液体制冷剂调和系统及用于此系统的液体制冷剂喷嘴的制作方法

专利名称：液体制冷剂调和系统及用于此系统的液体制冷剂喷嘴的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及用于在调和或混合装置中冷却产品或材料的系统和方法，并且特
别是涉及一种在调和器或混合器装置中喷射液体制冷剂的系统和喷射设备。
背景技术：
在调和器或混合器设备中使用液体氮作为冷却介质虽然不是新颖的，但作为可商 业得到的技术来说，还存在许多挑战。 一种这样的挑战来自于以下共识，即需要将液体氮靠 近被冷却产品喷射或沉积，或者进入该被冷却产品，从而使得热传递最大化。由于这种喷射 需要，现有技术氮喷射系统存在两个关键问题，即喷嘴由于喷嘴或喷射器主体变得过冷而 造成故障，或者产品靠近液体氮喷射位置的局部过度冷冻。以前考虑的不同喷射构造和配 置试图克服这个问题，但是成果有限。 因此需要的是一种简单和有效的装置来通过例如液体氮的液体制冷剂来冷却调 和或混合装置内的产品，减小不利影响，并克服现有技术系统中的缺陷。

发明内容本实用新型的特征在于一种基于液体制冷剂的调和或混合系统。该系统包括限 定冷却腔室的壳体；布置在冷却腔室内并适用于将液体制冷剂喷射到冷却腔室的多个喷射 器；适用于将液体制冷剂源连接到多个喷射器上以便喷射到冷却腔室内的液体制冷剂流动 回路；适用于将气体源与多个喷射器连接的气体流动回路；以及适用于可操作地控制液体 制冷剂从多个喷射器喷射到冷却腔室并连续控制气体流到多个喷射器以便将多个喷射器 保持在预定温度范围的控制器。 在另一方面，本实用新型的特征在于一种用于调和或混合系统的液体制冷剂喷 嘴，包括限定连接位于喷嘴主体的近端以便接收液体制冷剂的第一开口和位于喷嘴主体 的远端以便将液体制冷剂输送到调和系统的第二开口的流动路径的喷嘴主体；围绕限定喷 嘴的外表面的喷嘴主体布置的隔离套筒，隔离套筒适用于在其中循环热流体，以便将喷嘴 的外表面保持在预定温度范围。 最后，本实用新型的特征在于一种将液体制冷剂引入调和系统的方法，包括如下 步骤经由多个喷嘴将液体制冷剂喷射到冷却腔室；并且围绕喷嘴连续循环气体，以便将 喷嘴保持在预定温度范围。

结合下面的附图，本实用新型的所述和其它方面、特征和优点将从以下更加详细 的描述中得以清楚，附图中 图1是结合本实用新型的调和或混合设备的局部剖视图； 图2是按照本实用新型的优选喷嘴的实施例的截面图； 图3是与本实用新型优选实施例相关的液体制冷剂和气体流动互连的示意图；[0011] 图4是按照本实用新型的制冷剂喷射喷嘴的实施例的透视图； 图5是图4的制冷剂喷射喷嘴的更加详细的局部视图；以及 图6是按照本实用新型的制冷剂喷射喷嘴的可选择实施例的透视图。 用于不同附图中的相应标号用来描述相同或类似的部件。
具体实施方式现在参考图l，表示结合本实用新型的调和或混合系统10的视图。这里看到，调 和系统10包括限定冷却腔室12并适用于混合或调和不同产品的混合器或调和器壳体11。 系统10还包括具有布置其中的液体制冷剂回路16和热流体回路17的多个部分的制冷剂 歧管14。从歧管14延伸到冷却腔室12的是多个制冷剂喷射喷嘴20。系统10还包括可操 作地控制液体制冷剂流过液体制冷剂回路16以及热流体流过热流体回路17以及经由喷嘴 20将液体制冷剂和热流体周期地喷射到冷却腔室12的控制系统50。在所示实施例中，热 流体回路17包括热流体供应回路18和热流体返回回路19。 在液体氮用作冷却介质时，液体氮需要靠近被冷却产品喷射或沉积，以便使得冷 传递最大化。因此，在所示实施例中，喷嘴20从歧管14延伸到腔室12到达腔室12内产品 的高度或预定高度附近或以下的位置。喷嘴20的优选配置是位于喷嘴尖端在调和器系统 10的混合腔室12的产品高度以下的位置。这种配置使得从喷嘴20喷射的液体制冷剂尽可 能长地穿过产品并在混合腔室内的产品内循环或运动，由此使得冷传递最大化。 在包括如图1所示的两个轴的混合器或调和器系统10中，包括液体制冷剂的歧管 14对中布置，在冷却腔室12内的产品朝着混合器壳体11的中心转动时，使得液体制冷剂喷 射到产品中。同样，喷嘴20从歧管14向下延伸，使得产品围绕喷嘴尖端流动。为了安全和 卫生的目的，歧管14以及所有输送管线和液体制冷剂回路16和热流体回路17的其它部分 保持在产品高度之上。 虽然未示出，在单个轴线的混合器中的喷嘴和相关部件最好定位成使得喷射的液 体制冷剂和产品一起在转动运动的向下过程中运行。作为选择，喷嘴配置还可包括壳体侧 部或底部上的位置。这种侧部和底部喷嘴配置会需要可选择的流动控制方案，特别是对于 热流体回路来说，以便保持喷嘴正常操作。 现在参考图2，表示适用于当前披露系统中的喷嘴20的示意图。所示的喷嘴20包 括具有近端22的上部21和限定远端24的下部23。喷嘴20的上部21布置在制冷剂歧管 14内或固定其上。下部23延伸到混合或调和腔室内，其中喷嘴20的远端24靠近将被冷冻 的产品布置或与其接触。 如图2、4、5和6所示，喷嘴20包括内部或中央布置管25，管25适用于经由歧管 14从液体制冷剂源(未示出)接收液体制冷剂，并且将液体制冷剂输送到混合或调和腔室 内的喷射点。内部或中央布置管25包括位于喷嘴20的近端22以便从液体制冷剂回路16 接收液体制冷剂的第一开口 26、主体部分27以及位于喷嘴20的远端24以便将液体制冷剂 输送到调和腔室的第二开口 28。 如下面更加详细描述那样，中央部分管25还可流体连接到热流体回路上，以便通 过最好是例如氮蒸气的气体的热流体为内部或中央布置管25提供受控预先喷射或后喷 射。[0022] 喷嘴20还包括围绕内部或中央布置液体制冷剂管25同心布置的外套筒30。在所 示实施例中，外套筒30还限定喷嘴20的外表面32。外套筒30适用于将最好是例如加热氮 蒸气的加热气体的热流体循环经过其中，以便将喷嘴的外套筒32和喷嘴尖端或远端24保 持在预定温度范围内。最好是，外表面32的预定温度使得将被冷冻产品不在喷嘴20的外 表面32或远端24上冻结。 介于内部或中央布置管25和外套筒30之间的密封环形空间35，该空间操作用来 将流过内部或中央管的主体部分27的液体制冷剂与流过套筒30的热流体隔离。在所示实 施例中，密封环形空间35围绕内部管25的主体部分27同心布置，并且不延伸到喷嘴20的 尖端或远端24。而是靠近喷嘴20的尖端或远端24在外套筒30和内部管25之间具有直 接接口 。通常，内部管25的主体部分27和外套筒30之间的密封环形空间35用作热中断 区，减小来自于内部管25和喷嘴20的外表面内流动的液体制冷剂的冷传递。密封环形空 间35可填充气体、隔离材料或可甚至结合有真空。 图4-6表示适用于当前系统的在混合或调和装置中喷射液体制冷剂的制冷剂喷
射喷嘴的特定实施例。如这里所示，每个喷射器组件包括容纳三个制冷剂管线和多个喷嘴
20的壳体或歧管14，其中每个喷嘴的近端22流体连接在液体制冷剂回路16上。另外，每
个喷嘴20还独立连接到热流体供应回路18和热流体返回回路19上。 回来参考图3，表示与整个喷射系统10的实施例相关的总体流动示意图。系统10
包括多个喷嘴20，每个喷嘴与液体制冷剂回路16和热流体回路17流体连通。 在所示的示意图中，液体制冷剂回路16包括液体制冷剂源52和布置在液体制冷
剂源52和调和器或混合器设备之间的主要控制阀54。主要控制阀54可操作地连接到控制
系统50上以便在系统10在紧急情况下自动关闭时或者在出现其它预定涉及安全或操作的
情况下关闭液体制冷剂流。液体制冷剂回路16还包括多个液体制冷剂导管56、57，每个导
管与一个或多个喷嘴20相关，并布置在主要控制阀54的下游。 在所示实施例中，具有两个液体制冷剂导管56、57，每个导管连接到一对所示的喷 嘴20上。液体制冷剂回路16还包括喷射控制阀58、59，每个控制阀布置成与每个液体制冷 剂导管56、57可操作地相关。每个喷射控制阀58、59通过控制系统50可操作地控制，以响 应用户设置、用户指令和相关的系统操作参数。 如上所述，热流体导管17包括热流体供应回路18和热流体返回回路19。热流体 供应回路18还包括流体(在这种情况下是氮气)供应装置60，以及主要关断阀62。主要 关断阀62可操作地连接到控制系统50上，以便在系统10在紧急情况下自动关闭时或者在 出现其它预定涉及安全或操作的情况下关断氮气或其它流体流。气体控制阀64和流体加 热器元件66同样最好布置在热流体供应回路18内，以便控制去往每个喷嘴20的外套筒的 热流体的流动和温度。气体控制阀64和加热器元件66还通过控制系统可操作地控制，以 响应系统指令和操作参数。 热流体供应回路18还包括一个或多个热流体喷射回路70、72，将氮气从热流体供 应回路18分流到液体制冷剂回路16。在每个热流体喷射回路70、72内具有热流体喷射控 制阀74、76和防止液体制冷剂回流到热流体供应回路17内的单向止回阀77、78。类似于气 体的控制阀，热流体喷射控制阀74、76通过控制系统50可操作地控制，以便经由喷嘴20以 适当时间顺序开始所选容积的气体的预先喷射和/或后喷射。热流体喷射回路的数量将与
5液体制冷剂导管的数量匹配，使得每个液体制冷剂导管56、57连接到热流体喷射回路70、
72上，在液体制冷剂喷射之前和/或之后，使得管线和喷嘴20通过氮气吹扫。 热流体返回回路19包括释放阀82和排放孔84，使得热流体排放到加工环境之外
或者用于其它设施。可选择实施例以及在某些应用中的优选实施例具有形成闭合回路的热
流体回路17。使用闭合回路的方法，通过泵(未示出)或类似的循环装置，热流体返回导管
19内的流体循环返回到热流体供应回路18。 在许多商业应用中，调和器或混合器具有排放系统90，以便去除由于液体制冷剂 喷射到混合器内的产品内而产生的任何蒸气。通常，排放的蒸气可包括去除另外热量的能 力。因此，考虑到将排放蒸气循环到其它工厂或设施制冷需要，包括调和系统10下游的任 何后混合设备。 从图3和相关描述中理解到，具有与热流体回路17相关的多种功能或应用。首先， 在热流体(例如氮气)流经由控制阀74或控制阀76分流到热流体喷射回路70、72时，氮 气为液体制冷剂导管56、57和相关喷嘴20提供吹扫或吹气。吹扫最好在液体制冷剂喷射 之前进行(即预先喷射步骤)，或者在液体制冷剂喷射之后进行(即后喷射步骤)或两种情 况。预先喷射步骤有利于清洁或去除附着在与颗粒液体制冷剂导管56、57相关的喷嘴尖端 上的任何产品。后喷射步骤最好用来从液体制冷剂导管56、57和相关喷嘴20清洁任何残 留制冷剂液体。这继而防止喷嘴尖端过度冷却，并防止从喷嘴内部管到喷嘴的外套筒和外 表面的任何冷传递。 另外，热流体回路17提供循环经过喷嘴20的外套筒的热流体，以防止产品冷冻或 依附在喷嘴上，以及防止喷嘴主体过冷。 喷射控制阀58、59的独立控制是操作当前披露的系统10的优选模。在单独控制 方案中，液体制冷剂(例如液体氮)喷射通过控制系统50来控制，以便造成液体制冷剂在 产品处理循环的整个过程中间断地流过喷射控制阀58、59。用于每个喷嘴的喷射循环还可 以是分阶段的，使得液体制冷剂大多数经由一个或多个喷嘴20输送到腔室12，但是不是所 有喷嘴一起喷射液体制冷剂。 如上所述，液体制冷剂经由每个喷嘴的喷射以间断地接通和断开的方式进行循 环，以避免在整个产品处理过程中连续喷射液体制冷剂。来自于单个喷嘴的恒定液体喷射 回造成产品的局部过冷，并造成喷嘴性能的损坏或退化，其形式是喷嘴恢复和缓和的时间 较长。 经由一个或多个喷嘴的液体制冷剂喷射的接通和断开循环时间可以是周期性的， 或者非周期性的。每个接通和断开循环的优选持续时间以及其它喷射参数通过使用者设 置，或者以其它方式编程到控制系统50内。 最好是，虽然液体制冷剂经由喷嘴间断喷射，热流体在整个循环过程中流过热流 体供应回路到喷嘴的外套筒，以便将每个喷嘴保持在预定温度范围内。同样，热流体(例如 氮气)经由每个喷嘴的预先喷射和后喷射受到准确控制，以便在每个喷嘴的适当断开循环 时间过程中出现。 从以上说明书中可以理解到，当前披露的系统提供一种基于液体制冷剂的调和系 统和结合有改进喷嘴结构和相关喷射控制技术的方法。在广义上，该系统包括液体制冷剂 流动回路、加热气体流动回路和布置成适用于将液体制冷剂有效地喷射到被冷却产品内或附近的多个喷射器或喷嘴。所披露的系统和方法还包括适用于可操作地控制液体制冷剂喷 射并连续控制加热气体流到并经过多个喷射器的控制器。 虽然特别设计用于食品加工应用的当前系统可同样适用于其它制冷和混合应用， 包括化学、生物制药学以及制药材料和产品。另外，所示系统、方法和与其相关的特征可单 独使用，或者与其它食品加工工艺和变型结合使用。此外，这里描述所披露方法中涉及的每 个特定步骤以及优选喷射系统中的每种输入、元件或变量容易改变或变化以满足使用它的 特定产品需要或其它操作环境和安全限制。 综上所述，应该理解到本实用新型因此提供一种用于将液体制冷剂喷射到混合和 调和系统的系统和方法。虽然这里披露的本实用新型通过特定实施例和与其相关的方法来 描述，本领域普通技术人员可以对其进行多种变型和改型，而不偏离在权利要求中提出的 本实用新型的范围，或者不牺牲其所有材料优点。
权利要求一种液体制冷剂调和系统，包括限定冷却腔室的壳体；布置在冷却腔室内并适用于将液体制冷剂喷射到冷却腔室的多个喷射器；和适用于将液体制冷剂源连接到多个喷射器上以便喷射到冷却腔室内的液体制冷剂流动回路；所述液体制冷剂调和系统的特征在于还包括适用于将热流体源与多个喷射器连接的热流体流动回路；以及适用于可操作地控制液体制冷剂从多个喷射器喷射到冷却腔室并连续控制热流体流到多个喷射器以便将多个喷射器保持在预定温度范围的控制器。
2. 如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括布置在热流体流动回路以便进一步 加热热流体的加热器。
3. 如权利要求1所述的系统，其特征在于，液体制冷剂是液体氮，并且热流体是氮蒸气。
4. 一种用于调和系统的液体制冷剂喷嘴，包括限定连接位于喷嘴主体的近端以便接收液体制冷剂的第一开口和位于喷嘴主体的远 端以便将液体制冷剂输送到调和系统的第二开口的流动路径的喷嘴主体； 所述液体制冷剂喷嘴的特征在于还包括围绕限定喷嘴的外表面的喷嘴主体布置的外套筒，外套筒适用于在其中循环热流体， 以便将喷嘴的外表面保持在预定温度范围。
5. 如权利要求4所述的喷嘴，其特征在于，外套筒还限定在液体制冷剂管和外套筒之 间的环形空间。
6. 如权利要求4所述的喷嘴，其特征在于，外套筒还布置成靠近远端与管直接接触。
7. 如权利要求4所述的喷嘴，其特征在于，还包括布置在喷嘴主体和外套筒之间的中 间间隔件，以便限定喷嘴主体和外套筒之间的密封环形空间。
专利摘要本实用新型涉及液体制冷剂调和系统及用于此系统的液体制冷剂喷嘴。该系统包括限定冷却腔室的壳体；布置在冷却腔室内并适用于将液体制冷剂喷射到冷却腔室的多个喷射器；和适用于将液体制冷剂源连接到多个喷射器上以便喷射到冷却腔室内的液体制冷剂流动回路，而且该系统还包括适用于将热流体源与多个喷射器连接的热流体流动回路；以及适用于可操作地控制液体制冷剂从多个喷射器喷射到冷却腔室并连续控制热流体流到多个喷射器以便将多个喷射器保持在预定温度范围的控制器。
文档编号F25B19/04GK201443928SQ20082020738
公开日2010年4月28日 申请日期2008年8月29日 优先权日2008年8月29日
发明者J·M·吉拉德 申请人:普莱克斯技术有限公