CN101855495B

CN101855495B - 用于控制致冷剂温度的设备和方法

Info

Publication number: CN101855495B
Application number: CN200880113547.5A
Authority: CN
Inventors: K·J·贾迪尼尔; J·L·格伦; R·戈什; D·J·吉布森; Z·朱雷克基
Original assignee: Air Products and Chemicals Inc
Current assignee: Air Products and Chemicals Inc
Priority date: 2007-08-28
Filing date: 2008-08-27
Publication date: 2013-02-06
Anticipated expiration: 2028-08-27
Also published as: MX2010002067A; CN101855495A; EP2195576A4; EP2195576A1; EP2195576B1; CA2697916C; KR101185693B1; MY155518A; US9016076B2; CA2697916A1; US20120216550A1; KR20100047337A; WO2009032709A1

Abstract

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。

Description

用于控制致冷剂温度的设备和方法

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。

在一个实施例中，所述致冷剂流体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。优选地，所述内管线的至少一部分是多气孔的。

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。

在又一方面中，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、并且将所述第一温度保持在高于或低于设定点温度5°F(2.7℃)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是用于控制图1中的输送系统的产出流体温度的算法的一个实施例的流程图；

图3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波动；和

图4是曲线图，图中示出了在利用本发明的比例和温度设定点反馈系统的情况下的致冷剂温度。

具体实施方式

下面的具体实施方式仅提供了优选的典型实施例，且并不旨在限制本发明的范围、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发明的优选典型实施例。应该理解：可在不偏离由所附权利要求书限定的本发明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。

为了帮助对本发明进行描述，在说明书和权利要求书中可使用方向术语来描述本发明的部分(例如，上、下、左、右等)。这些方向术语仅旨在帮助描述和主张本发明，而绝不旨在限制本发明。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。

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(LOX)和液氩(LAR)、液态二氧化碳、和加压的混合相致冷剂(例如LI N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(nozzle)”旨在表示用于泄放流体的一个或多个开口。喷嘴的实例包括单个圆形开口、开口阵列和细长槽。

参见图1，本发明涉及一种致冷剂冷却剂输送系统1，所述系统包括致冷剂源10、节流气体控制和输送组件20、致冷剂流体输送组件50和冷却剂泄放组件30。

致冷剂源10包括罐或缸11，所述罐或缸包含致冷剂流体，所述致冷剂流体在相分离器16的作用下被分成液相和气相。气化器(未示出)优选被定位在罐11的内周周围并将气相供给至相分离器16。在该实施例中，罐11提供了约100psig(7.0kg/cm²)的供应压力。液相被供给进入致冷剂流体供应管线12内，优选通过开/关阀13对所述致冷剂流体供应管线进行控制。所述气相(在下文被称作“节流气体”)被供给进入节流气体供应管线14内，所述节流气体供应管线优选也包括开/关阀15。阀13、15在致冷剂冷却剂输送系统1的操作之前优选被打开，且在致冷剂冷却剂输送系统1的操作完成之后优选被关闭。在其它可选实施例中，可设置独立的罐以便供应节流气体和致冷剂流体。

在该实施例中，致冷剂流体是液氮(LIN)且节流气体是气态氮(GAN)。然而，可在不偏离本发明的范围的情况下使用任何适当的节流气体，如氦、氩、氧等。GAN优选在等于或略高于环境温度，例如约60°F(16℃)，的温度下被供应，且优选在高于致冷剂流体的供应压力的压力下被供应。此外，节流气体优选具有不高于致冷剂流体沸点的沸点。

节流气体流动通过节流气体供应管线14、流入压力调节器21内、流动通过比例阀22、流动通过分配管线27并流入接触区域35内。比例阀22优选受到可编程逻辑控制器(PLC)23的控制。PLC优选适于经由线路26与用户面板24连通。正如本文下面将要更详细地描述地那样，PLC23可调节比例阀22以便实现提高或降低分配管线27中的节流气体的流速的目的。在所述实施例中，也可用其它类型的比例流体控制装置替代比例阀22。

比例阀22在本文中被描述为用以调节节流气体被供应至致冷剂冷却装置(包括装置14)时所处的流速。正如本文所使用地，术语“流速(flow rate)”应该被认为指的是体积流速。进一步应该理解：比例阀22是通过增加或减少节流气体所流经的开口的尺寸的方式受到调节的，这导致流动通过开口的节流气体的流速分别产生相应的升高或降低。增加开口的尺寸还降低了比例阀上的压力降，且因此升高了比例阀下游的节流气体的压力。相反，减少开口的尺寸则升高了比例阀上的压力降，且因此降低了节流气体下游的压力。因此，由于节流气体的流速与下游压力之间存在直接比例关系，因此对比例阀22的调节既调节了节流气体被供应至致冷剂冷却装置时所处的流速又调节了所处的压力。此外，由于存在该直接比例关系，因此，在本文中，可用所述节流气体和致冷剂流体相应的流速或相应的压力来表征其供应特征。

致冷剂流体流动通过致冷剂流体供应管线12、通过压力调节器51，在本实施例中，所述压力调节器将致冷剂流体的运行压力保持在60-120psig(4.2-8.4kg/cm²)的范围内，且优选保持在约80psig(5.6kg/cm²)的压力下。本申请中提供的所有压力值应该被认为指的是相对压力或“计示(gauge)”压力。致冷剂流体优选的运行压力范围在其它实施例中可能是不同的。位于压力调节器51下游的相分离器52将致冷剂流体的气相部分分离出来并经由排气口53将其排放到大气中。

致冷剂流体从相分离器52流动通过内管线32并流入冷却剂泄放组件30内，在所述组件处，所述致冷剂流体与接触区域35相交。螺线管阀31可被包括在其中以使得能够在接触区域35上游且与其紧接的位置处打开或关闭流入接触区域35内的致冷剂流体流。内管线32优选是三轴输送软管33的一部分，所述三轴输送软管被设计以便在致冷剂流动通过内管线32且最终被供应至接触区域35时保持致冷剂流体并降低致冷剂流体的气液比。三轴输送软管33包括返回管线39、位于返回管线39内的外管线41、和位于外管线41内的内管线32。所有三条管线32、41、39优选是共轴的。

供应管线57使得致冷剂流体的相对较小的部分可流入位于内管线32与外管线41之间的环形空间内。计量阀56优选被设置以使得能够控制流向环形空间的致冷剂流体流。所述致冷剂流体的转向进入环形空间40内的部分最终产生气化并被保持在比通过内管线32的致冷剂流体的压力更低的压力下，这导致在环形空间40内产生了更低的温度。这使得外管线41能够为内管线32提供制冷。

外管线41优选将气体排往返回管线39，这使得能够在外管线41中保持相对较低的压力(且因此保持较低的温度)。气体从外管线41排往返回管线39的过程可用任何适当手段实现，如排气口、小孔，或例如通过由可透过气体的材料形成外管线41的方式实现。返回管线39利用排气口55将气体排往大气。返回管线39优选还包括背压调节器54，在该实施例中，所述背压调节器将返回管线39中的压力保持在约2psig至约15psig(0.1kg/cm²至1.1kg/cm²)的范围内，且优选的背压范围为约6psig至约8psig(0.4kg/cm²至0.6kg/cm²)。

接触区域35(也被称作混合区域)是一个节流气体流与致冷剂流体流相交的区域。接触区域35的功能是使得能够使用节流气体(通过分配管线27供应的气体)控制从喷嘴34中泄放出致冷剂流体的速率。于2007年8月28日提交的美国专利申请No.11/846,116详细地披露且讨论了“节流气体”概念，所述美国专利申请的整体内容在此作为参考被引用。美国专利申请No.11/846,116提供了可能的接触区域构型的一些实例。形式最简单的接触区域35可包括接合处，在所述接合处，用于节流气体的分配管线27以非平行的角度与内管线32相交，所述非平行的角度优选介于10度与90度之间。在图1所示的实施例中，节流气体分配管线27在相对于内管线32成约30度角的情况下与接触区域35相交。其中所述内管线的至少一部分是多气孔的

在相交于接触区域之后，节流气体和致冷剂流体形成了产出流体，所述产出流体流动通过产出流体管线44且通过喷嘴34被泄放出来。产出流体的成分将取决于多种因素，这包括，但不限于，节流气体和致冷剂流体被供应至接触区域35时所处的温度和压力(如上所述，所述温度和压力与流速相关)。例如，如果节流气体在等于或低于致冷剂流体的压力下被供应至接触区域35，则产出流体在大多数运行条件下将几乎完全包括致冷剂流体。随着节流气体压力的升高(相对于致冷剂流体压力而言)，节流气体将开始对致冷剂气体产生“节流(throttle)”，且因此将导致产出流体中的节流气体与致冷剂流体之比相应地升高。产出流体的温度主要取决于产出流体中的致冷剂流体的比例。因此，产出流体的温度也是节流气体被供应至接触区域35时所处的流速(如上所述，流速与压力相关)的函数。

如上所述，节流气体优选在比致冷剂流体更高的压力下被供应至接触区域35。在该实施例中，节流气体与致冷剂流体之间的压力差优选在约5.0psig至约50.0psig(0.4至3.5kg/cm²)的范围内，且更优选地在约10.0psig至约25.0psig(0.7至1.8kg/cm²)的范围内。在该实施例中，优选采用至少5psig(0.4kg/cm²)的压力差，以便防止致冷剂流体流入节流气体分配管线27内。在该实施例中，节流气体需要约20psig(1.4kg/cm²)的压力差以便中止致冷剂流体流(即，即使有的话，产出流体所包含的致冷剂流体也非常少)。

节流气体控制和输送组件和致冷剂流体输送组件50优选被构造以使得可在足以在接触区域35处中止致冷剂流体流的压力下供应节流气体，在该实施例中，该压力为约20psig(1.4kg/cm²)。正如本实施例中那样，如果使用单个罐11供应节流气体和致冷剂流体，则有必要提高节流气体的供应压力或者降低致冷剂流体的供应压力(正如本实施例中那样)。在大多数应用场合中，降低致冷剂流体的供应压力将更为高效。

在该实施例中，温度探针36被定位在产出流体管线44中而位于连接处38，所述连接处位于接触区域35与喷嘴34之间。探针36是热电偶37的一部分，所述热电偶被构造以便将连续的实时温度测量值传送至PLC 23。应该理解：在其它实施例中，可在不偏离本发明范围的情况下使用其它温度监控方法。例如，可例如使用可选的温度传感器42如二极管、电阻式温度检测器和电容式传感器温度计来监控目标表面或毗邻气氛。在这种实例中，可选的温度传感器42将数据流传送至PLC 23，正如该实施例所描述地那样。

温度可变的致冷剂冷却剂输送系统1的操作始于确定特定致冷剂冷却操作的目标或设定点温度。在该实施例中，操作者将所需设定点温度输入用户面板24内并经由线路26将设定点温度连通至PLC 23。在该实施例中，设定点温度可处在约-455°F至约60°F(-271℃至15℃)之间的范围内。在其它可选实施例中，设定点温度可以是固定的或者是用户无法调节的。在这种实施例中，设定点温度可简单地为PLC 23的程序的一部分。

在致冷剂冷却剂输送系统1的运行过程中，如果热电偶37测得的产出流体温度偏离了设定点，则PLC 23被编程以便调节比例阀22，从而将产出流体的温度回置到设定点温度。假设产出流体的成分，且因此温度，至少部分地取决于接触区域35处的节流气体与致冷剂流体之间的压力差，则优选使致冷剂流体被供应至接触区域35时所处的流速(和压力)尽可能恒定。

应该注意到：如果测得的温度是产出流体的温度(即，温度探针36被设置在产出流体的泄放流中)，则在测量位置处存在于产出流体中的致冷剂液滴会导致温度读数不准，这是因为每个致冷剂液滴的温度都将比产出流体的整体(平均)温度要低得多。因此，如果在产出流体中预期会存在致冷剂液滴，则优选使接触区域与温度探针36之间具有足够的距离，以使得任何致冷剂液滴在到达温度探针36之间就能够气化。在需要使产出流体在与被冷却的材料接触时包括较大量的致冷剂液体组分的应用场合中，则优选测量材料的一部分的温度，而不是测量产出流体本身的温度。

图2示出了PLC 23使用的用于控制产出流体温度的典型算法的流程图。当PLC 23接收来自热电偶37的温度读数时，其确定测量温度与设定点温度之间的温差并将该温差与预定范围相比(参见步骤60)。如果温差并不大于预定范围，则PLC 23并不对比例阀22进行调节(参见步骤61)。如果温差大于预定范围，则PLC 23判定测量温度是否大于设定点温度(参见步骤62)。如果大于，则PLC 23调节比例阀22以便提高节流气体的流速(参见步骤64)，直至产出流体的测量温度升高至设定点温度(参见步骤66)。如果不大于，则PLC 23调节比例阀22以便降低节流气体的流速(参见步骤64)，直至产出流体的测量温度下降至设定点温度。

PLC 23还可被编程以便在比例阀22的调节之间提供延迟(例如两秒)。该延迟特征可被用作图2所示步骤62的另一种可选方式(即，每两秒钟的时间，如果测量温度与设定点温度之间存在任何温差的话，PLC 23就对比例阀22进行调节)或者与步骤62相结合地使用(即，PLC 23每两秒就对测量温度与设定点温度之间的温差进行测量，且仅当温差大于或等于预定范围时才对比例阀22进行调节)。

如果希望将设定温度保持在可接受的温度范围(第一预定范围)内，则步骤62的预定范围(第二预定范围)优选不大于可接受的温度范围，且更优选地小于可接受的温度范围。例如，如果应用场合需要热电偶37测得的温度处在设定点温度的5°F(2.7℃)范围内，则可使用2°F(1.1℃)的预定范围。

由于在致冷剂冷却剂输送系统1的运行过程中难以调节致冷剂流体的流速，因此所述致冷剂流体被供应至接触区域35时所处的流速优选不由PLC 23进行调节以便实现保持设定点温度的目的。尽管这种调节不符合本发明的原则，但其在目前的技术状态下是不可行的。

使用比例阀22控制节流气体流速为致冷剂冷却剂输送系统1提供了明显改进的温度特性。图3是曲线图，图中示出了在使用非比例阀(仅开/关)的情况下，对于致冷剂冷却剂输送系统而言，产出流体的测量温度(“T_实际”)所产生的高于和低于设定点温度(“T_设定”)的相对较大的波动。图4是示出了与图3所示信息相同的曲线图，但该图的实例使用了本发明的致冷剂冷却剂输送系统1的原型，所述系统包括用于控制节流气体流速的比例阀22。如图4所示，在致冷剂冷却剂输送系统1中，产出流体温度的波动要小得多。基于对致冷剂冷却剂输送系统1的原型所做的试验，产出流体的温度可被保持在设定点温度的5°F(2.7℃)范围内(即高于或低于设定点温度的温差不大于5°F/2.7℃)。

应该理解：可在其它可选实施例中提供本发明的多种变化。例如，可设置多个喷嘴，而设置单个热电偶或在每个喷嘴上都设置热电偶。

因而，上面已经结合本发明的优选实施例和其它可选实施例对本发明进行了描述。当然，所属领域技术人员可在不偏离本发明的预期精神和范围的情况下，通过本发明的教导预想到多种变化、变型和改变。本发明旨在仅受到所附权利要求书的限制。

Claims

1.一种设备，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，其中所述预定范围处于高于和低于所述设定点温度5°F(2.78℃)的范围内。

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，其中所述致冷剂流体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(0.1kg/cm²)。

11.根据权利要求8所述的设备，其中所述致冷剂流体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，其中所述节流气体是气态氮且所述致冷剂流体是液氮。

17.根据权利要求1所述的设备，其中所述传感器是热电偶。

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(-265℃与15.56℃)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第一预定范围内。

21.根据权利要20所述的方法，其中所述保持步骤包括通过调节位于所述气体供应组件上的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第一预定范围内。

22.根据权利要求21所述的方法，其中所述保持步骤包括：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。

23.根据权利要求20所述的方法，其中所述保持步骤进一步包括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所述第一预定范围内。

24.根据权利要求20所述的方法，其中所述保持步骤进一步包括将所述第一温度保持在处于高于和低于所述设定点温度5°F(2.78℃)这一范围内的所述第一预定范围内。

25.根据权利要求20所述的方法，其中所述供应致冷剂流体的步骤包括用三轴供应管线将所述致冷剂流体供应至所述接触区域，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。

26.根据权利要求20所述的方法，其中所述供应节流气体的步骤包括在大于第二压力的第一压力下将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被供应至所述接触区域时所处的压力。

27.根据权利要求26所述的方法，其中所述供应节流气体的步骤包括在比第二压力大5-50psig(0.4-3.5kg/cm²)的第一压力下将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被供应至所述接触区域时所处的压力。

28.根据权利要求20所述的方法，其中所述测量步骤包括测量第一温度，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所述产出流体的温度。