DE69101461T2

DE69101461T2 - Vorrichtung zur Abgabe eines Kältemittels.

Info

Publication number: DE69101461T2
Application number: DE69101461T
Authority: DE
Inventors: Mark J Kirschner; Ron C Lee
Original assignee: BOC Group Inc
Current assignee: Messer LLC
Priority date: 1990-03-20
Filing date: 1991-02-21
Publication date: 1994-06-30
Anticipated expiration: 2011-02-22
Also published as: IE65802B1; AU631049B2; AU644546B2; KR940011620B1; DE69101461D1; JPH04211798A; AU7115791A; CA2037548A1; EP0448229A1; TR26754A; AU2726592A; CN1024370C; JPH0796918B2; EP0448229B1; CN1055045A; US5101636A; IE910905A1; KR910016462A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abgeben eines Kältemittels wahlweise in Flüssigphase, Gasphase oder einem vorbestimmten Gemisch der Flüssig- und der Gasphase. Damit betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung, die fähig ist, ein Kältemittel wie Stickstoff oder Kohlendioxid willkürlicher Qualität aufzunehmen und wiederholt abgemessene Mengen einer flüssigen Form des Kältemittels abzugeben. Nach einem zusätzlichen Aspekt befaßt sich die vorliegende Erfindung mit einem Kältemittel-Abgabeverfahren zum Regeln des Kühlpotentials eines strömenden Kältemittels. Insbesondere wird das strömende Kältemittel als gasförmige und flüssige Phasen des Kältemittels enthaltende Zweiphasenströmung abgegeben und das Kühlpotential des strömenden Kältemittels wird geregelt durch Regulierung der Anteile der in dem Zweiphasenstrom enthaltenen Gas- und Flüssigphasen des Kältemittels.
Die Gas- und Flüssigformen von Stickstoff werden beim Blasformen von Kunststoff-Gegenständen benutzt. Beim Blasformen wird ein Zylinder aus halbaufgeschmolzenem Kunststoff, Vorformling genannt, so extrudiert, daß er durch Schwerkraftwirkung in seine Lage zwischen zwei einander gegenüberliegende Formabschnitte nach unten geht. Bei einem Typ des Blasformvorganges wird gasförmiger Stickstoff in den Vorformling durch einen Blasstift eingelassen, bis der Kunststoff sich der Form angepaßt hat. Der gasförmige Stickstoff wird dadurch erzeugt, daß man Flüssigstickstoff von einem Flüssigkeits-Abgabetank in einer zu dem Blasstift führenden Rohrleitung Wärme absorbieren läßt.
Während des Blaszyklus kühlt das Einspritzsystem allmählich ab, bis Flüssigstickstoff die Form als fein zerstäubter Strahl erreicht, um den geformten Gegenstand abzukühlen. Bei einem anderen Typ von Formvorgang wird Luft in den Vorformling eingelassen, bis der Kunststoff sich an die Form anpaßt. Danach wird Flüssigstickstoff durch den Blasstift injiziert, um den geformten Gegenstand abzukühlen. Nach dem Abkühlen der Form werden die Formabschnitte auseinander gespreizt zum Entfernen des geformten Kunststoff-Gegenstandes.
Bei anderen Kältemittel-Anwendungen ist es notwendig, nur abgemessene Mengen von flüssigem Kältemittel abzugeben. Beispielsweise werden abgemessene Mengen flüssigen Stickstoffs Nahrungsmittelbehältern zum Erzeugen einer inerten Atmosphäre zugeführt. Bei einer anderen Anwendung werden abgemessene Mengen von Flüssigstickstoff Nahrungsbehältern so zugeliefert, daß beim Abdichten der Innenraum des Behälters unter Druck gesetzt wird, wenn der Flüssigstickstoff innerhalb des Containers zum Sieden kommt. Eine derartige Unterdrucksetzung ermöglicht es, daß der Behälter seine strukturelle Integrität beibehält.
Bei allen vorher beschriebenen Anwendungen, bei denen darauf hingewiesen werden soll, daß sie nur als Beispiele mit Anwendung von Stickstoff beschrieben wurden, ist es notwendig, genau abgemessene Mengen von flüssigem oder gasförmigem Stickstoff abzugeben. Der Abgabe von abgemessenen Mengen eines flüssigen Kältemittels wie Flüssigstickstoff in der Nahrungsmittel-Bearbeitungsindustrie wird der Flüssigstickstoff durch Ventile gemessen, die in der Kältemittelumgebung zu ziemlich raschem Verschleiß neigen. Darüberhinaus ändert sich bei der Einspritzblasformung die Temperatur des Flüssigstickstoffs im Speichertank nach jedem Füllen des Speichertanks, und deshalb ist die Qualität des Flüssigstickstoffs, der abgegeben wird, ebenfalls variabel.
US-PS 4 376 376 beschreibt ein Sprühgerät für ein Kältemittel und ein Verfahren zum Benutzen dieses Kältemittels, das mit einer Rate innerhalb eines Bereichs von Strömungsraten fließt und bei jeder Rate von einer Einzel- zu einer Zweiphasenströmung wandelbar ist.
Dieses Dokument bezieht sich auch auf US-PS 1 659 663, 2 645 097, 3 220 414, 3 298 371, 3 534 739, 3 651 813, 3 712 306, 3 702 114, 3 739 956, 3 794 093 und 3 823 718. Keines der in den vorstehend angeführten US-PSn beschriebenen Geräte kann jedoch wahlweise ein Kältemittel in Flüssigphase, Gasphase oder einem vorbestimmten Gemisch der Flüssig- und der Gasphase abgeben.
Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, diese Probleme zu lösen durch Vorsehen einer Vorrichtung, die wiederholt und zeitweilig gemessene Mengen eines Kältemittels entweder in Flüssig- und/oder in Gasform abgeben kann und keine herkömmlichen Ventile zum Zumessen der Flüssigform des Kältemittels benutzt.
Ein weiteres Problem besteht bei der Steuerung oder Zumessung der genauen Menge des Kühlpotentials, das durch ein Kältemittel zugeführt wird. Beispielsweise kann es vorkommen, daß auf dem Gebiet der Blasformung zu viel Flüssigstickstoff abgegeben wird. In einem solchen Fall sammelt sich der Flüssigstickstoff in dem Kunststoff-Gegenstand und wird so verschwendet. Darüberhinaus erzeugt eine solche Ansammlung auch ungleiche Abkühlung des geformten Gegenstandes, die zu einer Entfärbung und zu unannehmbaren Verformungen in dem fertiggestellten geformten Gegenstand führen kann.
Die vorliegende Erfindung löst dieses letztere Problem dadurch, daß ein Verfahren zur Verwendung der Vorrichtung vorgesehen wird, bei dem ein strömendes Kältemittel mit einem geregelten Kühlpotential abgegeben wird.
Die Regelung des Kühlpotentials läßt zu, daß die Verwendung des Kältemittels bei einem bestimmten Kältemittelkühlungs- Anwendefall so optimiert werden kann, daß kein Kältemittel verschwendet wird.
Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Vorrichtung um ein Kältemittel wahlweise in Flüssigphase, Gasphase oder als ein vorbestimmtes Gemisch der Flüssig- und der Gasphase abzugeben, ein Druckgefäß mit einem Einlaß zum Aufnehmen des Kältemittels innerhalb des Druckgefäßes;
Mittel, um das Kältemittel innerhalb des Druckgefäßes so zu halten, daß eine Flüssig/Dampf-Trennfläche innerhalb des Druckgefäßes erzeugt wird;
Leitungsmittel, das in das Druckgefäß reicht und einen zur Bewegung über und unter die Flüssig/Dampf-Trennfläche ausgelegten Abschnitt besitzt; und
an dem Abschnitt angeschlossenes Betätigungsmittel zum wahlweisen Bewegen des Abschnitts über bzw. unter die Flüssig/Dampf- Trennfläche mit eingestellten Zeitabständen in der Weise, daß der bewegbare Abschnitt die Flüssigphase, die Gasphase oder ein vorbestimmtes Gemisch dieser Phasen des Kältemittels von dem Druckgefäß in zu den eingestellten Zeitlängen proportionalen Mengen abgibt.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung umfaßt ein Verfahren zum Regeln des Kühlpotentials eines strömenden Kältemittels unter Benutzung der vorstehend definierten Vorrichtung die Schritte, daß das strömende Kältemittel in Flüssig- und Gasphase getrennt wird, welche jeweils gasförmiges Kältemittel mit einem niedrigen Kühlpotential bzw. Kältemittel in Flüssigform mit einem hohen Kühlpotential enthält;
eine erste Massenströmungsrate der Gasform des Kältemittels und eine zweite Massenströmungsrate der Flüssigform des Kältemittels erzeugt wird;
die erste und die zweite Massenströmungsrate werden in einer Zweiphasen-Strömung kombiniert werden, welche die Flüssig- und die Gasform des Kältemittels enthält;
das Kältemittel als die Zweiphasenströmung abgegeben wird; und das Kühlpotential des gelieferten Kältemittels reguliert wird durch Erhöhen der in der Zweiphasenströmung enthaltenen Menge der Gasform des strömenden Kältemittels, um sein Kühlpotential zu vermindern, und damit abwechselnd durch Erhöhen der in der Zweiphasen-Strömung enthaltenen Menge der Flüssigform des strömenden Kältemittels, um sein Kühlpotential zu erhöhen.
Eine Ausführung der Erfindung wird nun beispielsweise mit Bezug auf die Figuren der beigefügten schematischen Zeichnung beschrieben, in welcher zeigt:
Fig. 1 eine Seitenansicht einer Kühlmittel-Abgabevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, mit weggebrochenen Teilen;
Fig. 2 eine Draufsicht auf eine in der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung verwendete Prallplatte;
Fig. 3 eine Draufsicht auf eine in der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung benutzte Führungsplatte;
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer in der Kältemittel-Abgabevorrichtung nach Fig. 1 verwendeten Steuerung; und
Fig. 5 eine vergrößerte Teilansicht einer Kältemittel- Abgabevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, welche eine besonders bevorzugte Ausführung eines Überströmrohres gemäß der vorliegenden Erfindung enthält.
In Fig. 1 und 3 ist eine bevorzugte Ausführung einer Kältemittel-Abgabevorrichtung 10 dargestellt. Wenn auch nicht dargestellt, so wird die Vorrichtung 10 im Gebrauch vorzugsweise mit einer Vakuum-Ummantelung oder einem expandierten Schaum isoliert. Am meisten bevorzugt ist die Vorrichtung 10 in eine Schaumisolierung eingekapselt.
Die Vorrichtung 10 ist ein Druckgefäß mit einem Aufnahme/Abgabe-Abschnitt 12, der in "T"-förmiger Gestaltung mit einem Turmabschnitt 14 verbunden ist. Ein Kältemittel 16 wird innerhalb des Kältemittel-Aufnahme/Abgabe-Abschnitts 12 durch eine Einlaßleitung 18 aufgenommen. Obwohl, wie vorher angezeigt, die Vorrichtung 10 in einer isolierten Umgebung verwendet wird, läßt Umgebungswärme, wenn auch mit geringer Wärmeübertragungsrate, Kältemittel 16 eine flüssige und eine Gasphase absieden, die durch eine Flüssig/Gas-Trennfläche getrennt sind, welche mit einem Bezugszeichen 20 bezeichnet ist. Darüberhinaus ist die Qualität des von der Eingangsleitung 18 aufgenommenen Kältemittels 16 willkürlich, und so neigt das Kältemittel 16 dazu, sich innerhalb des Kältemittel-Aufnahme/ Abgabe-Abschnitts 12 in Flüssig- und Gasphase aufzutrennen. Wie besprochen werden wird, wird die Flüssig/Dampf-Trennfläche 20 vorzugsweise bei dem Niveau der Mittelachse des Kältemittel- Aufnahme/Abgabe-Abschnitts 12 gehalten.
Das Kältemittel wird von der Vorrichtung 10 durch eine Auslaßleitung 22 mit einem Auslaßabschnitt 24 und einem bewegbaren Endabschnitt abgegeben, der über und unter die Flüssig/Gas- Trennfläche 20 bewegbar ist. Der bewegbare Endabschnitt 26 ist am Auslaßabschnitt 24 durch einen flexiblen Zentralabschnitt 28 angeschlossen, der vorzugsweise durch einen extrudierten Stahlbalg gebildet wird. Bei der dargestellten bevorzugten Ausführung besteht der extrudierte Stahlbalg aus einer flexiblen Edelstahl-Verrohrung mit 0,64 cm Durchmesser, hergestellt von CAJON Co., 9760 Shepard Road, Macedonia, OH 44056. Wenn der bewegbare Endabschnitt 26 über die Flüssig/Gas-Trennfläche 20 in die Gasphase des Kältemittels 16 angehoben wird, wird eine erste Massenströmungsrate einer gasförmigen Form des Kältemittels 16 aus der Auslaßleitung 22 abgegeben, und wenn der bewegbare Endabschnitt 26 unter die Flüssig/Gas-Trennfläche 20 in die Flüssigphase des Kältemittels 16 abgelassen wird, wird eine zweite Massenströmungsrate einer flüssigen Form von Kältemittel 16 durch die Auslaßleitung 22 abgegeben. Wie anerkannt werden wird, bestimmen die Zeitabschnitte, in denen der bewegbare Endabschnitt 26 sich über bzw. unter der Flüssig/Gas- Trennfläche 20 befindet, die jeweilige Menge der Flüssig- bzw. der Gasphase des Kältemittels 16, die von der Kältemittel-Abgabevorrichtung 10 abgeliefert werden.
So kann die Kältemittel-Abgabevorrichtung 10 benutzt werden, um wiederholt abgemessene Mengen entweder gasförmigen oder flüssigen Kältemittels 16 abzugeben durch Regulieren der Zeitabschnitte, in denen der bewegbare Endabschnitt 26 sich über bzw. unter der Flüssig/Gas-Trennfläche 20 befindet. Wie später besprochen wird, besitzt die Kältemittel-Abgabevorrichtung 10 noch eine weitere Verwendungsform.
Das Kältemittel 16 hat ein Kühlpotential, d.h. das Potential, Wärme von einem abzukühlenden Gegenstand aufzunehmen. Es ist zu bemerken, daß eine Masse der flüssigen Form des Kältemittels 16 ein höheres Kühlpotential als die Gasform des Kältemittels 16 besitzt, wegen ihrer latenten Verdampfungswärme. Deshalb kann die Kältemittel-Abgabevorrichtung 10 auch so funktionieren, daß sie abwechselnd Kältemittel 16 mit einem niedrigen Kühlpotential abgibt durch Abgeben von Kältemittel 16 in seiner Gasform und Kältemittel 16 mit einem höheren Kühlpotential durch Abgeben von Kältemittel 16 in seiner flüssigen Form.
Die Kältemittel-Abgabevorrichtung 10 kann weiter so funktionieren, daß sie Kältemittel 16 mit einem Kühlpotential irgendwo zwischen dem niedrigen und dem hohen Kühlpotential der Gas- bzw. der flüssigen Form des Kältemittels 16 abgibt. Das wird dadurch erreicht, daß der bewegbare Endabschnitt 26 zwischen den Stellungen über bzw. unter der Flüssig/Dampf-Trennfläche 20 hin- und herschwingt. Eine derartige Schwingbewegung des bewegbaren Endabschnitts 26 kombiniert die erste und die zweite Massenströmungsrate in der Auslaßleitung 22 zu einer Zweiphasenströmung, so daß das Kältemittel 16 von dem Druckgefäß als Zweiphasenstrom abgegeben wird. Der Zweiphasenstrom besitzt ein Kühlpotential, das proportional den durchschnittlichen Anteilen der darin enthaltenen Gas- bzw. Flüssigform des Kältemittels 16 ist. Beispielsweise wird, je höher der innerhalb der Zweiphasenströmung enthaltene Anteil der Gasform des Kältemittels 16 ist, das Kühlpotential des von dem Druckgefäß abgegebenen Kältemittels 16 umso niedriger werden, und je höher der durchschnittliche Anteil der flüssigen Form des innerhalb der Zweiphasenströmung enthaltenen Kältemittels 16 ist, umso höher wird das Kühlpotential des von dem Druckgefäß abgegebenen Kältemittels 16 sein.
Die Durchschnittsanteile der Gas- und Flüssigformen des innerhalb der Zweiphasenströmung enthaltenen Kältemittels 16 können dadurch geregelt werden, daß die Dauer der Zeitabschnitte, während deren sich der bewegbare Endabschnitt 26 über bzw. unter der Flüssig/Dampf-Trennfläche befindet, in periodischer Weise geregelt wird. Die Periode jeder Schwingung kann so angesprochen werden, daß sie eine Summe aus einem ersten Zeitabschnitt enthält, während dessen Dauer sich der bewegbare Endabschnitt 26 über der Flüssig/Dampf-Trennfläche 20 befindet, und einem zweiten Zeitabschnitt, während dessen Dauer sich der bewegbare Endabschnitt 26 unter der Flüssig/Dampf-Trennfläche befindet. Die Durchschnittsanteile der Gas- und Flüssigformen des Kältemittels 16, die in der Zweiphasenströmung enthalten sind, sind dann proportional der Dauer des ersten bzw. zweiten Zeitabschnitts. Beispielsweise wird eine Erhöhung des ersten Zeitabschnitts und damit eine Erniedrigung des zweiten Zeitabschnitts die Durchschnittsmenge der in der Zweiphasenströmung enthaltenen Gasform des Kältemittels 16 erhöhen und die Durchschnittsmenge der flüssigen Form des in der Zweiphasenströmung enthaltenen Kältemittels 16 vermindern und umgekehrt. Damit wird eine ausgewählte individuelle Regulierung des ersten und des zweiten Zeitabschnitts auch das Kühlpotential des von dem Druckgefäß abgegebenen Kältemittels 16 auf irgendeinen Wert zwischen dem niedrigen und dem hohen Kühlpotential der Gasform bzw. der flüssigen Form des Kältemittels 16 regeln. Die Summe aus dem ersten und dem zweiten Zeitabschnitt wird typischerweise kleiner als etwa 1,0 s sein, um einen gleichmäßigen Zweiphasenstrom sicherzustellen. Es ist jedoch auch einzusehen, daß die Größe der Summe des ersten und des zweiten Zeitabschnitts in irgendeiner Weise von den Kühlanforderungen abhängt, die mit der bestimmten Anwendung der Vorrichtung 10 verbunden sind.
Der bewegbare Endabschnitt 26 wird durch einen Magneten 28' bewegt oder in Schwingung versetzt, der durch einen Stab 30 wirkt, welcher an einem Ende über eine Drahtschleife 32 mit dem bewegbaren Endabschnitt 26 und am anderen Ende durch ein Stabende 34 mit einem Betätigungsarm 36 des Magneten 28' verbunden ist. Es sollte bemerkt werden, daß der Magnet 28' vorzugsweise ein von LUCAS LEDEX Inc., 801 Scholz Drive, Vandalia, OH 45377 gefertigter offenrahmiger Wechselstrommagnet ist. Das Stabende 34, das von einer Vielzahl von Herstellern erhalten werden kann, ist eine besonders bevorzugte Komponente der Vorrichtung 10, um eine bestimmte Ungenauigkeit bei der Herstellung zuzulassen.
Mittel, die vorzugsweise die Form einer Zeitsteuerschaltung 38 besitzen, sind mit dem Magneten 28 durch Einführungsdrähte 42 und 44 verbunden. Die Zeitsteuerschaltung 38 ist eine von vielen gut bekannten Schaltungen, die zulassen, Zeitlängen vorzuwählen und die den Magneten 28 durch elektrische Impulse aktivieren können, um den bewegbaren Endabschnitt 26 während der Dauer solcher vorher festgesetzter Zeitabschnitte abzusenken bzw. anzuheben. Wie gesehen wird, werden dann, wenn beispielsweise die Zeitsteuerschaltung 38 so eingestellt wird, daß sie den bewegbaren Endabschnitt 26 in gleichen Zeitabständen ab senkt bzw. anhebt, wiederholt gleiche Mengen der ausgewählten Form des Kältemittels 16 von der Vorrichtung 10 abgegeben werden.
Es ist zu erwähnen, daß die genaue Form der Zeitsteuerschaltung 38 von den Anforderungen durch die bestimmte Anwendung für die Kältemittel-Abgabevorrichtung 10 abhängt. In dieser Hinsicht kann die Zeitsteuerschaltung 38 entweder ein digitales oder ein analoges Gerät sein. Für relativ einfache Anwendungen, bei denen das Kältemittel 16 nur als Zweiphasenströmung oder abwechselnd entweder in Gas- oder in flüssiger Form abzugeben ist, kann die Zeitsteuerschaltung 38 ein Analoggerät mit einer Reihe von Eingängen sein, um entweder die periodischen ersten und zweiten Zeitlängen oder zwei nichtperiodische Zeitlängen einzurichten. Zunehmend kompliziertere Anforderungen der Anwendung machen es notwendig, daß die Zeitsteuerschaltung 38 zunehmend ausgeklügelte Fähigkeiten besitzt und damit auch eine größere Anzahl von Eingängen.
In Fig. 4 ist ein Schema einer Steuerung 38' dargestellt. Die Steuerung 38', entweder ein Digital- oder ein Analoggerät, ist eine Form von Zeitsteuerschaltung 38, die gleichgut zur Verwendung bei Zumeßanwendungen und bei Anwendungen mit gesteuertem Kühlpotential der Vorrichtung 10 geeignet ist. Die Steuerung 38' ist mit Eingängen 38a', 38b', 38c' und 38d' versehen zum Registrieren von zwei nichtperiodischen Zeitabschnitten und einer Reihe von periodischen ersten und zweiten Zeitabschnitten. Ein Eingang 38e' ist vorgesehen zum Registrieren eines Zeitabschnittes, um die Zeitlänge zu steuern, in der die Zweiphasen-Strömungsform des Kältemittels 16 abgegeben wird, und zwar durch erste und zweite Zeitlängen, die in den Eingängen 38c' und 38d' eingestellt sind. Die Eingänge 38a' - 38e' können bei einem Analoggerät Skalen oder Einstellknöpfe, bei einem Digitalgerät eine Reihe von kodierten Instruktionen sein. Eine Betätigungsschaltung 38f', die auf die registrierten Zeitabschnitte reagiert, ist zur Betätigung des Magneten 28' zum Anheben bzw. Ablassen des bewegbaren Endabschnitts 26 während der Dauer solcher Zeitabschnitte vorgesehen. Die Betätigungsschaltung bei einem Digitalgerät kann ein I/O-Anschluß sein, der mit einer Stromquelle verbunden ist, um einen elektrischen Impuls für den Magneten 28' zu schaffen. Bei einer Analogschaltung kann die Betätigungsschaltung 38f' ein mit einer Stromquelle verbundenes Relais sein. Die Steuerung 38' kann fernbedienbar sein durch einen elektrischen Impuls, der über eine Leitung 45 zugeführt wird, so daß Kältemittel 16 wiederholt entsprechend den in den Eingängen 38a' bis 38e' registrierten Zeitlängen auf eine solche Fernbetätigung hin abgegeben wird.
Ein im Eingang 38a' eingestellter nichtperiodischer Zeitabschnitt läßt den bewegbaren Endabschnitt 26 über die Flüssig/Dampf-Trennfläche anheben und die Gasform des Kältemittels 16 mit niedrigem Kühlpotential abliefern; ein in dem Eingang 38b' eingestellter nichtperiodischer Zeitabschnitt läßt den bewegbaren Endabschnitt 26 unter die Flüssig/Dampf- Trennfläche 20 ablassen, und flüssige Form des Kältemittels 16 mit hohem Kühlpotential abliefern, und eine Reihe von periodischen ersten und zweiten Zeitabschnitten, die in Eingängen 38c' und 38d' eingestellt sind, läßt den bewegbaren Endabschnitt 36 oszillieren und Kältemittel 16 als Zweiphasenstrom mit einem Kühlpotential abgeben, das proportional zu dem Verhältnis der ersten und zweiten Zeitlängen ist, während der Zeitdauer des im Eingang 38e' eingestellten Zeitabschnitts. Die Zeitsteuerschaltung 38' arbeitet so, daß, wenn die Zeitlängen in allen Eingängen 38a' bis 38e' eingestellt sind, zuerst die Gasform des Kältemittels 16 abgegeben wird, gefolgt durch die flüssige Form und die Zweiphasen-Formen des Kältemittels 16.
Es ist zu bemerken, daß die Kältemittel-Abgabevorrichtung 10 dann, wenn sie dazu funktioniert, daß Kältemittel 16 als Zweiphasenströmung abgibt, ein Verfahren der vorliegenden Erfindung verkörpert. Entsprechend diesem Verfahren wird in das Druckgefäß einströmendes Kältemittel 16 in Flüssig- und Gasphasen von Kältemittel 16 getrennt, welche Gasform und flüssige Form des Kältemittels 16 mit niedrigem bzw. hohem Kühlpotential enthält. Erste und zweite Massenströmungsraten des Kältemittels 16 werden durch Anheben bzw. Ablassen des bewegbaren Abschnitts 26 hervorgerufen. Die erste und die zweite Massenströmungsrate werden dann zu der Zweiphasenströmung kombiniert durch Oszillieren des bewegbaren Abschnitts zwischen der Lage über und der unter der Flüssig/Dampf-Trennfläche 20, um Kältemittel 16 als Zweiphasenströmung durch die Auslaßleitung 22 abzugeben. Das Kühlpotential des Kältemittels wird geregelt durch Regeln der Durchschnittsmengen der flüssigen und der Gasform des Kältemittels 16 bei der Abgabe. Bei der Kältemittel-Abgabevorrichtung 10 wird dies erreicht durch Einstellen der Zeitlänge des ersten bzw. zweiten Zeitabschnitts. Um die Kältemittel-Abgabevorrichtung 10 in eine Kunststoff-Einspritz-Blasformungs-Produktionsstätte aufzunehmen, wird die Einlaßleitung 18 der Vorrichtung 10 mit einem Flüssigstickstoff-Vorratstank verbunden, um dem Druckgefäß strömenden Flüssigstickstoff zuzuführen. Die Auslaßleitung 22 wird mit einer zu dem Blasstift führenden Leitung verbunden. Es ist zu bemerken, daß der Blasstift mit einem koaxialen Rohr innerhalb seiner Bohrung versehen sein kann, um den Stickstoff in die Form einzuspritzen. Zum Einblasen in die Form benutzte Luft tritt durch einen Ringraum zwischen dem Koaxialrohr und der Innenfläche der Bohrung des Blasstiftes hindurch. Die Leitung 45 der Steuerung 38' wird an die Steuerschaltung der Kunststoff-Einspritz-Blasformeinrichtung in einer dem Fachmann bekannten Weise angeschlossen, um die Initialisierung der Steuerung 38' mit dem durch diese Formeinrichtung bewirkten Formvorgang zu synchronisieren.
Die erste und zweite Zeitlänge werden durch Versuch bestimmt. Beispielsweise wird bei dem Blasformen großer Gegenstände zuerst eine nichtperiodische Zeitlänge in dem Eingang 38b' der Zeitsteuerschaltung 38 eingestellt, so daß der bewegbare Endabschnitt 26 sich unter der Flüssig/Dampf-Trennfläche 20 befindet. Damit wird dem geformten Kunststoffteil Kältemittel 16 in Flüssigform zugeführt. Der Zeitpunkt, zu dem sich zum ersten Mal die Flüssigkeit am Boden des geformten Kunststoffteils zu sammeln beginnt, wird notiert. Danach wird ein weiterer nichtperiodischer Zeitraum im Eingang 38a' der Steuerung 38' eingestellt, so daß sich der bewegbare Endabschnitt 26 über der Flüssig/Dampf-Trennfläche 20 befindet, um das Abkühlen des geformten Kunststoffteils mit der Gasform des Kältemittels 16 zu vollenden. Die Zeit wird dann notiert, bei der das Abkühlen des geformten Kunststoffteils vollständig ist. Danach werden folgende Versuchsgänge fertiggestellt, um die Abkühlzeit dadurch zu vermindern, daß Kältemittel als eine Zweiphasenströmung statt der Gasform des Kältemittels 16 abgegeben wird. Das wird dadurch bewerkstelligt, daß der bewegbare Endabschnitt 26 oszilliert wird, so daß ein ansteigender Anteil des Kältemittels 16 in seiner flüssigen Form abgegeben wird. Mit anderen Worten, es werden aufeinanderfolgende Durchläufe unternommen mit stetiger Zunahme der zweiten im Eingang 38d' festgesetzten Zeitlänge und Abnahme der ersten im Eingang 38c' festgesetzten Zeitlänge, um das Kühlpotential des Kältemittels zu erhöhen. Das Kühlpotential des Kältemittels wird erhöht, bis das Kältemittel 16 sich wiederum am Boden des geformten Kunststoffteils sammelt. An dieser Stelle werden die ersten und zweiten Zeitlängen, die jede Oszillationsperiode bilden, ebenso notiert, wie der Zeitraum, vor dem Kältemittel 16 sich wiederum sammelt.
Vor dem Betrieb der Kunststoffeinspritz-Blasformeinrichtung wird bei der Steuerung 38' eine nichtperiodische Zeitlänge 0,0 im Eingang 38a' eingestellt. Eingang 38b' wird auf die Dauer des vorstehend experimentell bestimmten nichtperiodischen Zeitabschnitts eingestellt, bis die flüssige Form des Kältemittels 16 sich zuerst in der Form zu sammeln beginnt. Die Eingänge 38c' und 38d' der Steuerung 38' werden auf die ersten und zweiten experimentell bestimmten Zeitabstände eingestellt und Eingang 38e' wird auf den Zeitabstand eingestellt, bis zu dem sich die flüssige Form des Kältemittels 16 wiederum zu sammeln begann. So wird jedesmal, wenn der geformte Gegenstand abzukühlen ist, die Steuerung 38' den bewegbaren Abschnitt 26 entsprechend den eingestellten Zeiträumen steuern. Das Endergebnis ist, daß die zum Abkühlen der Form notwendige Gesamt zeit so herabgesetzt wird, daß die Fertigungsstrecke mit größerer Ausbeute und ohne Vergeudung von Kältemittel funktionieren kann.
Die vorliegende Erfindung kann bei einem Einspritz-Blasformverfahren verwendet werden, wie vorstehend beschrieben, bei dem gasförmiger Stickstoff durch einen Blasstift abgegeben wird, um den Vorformling bis zum Anlegen an die Form zu dehnen; und danach wird Flüssigstickstoff durch den Blasstift geliefert, um den gedehnten Vorformling abzukühlen. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Einlaß der Kältemittel-Abgabevorrichtung 10 an einer Quelle für Flüssigstickstoff mit entsprechendem Druck angeschlossen. Die Auslaßleitung 22 wird mit dem Blasstift verbunden. Der Eingang 38a' der Zeitsteuerschaltung 38' wird auf eine nichtperiodische Zeitlänge eingestellt, in der der bewegbare Endabschnitt 26 in eine Position über der Flüssig/ Dampf-Trennfläche 20 bewegt wird, und gasförmiger Stickstoff wird zum Dehnen des Vorformlings abgegeben. Es ist wichtig, zu bemerken, daß der gasförmige Stickstoff mit seinem niedrigen Kühlpotential zum Dehnen des Vorformlings benutzt wird, um das Einfrieren des Vorformlings zu verhindern, das sonst bei Verwendung von Stickstoff mit höherem Kühlpotential aufträte. Danach wird der Zeitraum experimentell wie vorstehend beschrieben bestimmt, der zum Abkühlen des geformten Kunststoffteils in die Zeitsteuerschaltung 38' eingestellt wird.
Es sollte bemerkt werden, daß die vorstehend besprochene Reihe von Kühlzuständen nur eine aus der Vielzahl von Verfahrensweisen zur Verwendung der Steuerung des Kühlpotentials darstellt, die durch die vorliegende Erfindung geleistet werden. Beispielsweise können sehr kleine Teile am meisten durch eine einzige Stufe einer Zweiphasenstrom-Kühlung gewinnen, um die optimale Kühlzeit und Gleichförmigkeit einzuhalten. Umgekehrt können sehr große Teile eine kontinuierliche Veränderung des Kältemittel-Kühlpotentials erfordern (statt zweier unterschiedlicher Schritte), um optimales Kühlverhalten zu erreichen. Auch bei ungewöhnlich geformten Teilen, bei denen es schwierig ist, sie mit einer Kältemittel-Ansprühung gleichförmig zu kühlen, ergeben sich Vorteile aus einer Kühlung mit einer eingestellten Zweiphasenströmungs-Kühlung statt einer reinen Flüssigkeits- Kühlung.
Wenn auch nicht dargestellt, kann die Einlaßleitung 18 mit einem Drosselventil versehen werden. Das Drosselventil könnte vorher eingestellt werden, um die Strömungsrate des Kältemittels 16 in der Einlaßleitung 18 zu steuern. Eine derartige Einlaßleitungs-Drosselung ergibt dann eine Anpassung der ersten und der zweiten Massenströmungsrate des gasförmigen bzw. flüssigen Kältemittels 16, das durch die Auslaßleitung 22 in gleichförmigen Mengen strömt. Zusätzlich kann auch die Auslaßleitung 22 innerhalb ihres Auslaßabschnitts 24 mit einem Drosselventil versehen werden. Ein derartiges Drosselventil stellt dann gleichzeitig die erste und die zweite Massenströmungsrate des gasförmigen bzw. des flüssigen Kältemittels 16 ein, das durch die Auslaßleitung 22 in einer Proportion fließt, die annähernd gleich dem Verhältnis der Quadratwurzel ihrer Massendichten ist. Die gleichzeitige Einstellung des Einlaßleitungs-Drosselventils und des Auslaßleitungs-Drosselventils läßt eine Einstellung der Strömungsraten sowohl der flüssigen wie der Gasform des Kältemittels 16 innerhalb des vorstehend besprochenen Bereichs zu. Es ist einzusehen, daß irgendwelche andere Wärmeverluste zustrom- oder abstromseitig von der Vorrichtung 10 eine beitragende Wirkung besitzen und bei der Durchführung einer derartigen Massenströmungsraten-Einstellung in Betracht gezogen werden müssen.
Ein ebenfalls an der Zeitsteuerschaltung 38 über eine elektrische Verbindung 48 angeschlossenes magnetbetätigtes Abstellventil 46 wird vorzugsweise im Auslaßabschnitt 24 vorgesehen, damit der Strom von gasförmigem Kältemittel bei den Anwendungen der Vorrichtung 10 abgestellt werden kann, bei denen nur zugemessene Mengen der flüssigen Form des Kältemittels 16 abzugeben sind, oder wenn die Menge des gasförmigen Kältemittels 16 zu begrenzen ist, das zugeliefert wird, auch wenn sowohl gasförmiges wie flüssiges Kältemittel 16 bei einem bestimmten Vorgang zu benutzen sind. Wenn die Zeitsteuerschaltung 38 den Magnet 28' beauf schlagt, den bewegbaren Endabschnitt 26 in die Gasphase des Kältemittels 16 anzuheben, schließt die Zeitsteuerschaltung auch das Abstellventil 46. In dieser Beziehung schließt bei einer Anwendung, bei der nur die flüssige Form des Kältemittels 16 abzugeben ist, die Zeitsteuerschaltung 38 das Abschaltventil 46 mit einer leichten Zeitverzögerung, um die flüssige Form des Kältemittels 16 aus der Auslaßleitung 22 auszuspülen. Bei einer derartigen Anwendung wird das Abschaltventil 46 benutzt, den Verlust von Kältemittel 16 zu begrenzen. Bei einer Anwendung, bei der eine zugemessene Menge gasförmigen Kältemittels 16 abzugeben ist, kann die Zeitsteuerschaltung 38 mit einer Zeitverzögerung eingestellt werden, um das Abschaltventil 46 entsprechend der zu liefernden Menge des gasförmigen Kältemittels 16 zu schließen. Bei jeder solchen Anwendung wird das Abschaltventil 46 nur benutzt, die Strömung des gasförmigen Kältemittels 16 abzuschalten, und es kann mit entsprechend weniger strengen Zwangsabschalt-Anforderungen für ein Ventil preisgünstig hergestellt werden, das zum Abschalten der Gasströmung eines Kältemittels bestimmt ist, gegenüber einem solchen, das den Flüssigkeits-Kältemittelstrom absperren soll. Es ist zwar nicht dargestellt, jedoch kann ein einpoliger Trennschalter in der elektrischen Verbindung 48 vorgesehen werden, um die Betriebsart der Vorrichtung 10 zu sperren, bei der nur flüssiges Kältemittel 16 abzugeben ist.
Die Steuerung 38 hat einen Ausgangszustand, der nach dem Ende des letzten Zeitraumes eingeleitet wird, der in den Eingängen 38a', 38b' und 38e' eingestellt ist. Im Ausgangszustand wird der Magnet 28' beaufschlagt, den bewegbaren Endabschnitt 26 anzuheben und danach wird mit einer geringen Zeitverzögerung das Abschaltventil 46 zum Schließen beaufschlagt. In der kurzen Zeitverzögerung wird irgendwelche in der Auslaßleitung 22 zurückbleibende Flüssigkeit ausgespült und das Schließen des Abschaltventils 46 erhält das Kältemittel 16, indem es verhindert, daß rein gasförmiges Kältemittel 16 durch die Auslaßleitung 22 entweicht.
Die Flüssig/Gas-Trennfläche 20 wird an dem Niveau der Zentralachse des Kältemittel-Aufnahme/Abgabe-Abschnitts 12 durch ein Überstromrohr 50 gehalten, das an seinem oberen Ende (innerhalb des Kältemittel-Aufnahme/Abgabe-Abschnitts 12) offen und an seinem unteren Ende (unter dem Kältemittel-Aufnahme/Abgabe- Abschnitt 12) geschlossen ist. Ein Rohr 52, in welchem trockene Luft oder trockener Stickstoff mit Raumtemperatur umläuft, ist um das untere Ende des Überstromrohrs 50 gewunden. Wenn der Pegel der Flüssigphase des Kältemittels 16 über das offene obere Ende des Überstromrohrs 50 ansteigt, strömt es in das Überstromrohr 50 hinein und wird durch das Rohr 52 erwärmt. Nach Erwärmung verdampft die Flüssigphase des Kältemittels 16 und erhöht die Menge des innerhalb des Kältemittel-Aufnahme/Abgabe-Abschnitts 12 enthaltenen Kältemittels. Wie einzusehen ist, kann das untere Ende des Überstromrohrs 50 auch mit einer elektrischen Heizung oder einer Rippenanordnung versehen werden, die statt des Rohrs 52 zum Erwärmen des unteren Endes des Überstromrohrs dienen kann.
In der Fig. 5 ist nun bei einer besonders bevorzugten Ausführung ein elektrisch beheiztes Überstromrohr 50' vorgesehen, das statt des vorher beschriebenen Überstromrohrs 50 funktioniert. Das Überstromrohr 50' besitzt einen verengten Abschnitt 50a', der in den Kältemittel-Aufnahme/Abgabe-Abschnitt 12 hinein vorsteht und einen breiten Abschnitt 50b' enthält, der mit dem engen Abschnitt 50a' durch eine Reduzierungspassung 50c' verbunden ist. Ein horizontales Rohr 50d' ist an dem Boden des breiten Abschnitts 50b' angeschlossen und mit vier elektrischen Heizern 50e' versehen. In nicht dargestellter Weise sind die elektrischen Heizer 50e' mit einer Elektrostromquelle verdrahtet. Das flüssige Kältemittel 16, das in das Überstromrohr 50' hineinströmt, wird durch die elektrischen Heizer 50e' verdampft und dem gasförmigen Kältemittel 16 hinzugefügt, das innerhalb des Kältemittel-Aufnahme/Abgabe-Abschnitts 12 enthalten ist.
Um Zugang zu den elektrischen Heizern 50e' zuzulassen, steht der verengte Abschnitt 50a' von der Isolation vor. Der kleine Innendurchmesser des engen Abschnitts 50a' wird bevorzugt, um eine Konvektion innerhalb des Überstromrohrs 50' zu verhindern. Wegen der Möglichkeit des Siedens an der Wand des Überstromrohrs 50' nach dem Verlassen des Isolierungsmantels kann eine Dampfsperre auftreten und verhindern, daß Flüssigkeit hinunter zu dem beheizten Horizontalrohr 50d' abfällt. Eine Dampfsperre wird verhindert, indem ein breiterer Abschnitt 50b' vorgesehen ist, der dahin wirkt, mögliches Sieden an der Wand zu begrenzen. Der breite Abschnitt 50b' sollte eine Innenfläche besitzen, die die Größe der Innenfläche des engen Abschnitts 50a' um einen Faktor von 4,0 übertrifft.
Das Niveau der Gasphase des Kältemittels 16 wird dadurch aufrecht erhalten, daß das gasförmige Kältemittel 16 durch eine Entlüftungsleitung 54 entlüftet wird, die an den Turmabschnitt 14 angeschlossen ist. Das Ablüften wird gesteuert durch ein magnetbetätigtes Abschaltventil 56 in der Entlüftungsleitung 54, das zum Öffnen durch eine Niveausteuerschaltung 58 beaufschlagt wird, vorzugsweise einer Flüssigkeitsniveausteuerung, die durch KAY-RAY/SENSALL Inc., 523 Townline Road, Suite 4, Hauppauge, NY 11788 hergestellt wird. Wenn der Pegel der flüssigen Phase des Kältemittels 16 unter die Mittelachse des Kältemittel-Aufnahme/Abgabe-Abschnitts 12 abfällt, läßt ein Flüssigkeitsniveau-Fühler 60, vorzugsweise ein ebenfalls von KAY-RAY SENSALL Inc. gefertigter Ultraschall-Niveaufühler die Niveausteuerschaltung 58 das Abschaltventil 56 zum Öffnen beaufschlagen und das überschüssige gasförmige Kältemittel 16 ablüften. Zum Zweck der Systemstabilität sollte eine geringfügige Überdeckung zwischen der Höhe des oberen Endes des Überstromrohrs 50 über der Zentralachse des Kältemittel-Aufnahme/ Abgabe-Abschnitts 12 und des Flüssigkeitsniveaus unter der Zentralachse des Kältemittel-Aufnahme/Abgabe-Abschnitts 12 vorhanden sein, bei dem das Abschaltventil 56 beaufschlagt wird. Wie vorstehend erwähnt, kann das Kältemittel 16 in der Eingangsleitung 18 von willkürlicher Zusammensetzung sein, sollte jedoch vorzugsweise nicht einen geringerem Anteil als 50% haben. Wenn die Qualität des Kältemittels 16 abfällt, wird mehr Dampf durch die Entlüftungsleitung 54 entlüftet, um das Niveau des Kältemittels 16 zu halten. Wenn die Qualität des Kältemittels 16 steigt, wird mehr Flüssigkeit im Überstromrohr 50 verdampft, um das Niveau des Kältemittels 16 zu halten.
Der Kältemittel-Aufnahme/Abgabe-Abschnitt 12 und der Turmabschnitt 14 werden vorzugsweise aus üblichen Kupfer-Installationspaßstücken hergestellt. Die Größe der Paßstücke und damit das Volumen der Abschnitte 12 und 14 kann entsprechend den Kältemittel-Abgabe-Anforderungen für die beabsichtigte Anwendung der Vorrichtung 10 ausgewählt werden.
Wie dargestellt, enthält der Kältemittel-Aufnahme/Abgabe-Abschnitt 12 ein zentrales "T"-Paßstück 62 mit Schenkeln 64, 66 und 68. An der nach Darstellung linken Seite des Abschnitts 12 ist ein reduzierendes "T"-Paßstück 70 mit Schenkeln 72, 76 und 78 am Schenkel 72 und über ein Rohr 80 an einem Reduzierpaßstück 82 angeschlossen, das wiederum über ein Rohr 84 mit dem Schenkel 64 des "T"-Paßstücks 62 verbunden ist. An der nach Darstellung rechten Seite des Abschnitts 12 ist ein reduzierendes "T"-Paßstück 86 mit Schenkeln 88, 90 und 92 am Schenkel 88 an einem Reduzierpaßstück 94 angeschlossen, das wiederum über ein Reduzierpaßstück 96 am Schenkel 68 des "T"-Paßstücks 62 angeschlossen ist.
Das Überstromrohr 50 ist mit dem Schenkel 76 des reduzierenden "T"-Paßstücks 70 über eine Druckkupplung 96 verbunden. Ein Endstopfen 98 ist in eine Gewindekupplung 100 eingeschraubt, die mit dem Schenkel 78 des reduzierenden "T"-Paßstücks 70 verbunden ist.
Ein Rohr 102 ist mit rechtem Winkel am Rohr 80 angeschlossen, um den Niveaufühler 60 innerhalb des Kältemittel-Aufnahme/Abgabe-Abschnitts 12 anzubringen. Der Niveaufühler 60 wird am unteren Ende eines Rohres 104 eingeschraubt, das am oberen Ende des Rohres 102 durch ein Druckpaßstück 106 angeschlossen ist.
Es wird besonders auf Fig. 2 verwiesen: die dort dargestellten Prallplatten 108 und 110 sind innerhalb des Rohrs 80 an einander gegenüberliegenden Seiten des Niveaufühlers 60 angeschlossen, um ein unnötiges Entlüften des gasförmigen Kältemittels 16 in der Entlüftungsleitung 54 zu verhindern, um ein Aufspritzen des flüssigen Kältemittels 16 daran zu hindern, eine falsche niedrige Höhenanzeige der Gas/Dampf-Trennfläche 20 zu erzeugen. Derartige Spritzer können durch die rasche Ausdehnung des flüssigen Kältemittels 16 innerhalb des Überstromrohrs 50 oder durch Wellenbewegung des flüssigen Kältemittels 16 erzeugt werden, die durch Anheben und Absenken des bewegbaren Endabschnitts 26 der Auslaßleitung 22 verursacht wird. In dieser Hinsicht ist jede Prallplatte 108 und 110 von scheibenartiger Ausgestaltung mit weggenommenem oberem Abschnitt, um so eine obere Kante 111 mit Abstand unter der Innenseite des Kältemittel-Aufnahme/Abgabe-Abschnitts 12 für den freien Durchlaß des gasförmigen Kältemittels 16 zu bilden, und jede Platte besitzt eine Vielzahl von Durchbrüchen 112, um flüssiges Kältemittel 16 mit verringerter Strömungsrate durchtreten zu lassen. Damit wirken die Prallplatten 108 und 110 als Hindernisse, wobei die Prallplatte 108 als ein Hindernis für Spritzer von dem Überstromrohr 50 wirkt und die Prallplatte 110 als ein Hindernis gegen Spritzer dient, die durch das Anheben und Ablassen des bewegbaren Endabschnitts 26 entstehen. Beide Prallplatten 108 und 110 sind mit zentralen länglichen oder ovalen Durchbrüchen 118 versehen, deren Zweck später besprochen wird.
Die Einlaßleitung 18 ist mit dem Schenkel eines reduzierenden "T"-Paßstücks 26 über eine Druckkupplung 122 verbunden. Der Auslaßabschnitt 24 der Auslaßleitung 22 ist mit der Druckkupplung 124 verbunden, die wiederum durch eine Druckkupplung 126 an dem Schenkel 92 des reduzierenden "T"-Paßstücks 86 angeschlossen ist. Die Druckkupplung 124 kann entfernt werden, um die Auslaßleitung 22 von dem Kältemittel-Aufnahme/Abgabe-Abschnitt 12 abzunehmen. Nach Ersatz der Auslaßleitung 22 wird der Endstopfen 98 entfernt, und ein nicht dargestellter Stab kann durch die Öffnungen 118 der Prallplatten 108 und 110 durchgeschoben werden, um beim Manipulieren des Endabschnitts 24 Unterstützung zu leisten, um diesen in die Drahtschleife 32 des Stabes 30 einzuführen. Der Turmabschnitt 14 enthält eine Rohrverbindung 128, welche ein unteres und ein oberes reduzierendes Paßstück 130 bzw. 132 miteinander verbindet. Das untere reduzierende Paßstück 130 ist mit einer Befestigungsplatte 134 zum Anbringen des Magneten 28' versehen und mit dem Schenkel 66 des "T"-Paßstücks 62 über ein Rohr 136 verbunden. Vorzugsweise ist das Rohr 136 in der Größe so bemessen, daß der Magnet 28 sich etwa 15,24 cm über der Flüssig/Gas-Trennfläche 20 befindet, um ein Einfrieren des Magneten 28' zu verhindern. Ein "T"-Paßstück 138 ist mit einem Schenkel 140 desselben an dem oberen Reduktionspaßstück 130 angeschlossen und eine an einem Schenkel 144 des "T"-Paßstücks 138 angeschlossene Drahteinführung 142 ist zum Einführen von Drähten in den Turmabschnitt 14 vorgesehen. Ein Druckentlastungsventil 146 ist an einem Schenkel l48 des "T"-Paßstücks 138 angeschlossen, um zu verhindern, daß Überdruck entweder den Turmabschnitt 14 oder den Kältemittel-Aufnahme/Abgabe-Abschnitt 12 zerstört.
Wie besonders in Fig. 3 gezeigt, ist eine ringförmige Führungsplatte 150 innerhalb des unteren Endes des Rohrs 136 vorgesehen und dient als Führung für den Stab 30. Zu diesem Zweck besitzt die Führungsplatte 150 eine Zentralöffnung 152, durch welche der Stab 30 hindurchtritt, und ein Paar außenliegende Öffnungen 154 als Durchlaß für gasförmiges Kältemittel 16 in den Turmabschnitt 14. Zusätzlich kann ein Bund 155 an dem Stab 30 vorhanden sein, um die Abwärtsbewegung des bewegbaren Endabschnitts 26 der Auslaßleitung 22 durch die Anlage an der Führungsplatte 150 zu begrenzen.

Claims

1. Vorrichtung, um ein Kältemittel (16), wahlweise in Flüssigphase, Gasphase oder als ein vorbestimmtes Gemisch der Flüssig- und der Gasphase abzugeben, welche Vorrichtung ein Druckgefäß (10) mit einem Einlaß (18) zum Aufnehmen des Kältemittels (16) innerhalb des Druckgefäßes (10) umfaßt,

gekennzeichnet durch:

Mittel (50, 54, 60), um das Kältemittel (16) innerhalb des Druckgefäßes (10) so zu halten, daß eine Flüssig/Dampf- Trennfläche (20) innerhalb des Druckgefäßes (10) erzeugt wird;

Leitungsmittel (22), das in das Druckgefäß reicht und einen zur Bewegung über und unter die Flüssig/Dampf-Trennfläche (20) ausgelegten Abschnitt (26) besitzt; und an dem Abschnitt (26) angeschlossenes Betätigungsmittel (28') zum wahlweisen Bewegen des Abschnitts (26) über bzw. unter die Flüssig/Dampf-Trennfläche (20) mit eingestellten Zeitabständen in der Weise, daß der bewegbare Abschnitt (26) die Flüssigphase, die Gasphase oder ein vorbestimmtes Gemisch dieser Phasen des Kältemittels (16) von dem Druckgefäß (10) in zu den eingestellten Zeitlängen proportionalen Mengen abgibt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitungsmittel (22) weiter einen Auslaßabschnitt (24) und einen flexiblen Zentralabschnitt (28) umfaßt, der den bewegbaren Abschnitt (26) mit dem Auslaßabschnitt (24) verbindet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungsmittel umfaßt einen Magneten (28') mit einem Betätigungsarm (36);

einen Stab (30), um den Betätigungsarm (36) mit dem bewegbaren Abschnitt (26) zu verbinden; und

Zeitsteuermittel (38), das an dem Magneten (28') zum Beaufschlagen des Magneten zum Anheben und Ablassen des bewegbaren Abschnitts (26) über bzw. unter die Flüssig/Dampf- Trennfläche (20) während der eingestellten Zeitlängen angeschlossen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckgefäß (10) einen horizontalen Kältemittel-Aufnahme/Abgabe-Abschnitt (12) umfaßt, innerhalb dessen die Flüssig/Dampf-Trennfläche (20) aufrecht erhalten wird und das Leitungsmittel (22) sich erstreckt; und einen mit dem Kältemittel-Aufnahme/Abgabe-Abschnitt (12) in "T"-artiger Gestaltung verbundenen vertikalen Turmabschnitt (14), der den Magneten (28') in einer vorgewählten Höhe über der Flüssigphase des Kältemittels (16) hält, welche ausreicht, ein Einfrieren des Magneten (28') zu verhindern.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein in der Leitung befindliches Abschaltventil (46) mit dem Leitungsmittel (22) verbunden ist und durch das Betätigungsmittel gesteuert wird, um die Zulieferung der Gasphase des Kältemittels (16) von dem Leitungsmittel (22) zu unterbrechen, wenn der bewegbare Abschnitt (26) sich über der Flüssig/Dampf-Trennfläche (20) befindet.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Aufrechterhalten der Flüssig/Dampf-Trennfläche (20) umfaßt eine Entlüftungsleitung 54), die an dem Druckgefäß (10) angeschlossen ist, mit einem automatisch betätigten in der Leitung enthaltenen Abschaltventil (56);

einen innerhalb des Druckgefäßes (10) angebrachten Niveaufühler, um die Höhe der Flüssigphase des Kältemittels (16) innerhalb des Druckgefäßes zu erfassen;

mit dem Niveaufühler (60) und dem Abschaltventil (56) verbundenes Niveau-Steuermittel (58) zum automatischen Öffnen des Abschaltventils (56), wenn das Niveau der Flüssigphase des Kältemittels (16) unter eine vorbestimmte Höhe abfällt;

ein in das Druckgefäß (10) so vorstehendes Überströmrohr (50), daß ein Ende desselben im wesentlichen am Niveau der vorbestimmten Höhe ist; und

mit dem anderen Ende des Überstromrohres (50) außerhalb des Druckgefäßes (10) so verbundenes Heizmittel (52), daß dann, wenn das Niveau der Flüssigphase des Kältemittels (16) sich über der vorbestimmten Höhe befindet, sie in das Überstromrohr (50) einströmt und durch das Heizmittel (52) aufgeheizt und dadurch verdampft wird, um die Gasphase des Kältemittels (16) innerhalb des Druckgefäßes (10) zu vermehren.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungsmittel (28') den bewegbaren Abschnitt (26) über und unter der Flüssig/Dampf-Trennfläche (20) oszillieren läßt, um eine Zweiphasen-Strömung durch das Leitungsmittel (22) auszubilden, wobei die Oszillationsbewegung eine Periode besitzt, die definiert ist durch die Summe aus ersten und zweiten Zeitlängen, während denen sich der bewegbare Abschnitt (26) jeweils über bzw. unter der Flüssig/Dampf-Trennfläche (20) befindet, wobei die Zweiphasen-Strömung die Gas- und die Flüssigphase des Kältemittels (16) in Durchschnittsmengen enthält, die proportional zu den ersten und zweiten Zeitlängen sind, und daß eine Steuerung (38') vorgesehen ist mit Registriermittel zum Registrieren mindestens einer Reihe aus ersten und zweiten Zeitlängen, und Betätigungsmittel (28'), die auf das Registriermittel zum Beaufschlagen des betätigbaren Bewegungsmittels reagieren, um den bewegbaren Abschnitt (26) in der Oszillationsbewegung mit der Periode zu bewegen, wodurch ein Erhöhen der ersten Zeitlänge die Durchschnittsmenge der in der Zweiphasenströmung enthaltenen Gasphase des strömenden Kältemittels (16) erhöht und andererseits ein Erhöhen der zweiten Zeitlänge die durchschnittliche Menge der Flüssigform des in der Zweiphasenströmung enthaltenen strömenden Kältemittels (16) erhöht, um abwechselnd das Kühlpotential des gelieferten strömenden Kältemittels zu vermindern bzw. zu erhöhen und so zu regeln.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der flexible Zentralabschnitt (28) einen extrudierten Stahlbalg umfaßt.

9. Verfahren zum Regeln des Kühlpotentials eines strömenden Kältemittels unter Benutzung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch die Schritte: das strömende Kältemittel wird in Flüssig- und Gasphase getrennt, welche jeweils gasförmiges Kältemittel (16) mit einem niedrigen Kühlpotential bzw. Kältemittel in Flüssigform mit einem hohen Kühlpotential enthält;

es wird eine erste Massenströmungsrate der Gasform des Kältemittels und eine zweite Massenströmungsrate der Flüssigform des Kältemittels erzeugt;

die erste und die zweite Massenströmungsrate werden in einer Zweiphasen-Strömung kombiniert, welche die Flüssigund die Gasform des Kältemittels enthält;

das Kältemittel wird als die Zweiphasenströmung abgegeben;

und das Kühlpotential des gelieferten Kältemittels wird reguliert durch Erhöhen der in der Zweiphasenströmung enthaltenen Menge der Gasform des strömenden Kältemittels, um sein Kühlpotential zu vermindern, und damit abwechselnd durch Erhöhen der in der Zweiphasen-Strömung enthaltenen Menge der Flüssigform des strömenden Kältemittels, um sein Kühlpotential zu erhöhen.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Kältemittel (16) von einem Druckgefäß (10) als Zweiphasenströmung abgegeben wird durch Leitungsmittel (22) mit einem bewegbaren Abschnitt (26), der innerhalb des Druckgefäßes (10) gelegen und dazu ausgelegt ist, sich über und unter die Flüssig/Dampf-Trennfläche (20) zu bewegen; wobei die erste und die zweite Massenströmungsrate erzeugt wird durch Anheben bzw. Absenken des bewegbaren Abschnitts (26) über bzw. unter die Flüssig/Dampf- Trennfläche (20);

die erste und die zweite Massenströmungsrate kombiniert wird, um die Zweiphasenströmung zu erzeugen durch Oszilieren des bewegbaren Endabschnitts (26) über und unter die Flüssig/Dampf-Trennfläche (20) mit einer Periode, die definiert ist durch eine Summe aus ersten und zweiten Zeitlängen, in welchen der bewegbare Endabschnitt (26) sich über bzw. unter der Flüssig/Dampf-Trennfläche (20) befindet;

die in dem gelieferten Kältemittel vorhandenen Mengen der Flüssig- und Gasformen des Kältemittels (16) jeweils proportional zur Länge des ersten bzw. zweiten Zeitabschnitts sind; und

das Kühlpotential des gelieferten Kältemittels durch Erhöhen der ersten Zeitlänge vermindert und durch Erhöhen der zweiten Zeitlänge erhöht wird.