The invention relates to a system for cooling objects or substances with liquid refrigerant, in which the refrigerant is supplied from a storage tank to the objects or substances to be cooled via a phase separator under the pressure of the storage tank.

Derartige Anlagen sind auf den verschiedensten technischen Sachgebieten bekannt und werden immer dann eingesetzt, wenn Gegenstände oder Stoffe schnell auf tiefe Temperaturen abgekühlt werden sollen. So bezieht sich beispielsweise die DE-AS 12 72 525 auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen eines Gegenstandes aus thermoplastischem Kunststoff nach dem Blasverfahren aus einem stranggepressten Rohr oder einem Külbel, bei dem das Rohr oder der Külbel zunächst im Hohlraum einer Blasform durch ein sich ausdehnendes gasförmiges Medium aufgeweitet und anschliessend durch ein nicht gasförmiges, mit einer wesentlich unter der Raumtemperatur liegenden Temperatur in das Rohr oder den Külbel nach dessen Aufweitung eingeführtes und verdampftes Kältemittel gekühlt wird. Als Blasmedium kann entweder Luft oder gasförmiges Kohlendioxid und als Kältemittel nicht gasförmiges Kohlendioxid verwendet werden. Um sicher zu stellen, dass das Kohlendioxid immer in flüssigem Zustand in den nach der Aufweitung erhaltenen Gegenstand eingeleitet wird, ist vorgesehen, das flüssig aus einer Quelle entnommene Kohlendioxid vor dem Einleiten in den Gegenstand einer als Phasenabscheider fungierenden Schwimmerkammer zuzuführen und in dieser durch Wärmeeinstrahlung entstandene Kohlendioxiddämpfe von dem flüssigen Kohlendioxid zu trennen. Such systems are known in a wide variety of technical fields and are used whenever objects or substances are to be cooled rapidly to low temperatures. For example, DE-AS 12 72 525 relates to a method and a device for producing an object made of thermoplastic by the blow molding process from an extruded tube or parison, in which the tube or parison is initially in the cavity of a blow mold expanding gaseous medium is expanded and then cooled by a non-gaseous refrigerant which is introduced and evaporated into the tube or the parison after its expansion at a temperature which is substantially below room temperature. Either air or gaseous carbon dioxide can be used as the blowing medium and non-gaseous carbon dioxide as the refrigerant. In order to ensure that the carbon dioxide is always introduced in the liquid state into the object obtained after the expansion, it is provided that the carbon dioxide removed in liquid form from a source is fed to a float chamber which functions as a phase separator before being introduced into the object and in which it is created by heat radiation Separate carbon dioxide vapors from liquid carbon dioxide.

Beim Einsatz einer Schwimmkammer besteht aber die Gefahr, dass deren mechanische Teile unter dem Einfluss der tiefkalten Temperatur des flüssigen Kältemittels vereisen, so dass durch die dann nicht mehr einwandfrei arbeitenden Mechanismen der Schwimmkammer deren Trennfunktion weitgehend eingeschränkt ist. Dies hat zur Folge, dass unter Umständen dennoch gasförmiges Kältemittel in d'en Gegenstand eingeblasen werden kann und aufgrund der geringeren Kühlwirkung des gasförmigen Kältemittels der Gegenstand in der von der Taktzeit des Blasautomaten vorgegebenen kurzen Einspeisezeit für das Kältemittel nicht ausreichend gekühlt werden kann. When using a swimming chamber, however, there is a risk that its mechanical parts will freeze up under the influence of the cryogenic temperature of the liquid refrigerant, so that the separating function of the floating chamber will then be largely restricted by the mechanisms that no longer function properly. This means that under certain circumstances gaseous refrigerant can still be blown into the object and, due to the lower cooling effect of the gaseous refrigerant, the object cannot be cooled sufficiently for the refrigerant in the short feed time specified by the blow molding machine cycle time.

Diese Abkühlprobleme können ebenso auch bei anderen-ähnlichen Vorrichtungen und Anwendungen auftreten. These cooling problems can also occur with other similar devices and applications.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Anlage der eingangs beschriebenen Art zum Kühlen von Gegenständen oder Stoffen zu entwickeln, mit der mit geringem technischen Aufwand sichergestellt werden kann, The invention is therefore based on the object of developing a system of the type described at the outset for cooling objects or substances, with which it can be ensured with little technical effort,

dass das Kältemittel den zu kühlenden Gegenständen oder Stoffen immer in flüssigem Zustand zugeführt wird. that the refrigerant is always added to the objects or substances to be cooled in a liquid state.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, According to the invention, this object is achieved by

dass der Phasenabscheider eine Messeinrichtung zur Bestimmung des Flüssigkeitsstandes aufweist, die über eine Steuereinrichtung mit einem Ventil des Phasenabscheiders zum Ablassen der aus dem Kältemittel aufsteigenden Dämpfe in Verbindung steht. that the phase separator has a measuring device for determining the liquid level, which is connected via a control device to a valve of the phase separator for releasing the vapors rising from the refrigerant.

Mit der Anordnung einer Messeinrichtung zur Bestimmung des Flüssigkeitsstandes im Inneren des Phasenabscheiders kann dieser vollkommen ohne bewegliche mechanische Teile ausgeführt sein, so dass die Gefahr der Funktionsbeeinträchtigung des Phasenabscheiders aufgrund von Vereisen mechanischer Teile entfällt. Da der Phasenabscheider zudem unter dem Druck des Vorratstankes für das flüssige Kältemittel steht, ergibt sich folgende einfache Arbeitsweise: Das flüssige Kältemittel strömt aus dem Vorratstank zunächst so lange in den Phasenabscheider, bis sich im Inneren desselben der gleiche Druck aufgebaut hat. Dabei setzt sich das flüssige Kältemittel im unteren Teil des Phasenabscheiders ab, während die durch Wärmeeinstrahlung entstandenen Kältemitteldämpfe sich im oberen Teil sammeln. Wird dann das flüssige Kältemittel aus dem unteren Teil, dem Flüssigkeitssammel-raum des Phasenabscheiders unter Ausnutzung des vorhandenen Druckes einem Verbraucher, wie z. B. einem Blasautomaten zur Herstellung von Gegenständen aus thermoplastischem Kunststoff, zugeleitet, wobei der Verbraucher beispielsweise die Entnahme des flüssigen Kältemittels über ein Magnetventil selbst steuern kann, registriert die Messeinrichtung ein Absinken des Flüssigkeitsstandes und gibt dieses Signal an die Steuereinrichtung weiter, die ihrerseits ein weiteres Magnetventil, das mit dem oberen Teil, dem Gasraum des Phasenabscheiders in Verbindung steht, öffnet. Dadurch strömt gasförmiges Kältemittel ins Freie oder zu dem Vorratstank zurück. Aus dem Vorratstank fliesst nun so lange flüssiges Kältemittel in den Phasenabscheider, bis die Messeinrichtung den ursprünglichen Flüssigkeitsstand registriert und die Steuereinrichtung daraufhin das Magnetventil zum Ablassen der Kältemitteldämpfe schliesst. With the arrangement of a measuring device for determining the liquid level in the interior of the phase separator, the latter can be designed without any moving mechanical parts, so that the risk of the functional impairment of the phase separator due to icing of mechanical parts is eliminated. Since the phase separator is also under the pressure of the storage tank for the liquid refrigerant, the following simple procedure results: The liquid refrigerant initially flows from the storage tank into the phase separator until the same pressure has built up inside it. The liquid refrigerant settles in the lower part of the phase separator, while the refrigerant vapors generated by heat radiation collect in the upper part. Then the liquid refrigerant from the lower part, the liquid collection space of the phase separator using the existing pressure to a consumer, such as. B. a blow molding machine for the production of objects made of thermoplastic, supplied, for example, the consumer can control the removal of the liquid refrigerant via a solenoid valve, the measuring device registers a drop in the liquid level and passes this signal on to the control device, which in turn is another Solenoid valve, which communicates with the upper part, the gas space of the phase separator, opens. This causes gaseous refrigerant to flow outside or back to the storage tank. Liquid refrigerant now flows from the storage tank into the phase separator until the measuring device registers the original liquid level and the control device then closes the solenoid valve for discharging the refrigerant vapors.

Wird dabei, wie bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Anlage, das Ventil zum Ablassen der Kältemitteldämpfe aus dem Gasraum unten an dem Phasenabscheider angeordnet, und über eine durch den Flüssigkeitsraum des Phasenabscheiders führende Leitung mit dem Gasraum verbunden, kann ein Vereisen der Gasabzugstelle weitgehend vermieden werden. If, as in an advantageous embodiment of the system, the valve for discharging the refrigerant vapors from the gas space is arranged at the bottom of the phase separator and connected to the gas space via a line leading through the liquid space of the phase separator, icing of the gas extraction point can be largely avoided.

Weiterhin vorteilhaft ist es, die Messeinrichtung, um diese möglichst einfach im Aufbau und damit sicher in ihrer Funktionsweise zu gestalten, als Grenzwertgeber mit Widerstandsmessfühlern auszubilden. Als Widerstandsmessfühler können dabei zweckmässigerweise Heissleiter verwendet werden, die in einer für den maximalen und minimalen It is also advantageous to design the measuring device as a limit transmitter with resistance sensors in order to make it as simple as possible in terms of its structure and thus reliable in its functioning. As a resistance measuring sensor, hot conductors can be used, which are in one for the maximum and minimum

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Flüssigkeitsstand gewünschten Höhe in dem Phasenabscheider angeordnet werden. Beim Ein- bzw. Austritt in das bzw. aus dem flüssigen Kältemittel ändern sich dann aufgrund der veränderten Wärmeableitverhältnisse deren elektrische Widerstände. Die Wid'erstandsänderung kann zudem dadurch be- 5 schleunigt werden, dass jeder Heissleiter mit einer Hilfsheizung versehen wird. Durch die Heizwirkung steigt die Temperatur am Heissleiter beim Austritt aus der Flüssigkeit rascher an und der Widerstand des Heissleiters sinkt entsprechend ab. jo Liquid level desired height can be arranged in the phase separator. When entering or leaving the liquid refrigerant, their electrical resistances then change due to the changed heat dissipation conditions. The change in resistance can also be accelerated by providing each thermistor with an auxiliary heater. As a result of the heating effect, the temperature at the thermistor rises more quickly when it emerges from the liquid and the resistance of the thermistor decreases accordingly. yo

Um sicherzustellen, dass der Verbraucher stets mit einer möglichst gleich bleibenden flüssigen Kältemittelmenge pro Zeiteinheit versorgt wird, kann des weiteren mit Vorteil zur Konstanthaltung des Druckes in dem Phasenabscheider eine mit dem Gasraum in Verbindung stehende Druckregelein- jj richtung vorgesehen werden, mit der dem Gasraum über ein von einer Druckmesseinrichtung gesteuertes Magnetventil gasförmiger Stickstoff zugeführt werden kann. Je nach benötigter Kältemittelmenge pro Zeiteinheit des Verbrauchers ist es dabei vorteilhaft, wenn die Druckregeleinrichtung ab- 20 hängig von dem Druck des Vorratstankes auf jeden gewünschten Wert bis zu 25 bar einstellbar ist. In order to ensure that the consumer is always supplied with a liquid refrigerant quantity per unit of time that is as constant as possible, it is also advantageous to provide a pressure control device in connection with the gas space to keep the pressure in the phase separator constant a magnetic valve controlled by a pressure measuring device can be supplied with gaseous nitrogen. Depending on the amount of refrigerant required per unit time of the consumer, it is advantageous if the pressure control device can be set to any desired value up to 25 bar depending on the pressure of the storage tank.

Im folgenden werden weitere Einzelheiten der Erfindung anhand einer schematischen Darstellung eines Ausführungsbeispiels beschrieben: ^ Further details of the invention are described below on the basis of a schematic illustration of an exemplary embodiment:

Die Figur zeigt einen Ausschnitt aus einer erfindungs-gemässen Anlage, wie sie z. B. mit Vorteil in einer Einrichtung zum Herstellen von Gegenständen aus thermoplastischem Kunststoff eingesetzt werden kann. Ein aus einem Aussen- und Innenbehälter 2a, 2b bestehende Phasenab- The figure shows a section of an inventive system, as z. B. can be used advantageously in a device for producing objects made of thermoplastic material. A phase difference consisting of an outer and inner container 2a, 2b

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scheider 1 steht mit einem zu der Anlage gehörenden, der Übersichtlichkeit wegen jedoch nicht gezeichneten Vorratstank für flüssiges Kältemittel über eine bis in den oberen Teil des Innenbehälters 2b hineinreichende Zufuhrleitung 5 in Verbindung und ist an einen ebenso nicht dargestellten 3J Verbraucher, wie z. B. an einen Blasautomaten, über eine ein von dem Verbraucher gesteuertes Magnetventil 7 aufweisende Abzugsleitung 6 am unteren Teil des Innenbehälters 2b angeschlossen. Zur Isolierung des Phasenabscheiders 1 kann der zwischen dem Aussen- und Innenbehälter The separator 1 is connected to a storage tank for liquid refrigerant belonging to the system, for the sake of clarity but not shown, via a feed line 5 reaching into the upper part of the inner container 2b. B. connected to a blow molding machine via a discharge line 6, which is controlled by the consumer solenoid valve 7, at the lower part of the inner container 2b. To isolate the phase separator 1, the one between the outer and inner container

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2a, 2b vorhandene Raum 4 über einen Evakuierstutzen 4a evakuiert werden. 2a, 2b existing space 4 can be evacuated via an evacuation nozzle 4a.

Beim Einströmen des flüssigen Kältemittels unter dem Druck des Vorratstankes in den Innenbehälter 2b über die Zufuhrleitung 5 setzt sich dieses in dem unteren Teil des Innenbehälter 2b ab und durch Wärmeeinstrahlung entstandene Kältemitteldämpfe sammeln sich im oberen Teil. Dadurch ist der Innenbehälter 2b in einen Flüssigkeitsraum 3a und in einen Gasraum 3b aufgeteilt. Eine von oben her in den Phasenabscheider 1 bis in den Flüssigkeitsraum 3 a hinabreichende Messeinrichtung 10 weist zur Bestimmung der maximalen und minimalen Flüssigkeitsstandhöhe des Phasenabscheiders 1 in ihrem unteren Bereich als Heissleiter ausgebildete Grenzwertgeber 11 und 12 auf. Ausserhalb des Phasenabscheiders 1 ist die Messeinrichtung 10 an eine Steuereinrichtung 13 angeschlossen, die ein am unteren Ende des Phasenabscheiders 1 angeordnetes Magnetventil 9 steuert. Dieses unten angeordnete Magnetventil 9 dient zum Ablassen der aus dem Kältemittel aufsteigenden Dämpfe und steht dazu über eine durch den Flüssigkeitsraum 3 a führende Leitung 8 mit dem Gasraum 3b in Verbindung. Sinkt der Flüssigkeitsstand in dem Phasenabscheider 1 unter den Minimalstand, d. h. unter den unteren Grenzwertgeber 12, ändert sich aufgrund der veränderten Wärmeableitverhältnisse dessen elektrischer Widerstand. Der damit verbundene Stromanstieg führt in der Steuereinrichtung 13 zum Anziehen eines Relais, wodurch das Magnetventil 9 zum Ablassen der Kältemitteldämpfe geöffnet wird. Dadurch strömt gasförmiges Kältemittel ins Freie, oder es kann, wenn das Magnetventil 9 mit dem Vorratstank in Verbindung steht, zu diesem zurückgeleitet werden. Durch das Abströmen des gasförmigen Kältemittels aus dem Phasenabscheider 1 fliesst dann aus dem Vorratstank so lange flüssiges Kältemittel nach, bis das flüssige Kältemittel den oberen Grenzwertgeber 11 erreicht hat und damit durch dessen elektrische Widerstandsänderung die Steuereinrichtung 13 das Magnetventil 9 schliesst. When the liquid refrigerant flows into the inner container 2b via the supply line 5 under the pressure of the storage tank, the latter settles in the lower part of the inner container 2b, and refrigerant vapors produced by heat radiation collect in the upper part. As a result, the inner container 2b is divided into a liquid space 3a and a gas space 3b. A measuring device 10, which extends from above into the phase separator 1 into the liquid space 3 a, has limit switches 11 and 12 designed as hot conductors in its lower region for determining the maximum and minimum liquid level of the phase separator 1. Outside the phase separator 1, the measuring device 10 is connected to a control device 13 which controls a solenoid valve 9 arranged at the lower end of the phase separator 1. This solenoid valve 9 arranged at the bottom serves to discharge the vapors rising from the refrigerant and is connected to the gas space 3b via a line 8 leading through the liquid space 3a. If the liquid level in the phase separator 1 drops below the minimum level, i. H. below the lower limit switch 12, its electrical resistance changes due to the changed heat dissipation conditions. The associated increase in current leads in the control device 13 to attract a relay, whereby the solenoid valve 9 is opened to release the refrigerant vapors. As a result, gaseous refrigerant flows into the open or, when the solenoid valve 9 is connected to the storage tank, it can be returned to the storage tank. Due to the outflow of the gaseous refrigerant from the phase separator 1, liquid refrigerant then continues to flow from the storage tank until the liquid refrigerant has reached the upper limit transmitter 11 and the control device 13 closes the solenoid valve 9 due to its electrical resistance change.

Um zu ermöglichen, dass in dem Phasenabscheider der Druck weitgehend konstant gehalten werden kann, kann an dem Gasraum 3b eine Druckregeleinrichtung 14 vorgesehen sein. Über ein von einer Druckmesseinrichtung 16 gesteuertes Zuspeiseventil 15 kann dabei in den Gasraum 3b bei Bedarf gasförmiges Kältemittel eingeleitet werden. In order to enable the pressure in the phase separator to be kept largely constant, a pressure control device 14 can be provided in the gas space 3b. If necessary, gaseous refrigerant can be introduced into the gas space 3b via a feed valve 15 controlled by a pressure measuring device 16.

Sicherheitshalber kann an den Gasraum 3b auch ein Überdruckventil 17 angeschlossen sein. For safety's sake, a pressure relief valve 17 can also be connected to the gas space 3b.

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1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

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1. Plant for cooling objects or substances with liquid refrigerant, in which the refrigerant is supplied from a storage tank to the objects or substances to be cooled via a phase separator under pressure of the storage tank, characterized in that the phase separator (1) has a measuring device (10). for determining the liquid level, which is connected via a control device (13) to a valve (9) of the phase separator (1) for releasing the vapors rising from the refrigerant.

2. Plant according to claim 1, characterized in

that the valve (9) for discharging the vapors rising from the refrigerant is arranged at the bottom of the phase separator (1) and via a line (8) leading through the liquid space (3a) of the phase separator (1) to the gas space (3b) of the phase separator (1) communicates.

2nd

PATENT CLAIMS

3. Plant according to claim 1 or 2, characterized in that the measuring device (10) is designed as a limit transmitter with resistance sensors (11, 12).

4. Plant according to one of claims 1 to 3, characterized in that the phase separator (1) in the upper part has a pressure control device with a feed valve (15) controlled by a pressure measuring device (16).

5. Plant according to claim 4, characterized in

that the pressure control device can be set to any desired value up to 25 bar.

6. Use of the system according to one of claims 1 to 5 in a device for producing objects made of thermoplastic material.