專利名稱：用于在低溫構件上提供無冷凝液和無霜表面的設備和方法
用于在低溫構件上提供無冷凝液和無霜表面的設備和方法交叉引用本申請主張2007年8月28日提交的第60/968，479號臨時申請的權益，通過引用 視同于全面闡述將其全文結合于本文中。
技術領域：
在一方面，本發(fā)明涉及用于傳送或噴射低溫冷卻劑的系統(tǒng)，具體涉及通過利用由 環(huán)境或室溫惰性氣體包圍所選管路的充氣微孔的包套在此類系統(tǒng)中提供無霜或無冰表面。 在另一方面，本發(fā)明涉及用于向低溫冷卻傳感器提供凈化氣體以冷卻和/或防止其上結霜 的系統(tǒng)。
背景技術：
被冷卻至低溫并暴露于環(huán)境空氣的表面由于環(huán)境空氣中的濕氣在被冷卻的表面 上冷凝并凍結而快速聚集霜和冰。表面霜和/或冰可在低溫冷卻劑系統(tǒng)中引起操作問題和 安全隱患。已經(jīng)進行了減少或消除結霜和結冰(buildup of frost and ice)的嘗試，包括使 用隔離護套、泡沫和電加熱表面襯墊。此類裝置增加了低溫傳送系統(tǒng)的成本、尺寸和重量， 降低了熱效率，并且使得難于改造現(xiàn)有設備。另外，現(xiàn)有技術的除霜裝置在防止在低溫噴射 裝置的排放噴嘴周圍結霜/結冰(frost/ice formation)方面并不成功。

發(fā)明內(nèi)容在一方面，本發(fā)明包括一種設備，該設備包含適合攜帶低溫流體的低溫固定裝置 (cryogenic fixture)和封包低溫固定裝置的至少一部分的外殼，從而在低溫固定裝置與 外殼之間限定凈化空間，外殼包括至少一個凈化氣體進口和隔膜，該至少一個凈化氣體進 口適合連接到凈化氣體的加壓供給源(supply)上。外殼構造成使得，當凈化氣體以等于或 大于最低操作壓力的壓力通過該至少一個凈化進口被導入凈化容積中時，至少一些凈化氣 體通過隔膜從凈化容積向外擴散。在另一方面，本發(fā)明包括一種用于防止在低溫固定裝置上結霜的方法，該方法包 括向低溫固定裝置供給低溫流體；向凈化容積供給凈化氣體，該凈化容積至少部分封包 低溫固定裝置，該凈化容積由包括可透氣的隔膜的外殼限定；以及通過隔膜擴散凈化氣體。再在另一方面，本發(fā)明包括一種用于操作具有第一部分的低溫固定裝置的方法， 該第一部分暴露于相對濕度至少為30%的大氣，該低溫固定裝置具有位于第一部分內(nèi)的排 放噴嘴，該方法包括使得低溫流體連續(xù)排放30分鐘的周期，而不會在低溫固定裝置的第一 部分上有任何明顯的結霜。再在另一方面，本發(fā)明包括一種設備，該設備包括外殼，其具有形成在其上的第 一開口和延伸到第一開口中的至少一個多孔壁；位于外殼內(nèi)的低溫噴射棒，該低溫噴射棒 具有與第一開口對準的排放噴嘴，該排放噴嘴具有至少一個開口，低溫噴射棒適合通過排放噴嘴排放低溫流體；容納在外殼內(nèi)的高壓室，高壓室與該至少一個多孔壁流動連通。該至少一個多孔壁延伸到第一開口中并位于外殼與低溫噴射棒之間，該至少一個多孔壁具有位 于排放噴嘴的至少一個開口的每一個的相對側上的第一和第二部分。高壓室和至少一個多 孔壁構造成使得，當以等于或大于最低操作壓力的壓力向高壓室供給凈化氣體時，至少一 些凈化氣體通過該至少一個多孔壁從高壓室向外擴散。

圖1是低溫流體供給管線的縱向截面圖，顯示了本發(fā)明的一個實施例；圖2是顯示了無霜低溫噴射棒的一個實施例的等軸圖(isometricview)；圖3是圖2中的噴射棒的等軸截面圖；圖4是圖2中的噴射棒的等軸截面圖；圖5是圖2中的噴射棒的橫截面圖；圖6A至6C是顯示了備選的低溫噴射棒構造的橫截面圖；圖7是包括具有凈化氣體的傳感器的本發(fā)明的一個實施例的橫截面。圖8是本發(fā)明的使用具有凈化氣體的傳感器的系統(tǒng)的橫截面。圖9是本發(fā)明的具有一體式共同噴射裝置的一個實施例的橫截面。圖10是按照本發(fā)明的教導的結合了無霜管路的低溫傳送系統(tǒng)的示意圖。
具體實施方式接下來的詳細描述僅提供優(yōu)選示例性實施例，且并非意圖限制本發(fā)明的范圍、適 用性或構造。相反，接下來對優(yōu)選示例性實施例的詳細描述將提供能夠使本領域技術人員 實施本發(fā)明的優(yōu)選示例性實施例的描述。應該理解的是，可在元件的功能和布置中作出各 種改變而不脫離如所附權利要求中所闡述的本發(fā)明的精神和范圍。為了幫助描述本發(fā)明，在說明書和權利要求書中可使用方向性用語來描述本發(fā)明 的部分(例如，上、下、左、右等)。這些方向性用語的目的只是意圖協(xié)助對本發(fā)明進行描述 和主張權利，并非意圖以任何方式限制本發(fā)明。另外，說明書中結合附圖介紹的參考標號可 在一個或多個隨后的圖中重復而未在說明書中另外說明以提供用于其它特征的上下文。在 附圖中，剖視圖中的交叉陰影線表示微孔材料，而剖視圖中的陰影線表示非微孔材料。如本文中所使用的，用語“低溫流體”意指溫度低于-70°C (203開氏度)的液體、 氣體或混合相流體。低溫流體的實例包括液態(tài)氮(LIN)、液態(tài)氧(LOX)和液態(tài)氬(LAR)Jf 態(tài)二氧化碳和加壓、混合相低溫致冷劑(例如，LIN和氣態(tài)氮的混合物)。如本文中所使用的，用語“低溫固定裝置”意指任何類型的設計成傳送低溫流體 的設備或裝置。低溫固定裝置的實例包括但不限于供給管道、管、法蘭、彎管、三通、噴汽孔 (vapor vent)、分相器、蒸發(fā)器、噴頭、噴嘴、閥、量具(gauge)和調(diào)整器。雖然開發(fā)本發(fā)明的 目的是防止在低溫固定裝置上結霜(frost build-up)，但其可有利地用在任何不希望霜或 過量冷凝液形成在其上的低溫裝置上。如本文中所使用的，用語“排放噴嘴”意指位于低溫噴射裝置上的一個或多個開 口，低溫流體經(jīng)其排放。開口在形狀上可從圓形孔至延伸縫隙(elongated slot)變化。如本文中所使用的，用語“微孔隔膜(microporous membrane) ”是指具有敞開并且優(yōu)選地均勻分布的微通道的材料或隔膜，微通道在隔膜的外表面之間延伸。在本發(fā)明的上 下文中，微孔材料可具有高達約500微米的平均孔尺寸。參考附圖，圖1是本發(fā)明的一個實施例的剖視圖，其包括低溫流體供給管線10。供 給管線10包括不銹鋼管11，諸如液態(tài)氮(LIN)或液態(tài)氬(LAR)的低溫流體流經(jīng)該管。管11 的區(qū)段Ila被外殼封包，該外殼包括在形狀上為圓柱形并且包圍管11的可透氣的隔膜13。 隔膜13包括具有外表面14a和內(nèi)表面14b的壁14。隔膜13的內(nèi)表面14b與管11之間的 空間限定腔室或凈化容積15。外殼還包括在一端的堵頭16和在另一端的T型接頭17，其 密封凈化容積15。在本實施例中，隔膜13為微孔編織聚酯織物。然而，可使用許多備選材料，包括但 不限于多孔塑料(例如，開孔尺寸約為10微米的聚乙烯和高密度聚乙烯)、聚合物、陶瓷和 孔尺寸為500微米且孔隙率(pore fraction)高達95% (以體積計)的金屬泡沫，以及編 織織物(例如，棉、尼龍、玻璃氈和陶瓷纖維)。在大多數(shù)應用中，優(yōu)選微孔材料。在一些應 用中，可使用導熱率較低的金屬，諸如Ti-6V-4AI鈦合金。另外，可使用導熱率約為25W/mK 或更低的其它材料。優(yōu)選的材料將取決于其中使用隔膜13的具體應用。
隔膜13還優(yōu)選為疏水材料和/或已用疏水劑處理過，以在凈化氣體Gp的流量為 臨界值或降到臨界值以下的情況下，防止孔結冰(icing)并減少在壁14的外表面14a上可 導致表面結霜(frosting)的冷凝的可能性。在選擇隔膜材料或隔膜層壓板時另一個重要的參數(shù)是在正常操作條件下穿過隔 膜的凈化氣體Gp的速度和體積。已經(jīng)確定的是，在典型的北美辦公室或制造場所條件下 (即，相對停滯的空氣，典型的北美濕度水平)，優(yōu)選至少1厘米/秒的“表面”速度，即凈化 氣體Gp橫穿隔膜13的速度，以及至少1厘米/秒/每平方厘米隔膜表面面積(lcm/second/ per square centimeter)的凈化氣體Gp的體積流率。這意味著每平方厘米隔膜13每秒可 滲出至少1立方厘米的凈化氣體Gp。在這些條件下，干燥的凈化氣體Gp的流動防止了隔 膜13的排放側上的帶濕氣的環(huán)境空氣與外表面14a接觸，這防止了外表面14a上結霜，即 使外表面14a的溫度下降至低溫溫度。對于更潮濕的環(huán)境空氣和/或多風條件而言，優(yōu)選 的凈化氣體Gp表面速度和體積流率將更高。凈化氣體Gp在高壓下通過T型接頭17 (也稱為氣體進口 )被導入凈化容積15中。 凈化氣體Gp的進口壓力足以克服傳送管和配件中的摩擦損失、填充凈化容積15并致使凈 化氣體Gp通過隔膜13流出凈化容積15。在本實施例中，外殼構造成使得凈化氣體Gp將以 345毫巴(5psig)或更高的進口壓力通過隔膜13擴散。應當理解的是，橫穿隔膜所需的內(nèi) 部壓力將由于前述摩擦損失而低于進口壓力。為了有效，隔膜13應當充當壓力屏障。在本實施例中，橫穿隔膜13的壓降優(yōu)選為 至少2. 5毫巴，假設低溫流體供給管線10攜帶低溫冷卻(cryogenically cold)的氮或氬 并且凈化氣體Gp以大致室溫(例如，20-25°C )被供給。最低的優(yōu)選壓降由要求確定，以保 持相對均勻的向外流出的凈化氣體Gp貫穿隔膜13，而不論包圍隔膜13的中間區(qū)域中的取 向、重力、風力或氣流如何。盡管對于橫穿隔膜13的壓降而言不存在絕對的上限，但希望使 用無需不必要地高的壓力差的隔膜材料和隔膜厚度，這種不必要地高的壓力差將需要更高 的凈化氣體壓力Gp以實現(xiàn)希望的流動特征。增加的氣體壓力致使導熱率增加，這將對本發(fā) 明的目的起反作用。在大多數(shù)應用中，優(yōu)選在2. 5至500毫巴(0.25至50kPa)的范圍內(nèi)的壓降(正表壓)。如文中所用的，用語“最低操作壓力”意味著必須以該壓力供給凈化氣體Gp以導致凈化氣體Gp通過隔膜13擴散的最低壓力。如文中所說明的，由于其它變量中如外殼的 構造、壁厚、表面積以及隔膜中互相連接的孔的尺寸和體積的差異，最低操作壓力將因本發(fā) 明的實施例而異。優(yōu)選地，選擇包括其攜帶的任何次要的成分或雜質(zhì)的凈化氣體Gp的組分，使得在 凈化容積15的正常操作壓力范圍內(nèi)其將不會在低溫固定裝置(例如，低溫流體供給管線 10)的表面上冷凝。為此，對于攜帶LIN或LAR的低溫固定裝置，優(yōu)選地不使用二氧化碳作 為凈化氣體或凈化氣體添加劑。類似地，對于攜帶LIN的低溫部件，優(yōu)選地不使用氬氣作為 凈化氣體或凈化氣體添加劑。例如，在本實施例中，氣態(tài)氮對于攜帶LIN的管11而言將是 合適的凈化氣體Gp。另外，凈化氣體Gp優(yōu)選地具有低相對濕度(例如，與低于-60攝氏度/213開氏度 的露點相對應的相對濕度)使得來自凈化氣體Gp的水蒸汽不會在隔膜13的外表面14a上 或孔通道內(nèi)部冷凝和/或凍結。如上所述，凈化氣體Gp通過透氣隔膜13的流率優(yōu)選地足以防止環(huán)境空氣與隔膜 13的外表面14a接觸，這防止了隔膜13的外表面14a上結霜。在本發(fā)明的其它實施例中， 優(yōu)選的流率可顯著地變化。盡管可能出現(xiàn)小量的滲漏(例如通過堵頭16和/或T型接頭 17)，但優(yōu)選的是，基本上所有向凈化容積15供給的凈化氣體都通過隔膜13從凈化容積15 流出。圖2-5顯示了本發(fā)明的另一實施例，其包括無霜噴射棒400。低溫噴射棒400利用 與圖1中公開的無霜設備相同的原理，以便當噴射棒400排放低溫流體421 (圖5)時提供 無霜或無冰的外表面。噴射棒400使用與第11/846，116號美國專利申請中所使用的很相似的低溫流體 傳送系統(tǒng)，通過引用視同全面闡述將其結合于本文中。低溫流體通過兩個低溫流體輸送管 線411a、411b向噴射棒400供給。節(jié)流氣體通過兩個節(jié)流氣體輸送管線423a、423b向噴射 棒400供給。低溫流體從低溫流體輸送管線411a、411b流入內(nèi)管449中，通過形成在內(nèi)管 449中的開口 451進入混合區(qū)450，該混合區(qū)為位于內(nèi)管449與外管448之間的容積，然后 通過外管448中的延伸縫隙420 (排放噴嘴)離開噴射棒400。備選地，可在外管448中提 供一排小排放孔代替延伸縫隙420。類似地，節(jié)流氣體從節(jié)流氣體輸送管線423a、423b流入 混合區(qū)450中，然后通過延伸縫隙420離開噴射棒400。如在第11/846，116號美國專利申 請中被更全面地說明的，可通過改變向節(jié)流氣體輸送管線423a、423b提供的節(jié)流氣體的壓 力來控制和操縱通過延伸縫隙420離開噴射棒400的低溫流體排放421的特征。噴射棒400包括外殼413，外殼413收容節(jié)流氣體輸送管線423a、423b、低溫流體 輸送管線411a、411b和凈化氣體輸送管線446a、446b。外殼413包括非多孔結構424 (諸如 鋁或銅或不銹鋼通道)，其具有頂部425和底部426、第一端427和第二端428以及與歧管 段(manifoldsection)430相對的排放段429。排放段429包括細長開口 418，其優(yōu)選地大 于外管448的延伸縫隙420 (排放噴嘴)。角部件431a和431b被固定在外殼413上并從排 放段429向內(nèi)側定位以在它們之間提供間隙或空間434a和434b。外殼413還包括第一壁或微孔唇緣432a，其固定在空間434a內(nèi)并從空間434a向下延伸使得唇緣432a與細長開口 418重疊或延伸到其中。第二壁或微孔唇緣432b固定在 空間434b內(nèi)并從空間434b向上延伸使得唇緣432b與細長開口 418重疊或延伸到其中。 在備選實施例中，微孔唇緣432a、432b可粘合或另外緊固到外殼413上并且可省略角部件 431a和431b (如圖5中所示的)。各唇緣432a和432b包括漸縮端433a和433b，其與外管448的外表面接合并密封 與細長開口 418相鄰的腔室415 (凈化容積)。在本實施例中，漸縮端433a和433b成斜角 以提供沿低溫流體排放421的流動方向(圖5中從左至右)膨脹的開口。 歧管段430包括在外殼413內(nèi)的隔板444，其形成高壓室445。高壓室445提供凈 化氣體Gp從輸送管線446a、446b至外殼413的排放段429并通過微孔唇緣432a、432b的 均勻分散的流動。隔板444可包括任何合適的微孔材料(如圖3和5中所示的)，或備選 地，隔板444可包括具有一個或多個孔口 447的不導熱(nonconductive)、非多孔材料以提 供加壓凈化氣體Gp從高壓室445至排放段429的流動(如圖4中所示的)。凈化氣體Gp 通過噴射棒400的大體流動方向在圖5中由箭頭顯示出。流入的凈化氣體流被設定在這樣 一個壓力，它能使氣體Gp滲透腔室415，通過唇緣432a和432b中的微孔擴散，并從延伸縫 隙420流走。凈化氣體Gp從唇緣432a、432b的向外流動優(yōu)選地足以防止(包圍噴射棒400 的空氣空間中的)環(huán)境空氣與延伸縫隙420或開口 418接觸，并因此防止在噴射棒400的 表面上結霜或結冰。在本實施例中，微孔唇緣(壁)432a、432b分別位于延伸縫隙420的上方和下方， 這樣提供了凈化氣體在低溫流體排放421上方和下方的流動。一般而言，優(yōu)選地使微孔壁 位于排放噴嘴的各開口的至少兩個相對側上。在其中排放噴嘴包括延伸縫隙的實施例(諸 如本實施例)中，使微孔壁位于縫隙上方和下方是足夠的。在其中排放噴嘴包括多個圓形 開口的實施例中，可能希望使微孔壁包圍各開口。申請人:已在具有活動噴射長度(縫隙長度或該排圓孔的長度)為0. 75米的噴嘴 的噴射棒400上實施了測試。以高達218千克/小時的LIN噴射率和范圍從每小時22. 6 立方米(SOOscfh)至每小時51立方米(1，SOOscfh)的氮凈化氣體流率，外管上未結霜，包 括緊圍噴嘴的區(qū)域。事實上，在這些測試條件下，噴射棒的任何部位上都未結霜。在采用每 小時12. 3立方米(434scfh)的降低的氮凈化氣體流率的測試期間，外管的約10%在LIN連 續(xù)流動20分鐘后在噴嘴出口周圍結霜。在不具有任何氮凈化氣體流動的測試期間，外管的 整個前側在操作的最初幾分鐘內(nèi)在LIN噴嘴周圍嚴重結霜并結成冰柱。因此，諸如噴射棒 400的低溫噴射裝置能夠在相對濕度較高(例如，30%及以上)的環(huán)境空氣中操作相當長的 時間(例如，遠遠超過30分鐘)而排放噴嘴上或排放噴嘴周圍的表面上不會明顯結霜。圖6A-6C顯示了三個不同的低溫噴射裝置100、200和300的截面，各低溫噴射裝 置包括外殼113、213和313以及單個低溫噴射管111、211、311。參考圖6A，用于噴射裝置 100的外殼113包括封包噴射管111的合適的微孔材料。噴射管111通過包括延伸穿過噴 射管111的壁的多個隔開的噴嘴孔口 120的排放噴嘴傳送和排放低溫流體121。外殼113 包括重疊并且優(yōu)選地大于各噴嘴孔口 120的開口 118。備選地，可使用延伸縫隙代替多個噴 嘴開口 120。在這種情況下，也可在外殼113中提供細長開口代替開口 118。外殼113的內(nèi)腔室或凈化容積115通過加壓的室溫惰性氣體Gp的流入凈化。腔室 或凈化容積115優(yōu)選地以與圖1中所示的相似的方式在兩端被密封。噴射管111優(yōu)選地接觸與開口 118相鄰的表面114b，這樣提供了與各噴嘴孔口 120相鄰的密封邊緣117a、117b 以防止凈化氣體Gp除了通過外殼113外還從凈化容積115排出或逸出。外殼113中的各 開口 118包括沿低溫流體121排放的流動方向(圖6A中從右至左)漸縮的壁133a、133b。凈化氣體Gp通過開口 118的流動以與噴射棒400的唇緣432a、432b相同的方式防止結霜。另外，凈化氣體Gp滲透過凈化容積115，通過外殼113的壁114擴散并分散到大 氣中，并且以與供給管線10相同的方式防止在外殼113的外表面上結霜或結冰。圖6B和6C中所顯示的低溫噴射裝置200、300分別具有開口 218、318，其形狀與低 溫噴射裝置100不同，但其它方面與低溫噴射裝置100相同。低溫噴射裝置200包括非漸 縮(S卩，壁233a、233b是平行的)的開口 218。低溫噴射裝置300包括沿著外殼313的長度 的平坦部分322，而其它方面與低溫噴射裝置200相同。圖7顯示了本發(fā)明的另一實施例，其包括紅外線(IR)溫度傳感器組件500，該溫度 傳感器組件包括具有透鏡575的紅外線傳感器574和具有非多孔或可選地多孔的部分524 以及可透氣的多孔部分532a、532b的外殼513。組件500的整體結構與無霜噴射棒400相 似。外殼513的可透氣部分532a、532b各包括漸縮端533a、533b，其接合IR傳感器574的 外表面并成斜角以提供沿從透鏡575移開的方向(圖7中向下)膨脹的開口。外殼513限 定與凈化氣體Gp的供給管線546流體連通的腔室515。凈化氣體Gp從供給管線546流入 腔室515中，然后通過可透氣部分532a、532b向外流出。備選地，整個外殼514都可由可透 氣材料形成。為了減少由于來自可透氣部分532a、532b的輻射而引起的對低溫、反射性目標表 面的測量誤差，，在本實施例中，優(yōu)選地以低于被測量表面的溫度的溫度供給凈化氣體Gp。 例如，如果IR傳感器574用來測量反射物(即，具有0°C表面溫度的光亮金屬帶)上的溫 度，則將優(yōu)選以低于0°C的溫度(例如，-30°C)供給凈化氣體Gp。此外，為了減少由于環(huán)境 光線的穿透而引起的測量誤差，優(yōu)選地盡可能靠近被測量的目標表面放置IR傳感器組件 500。圖8示意性地顯示了使用IR傳感器組件500的應用或方法的實例。在圖8中， 冷軋金屬帶576正在被拋光軋輥577軋制。在帶576經(jīng)過軋輥577下方之前，第一 IR傳 感器組件500a剛好定位在帶576上方。第二 IR傳感器組件500b定位成與軋輥577的表 面相鄰。在帶576經(jīng)過軋輥577下方之后，第三IR傳感器組件500c剛好定位在帶576上 方。因此，三個IR傳感器組件500a、500b、500c提供帶576在被軋制前后的溫度的精確差 異和絕對讀數(shù)，以及對軋輥表面的溫度讀數(shù)。優(yōu)選地，該溫度數(shù)據(jù)被發(fā)送至可編程邏輯控制 器(PLC)并用來控制各自為帶576或軋輥577提供冷卻的一個或多個低溫噴射裝置(未顯 示)的噴射特征。圖9顯示了本發(fā)明的另一實施例，其包括一體式共同噴射裝置600。共同噴射裝 置600在結構上與圖4中所顯示的無霜噴射棒400很相似，但增設了位于第二腔室615b中 和低溫噴射管648上方的第二流體噴射管678。噴射管678旨在噴射潤滑劑679。在備選 實施例中，例如，噴射管678可用來噴射可有利地與諸如涂料的低溫流體共同噴射的另一 種物質(zhì)。隔板644沿著兩個腔室615a、615b的后部延伸，并且提供了孔口 647a、647b、647c 以允許凈化氣體Gp從供給管線646流入腔室615a、615b中。如在圖9中可以看到的，凈化 氣體Gp為低溫噴射管648提供結霜防護并用作從噴射管678噴射的潤滑劑679的推進劑。還防止了管678內(nèi)部的潤滑劑凍結。優(yōu)選地，共同噴射裝置600構造成(S卩，噴射管678和 低溫噴射管648的相對位置)使得低粘度、容易洗滌的潤滑劑或其它物質(zhì)首先沉積在其中 其易于散開的被處理表面上，然后表面被低溫噴射冷卻以增加潤滑劑的粘度，并從而增加 其在軋輥-帶接觸區(qū)內(nèi)部所希望的承載阻力。
圖10顯示了低溫液態(tài)噴射系統(tǒng)710的實例，該系統(tǒng)結合了本發(fā)明的無霜特征，以 及第11/846，116號美國專利申請中公開的噴射輪廓控制特征。系統(tǒng)710包括噴射棒700、液 態(tài)致冷劑供給罐755、保持在高于罐755的壓力并用作惰性氣源的另一液態(tài)致冷劑供給罐 756、一個或多個過程傳感器760a、760b至TeOz(S1-Sx)以及可編程邏輯控制器(PLC) 762。 與圖2-5中的噴射棒400相似，噴射棒700包括排放段729和歧管段730。噴射棒700適合 提供若干噴射輪廓的任意其一，包括非線性噴射輪廓。任何示例性非線性噴射輪廓761 (在 輪廓中心提供比在任一端更強的冷卻)在圖7中顯示出。液態(tài)流Ll和可選的流L2從容納 LIN供給罐755供給，并且這些流的總流率由閥770控制。凈化氣體Gp從惰性氣源罐756 供給，并且凈化氣體的流動由通/斷閥或比例閥771控制。來自氣源的液態(tài)致冷劑供給罐 756的惰性氣體供給管線還可包括可選的蒸發(fā)器。節(jié)流氣流G1和可選氣流G2從相同的惰 性氣源罐756供給并由兩個獨立控制的通/斷閥或比例閥772和773調(diào)整。節(jié)流氣體比例閥772和773的調(diào)節(jié)改變了從噴射棒700的排放段729分散的噴射 圖形。例如，當液態(tài)致冷劑控制閥770及節(jié)流氣體比例閥772和773處于完全打開位置時， 無致冷劑流體721從噴射棒700分散，僅惰性氣體從噴射棒的排放段流動。另一方面，當 節(jié)流氣體比例閥772和773完全關閉而致冷劑閥770完全打開時，僅致冷劑流體721從排 放段729分散，并且致冷劑流體以均勻或平坦的噴射圖形分散。因此，節(jié)流氣體比例閥772 和773可被單獨或一致地調(diào)節(jié)，以在產(chǎn)生各種噴射圖形例如噴射圖形(輪廓)761的噴射棒 700內(nèi)提供致冷劑流體721的不同混合物。PLC 762優(yōu)選地適合控制低溫流體閥770、凈化氣體比例閥771和節(jié)流氣體比例閥 772和773。PLC 762可基于用戶輸入、預先編程的設定和/或來自一個或多個過程傳感器 760a、760b至760z的輸入調(diào)節(jié)閥770至773。由此，已根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例和備選實施例公開了本發(fā)明，這些實施例實現(xiàn) 了本發(fā)明如上所述的各個目的并在低溫傳送系統(tǒng)中提供了無霜表面。當然，本領域技術人 員可從本發(fā)明的教導想到各種改變、改型和變型而不脫離本發(fā)明的預期精神和范圍。本發(fā) 明意圖僅由所附權利要求限制。
權利要求
一種設備，包括低溫固定裝置，其適合攜帶低溫流體；以及外殼，其封包所述低溫固定裝置的至少一部分，從而在所述低溫固定裝置與所述外殼之間限定第一凈化容積，所述外殼包括至少一個凈化氣體進口和隔膜，所述至少一個凈化氣體進口開始適合連接到凈化氣體的加壓供給源上；其中，所述外殼構造成使得，當所述凈化氣體以等于或大于最低操作壓力的壓力通過所述至少一個凈化進口被導入所述第一凈化容積中時，至少一些所述凈化氣體通過所述隔膜從所述第一凈化容積向外擴散。
2 根據(jù)權利要求1所述的設備，其特征在于，所述外殼構造成使得，當所述凈化氣體以 等于或大于所述最低操作壓力的壓力通過所述至少一個凈化進口被導入所述第一凈化容 積中時，基本上所有所述凈化氣體通過所述隔膜從所述第一凈化容積向外擴散。
3.根據(jù)權利要求1所述的設備，其特征在于，當所述凈化氣體以等于或大于最低操作 壓力 的壓力通過所述至少一個凈化進口被導入所述第一凈化容積中時，所述凈化氣體通過 所述隔膜的表面速度為至少1厘米/秒。
4.根據(jù)權利要求1所述的設備，其特征在于，當所述凈化氣體以等于或大于最低操作 壓力的壓力通過所述至少一個凈化進口被導入所述第一凈化容積中時，所述凈化氣體通過 所述隔膜的體積流率為至少1厘米7秒。
5.根據(jù)權利要求1所述的設備，其特征在于，所述最低操作壓力不大于34.5千帕(345 毫巴；5psig) ο
6.根據(jù)權利要求1所述的設備，其特征在于，當所述凈化氣體穿過所述隔膜時所述隔 膜在所述凈化氣體中導致壓降，所述壓降為至少2. 5毫巴(0. 25千帕)。
7.根據(jù)權利要求6所述的設備，其特征在于，所述壓降不大于500毫巴(50千帕)。
8.根據(jù)權利要求1所述的設備，其特征在于，所述隔膜由疏水材料或已用疏水表面劑 處理過的材料形成。
9.根據(jù)權利要求1所述的設備，其特征在于，所述隔膜由具有小于25W/mK的導熱率的 材料形成。
10.根據(jù)權利要求1所述的設備，其特征在于，所述隔膜為具有不大于500微米的平均 孔尺寸的微孔隔膜。
11.根據(jù)權利要求11所述的設備，其特征在于，所述凈化氣體的露點不大于負 600C (213 開氏度)。
12.根據(jù)權利要求1所述的設備，其特征在于，所述低溫固定裝置選自由供給管道、管、 法蘭、彎管、三通、噴汽孔、分相器、閥和量具調(diào)整器組成的組。
13.根據(jù)權利要求1所述的設備，其特征在于，所述低溫固定裝置選自由噴射棒、噴射 噴嘴、蒸發(fā)器和噴頭組成的組。
14.根據(jù)權利要求13所述的設備，其特征在于，所述低溫固定裝置包括排放噴嘴，所述 排放噴嘴未被所述外殼覆蓋并且低溫流體在所述低溫固定裝置的操作期間經(jīng)其流動，所述 排放噴嘴包括至少一個開口，所述隔膜包括位于所述排放噴嘴的所述至少一個開口的每一 個的相對側上的第一部分和第二部分。
15.根據(jù)權利要求14所述的設備，其特征在于，所述隔膜的所述第一和第二部分在所述排放噴嘴的所述至少一個開口的每一個的相對側上接觸所述低溫固定裝置。
16.根據(jù)權利要求13所述的設備，其特征在于，所述設備還包括至少部分被所述外殼 封包的非低溫噴射裝置，第二凈化容積位于所述非低溫噴射裝置與所述外殼之間，所述第 二凈化容積與所述凈化氣體的供給流動連通。
17.根據(jù)權利要求16所述的設備，其特征在于，所述非低溫噴射裝置適合噴射選自由 潤滑劑和涂料組成的組的流體。
18.根據(jù)權利要求1所述的設備，其特征在于，所述隔膜包括微孔隔膜。
19.根據(jù)權利要求1所述的設備，其特征在于，所述隔膜選自由多孔塑料、聚合物、陶瓷 或金屬泡沫及編織織物組成的組。
20.一種用于防止低溫固定裝置上結霜的方法，所述方法包括向所述低溫固定裝置供給低溫流體；向凈化容積供給凈化氣體，所述凈化容積至少部分封包所述低溫固定裝置，所述凈化 容積由包括可透氣的隔膜的外殼限定；以及使所述凈化氣體通過所述隔膜來擴散。
21.根據(jù)權利要求20所述的方法，其特征在于，所述擴散步驟包括以足以防止在所述 低溫固定裝置和所述隔膜上結霜的表面速度和體積流率使所述凈化氣體通過所述隔膜擴散。
22.根據(jù)權利要求20所述的方法，其特征在于，所述擴散步驟包括以至少1厘米/秒的 表面速度使所述凈化氣體通過所述隔膜擴散。
23.根據(jù)權利要求20所述的方法，其特征在于，所述擴散步驟包括以至少1厘米7秒 的體積流率使所述凈化氣體通過所述隔膜擴散。
24.根據(jù)權利要求20所述的方法，其特征在于，所述供給凈化氣體的步驟還包括以不 小于34. 5千帕(345毫巴；5psig)的最低操作壓力的壓力向所述凈化容積供給凈化氣體。
25.根據(jù)權利要求20所述的方法，其特征在于，所述方法還包括僅當正在執(zhí)行所述擴 散步驟時向所述低溫固定裝置供給低溫流體。
26.一種操作具有第一部分的低溫固定裝置的方法，所述第一部分暴露于具有相對濕 度至少為30%的大氣，所述低溫固定裝置具有位于所述第一部分內(nèi)的排放噴嘴，所述方法 包括使低溫流體連續(xù)地排放通過所述排放噴嘴30分鐘的周期，而不會引起在所述低溫固 定裝置的所述第一部分上明顯結霜。
27.一種設備，包括外殼，其具有形成在其上的第一開口和延伸到所述第一開口中的至少一個多孔壁；位于所述外殼內(nèi)的低溫噴射棒，所述低溫噴射棒具有與所述第一開口對準的排放噴 嘴，所述排放噴嘴具有至少一個開口，所述低溫噴射棒適合通過所述排放噴嘴排放低溫流 體；容納在所述外殼內(nèi)的高壓室，所述高壓室與所述至少一個多孔壁流動連通；其中，所述至少一個多孔壁延伸到所述第一開口中并位于所述外殼與所述低溫噴射棒 之間，所述至少一個多孔壁具有位于所述排放噴嘴的所述至少一個開口的每一個的相對側 上的第一和第二部分，并且其中所述高壓室和所述至少一個多孔壁構造成使得，當以等于或大于最低操作壓力的 壓力向所述高壓室供給所述凈化氣體時，至少一些所述凈化氣體通過所述至少一個多孔壁 從所述高壓室向外擴散。
28.根據(jù)權利要求27所述的設備，其特征在于，所述高壓室和所述至少一個多孔壁構 造成使得，當以等于或大于所述最低操作壓力的壓力向所述高壓室供給所述凈化氣體時， 基本上所有所述凈化氣體通過所述至少一個多孔壁從所述高壓室向外擴散。
29.根據(jù)權利要求27所述的設備，其特征在于，當以等于或大于所述最低操作壓力的 壓力向所述高壓室供給所述凈化氣體時，所述凈化氣體通過所述至少一個多孔壁的每一個 的表面速度為至少1厘米/秒。
30.根據(jù)權利要求27所述的設備，其特征在于，當以等于或大于所述最低操作壓力的 壓力向所述高壓室供給所述凈化氣體時，所述凈化氣體通過所述至少一個多孔壁的每一個 的體積流率為至少ι厘米7秒。
31.根據(jù)權利要求27所述的設備，其特征在于，所述最低操作壓力不大于34.5千帕 (345 毫巴；5psig)。
32.根據(jù)權利要求27所述的設備，其特征在于，所述至少一個多孔壁由疏水材料或已 用疏水表面劑處理過的材料形成。
33.根據(jù)權利要求27所述的設備，其特征在于，所述至少一個多孔壁由具有小于25W/ mK的導熱率的材料形成。
34.根據(jù)權利要求27所述的設備，其特征在于，所述至少一個多孔壁為具有不大于500 微米的平均孔尺寸的微孔隔膜。
35.根據(jù)權利要求27所述的設備，其特征在于，所述凈化氣體的露點不大于負 600C (213 開氏度)。
36.一種設備，包括具有透鏡的紅外線傳感器；以及外殼，其包括至少一個凈化氣體進口、凈化容積和可透氣的隔膜，所述至少一個凈化氣 體進口開始適合連接到凈化氣體的加壓供給源上，所述可透氣的隔膜限定包圍所述透鏡的 護罩；其中，所述外殼構造成使得，當所述凈化氣體以等于或大于最低操作壓力的壓力通過 所述至少一個凈化進口被導入所述第一凈化容積中時，至少一些所述凈化氣體通過所述隔 膜從所述凈化容積向外擴散。
37.根據(jù)權利要求36所述的設備，其特征在于，所述透鏡被定向至目標表面，并且所述 凈化氣體的加壓供給源適合以低于所述目標表面的溫度的溫度供給所述凈化氣體。
全文摘要
一種防止在低溫傳送系統(tǒng)(10)中的管路上和暴露于環(huán)境空氣的低溫冷卻表面(14a)上結霜或結冰的設備。管路被密封在包含微孔隔膜(14)的外殼內(nèi)。凈化氣流以有效壓力被輸送到外殼中，導致凈化氣體通過微孔隔膜(14)擴散并防止在設備的外表面(14a)上或低溫排放噴嘴(420)周圍結霜或結冰。
文檔編號F17C13/00GK101842629SQ200880114679
公開日2010年9月22日 申請日期2008年8月27日 優(yōu)先權日2007年8月28日
發(fā)明者J·L·格倫, R·E·小諾爾, Z·朱雷克基 申請人:氣體產(chǎn)品與化學公司