PL180087B1 - Urzadzenie dostarczajace ciecz kriogeniczna PL PL PL PL PL PL PL - Google Patents

Abstract

1. Urzadzenie dostarczajace ciecz krioge- niczna, sluzace do dostarczania cieczy kriogeni- cznej w stanie nasyconym, znamienne tym, ze zawiera pojemnik (10) cieczy kriogenicznej, przy czym pojemnik ten posiada przestrzen glówna (12), i dolny wlot (16) cieczy kriogenicznej, oraz kanal wylotowy (18) pary z przestrzeni glównej (12), i wlot (20) pary do przestrzeni glównej (12), oraz urzadzenie umozliwiajace wymiane ciepla na drodze posredniej miedzy para a strumieniem cieczy, umieszczone wewnatrz glównej przestrze- ni (12), przy czym kanal wylotowy (40) cieczy polaczony jest z urzadzeniem wymieniajacym cieplo, a poza tym urzadzenie posiada rozgaleziona instalacje (44) posiadajaca czesc (46) polaczona z dolnym wlotem (16) cieczy, oraz czesc (48) polaczona z przestrzenia glówna (12), oraz pod- grzewacz czesci (48) rozgalezionej instalacji (44). PL PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie dostarczające ciecz kriogeniczną, służące do dostarczania cieczy kriogenicznej będącej w stanie nasyconym.

Znane jest urządzenie wykorzystujące ciecz kriogeniczną do chłodzenia plastikowych elementów wykonanych techniką wtryskową, po tym jak zostaną ukształtowane. W wielu przykładach

180 087 układów zaprojektowanych do tego typu urządzeń, przepływ cieczy kriogenicznej w każdym cyklu chłodzenia jest sterowany przez zawór sterujący, który jest otwierany we wcześniej określonych odstępach czasowych. Dwufazowa forma przepływu cieczy kriogenicznej posiada mniejszy potencjał chłodzący niż przechłodzona ciecz kriogeniczna. Co więcej, ilość przechłodzonej cieczy kriogenicznej, która jest dostarczana do danego przekroju zaworu jest większa niż objętość cieczy kriogenicznej dostarczonej jako przepływ dwufazowy, w związku ze zwiększoną gęstością przechłodzonej cieczy kriogenicznej. Gdy potencjał chłodzący cieczy kriogenicznej zmienia się wraz ze zmianąjej fizycznego stanu, nie tylko plastikowe elementy nie będą chłodzone w wystarczający sposób, ale także zmarnowana będzie ciecz kriogeniczna.

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie dostarczające ciecz kriogeniczną, służące do dostarczania cieczy kriogenicznej w stanie nasyconym, które zawiera pojemnik cieczy kriogenicznej, przy czym pojemnik ten posiada przestrzeń główną i dolny wlot cieczy kriogenicznej, oraz kanał wylotowy pary z przestrzeni głównej, i wlot pary do przestrzeni głównej, oraz urządzenie umożliwiające wymianę ciepła na drodze pośredniej między parą a strumieniem cieczy, umieszczone wewnątrz głównej przestrzeni. Kanał wylotowy cieczy połączony jest z urządzeniem wymieniającym ciepło. Poza tym urządzenie posiada rozgałęzioną instalację posiadającą część połączoną z dolnym wlotem cieczy, oraz część połączoną z przestrzenią główną, oraz podgrzewacz części rozgałęzionej instalacji. Korzystnie, urządzenie umożliwiające wymianę ciepła, na drodze pośredniej między parą a strumieniem cieczy stanowi wymiennik ciepła umieszczony wewnątrz przestrzeni głównej, połączony z rurą doprowadzającą, usytuowaną pionowo w pojemniku.

Podgrzewacz części rozgałęzionej instalacji stanowi elektryczna spirala grzejna połączona poprzez sterownik z czujnikiem górnego i dolnego poziomu cieczy i ze źródłem energii elektrycznej, przy czym sterownik połączony jest ze zdalnie sterowanym zaworem usytuowanym w kanale wylotowym pary.

Korzystnie, elektryczna spirala grzejna jest usytuowana poniżej czujnika górnego poziomu cieczy.

Zakończenie rury doprowadzającej wymiennika ciepła, umieszczonego wewnątrz przestrzeni głównej zbiornika, usytuowane jest w dolnej części zbiornika.

Zdalnie sterowany zawór, usytuowany w kanale wylotowym pary połączony jest poprzez sterownik również z czujnikiem górnego poziomu cieczy.

Elektryczna spirala grzejna, podgrzewająca cześć rozgałęzionej instalacji jest usytuowana poniżej czujnika dolnego poziomu cieczy w zbiorniku.

Korzystnie, podgrzewacz części rozgałęzionej instalacji stanowi elektryczna spirala grzejna w postaci grzałki elektrycznej.

Urządzenie dostarczające ciecz kriogenicznąwedług wynalazku służy jako łącznik i umieszczone jest pomiędzy źródłem ciekłej substancji kriogenicznej, która jest dostarczana, a urządzeniem, w którym ciecz kriogeniczna jest używana. Łącznik ten zapewnia, że ciecz kriogeniczna jest wykorzystywana w stanie nasyconym.

W praktyce, urządzenie doprowadzające ciecz kriogeniczną zgodne z wynalazkiem posiada własną rozgałęzioną linię dostarczającą ciecz kriogeniczną, połączoną ze źródłem ciekłego azotu. W przypadku, gdy ciekły azot znajduje się w dwóch stanach fazowych, wtedy urządzenie dostarczające ciecz kriogeniczną może służyć po prostu do oddzielania faz na fazę ciekłą i gazową, a nadmiar par zostanie odprowadzony z pojemnika. Jeśli jednak pojemnik, w którym znajduje się ciekły azot został wypełniony i ilość przechłodzonej cieczy wewnątrz pojemnika szybko wzrosła, wtedy wymiennik ciepła może służyć do wymiany ciepła pomiędzy parami w głównej przestrzeni, a przechłodzonym cieczą, który zmienia się w ciecz nasyconą po odprowadzeniu z pojemnika.

W przypadku gdy przechłodzona ciecz jest dostarczana i używana, poziom cieczy wewnątrz pojemnika będzie się podnosił. W celu uzupełnienia par, które zostały odprowadzone z pojemnika, pary są dostarczane do głównej przestrzeni pojemnika przez podgrzewaną gałąź linii dostarczającej pary. Można zauważyć, że proste podgrzewanie tylko strumienia cieczy (w prze4

180 087 ciwieństwie do całości cieczy zawartej w pojemniku), może zminimalizować zapotrzebowanie energetyczne grzałki. Podgrzewanie jest utrzymywane na stałym poziomie, gdy zapotrzebowanie się nie zmienia, lub może być proporcjonalne do zużywanej cieczy. Działanie grzałki może być częścią procesu okresowego i w takim przypadku, uwalniane pary będą powodowały przepływ wsteczny cieczy przez gałąź linii dostarczającej.

Należy zauważyć, że termin „ciecz kriogeniczna” w formie w jakiej został użyty wyżej oraz w zastrzeżeniach patentowych oznacza skroplony gaz atmosferyczny taki jak azot, ciekłe powietrze, inną zimną płynną substancję, która w standardowych warunkach miałaby postać gazową.

Przedmiot wynalazku został przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, który przedstawia schemat urządzenia według wynalazku.

Rysunek przedstawia urządzenie 1 dostarczające ciecz kriogeniczną według wynalazku. Urządzenie 1 dostarczające ciecz kriogeniczną zawiera pojemnik 10, w którym znajduje się ciecz kriogeniczna w fazach płynnej i gazowej. Faza gazowa znajduje się wewnątrz przestrzeni głównej 12 pojemnika 10. Ciecz kriogeniczna wprowadzana jest do dolnej części 14 pojemnika 10, przez dolny wlot 16. Kanał wylotowy 18, służy do odprowadzania par z przestrzeni głównej 12 pojemnika 10. Wlot 20 przestrzeni głównej służy do wprowadzania par do przestrzeni głównej 12 pojemnika 10.

Jeżeli ciecz kriogeniczna jest dostarczana do pojemnika 10 w postaci dwufazowego przepływu, wtedy pojemnik 10 będzie działał jako rozdzielacz faz, rozdzielający ciecz kriogeniczna na fazę płynnąi fazę gazową. W tym przypadku, zależnie od tego, czy pary mająbyć dostarczane do procesu, nadmiar par jest okresowo usuwany z urządzenia przez kanał wylotowy 18. Dla przypadku gdy ciecz jest przechłodzona, wprowadzone zostały środki umożliwiające pośrednią wymianę pomiędzy parami umieszczonymi wewnątrz przestrzeni głównej, a strumieniem utworzonym przez fazę płynną. Środkiem tym jest wymiennik ciepła 22 umieszczony wewnątrz przestrzeni głównej 12. Wymiennik ciepła 22 jest utworzony z użebrowanych rur 24, które sąułożone w zespoły 26,28,30 i 32, połączone ze sobąłącznikami 34 i 36, w kształcie litery U. Ciecz jest wprowadzana do wymiennika ciepła przez rurę 38, która jest połączona sekcją 26 poprzez wygięte pod kątem 90° kolanko, które to na rysunku zostało przecięte w celu lepszej ilustracji konstrukcji. Jak można zauważyć, wymiennik ciepła 22, może być skonstruowany na wiele różnych sposobów, włączając zwykły wygięty kawałek rury. Wymiennik ciepła 22 skrapla pary wewnątrz przestrzeni głównej, przez co przekształca ciecz przechłodzoną w ciecz nasyconą. Ciecz nasycona jest odprowadzana z pojemnika 10 przez kanał wylotowy 40.

Pojemnik 10 wyposażony jest w wystający element 42, wewnątrz którego znajduje się zakończenie rury doprowadzającej 3 8, oraz wlot 16 cieczy. Wystający element 42 umożliwia usytuowanie zakończenia rury doprowadzającej 38 poniżej poziomu dolnego wlotu 16 cieczy, co uniemożliwia parom przedostanie się do wymiennika ciepła w przypadku, gdy wprowadzana ciecz znajduje się w postaci dwufazowego przepływu. Wystający element 42 jest zalecany jako opcjonalny element urządzenia 1 dostarczającego ciecz kriogeniczną.

Poziom cieczy będzie wzrastał wewnątrz urządzenia 1 dostarczającego ciecz kriogeniczną, wraz z procesem przekształcania cieczy przechłodzonej w ciecz nasyconą lub wraz ze wzrostem ilości odprowadzonych par przez kanał wylotowy 18. Można zauważyć, że pewne zastosowania dodatkowo wymagają obecności par, które muszą w tym przypadku być ponownie wprowadzone. W celu zwiększenia ilości par wewnątrz przestrzeni głównej 12, zastosowana została rozgałęziona linia dostarczająca 44, posiadająca część 46 doprowadzającą fazę ciekłą, połączoną z dolnym wlotem cieczy 16 tak, że ciecz przepływa do pojemnika 10, oraz część 48 doprowadzającą fazę gazową, połączoną z wlotem 20 przestrzeni głównej. Podgrzewacz przedstawiony jako spirala grzejna 50, jest zasilany ze źródła energii elektrycznej 52, i ciepło przenika do cieczy przekształcając ją w parę. Zauważyć można, że grzałka elektryczna nie jest jedynym sposobem podgrzewania części 48, przenoszącej pary. Na przykład, do tego samego celu, może zostać użyte ciepło z innych źródeł grzewczych. Można zauważyć, że poziom cieczy w części 48

180 087 /

linii doprowadzającej będzie taki sam jak poziom cieczy w wewnątrz pojemnika, tak więc nie trzeba stosować żadnych aktywnych środków dostarczających ciecz do grzałki 50.

Nie mniej, tak jak to wskazano powyżej, energia może być dostarczana ciągle do spirali grzejnej 50, a w opisanym przykładzie wykonania, działanie spirali grzejnej 50 jest automatycznie sterowane w zależności od poziomu cieczy wewnątrz pojemnika 10. Tak więc, zastosowano czujnik poziomu 53, określający górny poziom cieczy wewnątrz pojemnika. Górny poziom cieczy oznaczono literą „A”. Dolny poziom cieczy, oznaczony literą „B” jest wykrywany przez czujnik poziomu 54. Czujniki poziomu 53 i 54 są „punktowymi czujnikami poziomu”, które są zaprojektowane tak, aby generowały sygnał, gdy poziom cieczy osiągnie poziom „A” lub spadnie poniżej poziomu „B”. Oczywiste jest, że do tego celu można zastosować termopary, lub czujniki elektromechaniczne i tym podobne. Ponadto, chociaż nie zostało to przedstawione, czujniki poziomu 53 i 54 mogą być umieszczone we wnękach, aby uchronić wskazania czujników od zniekształcenia poprzez ruchy cieczy wewnątrz pojemnika 10. Alternatywnie, można zastosować czujnik mierzący ciągle poziom cieczy, taki jak czujnik pojemnościowy, może on zastąpić oba czujniki poziomu 53 i 54.

Połączenie elektryczne 55 zastosowano w celu połączenia czujnika poziomu 53 ze sterownikiem 56. Podobne połączenie elektryczne 57 łączy czujnik poziomu 54 ze sterownikiem 56. Sterownik 56 jest wykonany jako sterownik analogowy bądź też, jako sterownik z programowanym zestawem funkcji logicznych. Gdy poziom cieczy wzrośnie do poziomu „A”, sterownik 56, odpowiednio do wskazań górnego czujnika poziomu 53, włącza przepływ prądu wytworzonego przez źródło energii elektrycznej, nagrzewającego spiralę grzejną 50. Powoduje to parowanie cieczy i przepływ par do przestrzeni głównej 12. W przypadku gdy poziom cieczy spadnie poniżej poziomu „B”, sterownik 56, działa w wyniku wskazań dolnego czujnika poziomu 54, uruchamia zdalnie sterowany zawór 60 połączony z wylotem 18 odprowadzającym pary, w celu odprowadzenia par. Zdalnie sterowany zawór 60 jest połączony ze sterownikiem 56 poprzez połączenie elektryczne 62. W ten sposób poziom cieczy będzie stale utrzymywany wewnątrz przedziału określonego przez jego wysokość, która jest określona poprzez poziomy „A” i „B”. Korzystnie jest gdy, spirala grzejna 50 lub jakiekolwiek inne źródło ciepła zostanie umieszczone na części linii doprowadzającej 48, w ten sposób że znajduje się poniżej poziomu „A” tak, aby uniknąć oddziaływania na przegrzane pary uwolnione z cieczy. Co więcej w szczególności, spirala grzejna 50 jest umieszczona poniżej poziomu „B”.

Sterownik 56 może być także użyty do odprowadzania cieczy w odpowiedzi na zapotrzebowanie procesu. Z tego powodu, zdalnie sterowany zawór 64 jest przedstawiony jako połączony z kanałem wylotowym 40 odprowadzającym ciecz. Zdalnie sterowany zawór 64 jest elektrycznie połączony poprzez połączenie elektryczne 66, ze sterownikiem 56. W zależności od zapotrzebowania procesu, mogą być wprowadzone dodatkowe wyloty lub otwory odprowadzające ciecz lub pary.

180 087

PŁYN A PARA

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz.

Cena 2,00 zł.

Claims (11)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Urządzenie dostarczające ciecz kriogeniczną, służące do dostarczania cieczy kriogenicznej w stanie nasyconym, znamienne tym, że zawiera pojemnik (10) cieczy kriogenicznej, przy czym pojemnik ten posiada przestrzeń główną(12), i dolny wlot (16) cieczy kriogenicznej, oraz kanał wylotowy (18) pary z przestrzeni głównej (12), i wlot (20) pary do przestrzeni głównej (12), oraz urządzenie umożliwiające wymianę ciepła na drodze pośredniej między parą a strumieniem cieczy, umieszczone wewnątrz głównej przestrzeni (12), przy czym kanał wylotowy (40) cieczy połączony jest z urządzeniem wymieniającym ciepło, a poza tym urządzenie posiada rozgałęzioną instalację (44) posiadającą część (46) połączoną z dolnym wlotem (16) cieczy, oraz część (48) połączonąz przestrzenią główną_ (12), oraz podgrzewacz części (48) rozgałęzionej instalacji (44).
2. 2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że urządzenie umożliwiające wymianę ciepła, na drodze pośredniej między parą a strumieniem cieczy stanowi wymiennik ciepła (22) umieszczony wewnątrz przestrzeni głównej (12), połączony z rurą doprowadzającą (3 8), usytuowaną pionowo w pojemniku (10).
3. 3. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że podgrzewacz części (48) rozgałęzionej instalacji (44) stanowi elektryczna spirala grzejna (50).
4. 4. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że podgrzewacz części (48) rozgałęzionej instalacji (44), w postaci elektrycznej spirali grzejnej (50) połączony jest poprzez sterownik (56) z czujnikiem górnego poziomu (53) cieczy.
5. 5. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że elektryczna spirala grzejna (50), podgrzewająca część (48) rozgałęzionej instalacji (46) jest połączona ze źródłem energii elektrycznej (52).
6. 6. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że elektryczna spirala grzejna (50) jest połączona poprzez sterownik (56) z czujnikiem dolnego poziomu (54) cieczy, przy czym sterownik (56) połączony jest ze zdalnie sterowanym zaworem (60) usytuowanym w kanale wylotowym (18) pary.
7. 7. Urządzenie według zastrz. 6, znamienne tym, że elektryczna spirala grzejna (50) jest usytuowana poniżej czujnika górnego poziomu (53) cieczy.
8. 8. Urządzenie według zastrz. 2, znamienne tym, że zakończenie rury doprowadzającej (38) wymiennika ciepła (22), umieszczonego wewnątrz przestrzeni głównej (12) zbiornika (10) usytuowane jest w dolnej części (14) zbiornika (10).
9. 9. Urządzenie według zastrz. 6, znamienne tym, że zdalnie sterowany zawór (60) usytuowany w kanale wylotowym (18) pary połączony jest poprzez sterownik (56) również z czujnikiem górnego poziomu (53) cieczy.
10. 10. Urządzenie według zastrz. 6, znamienne tym, że elektryczna spirala grzejna (50), podgrzewająca część (48) rozgałęzionej instalacji (46) jest usytuowana poniżej czujnika dolnego poziomu (54) cieczy w zbiorniku (10).
11. 11. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że podgrzewacz części (48), rozgałęzionej instalacji (44) stanowi elektryczna spirala grzejna (50) w postaci grzałki elektrycznej.