PL216819B1 - Sposób otrzymywania strumienia zimnych gazów oraz urządzenie do otrzymywania strumienia zimnych gazów - Google Patents

Abstract

Strumień powietrza atmosferycznego (10) miesza się ze strumieniem odparowanego gazu kriogenicznego (12), zaś przepływ powietrza atmosferycznego (10) i przepływ odparowanego gazu kriogenicznego (12) reguluje się w zależności od żądanej temperatury strumienia roboczego na wyjściu końcówki roboczej (15). Ciekły gaz kriogeniczny (1) odparowuje się w wymienniku ciepła (13) za pomocą strumienia powietrza atmosferycznego (10), po czym strumień schłodzonego powietrza atmosferycznego (11), który w wymienniku ciepła (13) oddał swoje ciepło na odparowanie ciekłego gazu kriogenicznego (1), miesza się ze strumieniem odparowanego gazu kriogenicznego (12) i kieruje do końcówki roboczej (15). Urządzenie do otrzymywania strumienia zimnych gazów, posiadające izolowany termicznie zbiornik (2) z ciekłym gazem kriogenicznym (1) doprowadzanym przez zawór (4a) do wymiennika ciepła (13) oraz rury zasilające (7), zawory (4b, 4c) i kanał dolotowy (27) powietrza atmosferycznego z pierwszą komorą mieszania (16) połączoną z końcówką roboczą (15) poprzez rurowy przewód kriogeniczny (14). Zgodnie z wynalazkiem, wewnątrz kanału dolotowego (27) powietrza atmosferycznego (10) jest umieszczona wężownica (8) z króćcem wylotowym (19) odparowanego gazu kriogenicznego (12) znajdującym się w komorze mieszania (16), zaś króciec wylotowy (26) pierwszej komory mieszania (16) połączony jest z końcówką roboczą (15) poprzez rurowy przewód kriogeniczny (14).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania strumienia zimnych gazów oraz urządzenie do otrzymywania strumienia zimnych gazów do miejscowego oziębiania powierzchni, za pomocą nadmuchu zimnym gazem. Wynalazek ma zastosowanie w krioterapii oraz w innych dziedzinach techniki na przykład do uzyskiwania połączeń skurczowych przy montażu części maszyn.

Znane są sposoby i urządzenia do oziębiania powierzchni poprzez odparowywanie cieczy lub poprzez nadmuch zimnego gazu. Najczęściej czynnikiem roboczym jest ciekły azot (LN2) o temperaturze wrzenia - 196°C lub dwutlenek węgla (CO2) o temperaturze wrzenia -70°C.

Znany sposób otrzymywania strumienia gazu o temperaturze poniżej -100°C przy użyciu ciekłego azotu polega na pobieraniu ze zbiornika z ciekłym azotem, gazowego azotu uzyskiwanego przez odparowanie cieczy za pomocą grzałki elektrycznej. Aby zapewnić dostateczną intensywność parowania, stosuje się grzałki o mocy rzędu 1000 W. Azot w postaci gazowej przesyła się izolowanym przewodem do końcówki roboczej, za pomocą której kieruje się go na wybrane miejsca.

W innym znanym sposobie azot w postaci ciekłej pobiera się ze zbiornika i przesyła się go izolowanym przewodem do dyszy rozpylającej, a następnie odparowuje się w końcówce roboczej i kieruje na schładzane miejsca. Wymagane nadciśnienie w zbiorniku rzędu 0,05 MPa uzyskuje się przy wykorzystaniu grzałki elektrycznej zanurzonej w ciekłym azocie. Odpowiednia nasadka zapewnia podsysanie powietrza z otoczenia i jego intensywne mieszanie z rozpylanym ciekłym azotem. Na wylocie nasadki uzyskuje się strumień gazu o odpowiednio niskiej temperaturze.

Przy stosowaniu pierwszego z opisanych sposobów następuje bardzo duże zużycie ciekłego azotu gdyż, jako czynnik schładzający wykorzystywany jest wyłącznie azot. Ponadto konieczność stosowania grzałki o mocy zapewniającej odparowanie odpowiedniej ilości azotu powoduje zużycie energii elektrycznej.

Podstawowe wady znanego sposobu opisanego jako drugi, to długi czas oczekiwania na osiągnięcie przez strumień gazu żądanej temperatury, trudność osiągnięcia temperatury poniżej -120°C, duża zmienność temperatury i prędkości wypływającego gazu. Istnieje także niebezpieczeństwo w wypływu nieodparowanych kropli azotu, mogących powodować efekt tak zwanego oparzenia.

Wadą obu opisanych sposobów jest także brak możliwości wykorzystania całej ilości ciekłego azotu znajdującego się w zbiorniku. Wynika to z faktu, że w obu przypadkach są stosowane grzałki elektryczne, które w trakcie pracy, aby nie ulec przepaleniu, muszą być całkowicie zanurzone w ciekłym azocie.

Z polskiego opisu zgłoszenia patentowego nr 289451 znane jest urządzenie nadmuchowe stosowane w krioterapii. Urządzenie to posiada zbiornik ciekłego azotu, wytwornicę gazu, giętki przewód zasilający, krioaplikator stanowiący podwójnie zagięty rurowy przewód, którego zakończenie wlotowe i zakończenie wylotowe są względem siebie równoległe i przeciwnie skierowane.

Znany jest również z polskiego opisu patentowego nr 134249 przenośny przyrząd kriogeniczny. Przyrząd ten składa się z przenośnego izolowanego zbiornika skroplonego gazu, w którym jest zainstalowany wymiennik ciepła kierujący pary gazu nad powierzchnię skroplonego gazu znajdującego się w zbiorniku. Przez szyjkę zbiornika jest wyprowadzona jedna rurka zakończona zaworem bezpieczeństwa oraz druga rurka zasilająca doprowadzająca czynnik chłodzący do giętkiego przewodu z dyszą aplikacyjną.

Celem wynalazku jest opracowanie takiego sposobu otrzymywania strumienia zimnych gazów, który wyeliminuje niedogodności znanych dotychczas sposobów, a w szczególności pozwoli na skrócenie czasu oczekiwania na osiągnięcie przez strumień gazu żądanej temperatury, pozwoli na osiągnięcie stabilnej temperatury poniżej 120°C, ustabilizuje prędkość wypływającego gazu oraz zmniejszy zużycie energii.

Zadanie to zrealizowano zgodnie z wynalazkiem poprzez opracowanie sposobu otrzymywania strumienia zimnych gazów, w którym miesza się ze sobą strumień powietrza atmosferycznego i strumień odparowanego gazu kriogenicznego, a przepływ powietrza atmosferycznego i przepływ odparowanego gazu kriogenicznego reguluje się w zależności od żądanej temperatury zmieszanego strumienia zimnych gazów na wyjściu, który charakteryzuje się tym, że ciekły gaz kriogeniczny odparowuje się w wymienniku ciepła za pomocą strumienia powietrza atmosferycznego, po czym strumień schłodzonego powietrza atmosferycznego, który w wymienniku ciepła oddał swoje ciepło na odparowanie ciekłego gazu kriogenicznego, miesza się ze strumieniem odparowanego gazu kriogenicznego i kieruje do końcówki roboczej.

PL 216 819 B1

Korzystnie do strumienia zimnych gazów, powstałych w wyniku zmieszania strumienia schłodzonego powietrza atmosferycznego z odparowanym strumieniem gazu kriogenicznego, w pierwszej komorze mieszania, wtryskuje się dyszą ciekły gaz kriogeniczny.

Korzystnie do strumienia zimnych gazów pomiędzy pierwszą komorą mieszania a końcówką roboczą, wtryskuje ciekły gaz kriogeniczny.

Korzystnie do strumienia powietrza atmosferycznego wtryskuje się ciekły gaz kriogeniczny.

Korzystnie ciekły gaz kriogeniczny stanowi ciekły azot.

Korzystnie strumień powietrza atmosferycznego doprowadza się do wężownicy usytuowanej w kanale dolotowym wymiennika ciepła za pomocą wentylatora.

Korzystnie strumień powietrza atmosferycznego doprowadza się do wężownicy usytuowanej w kanale dolotowym wymiennika ciepła, za pomocą wentylatora o zmiennej wydajności.

Korzystnie ciekły gaz kriogeniczny w zbiorniku, podgrzewa się elementem grzejnym.

Urządzenie do otrzymywania strumienia zimnych gazów posiada izolowany termicznie zbiornik z ciekłym gazem kriogenicznym doprowadzanym poprzez zawór do wymiennika ciepła oraz rury zasilające, zawory i kanał dolotowy powietrza atmosferycznego z komorą mieszania połączoną z końcówką roboczą poprzez rurowy przewód kriogeniczny, charakteryzuje się tym, że wewnątrz kanału dolotowego powietrza atmosferycznego jest umieszczona wężownica z króćcem wylotowym odparowanego gazu kriogenicznego znajdującym się w komorze mieszania, zaś króciec wylotowy komory mieszania połączony jest z końcówką roboczą poprzez rurowy przewód kriogeniczny.

Korzystnie komora mieszania ma dyszę zasilaną ciekłym gazem kriogenicznym przez system zaworów i rur zasilających.

Korzystnie za pierwszą komorą mieszania umieszczona jest druga komora mieszania, do której dochodzi dysza zasilana ciekłym gazem kriogenicznym przez system zaworów i rur zasilających, przy czym druga komorą mieszania jest umieszczona pomiędzy pierwszą komorą mieszania a końcówką roboczą.

Korzystnie z kanałem dolotowym jest połączony wentylator.

Korzystnie wentylator ma zmienną wydajność.

Korzystnie wentylator ma podgrzewacz powietrza.

Korzystnie ma sterownik z pulpitem sterowniczym sterujący pracą zaworów.

Korzystnie w zbiorniku jest umieszczony element grzejny.

Korzystnie w końcówce roboczej jest umieszczony czujnik temperatury podłączony do sterownika z pulpitem sterowniczym.

Sposób i urządzenie do otrzymywania strumienia zimnych gazów według wynalazku ma dobrą charakterystykę energetyczną. Ponadto, poprzez dodatkowe wtryskiwanie ciekłego gazu kriogenicznego do strumienia zimnych gazów powstałych w wyniku zmieszania strumienia schłodzonego powietrza atmosferycznego z odparowanym strumieniem gazu kriogenicznego uzyskuje się możliwość płynnej i dynamicznej regulacji temperatury czynnika chłodzącego wypływającego z końcówki roboczej. Taki sposób otrzymywania strumienia zimnych gazów zapewnia bezpieczeństwo stosowania wynalazku poprzez zwiększenie równomierności rozkładu temperatury w strumieniu gazów wydostających się z końcówki roboczej.

Przedmiot wynalazku został przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia kriostymulator według wynalazku służący do przeprowadzania sposobu zgodnego z wynalazkiem, według pierwszego wariantu wykonania, fig. 2 - kriostymulator według wynalazku służący do przeprowadzania sposobu zgodnego z wynalazkiem, według drugiego wariantu wykonania, fig. 3 - kriostymulator według wynalazku służący do przeprowadzania sposobu zgodnego z wynalazkiem, według trzeciego wariantu wykonania a fig. 4 - kriostymulator według wynalazku służący do przeprowadzania sposobu zgodnego z wynalazkiem, według czwartego wariantu wykonania w przekroju poprzecznym.

Zgodnie ze sposobem według wynalazku, jak przedstawiono na fig. 1, schłodzony strumień powietrza atmosferycznego 11 miesza się ze strumieniem odparowanego gazu kriogenicznego 12, przy czym, w celu uzyskania żądanej temperatury strumienia roboczego 30 na wyjściu końcówki roboczej 15, reguluje się przepływ powietrza atmosferycznego 10 i przepływ odparowanego gazu kriogenicznego 12. Ciekły gaz kriogeniczny 1, pobiera się w postaci płynnej z izolowanego termicznie zbiornika 2 rurką zasilającą 3, a następnie doprowadza się poprzez zawór odcinający 4a oraz przewód rurowy 7, do wężownicy rurowej 8 wymiennika ciepła 13 i odparowuje się za pomocą wtłaczanego wentylatorem 9 strumienia powietrza atmosferycznego 10, po czym schłodzony strumień powietrza

PL 216 819 B1 atmosferycznego 11, który oddał swoje ciepło na odparowanie ciekłego gazu kriogenicznego 1 w wężownicy 8, miesza się z odparowanym w wymienniku ciepła 13 strumieniem gazu kriogenicznego 12 i kieruje za pomocą rurowego przewodu kriogenicznego 14 do końcówki roboczej 15. Przepływ strumienia powietrza atmosferycznego 10 reguluje się sterownikiem 23 z pulpitem sterowniczym 6, synchronizowanym nastawami z pulpitu sterowniczego 6 i czujnika temperatury 25 umieszczonego na wyjściu końcówki roboczej 15.

W przykładzie wykonania przedstawionym na fig. 2 za rozdzielaczem cieczy 5 i zaworem odcinającym 4c umieszczony jest rurowy przewód zasilający 7 zakończony umieszczoną w pierwszej komorze mieszania 16, pierwszą dyszą 21, którą doprowadza się dodatkową porcję ciekłego gazu kriogenicznego 1.

W przykładzie wykonania przedstawionym na fig. 3 za zaworem odcinającym 4a umieszczony jest rurowy przewód zasilający 7 zakończony umieszczoną w pierwszej komorze mieszania 16, pierwszą dyszą 21, którą doprowadza się ciekły gaz kriogeniczny 1.

W przykładzie wykonania przedstawionym na fig. 4 za rozdzielaczem cieczy 5 i zaworem odcinającym 4b, 4c, umieszczone są dwa rurowe przewody zasilające 7, pierwszy rurowy przewód zasilający 7 zakończony umieszczoną w pierwszej komorze mieszania 16, pierwszą dyszą 21 oraz drugi rurowy przewód zasilający 7 zakończony umieszczoną w rurowym przewodzie kriogenicznym 14 drugą dyszą rozpylającą 20, przez które to dysze doprowadza się do układu dodatkowe porcje ciekłego gazu kriogenicznego 1.

Figura 3 prezentuje przykładowe rozwiązanie urządzenia do otrzymywania strumienia zimnych gazów. Urządzenie składa się ze standardowej butli 2 z gazem kriogenicznym 1 podłączonej poprzez przewody rurowe 7 i zawór 4a do wymiennika ciepła 13. Kanał dolotowy powietrza atmosferycznego 27 wymiennika ciepła 13, podłączony jest do wentylatora 9 a króciec wylotowy 26 pierwszej komory mieszania 16 wymiennika ciepła 13, połączony jest z zakończonym końcówką roboczą 15 rurowym przewodem kriogenicznym 14. W komorze mieszania 16, wymiennika ciepła 13 usytuowana jest pierwsza dysza 21 zasilana ciekłym gazem kriogenicznym 1 przez zawór 4a i rury zasilające 7. W końcówce roboczej 15 umieszczony jest czujnik temperatury 25 strumienia gazu roboczego 30. Czujnik temperatury podłączony jest do sterownika 23 z pulpitem sterowniczym 6, sterującego pracą zaworu 4a i optymalizującego obroty wentylatora 9.

Figura 4 prezentuje kolejne przykładowe rozwiązanie urządzenia do otrzymywania strumienia zimnych gazów. Urządzenie składa się ze standardowej butli 2 z gazem kriogenicznym 1 podłączonej poprzez przewody rurowe 7 i zawory 4a, 4b, 4c do wymiennika ciepła 13. Kanał dolotowy powietrza atmosferycznego 27 wymiennika ciepła 13, podłączony jest do wentylatora 9 a króciec wylotowy 26 pierwszej komory mieszania 16 wymiennika ciepła 13 połączony jest z zakończonym końcówką roboczą 15 rurowym przewodem kriogenicznym 14. Wewnątrz kanału dolotowego 27 powietrza atmosferycznego 10 umieszczona jest wężownica 8 z króćcem wylotowym 19 odparowanego gazu kriogenicznego 12 znajdującym się w pierwszej komorze mieszania 16. W komorze mieszania 16, wymiennika ciepła 13 usytuowana jest pierwsza dysza 21 zasilana ciekłym gazem kriogenicznym 1 przez system zaworów 4a, 4c i rur zasilających 7. Pomiędzy króćcem wylotowym 26 wymiennika ciepła 13 a końcówką roboczą 15, umieszczona jest druga komora mieszania 17 z drugą dyszą 20 zasilaną ciekłym gazem kriogenicznym 1 przez system zaworów 4a, 4b i rur zasilających 1. W końcówce roboczej 15 umieszczony jest czujnik temperatury 25 strumienia gazu roboczego. Czujnik temperatury podłączony jest do sterownika 23 z pulpitem sterowniczym 6, sterującego pracą zaworów 4a, 4b, 4c i wydajnością wentylatora 9.

W innym nieprzedstawionym na rysunku rozwiązaniu sterownik 23 z pulpitem sterowniczym 6, steruje temperatura nagrzewnicy powietrza umieszczonej w przewodzie dolotowym 27 nagrzewnicy 13.

Przytoczone przykłady wykonania nie wyczerpują innych możliwości realizacji sposobu oraz wykonania urządzenia do otrzymywania strumienia zimnych gazów do miejscowego oziębiania powierzchni, za pomocą nadmuchu zimnym gazem. We wszystkich opisanych powyżej przykładach wykonania wynalazku można operując trzymaną w ręku końcówką roboczą 15 precyzyjnie, w sposób powtarzalny oraz energooszczędny schładzać nawet trudno dostępne partie powierzchni.

Claims (17)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób otrzymywania strumienia zimnych gazów, w którym miesza się ze sobą strumień powietrza atmosferycznego i strumień odparowanego gazu kriogenicznego, a przepływ powietrza atmosferycznego i przepływ odparowanego gazu kriogenicznego reguluje się w zależności od żądanej temperatury zmieszanego strumienia zimnych gazów na wyjściu, znamienny tym, że ciekły gaz kriogeniczny (1) odparowuje się w wymienniku ciepła (13) za pomocą strumienia powietrza atmosferycznego (10), po czym strumień schłodzonego powietrza atmosferycznego (11), który w wymienniku ciepła (13) oddał swoje ciepło na odparowanie ciekłego gazu kriogenicznego (1), miesza się ze strumieniem odparowanego gazu kriogenicznego (12) i kieruje do końcówki roboczej (15).
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że do strumienia zimnych gazów, powstałych w wyniku zmieszania strumienia schłodzonego powietrza atmosferycznego (11) z odparowanym strumieniem gazu kriogenicznego (12), w pierwszej komorze mieszania (16), wtryskuje się pierwsza dyszą (21) ciekły gaz kriogeniczny (1).
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że do strumienia zimnych gazów (18) pomiędzy pierwszą komorą mieszania (16) a końcówką roboczą (15), wtryskuje się drugą dyszą (20) ciekły gaz kriogeniczny (1).
4. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że do strumienia powietrza atmosferycznego (11), wtryskuje się pierwszą dyszą (21) ciekły gaz kriogeniczny (1).
5. 5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ciekły gaz kriogeniczny (1) stanowi ciekły azot.
6. 6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że strumień powietrza atmosferycznego (10) doprowadza się do wężownicy (8), usytuowanej w kanale dolotowym (27) wymiennika ciepła (13) za pomocą wentylatora (9).
7. 7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że strumień powietrza atmosferycznego (10) doprowadza się do wężownicy (8), usytuowanej w kanale dolotowym (27) wymiennika ciepła (13) za pomocą wentylatora (9) o zmiennej wydajności.
8. 8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ciekły gaz kriogeniczny (1), w zbiorniku (2) podgrzewa się elementem grzejnym (24).
9. 9. Urządzenie do otrzymywania strumienia zimnych gazów, posiadające izolowany termicznie zbiornik z ciekłym gazem kriogenicznym doprowadzanym przez zawór do wymiennika ciepła oraz rury zasilające, zawory i kanał dolotowy powietrza atmosferycznego z komorą mieszania połączoną z końcówką roboczą poprzez rurowy przewód kriogeniczny, znamienne tym, że wewnątrz kanału dolotowego (27) powietrza atmosferycznego (10) jest umieszczona wężownica(8) z króćcem wylotowym (19) odparowanego gazu kriogenicznego (12) znajdującym się w komorze mieszania (16), zaś króciec wylotowy (26) komory mieszania (16) połączony jest z końcówką roboczą (15) poprzez rurowy przewód kriogeniczny (14).
10. 10. Urządzenie według zastrz. 9, znamienne tym, że komora mieszania (16) ma pierwszą dyszę (21) zasilaną ciekłym gazem kriogenicznym (1) przez system zaworów (4a, 4c) i rur zasilających (7).
11. 11. Urządzenie według zastrz. 9 albo 10, znamienne tym, że za pierwszą komorą mieszania (16) umieszczona jest druga komorą mieszania (17), która ma drugą dyszę (20) zasilaną ciekłym gazem kriogenicznym (1) przez system zaworów (4a, 4b) i rur zasilających (7), przy czym druga komorą mieszania (17) jest umieszczona pomiędzy pierwszą komorą mieszania (16) a końcówką roboczą (15).
12. 12. Urządzenie według zastrz. 9, znamienne tym, że z kanałem dolotowym (27) jest połączony wentylator (9).
13. 13. Urządzenie według zastrz. 12, znamienne tym, że wentylator (9) ma zmienną wydajność.
14. 14. Urządzenie według zastrz. 12 albo 13, znamienne tym, że wentylator ma podgrzewacz powietrza.
15. 15. Urządzenie według zastrz. 9, znamienne tym, że ma sterownik (23) z pulpitem sterowniczym (6), sterujący pracą zaworów (4a, 4b, 4c).
16. 16. Urządzenie według zastrz. 9, znamienne tym, że w zbiorniku (2) jest umieszczony element grzejny (24).
17. 17. Urządzenie według zastrz. 9, znamienne tym, że w końcówce roboczej (15) jest umieszczony czujnik temperatury (25) podłączony do sterownika (23) z pulpitem sterowniczym (6).