DE10124227C5 - Vorrichtung zum Kühlen mittels adiabatischer Entspannung eines Gases oder Gasgemisches - Google Patents

Vorrichtung zum Kühlen mittels adiabatischer Entspannung eines Gases oder Gasgemisches Download PDF

Info

Publication number
DE10124227C5
DE10124227C5 DE10124227A DE10124227A DE10124227C5 DE 10124227 C5 DE10124227 C5 DE 10124227C5 DE 10124227 A DE10124227 A DE 10124227A DE 10124227 A DE10124227 A DE 10124227A DE 10124227 C5 DE10124227 C5 DE 10124227C5
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
shut
line
cooling
cooling device
supply line
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE10124227A
Other languages
English (en)
Other versions
DE10124227A1 (de
DE10124227C2 (de
Inventor
Wolfgang Volker
Thaddäus Poloczek
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Air Liquide Deutschland GmbH
Original Assignee
Air Liquide Deutschland GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=7685253&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=DE10124227(C5) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Air Liquide Deutschland GmbH filed Critical Air Liquide Deutschland GmbH
Priority to DE10124227A priority Critical patent/DE10124227C5/de
Publication of DE10124227A1 publication Critical patent/DE10124227A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE10124227C2 publication Critical patent/DE10124227C2/de
Publication of DE10124227C5 publication Critical patent/DE10124227C5/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B9/00Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
    • F25B9/02Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point using Joule-Thompson effect; using vortex effect
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23QDETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q11/00Accessories fitted to machine tools for keeping tools or parts of the machine in good working condition or for cooling work; Safety devices specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, machine tools
    • B23Q11/10Arrangements for cooling or lubricating tools or work
    • B23Q11/1038Arrangements for cooling or lubricating tools or work using cutting liquids with special characteristics, e.g. flow rate, quality
    • B23Q11/1061Arrangements for cooling or lubricating tools or work using cutting liquids with special characteristics, e.g. flow rate, quality using cutting liquids with specially selected composition or state of aggregation
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2309/00Gas cycle refrigeration machines
    • F25B2309/06Compression machines, plants or systems characterised by the refrigerant being carbon dioxide
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2400/00General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
    • F25B2400/04Refrigeration circuit bypassing means
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2600/00Control issues
    • F25B2600/25Control of valves
    • F25B2600/2501Bypass valves
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2600/00Control issues
    • F25B2600/25Control of valves
    • F25B2600/2519On-off valves
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B9/00Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
    • F25B9/002Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant
    • F25B9/008Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant the refrigerant being carbon dioxide

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)

Abstract

Vorrichtung zum Kühlen mittels adiabatischer Entspannung eines Gases oder Gasgemisches, insbesondere mittels adiabatischer Entspannung von Kohlendioxid, bei der ein Druckbehälter über eine Zuführleitung (2) mit einer Entspannungsdüse (3) strömungsverbunden ist, wobei der Zuführleitung (2) eine Absperreinrichtung (4) zum Herstellen oder Unterbrechen des Durchflusses durch die Zuführleitung (2) zugeordnet ist, wobei ein zwischen der Absperreinrichtung (4) und der Entspannungsdüse (3) angeordneter Leitungsabschnitt (5) der Zuführleitung (2) mit einer Inertgaszuführung (9) in Strömungsverbindung steht, die eine Bypassleitung (7) von der Zuführleitung (2) im Abschnitt (6) zwischen dem Druckbehälter und der Absperreinrichtung (4) zum Leitungsabschnitt (5) zwischen Absperreinrichtung (4) und Entspannungsdüse (3) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Bypassleitung (7) ein Druckreduzierventil (8) umfasst.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Kühlen mittels adiabatischer Entspannung eines Gases oder Gasgemisches, insbesondere eine Vorrichtung zum Kühlen mittels adiabatischer Entspannung von Kohlendioxid, bei der ein Druckbehälter über eine Zuführleitung mit einer Entspannungsdüse strömungsverbunden ist, welcher Zuführleitung eine Absperreinrichtung zum Herstellen oder Unterbrechen des Durchflusses durch die Zuführleitung zugeordnet ist.
  • Unter adiabatischer Entspannung (Joule-Thomson-Effekt) wird hier die Entspannung eines Mediums von einem höheren auf einen niedrigeren Druck verstanden, die zu eine Abkühlung des Mediums führt. Dabei tritt kein oder nur ein geringfügiger Wärmeaustausch mit der Umgebung auf, d.h. die Zustandsänderung verläuft im wesentlichen adiabatisch. Das auf diese Weise abgekühlte Medium kann zu Kühlzwecken eingesetzt werden. In der Praxis kommen als Medium in der Regel Gase zum Einsatz, beispielsweise Kohlendioxid, das bei einer Temperatur von unter 304,15 K beim Entspannen von einem Druckwert oberhalb 5,18 bar zugleich einen Phasenübergang vom flüssigen in den gasförmigen bzw. festen Zustand durchläuft.
  • Kühlvorrichtungen, bei denen der Joule-Thomson-Effekt ausgenutzt wird, kommen beispielsweise bei der mechanischen Bearbeitung von hitzeempfindlichen Oberflächen zum Einsatz, beispielsweise bei der Nachbehandlung von lackierten Oberflächen.
  • Aus der DE 19704 860 C1 ist eine Maschine zum Polieren und/oder Schleifen bekannt, die zur Kühlung einer zu bearbeitenden Oberfläche eine Zufuhrleitung für flüssiges Kohlendioxid aufweist. Die Zuführleitung ist durch die Poliermaschine hindurchgeführt und mündet unmittelbar oberhalb der Schleif- bzw. Polierscheibe aus. Im Bereich dieser Ausmündung ist ein Ventil zur Regulierung der Durchflussmenge angeordnet, das zugleich eine Entspannungsdüse umfasst. Beim Betrieb der Maschine wird das Ventil geöffnet und das flüssige Kohlendioxid an der Entspannungsdüse entspannt, wobei es sich aufgrund des Joule-Thomson-Effektes stark abkühlt. Die zu bearbeitende Oberfläche wird dadurch wirkungsvoll gekühlt.
  • Nachteilig bei dem bekannten System ist; dass das Ventil zur Regulierung des Kohlendioxiddurchflusses stets in unmittelbarer Nähe zum Entspannungsventil angeordnet sein muss. Andernfalls führt der etwa bei einer Unterbrechung des Bearbeitungsvorgangs entstehende Druckabfall in der Kohlendioxidleitung zu deren Abkühlung und damit zu einem Eintrag von Feuchtigkeit, der mit der Gefahr einer nachfolgenden Vereisung der Kohlendioxidleitung verbunden ist. Zugleich führt ein Druckabfall auf Werte unter 5,18 bar zur Entstehung von Kohlendioxidschnee im Innern der Kohlendioxidleitung, wodurch ebenfalls die Funktionsfähigkeit der Maschine beeinträchtigt werden kann. Die Forderung, Entspannungsdüse und Ventil zur Regulierung des Durchflusses unmittelbar benachbart zueinander anzuordnen, führt jedoch in vielen Fällen zu einem hohen apparativem Aufwand.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, eine mittels adiabatischer Entspannung arbeitende Kühlvorrichtung zu schaffen, die einfach im Aufbau und in der Handhabung ist.
  • Gelöst ist diese Aufgabe durch eine Kühlvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
  • Erfindungsgemäß besteht also bei einer Kühlvorrichtung der eingangs genannten Art und Zweckbestimmung zwischen der Absperreinrichtung und der Entspannungsdüse ein Leitungsabschnitt, der mit einer Zuführung für ein Inertgas in Strömungsverbindung steht.
  • Durch die Inertgaszuführung wird der Leitungsabschnitt zwischen der Absperreinrichtung und der Entspannungsdüse bei einer Unterbrechung des Kühlvorgangs mit einem Inertgas geflutet. Auf diese Weise wird ein Eindringen von Feuchtigkeit und damit ein Vereisen dieses Leitungsabschnitts wirksam vermieden. Die Absperreinrichtung und die Entspannungsdüse können so räumlich um mehrere Meter voneinander getrennt werden, ohne dass eine Beeinträchtigung der Kühlleistung befürchtet werden muss. Der aufwendige Aufbau einer mit einer integrierten Entspannungsdüse versehenen Absperreinrichtung ist somit entbehrlich. Als Inertgas können prinzipiell alle trockenen Gase eingesetzt werden. Insbesondere empfiehlt sich beim Einsatz von Kohlendioxid als Kühlmittel auch der Einsatz von Kohleindioxid als Inertgas.
  • Um eine aufwendige Doppelversorgung zu vermeiden, wird das Inertgas zweckmäßigerweise dem gleichen Druckbehälter entnommen wie das Kühlmittel. Dazu besteht an der Zuführleitung im Bereich der Absperreinrichtung eine diese umgehende Bypassleitung, die mit der Inertgaszuführung strömungsverbunden ist.
  • Um den Zustrom des Inertgases an die jeweiligen Erfordernisse anpassen zu können, ist in einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung in der Bypassleitung eine Einrichtung zur regelbaren Begrenzung des Massendurchflusses angeordnet, beispielsweise ein verstellbares Druckreduzierventil.
  • In einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung ist der zwischen der Absperreinrichtung und der Entspannungsdüse vorliegende Leitungsabschnitt als Kapillare ausgebildet. Da das Kühlmittel bei hohem Druck vorliegt, beispielsweise zwischen 20 und 70 bar, genügt ein Leitungsquerschnitt von wenigen Millimetern Durchmesser, um einen für eine hinreichende Kühlung erforderlichen Massendurchfluss zu gewährleisten. Im Innern der Kapillare sich bildender Kohlendioxidschnee wird aufgrund der thermischen Kapazität der Leitungswände rasch sublimiert. Zudem wird durch den verringerten Volumenstrom durch die Kapillare ein abrupter, mit einer knallartigen Geräuschentwicklung verbundener Druckaufbau beim Öffnen der Absperreinrichtung an der Entspannungsdüse vermieden.
  • Vorteilhafterweise ist der als Kapillare ausgebildete Leitungsabschnitt aus einem flexiblen Material, beispielsweise Kunststoff gefertigt.
  • Die Absperreinrichtung und/oder die Einrichtung zur Begrenzung des Massendurchflusses in der Bypassleitung ist/sind bevorzugt mit einer elektronischen Steuereinheit datenverbunden. Auf diese Weise kann der Mengendurchfluss an Kühlmittel durch die Zuführleitung und/oder die Inertgaszufuhr automatisch reguliert und so die Gefahr von Bedienfehlern minimiert werden.
  • Um die Sicherheit der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung zu erhöhen, ist in der Zuführleitung ein Druckwächter integriert, der mit der elektronischen Steuereinheit in Datenverbindung steht. Bei einem bestimmten Wert des Drucks oder einer Druckänderung in der Zuführleitung, beispielsweise bei einem starken Druckabfall, der etwa bei einem Leitungsbruch auftritt, wird ein Signal an die elektronische Steuereinheit abgesendet, die daraufhin die Absperreinrichtung automatisch in Schließstellung bringt.
  • Bei längeren Unterbrechungen stellt ein unkontrollierter Zustrom von Kohlendioxid für das Bedienpersonal insbesondere beim Arbeiten in geschlossenen Räumen ein erhebliches Gefährdungspotenzial dar. Aus diesem Grund ist es vorteilhaft, dass die elektronische Steuereinheit mit einem Zeitrelais in Datenverbindung steht, mittels der nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitdauer wird die Absperreinrichtung automatisch geschlossen wird.
  • Zweckmäßigerweise steht die Absperreinrichtung mit einem Fernschalter in Datenverbindung, mittels dessen die Absperreinrichtung manuell betätigt werden kann. Der Fernschalter befindet sich dabei bevorzugt in der Nähe des Arbeitsbereiches, wo er bequem vom Bedienpersonal erreicht werden kann.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Entspannungsdüse in einem längs wenigstens einer kartesischen Koordinatenachse maschinell bewegbaren Strahlgerät angeordnet. Hierdurch wird insbesondere eine Automatisierung von Arbeitsprozessen erreicht.
  • Alternativ zur maschinellen Führung des Strahlgeräts ist/sind die Entspannungsdüse und/oder der Fernschalter in einem Handgerät angeordnet, wodurch eine für das Bedienpersonal besonders vorteilhafte Handhabung der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung ermöglicht wird.
  • Besonders empfehlenswert ist der Einbau der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung in Werkzeuge zur Oberflächenbearbeitung. Die räumliche Trennung von Absperreinrichtung und Entspannungsdüse erleichtert den Einbau der Kühlvorrichtung ebenso wie die Handhabung des Werkzeugs.
  • Anhand der Zeichnungen soll nachfolgend ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert werden.
  • In schematischen Ansichten zeigen:
  • 1: den Aufbau einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung und
  • 2: das Diagramm eines zeitlichen Druckverlaufes in der Kohlendioxid-Zuströmleitung einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung.
  • Bei der in 1 gezeigten Kühlvorrichtung 1 wird die Kühlwirkung aufgrund der adiabatischen Entspannung eines Gases, im Beispiel aufgrund der adiabatischen Entspannung von flüssigem Kohlendioxid bewirkt. Über eine Zuführleitung 2 wird dazu flüssiges Kohlendioxid (CO2 fl) aus einem hier nicht gezeigten Druckbehälter mit einem Druck von beispielsweise 20 bis 80 bar herangeführt und an einer Entspannungsdüse 3 auf Umgebungsdruck (1 bar) entspannt, wobei es sich auf einen Temperaturwert von bis zu ca. 193 K abkühlt. Beim Entspannungsvorgang findet ein Phasenübergang statt, bei dem das flüssige Kohlendioxid teilweise in Gasform (CO2 g), teilweise in Kohlendioxidschnee (CO2 s) übergeht. Der der Entspannungsdüse 3 entströmende kalte Kohlendioxid-Gasstrom kann beispielsweise in hier jedoch nicht gezeigter Weise zur Kühlung eines Werkstückes oder einer zu bearbeitenden Oberfläche eingesetzt werden.
  • In die Zuführleitung 2 ist, beabstandet von der Entspannungsdüse 3, eine Absperreinrichtung 4, beispielsweise ein elektrisch oder pneumatisch betriebenes Ventil, integriert. Die Länge des zwischen der Entspannungsdüse 3 und der Absperreinrichtung 4 vorliegenden Leitungsabschnitts 5 ist frei wählbar, sollte jedoch, um die volle Funktionsfähigkeit der Kühlvorrichtung 1 nicht zu beeinträchtigen, eine Länge von 2–5 Metern nicht überschreiten.
  • Der Leitungsabschnitt zwischen Absperreinrichtung 4 und Entspannungsdüse 3 ist als Kapillarschlauch 5 ausgebildet, dessen Innendurchmesser nur wenige Millimeter beträgt, jedoch noch deutlich größer als die Düsenöffnung der Entspannungsdüse 3 ist. Beispielsweise beträgt der Innendurchmesser des Kapillarschlauchs 5 etwa 1 bis 2 mm, während die Düsenöffnung der Entspannungsdüse 3 einen Durchmesser von 0,5 bis 0,8 mm aufweist. Der Kapillar-Schlauch 5 ist dabei beispielsweise aus Kunststoff gefertigt und für hohe Innendrücke geeignet.
  • Vom Kapillarschlauch 5 zweigt eine Bypassleitung 7 ab, die in die Zuführleitung 2 im Abschnitt 6 zwischen dem Druckbehälter und der Absperreinrichtung 4 einmündet. Die Bypassleitung 7 umgeht somit die Absperreinrichtung 4. Die Bypassleitung 7 ist mit einem einstellbaren Druckreduzierventil 8 versehen, mittels dessen der Druck auf der dem Kapillarschlauch 5 zugewandten Abschnitt 9 der Bypassleitung 7 auf einen Wert reduzierbar ist, der gering gegenüber dem Druck im druckbehälterseitigen Abschnitt 6 der Zuleitung 2 (20 bis 80 bar), jedoch größer als der Umgebungsdruck (1 bar) ist. Bei Bedarf kann in die Bypassleitung 7 zudem ein Wärmetauscher 10 integriert sein, der das aus der Bypassleitung 7 in den Kapillarschlauch 5 einströmende Gas erwärmt.
  • Die Kühlvorrichtung 2 ist mit einer elektronischen Steuereinheit 11 versehen, die mit der Absperreinrichtung 4 sowie mit dem Druckreduzierventil 8 in Datenverbindung steht. Gleichfalls mit der elektronischen Steuereinheit 11 datenverbunden ist ein – im Beispiel manuell zu bedienender – Fernschalter 12. Der Fernschalter 12 ist in ein Handgerät 14 eingebaut, in dem auch die Entspannungsdüse 3 angeordnet ist. Hierdurch wird ermöglicht, dass die Absperreinrichtung 4 manuell durch eine das Handgerät 14 bedienende Person betätigt werden kann.
  • Bei dem Handgerät 14 kann es sich um eine Strahlpistole oder um ein Arbeitsgerät handeln, beispielsweise um ein Oberflächenbearbeitungsgerät, wie etwa eine Schleif- oder Poliermaschine, in das die Entspannungsdüse 3 integriert ist. Anstelle eines Handgeräts 14 kann jedoch auch eine die Entspannungsdüse 3 aufweisende, maschinengeführte Strahlapparatur vorgesehen sein, die etwa mittels eines Industrieroboters längs einer oder mehrerer Koordinaten automatisch bewegt wird und mit der die Bestrahlung eines Werkstücks oder einer Oberfläche mit Kaltgas nach einem vorgegebenen Programm durchgeführt werden kann. In diesem Falle ist zweckmäßigerweise auch der Fernschalter 12 programmgesteuert.
  • Zur Erhöhung der Betriebssicherheit der Kühlvorrichtung 1 ist die elektronische Steuereinheit 12 mit einem Zeitrelais 15 elektronisch verbunden. In Zusammenwirken mit dem Zeitrelais 15 sorgt die elektronische Steuereinheit 12 dafür, dass die Absperreinrichtung 4 nach einer vorgegebenen Zeitdauer automatisch geschlossen wird. Dies ist insbesondere beim Arbeiten in geschlossenen Räumen empfehlenswert, da ein unkontrolliertes Ausströmen von Kohlendioxid, etwa während längerer Unterbrechungen des Bearbeitungsvorgangs, aufgrund der toxischen Wirkung des Kohlendioxid mit einer erheblichen Gefährdung des Bedienpersonals verbunden wäre.
  • Zur weiteren Erhöhung der Betriebssicherheit ist die elektronische Steuereinheit 12 mit einem Druckwächter 17 datenverbunden, der über einen Drucksensor 18 den Druck im Kapillarschlauch 5 erfasst und bei plötzlichem Druckabfall, wie er beispielsweise im Falle eines Leitungsbruchs auftritt, ein entsprechendes Signal an die elektronische Steuereinheit 11 absendet, woraufhin diese die Absperreinrichtung 4 unverzüglich schließt.
  • Zur Inbetriebnahme der Kühlvorrichtung 1 wird der Fernschalter 12 betätigt. Hierdurch wird an die elektronische Steuereinheit 11 ein Signal zum Öffnen der Absperreinrichtung 4 abgegeben. Nach Öffnen der Absperreinrichtung 4 strömt Kohlendioxid aus dem Abschnitt 6 der Zuführleitung 2 in den Kapillarschlauch 5 und weiter zur Entspannungsdüse 3. Wegen des dünnen Leitungsquerschnitts des Kapillarschlauchs 5 erfolgt dort der Druckaufbau nicht schlagartig, sondern über einen gewissen Zeitraum hinweg, der etwa einige Zehntelsekunden beträgt. Dadurch wird eine starke Geräuschentwicklung vermieden, die ansonsten bei einem abrupten Druckaufbau stattfinden würde.
  • Der Druckverlauf im Kapillarschlauch 5 im Bereich der Entspannungsdüse 3 ist in 2 schematisch wiedergegeben. Bis zum Erreichen des Betriebsdrucks pb zum Zeitpunkt t1 steigt der Druck im Innern des Kapillarschlauchs 5 an. Während dieser Zeit ist der Druckwächter 17 inaktiv geschaltet, um eine fehlerhafte Schließung der Absperreinrichtung 4 zu vermeiden. Der Druckwächter 17 wird erst bei Erreichen des Betriebsdrucks pb aktiviert. Der Betriebsdruck pb, der zumindest annähernd dem am Abschnitt 6 der Zuführleitung 2 vorliegenden Druck entspricht, ist so gewählt, dass das Kohlendioxid im Bereich des Kapillarschlauchs 5 im flüssigen Zustand vorliegt. Das Kohlendioxid strömt zur Entspannungsdüse 3, wo es unter starker Abkühlung entspannt wird und in Gasform sowie in Form von Kohlendioxidschnee übergeht. Der Gasstrom wird zur Kühlung des Werkstücks bzw. der Oberfläche eingesetzt; der Kohlendioxidschnee sublimiert rasch und wird vom übrigen Gasstrom mitgerissen. Bei einem Druck von 20 bis 80 bar genügt der geringe Leitungsquerschnitt des Kapillarschlauchs 5, um ein Werkstück oder eine Oberfläche in einer für viele Anwendungen hinreichenden Weise zu kühlen.
  • Zum Zeitpunkt t2 wird der Arbeitsvorgang unterbrochen und die Absperreinrichtung 4 mittels Betätigung des Fernschalters 12 durch ein entsprechendes Steuersignal der elektronischen Steuereinheit 11 in Schließstellung gebracht. Gleichzeitig wird der Druckwächter 17 inaktiv geschaltet. Der Druck im Kapillarschlauch 5 sinkt bis zu einem Minimaldruck p0 ab. Der bei einem Druckabfall auf einen Wert unterhalb von 5,18 bar notwendigerweise auch im Innern des Kapillarschlauchs 5 entstehende Kohlendioxidschnee sublimiert in kürzester Zeit infolge des thermischen Kontakts mit dem Material des Kapillarschlauchs und behindert daher einen späteren Weiterbetrieb der Kühlvorrichtung 1 nicht.
  • Der Minimaldruck p0, der größer als der Umgebungsdrucks von ca. 1 bar gewählt ist und beispielsweise 1,5–3 bar beträgt, wird durch einen Gasstrom aufrechterhalten, der über die Bypassleitung 7 herangeführt und durch das Druckreduzierventil 8 auf den genannten Druckwert reduziert wird. Das Druckreduzierventil 8 wird dabei zuvor entweder manuell oder über die elektronische Steuereinheit entsprechend eingestellt. Das Volumen des aus der Bypassleitung 7 in den Kapillarschlauch 5 einströmenden Gasstroms ist äußerst gering und kann daher nicht zu einer Gefährdung des Bedienpersonals führen. Er genügt jedoch, um im Innern des Kapillarschlauchs 5 eine inerte Kohlendioxidatmosphäre herzustellen, die das Eindringen von Feuchtigkeit aus der Umgebung unterbindet. Der Kapillarschlauch 5 ist also frei von Wassereis oder Kohlendioxidschnee, wenn bei der Fortführung des Kühlvorgangs die Absperreinrichtung 4 durch Betätigung des Fernschalters 12 wieder geöffnet wird.
  • Die Kühlvorrichtung 1 eignet sich besonders als Kühlsystem bei der maschinellen Oberflächenbearbeitung von Werkstücken. Da die Absperreinrichtung 4 und die Entspannungsdüse 3 problemlos über mehrere Meter hinweg räumlich voneinander getrennt werden können, lässt sich die Kühlvorrichtung 1 insbesondere problemlos in Arbeitsgeräte, wie Schleif- oder Poliermaschinen, einbauen. Die Handhabung der Arbeitsgeräte wird gegenüber Geräten nach dem Stande der Technik, die eine unmittelbar an der Entspannungsdüse gelegene Absperreinrichtung für den Kohlendioxid-Zustrom benötigen, erheblich erleichtert.
  • 1
    Kühlvorrichtung
    2
    Zuführleitung
    3
    Entspannungsdüse
    4
    Absperreinrichtung
    5
    Leitungsabschnitt
    6
    Abschnitt (der Zuleitung)
    7
    Bypassleitung
    8
    Einrichtung zur regelbaren Begrenzung des Mengendurchflusses (z. B. Druckreduzierventil)
    9
    Inertgaszuführung (Bypassleitung)
    10
    Wärmetauscher
    11
    elektronische Steuereinheit
    12
    Fernschalter
    13
    14
    Handgerät
    15
    Zeitrelais
    16
    17
    Druckwächter
    18
    Drucksensor

Claims (11)

  1. Vorrichtung zum Kühlen mittels adiabatischer Entspannung eines Gases oder Gasgemisches, insbesondere mittels adiabatischer Entspannung von Kohlendioxid, bei der ein Druckbehälter über eine Zuführleitung (2) mit einer Entspannungsdüse (3) strömungsverbunden ist, wobei der Zuführleitung (2) eine Absperreinrichtung (4) zum Herstellen oder Unterbrechen des Durchflusses durch die Zuführleitung (2) zugeordnet ist, wobei ein zwischen der Absperreinrichtung (4) und der Entspannungsdüse (3) angeordneter Leitungsabschnitt (5) der Zuführleitung (2) mit einer Inertgaszuführung (9) in Strömungsverbindung steht, die eine Bypassleitung (7) von der Zuführleitung (2) im Abschnitt (6) zwischen dem Druckbehälter und der Absperreinrichtung (4) zum Leitungsabschnitt (5) zwischen Absperreinrichtung (4) und Entspannungsdüse (3) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Bypassleitung (7) ein Druckreduzierventil (8) umfasst.
  2. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckreduzierventil (8) einstellbar ist.
  3. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das der Leitungsabschnitt (5) zwischen der Absperreinrichtung (4) und der Entspannungsdüse (3) zumindest teilweise als Kapillare ausgebildet ist.
  4. Kühlvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der als Kapillare ausgebildete Leitungsabschnitt (5) aus einem flexiblem Material, beispielsweise Kunststoff, gefertigt ist.
  5. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Absperreinrichtung (4) und/oder die Einrichtung (8) zur regelbaren Begrenzung des Mengendurchflusses in der Bypassleitung (7) mit einer elektronischen Steuereinheit (11) zur Regelung des Durchflusses durch die Zuführleitung (2) in Datenverbindung steht.
  6. Kühlvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuereinheit (11) mit einem in der Zuführleitung (2) integrierten Druckwächter (17) in Datenverbindung steht, mittels dessen bei einer vorbestimmten Druckänderung in der Zuführleitung (2) die Absperreinrichtung (4) in Schließstellung bringbar ist.
  7. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuereinheit (11) mit einem Zeitrelais (15) in Datenverbindung steht, mittels dessen die Absperreinrichtung (4) nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitdauer automatisch in Schließstellung bringbar ist.
  8. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuereinheit (11) mit einem Fernschalter (12) in Datenverbindung steht, mittels dessen die Absperreinrichtung (4) manuell betätigbar ist.
  9. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Entspannungsdüse (3) in einem längs wenigstens einer Koordinatenachse maschinell bewegbaren Strahlgerät angeordnet ist.
  10. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Entspannungsdüse (3) und/oder der Fernschalter (12) in einem Handgerät (14) angeordnet ist/sind.
  11. Bearbeitungswerkzeug, insbesondere Werkzeug zur Oberflächenbearbeitung durch Schleifen oder Polieren, gekennzeichnet durch eine zur Kühlung eines zu bearbeitenden Werkstücks bestimmte Kühlvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
DE10124227A 2001-05-18 2001-05-18 Vorrichtung zum Kühlen mittels adiabatischer Entspannung eines Gases oder Gasgemisches Expired - Fee Related DE10124227C5 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10124227A DE10124227C5 (de) 2001-05-18 2001-05-18 Vorrichtung zum Kühlen mittels adiabatischer Entspannung eines Gases oder Gasgemisches

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10124227A DE10124227C5 (de) 2001-05-18 2001-05-18 Vorrichtung zum Kühlen mittels adiabatischer Entspannung eines Gases oder Gasgemisches

Publications (3)

Publication Number Publication Date
DE10124227A1 DE10124227A1 (de) 2002-12-12
DE10124227C2 DE10124227C2 (de) 2003-11-13
DE10124227C5 true DE10124227C5 (de) 2007-08-30

Family

ID=7685253

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE10124227A Expired - Fee Related DE10124227C5 (de) 2001-05-18 2001-05-18 Vorrichtung zum Kühlen mittels adiabatischer Entspannung eines Gases oder Gasgemisches

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE10124227C5 (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SG11202104998WA (en) 2019-02-25 2021-09-29 Ats Japan Co Ltd Refrigerant control system and cooling system

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19704860C1 (de) * 1996-03-07 1997-11-20 Messer Griesheim Gmbh Maschine zum Polieren und/oder Schleifen
WO1999059767A1 (en) * 1998-05-15 1999-11-25 Aga Aktiebolag Method and arrangement for improving quality in fusion welding operations

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19704860C1 (de) * 1996-03-07 1997-11-20 Messer Griesheim Gmbh Maschine zum Polieren und/oder Schleifen
WO1999059767A1 (en) * 1998-05-15 1999-11-25 Aga Aktiebolag Method and arrangement for improving quality in fusion welding operations

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Berghoff, Rudolf E.: Kontinuierliche CO<SUB>2</SUB>-Dosierung beim Schockfrosten, Aachen, Shaker Verlag, 1999, S. 16-22 *
Berghoff, Rudolf E.: Kontinuierliche CO2-Dosie- rung beim Schockfrosten, Aachen, Shaker Verlag, 1999, S. 16-22
CryoGas International, Ausgabe Juli 1996, S. 22 *
Fachlexikon ABC Physik, Hrsg: Richard Lenk und Walter Gellert, 2. überarb. Auflage, 1989, Bd. 1, S. 11 und 12 *
Prospekt "Clean surface" *

Also Published As

Publication number Publication date
DE10124227A1 (de) 2002-12-12
DE10124227C2 (de) 2003-11-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE19817249C1 (de) Ejektor
DE2239914A1 (de) Medizinisches vereisungsinstrument zur lokalen vereisung von gewebe und verfahren zur tiefkuehlung von dessen kontaktteil
EP2295186B1 (de) Schutzgasschweiß-Steuerungsvorrichtung
DE1602876A1 (de) Kuehlmittelabgabevorrichtung fuer Verspannungswerkzeuge,z.B.Bohrwerkzeuge
EP1900449B1 (de) Spritzbalken einer hydraulischen Entzunderungsanlage und Verfahren zum Betreiben eines solchen Spritzbalkens
DE10124227C5 (de) Vorrichtung zum Kühlen mittels adiabatischer Entspannung eines Gases oder Gasgemisches
EP1612495B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Produktkühlung
DE102004018133B3 (de) Anordnung zur Erzeugung eines Trockeneispartikel-Strahls sowie deren Verwendung
EP3554727B2 (de) Kühlanlage zum kühlen von walzgut
DE858260C (de) Verfahren zur Verbesserung und Anwendung des Wirbelrohreffektes
DE3208490C2 (de) Druckluft-Schlackenabsperreinrichtung für einen Stahlkonverter
DE102014105636A1 (de) Verfahren zum Betrieb einer Kühlflüssigkeitsversorgungseinrichtung einer Bearbeitungsmaschine sowie Kühlflüssigkeitsversorgungseinrichtung
EP2985116B1 (de) Reinigungsvorrichtung und Reinigungsverfahren für Transportrollen in einem Rollenkühlofen einer Anlage zum Herstellen von Floatglas
WO2010133410A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur rückgewinnung von energie aus einem warmbandbund
DE3511726A1 (de) Vorrichtung zum absperren von gasrohren
EP3763481B1 (de) Verfahren und vorrichtung zum erzeugen eines co2-schnee-strahls
DE60013570T2 (de) Vorrichtung für eine werkzeugspindel
DE60013574T2 (de) Vorrichtung für eine werkzeugspindel
EP1222038A1 (de) Vorrichtung und verfahren zum kälteunterstützten mechanischen entfernen von oberflächenbeschichtungen
DE19903473A1 (de) Lanzenhalter mit multifunktionalem Spannkopf
DE10010192A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Reinigen von Oberflächen mittels Partikelstrahlen
DE102006056047A1 (de) Schweißbrenner zum Schutzgasschweißen
DE19704860C1 (de) Maschine zum Polieren und/oder Schleifen
EP0492227B1 (de) Einrichtung zum Kühlen der Presswerkzeuge einer Stauchpresse und Verfahren zum Betreiben der Einrichtung
EP2143526A1 (de) Spannvorrichtung mit Mitteln zur Spülung

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8304 Grant after examination procedure
8363 Opposition against the patent
8363 Opposition against the patent
8327 Change in the person/name/address of the patent owner

Owner name: AIR LIQUIDE DEUTSCHLAND GMBH, 47805 KREFELD, DE

8366 Restricted maintained after opposition proceedings
8392 Publication of changed patent specification
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee