DE19961208B4

DE19961208B4 - Apparatus and method for cooling workpieces by means of gas

Info

Publication number: DE19961208B4
Application number: DE19961208A
Authority: DE
Inventors: Friedhelm Dr. Herzog; Jürgen Busse
Original assignee: Air Liquide Deutschland GmbH
Current assignee: Air Liquide Deutschland GmbH
Priority date: 1999-12-18
Filing date: 1999-12-18
Publication date: 2008-07-17
Anticipated expiration: 2019-12-19
Also published as: DE19961208A1

Abstract

Kühlsystem zum Kühlen eines Werkstücks mittels Gas oder Gasgemisch, mit einer Abkühlkammer (6) zum Aufnehmen des zu kühlenden Werkstücks, die mit mindestens einem Gaseinlaß zum Zuführen eines vorzugsweise aus einem inerten Gas oder Gasgemisch bestehenden Kühlgases und mindestens einem Gasauslaß zum Ableiten des vom Kühlgas erwärmten Kühlgases versehen ist, wobei der Gaseinlaß und der Gasauslaß zur Herstellung eines Kühlgaskreislaufs mit einer Gasfördereinrichtung (3) und mit einem Wärmetauscher (4, 5) strömungsverbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß im Kühlgaskreislauf saugseitig an der Gasfördereinrichtung (3) ein erster Wärmetauscher (4), der hauptsächlich zum Abführen der vom Werkstück auf das Kühlgas übertragenen Wärme dient, und druckseitig an der Gasfördereinrichtung (3) ein zweiter Wärmetauscher (5), der hauptsächlich zum Abführen der durch den Förderprozeß auf das Kühlgas übertragenen Wärme dient, vorgesehen sind.cooling system for cooling a workpiece by gas or gas mixture, with a cooling chamber (6) for receiving to be cooled Workpiece the with at least one gas inlet for supplying a preferably from an inert gas or gas mixture existing cooling gas and at least one Gas outlet for drainage of the refrigerant gas heated cooling gas is provided, wherein the gas inlet and the gas outlet for the production a cooling gas cycle with a gas conveyor (3) and with a heat exchanger (4, 5) fluidly connected are, characterized in that in the cooling gas circulation on the suction side the gas conveyor (3) a first heat exchanger (4), the main one for discharging the from the workpiece transferred to the cooling gas Heat serves, and pressure side of the gas conveyor (3) a second heat exchanger (5), the main one for discharging which through the funding process on the Transfer cooling gas Heat serves, are provided.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem sowie ein Verfahren zum Kühlen eines Werkstücks mittels Gas oder Gasgemisch.The The invention relates to a cooling system and a method for cooling a workpiece by gas or gas mixture.

Werkstücke, die bei der Herstellung hohen Temperaturen ausgesetzt werden, müssen gekühlt werden. Um die Qualität der Werkstücke nicht zu beeinträchtigen, muß das Werkstück anschließend kontrolliert und homogen abgekühlt werden. Ein solcher Kühlprozeß wird eingeleitet, indem die zu kühlenden Materialien von einem Kühlgas angeströmt werden. Dabei wird ein in einem Gasvorratsbehälter unter Druck stehendes verflüssigtes Gas oder Gasgemisch über einen Rippenrohrwärmetauscher geleitet, dort verdampft und anschließend einem Gaszuführungssystem der Kühlvorrichtung zugeführt. Dieses Verfahren ist sehr einfach, weist aber den Nachteil auf, daß lediglich der Volumenstrom für die Gaszuführung regelbar ist. Die Gastemperatur ist von den Umgebungsbedingungen abhängig. Solche Kühlverfahren sind beispielsweise aus der EP 0 562 250 A1 , der DE 44 27 857 C2 und der DE 44 22 588 C1 bekannt.Workpieces that are exposed to high temperatures during manufacture must be cooled. In order not to affect the quality of the workpieces, the workpiece must then be controlled and cooled down homogeneously. Such a cooling process is initiated by the cooling of the materials to be cooled by a cooling gas. In this case, a liquefied gas or gas mixture under pressure in a gas storage container is passed through a finned tube heat exchanger where it is vaporized and subsequently fed to a gas supply system of the cooling device. This method is very simple, but has the disadvantage that only the volume flow for the gas supply is adjustable. The gas temperature depends on the ambient conditions. Such cooling methods are for example from the EP 0 562 250 A1 , of the DE 44 27 857 C2 and the DE 44 22 588 C1 known.

Eine Verbesserung des Verfahrens läßt sich dadurch erzielen, daß man nur einen Teilstrom des aus dem Gasvorratstank entnommenen verflüssigten Gases verdampft und diesen in einem Kaltgasmischer mit flüssigem, tiefkalten Gas vermischt. Durch geeignete Meß- und Regelsysteme lassen sich so sehr exakt Gastemperaturen zwischen der Umgebungstemperatur und dem Siedepunkt des Gases einstellen.A Improvement of the method can thereby achieve that one only a partial stream of the liquefied gas taken from the gas storage tank vaporized and this in a cold gas mixer with liquid, low-temperature gas mixed. Leave by suitable measuring and control systems so very accurately gas temperatures between the ambient temperature and set the boiling point of the gas.

Die beiden beschriebenen Varianten für die Gaszuführung lassen sich mit relativ geringem Aufwand realisieren. Sie haben jedoch den großen Nachteil, daß das Gas nach dem Austritt aus der Kühleinrichtung ins Freie geleitet wird und damit verloren ist. Die dadurch entstehenden hohen Gasverbräuche sind wirtschaftlich kaum vertretbar.The both variants described for the gas supply can be realized with relatively little effort. They have but the big disadvantage that this Gas after exiting the cooling device is directed into the open and is lost. The resulting high gas consumption are hardly economically justifiable.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, eine Möglichkeit zum Kühlen von Werkstücken zu schaffen, die den Verbrauch von Kühlgas minimiert und auch bei hohen Prozeßtemperaturen einsetzbar ist.task The present invention is therefore a possibility for cooling of Workpieces too which minimizes the consumption of cooling gas and also at high process temperatures can be used.

Gelöst ist diese Aufgabe durch ein Kühlsystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.This is solved Task through a cooling system with the features of claim 1.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung steht also eine Abkühlkammer, die zur Aufnahme eines Werkstücks bestimmt ist, mit einem Wärmetauscher und einer Gasfördereinrichtung in Strömungsverbindung. Das eingesetzte Kühlgas durchläuft in dieser Vorrichtung einen Kühlgaskreislauf, in dem es fortwährend nacheinander zum Kühlen des Werkstücks eingesetzt und anschließend seinerseits im Wärmetauscher gekühlt wird. Mit der erfindungsgemäßen Kühlung mittels eines Gases oder eines Gasgemisches, das eine gute Wärmeleitfähigkeit und bevorzugterweise Inerteigenschaft besitzt, ist eine besonders schonende und gut kontrollierbare Abkühlmöglichkeit geschaffen.at the device according to the invention is so a cooling chamber, for picking up a workpiece is determined, with a heat exchanger and a gas conveyor in fluid communication. The used cooling gas goes through in this device, a cooling gas circuit, in which it is continuous successively for cooling of the workpiece used and then in turn in the heat exchanger chilled becomes. With the cooling according to the invention by means of a gas or a gas mixture that has good thermal conductivity and preferably has inertness, one is particular gentle and easy to control cooling possibility created.

Bevorzugterweise kommen Edelgase als Kühlgase zum Einsatz. Im Unterschied zu anderen Kühlgasen verlieren Edelgase selbst bei hohen Prozeßtemperaturen nicht ihre Inerteigenschaft und sind daher insbesondere bei empfindlichen Oberflächen als Kühlgase unter derartigen Extrembedingungen besonders geeignet. Ein bevorzugtes und verhältnismäßig preisgünstiges Edelgas ist dabei Argon.preferably, noble gases come as cooling gases for use. Unlike other cooling gases, noble gases lose their weight even at high process temperatures not their inertness and are therefore particularly sensitive Surfaces as cooling gases particularly suitable under such extreme conditions. A preferred one and relatively inexpensive Noble gas is argon.

Grundsätzlich kann das erfindungsgemäße Verfahren mit einem Wärmetauscher betrieben werden. Da schon allein durch die Gasförderung ein Wärmeeintrag in das Kühlgas erfolgt, erweist es sich als zweckmäßig, mehrere Wärmetauscher im Kühlkreislauf anzuordnen, von denen wenigstens einer saugseitig an der Gasfördereinrichtung angeordnet ist und dem Abführen der durch den Abkühlvorgang des Werkstücks vom Gas aufgenommenen Wärme dient, und bei Bedarf wenigstens ein zweiter Wärmetauscher druckseitig an der Gasfördereinrichtung angeordnet ist, der hauptsächlich das Abführen der durch den Förderprozeß aufgenommenen Wärme bezweckt.Basically the inventive method with a heat exchanger operate. Because even by the gas extraction heat input in the cooling gas takes place, it proves useful, several heat exchangers in the cooling circuit to arrange, of which at least one suction side of the gas conveyor is arranged and the discharge by the cooling of the workpiece heat absorbed by the gas, and if necessary, at least a second heat exchanger on the pressure side the gas conveyor is arranged, the main the discharge the one taken by the funding process Heat aims.

In einer vorteilhaften Weiterbildung sind die Wärmetauscher in einer Wärmetauschereinheit, die mit einem Kältemittel wärmeleitend verbunden ist, integriert. Eine solche Anordnung kann etwa derart realisiert werden, daß der Kühlgasstrom vor Durchlaufen der Gasfördereinrichtung einem ersten Teil der Wärmetauschereinheit zugeführt, darin gekühlt und sodann der Gasfördereinrichtung zugeleitet wird. Das aus der Gasfördereinrichtung kommende Kühlgas wird anschließend mindestens einem zweiten Teil der Wärmetauschereinheit zugeführt und darin gekühlt.In According to an advantageous development, the heat exchangers are in a heat exchanger unit, with a refrigerant thermally conductive connected, integrated. Such an arrangement can be realized in such a way be that Cooling gas flow before Passing through the gas conveyor a first part of the heat exchanger unit supplied cooled in it and then the gas conveyor is forwarded. The coming out of the gas conveyor cooling gas is subsequently fed to at least a second part of the heat exchanger unit and cooled in it.

Wird der Kühlkreislauf druckseitig an der Gasfördereinrichtung routinemäßig oder im Verlauf eines Notfalls geschlossen, erweist es sich als vorteilhaft, eine Bypassregelung am Kühlkreislauf einzurichten, um eine Überhitzung der Gasfördereinrichtung zu verhindern. Dazu ist eine erste Abzweigung aus dem Kühlmittelkreislauf, die druckseitig an der Gasfördereinrichtung vorgesehen ist, mit einer zweiten Abzweigung saugseitig an der Gasfördereinrichtung zu einem Parallelkreislauf strömungsverbunden. Mittels einer Stell- und Regelarmatur ist zumindest ein Teilstrom des Kühlmittelstroms an der ersten Abzweigung entnehmbar und an der zweiten Abzweigung wieder dem Kühlmittelstrom zuführbar.Becomes the cooling circuit pressure side of the gas conveyor routinely or closed in the course of an emergency, it proves to be advantageous a bypass control on the cooling circuit set up to overheat the gas conveyor to prevent. For this purpose, a first branch from the coolant circuit, the pressure side of the gas conveyor is provided with a second branch suction side of the gas conveyor fluidly connected to a parallel circuit. By means of a control valve is at least a partial flow of the coolant flow Removed at the first junction and at the second junction again the coolant flow fed.

Um ein zu starkes Aufheizen des Kühlgases während des Betriebs des Parallelkreislaufs zu verhindern, ist in einer abermals vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, die Abzweigungen für den Parallelkreislauf derart anzuordnen, daß zumindest ein Wärmetauscher in dem Parallelkreislauf integriert ist.To overheat the cooling gas to prevent during operation of the parallel circuit is provided in a yet further advantageous embodiment of the invention to arrange the branches for the parallel circuit such that at least one heat exchanger is integrated in the parallel circuit.

Zweckmäßigerweise ist der Kühlkreislauf mit einer Gaszuleitung sowie mit einer Gasableitung verbunden. Eine vorzugsweise automatische Meß- und Regeleinrichtung sorgt nach vorgegebenen Werten und/oder nach einem vorgegebenen Programm für die Einstellung bestimmter Druckverhältnisse im Kühlkreislauf.Conveniently, is the cooling circuit connected to a gas supply line and with a gas discharge. A preferably automatic measuring and control device provides according to predetermined values and / or after a given program for the Adjustment of certain pressure conditions in the cooling circuit.

Vorteilhafterweise sind im Kühlkreislauf Mittel zur Erfassung der Temperatur integriert.advantageously, are in the cooling circuit Integrated means for detecting the temperature.

Eine Stellautomatik, welche die Förderleistung der Gasfördereinrichtung und/oder die Kühlleistung des/der Wärmetauscher und/oder den durch den Parallelkreislauf geführten Kühlgasanteil in Abhängigkeit von vorgegebenen oder gemesse nen Parametern steuert, sorgt in besonders vorteilhafter Weise für einen optimierten Betrieb des erfindungsgemäßen Kühlsystems.A Automatic setting, which determines the delivery rate the gas conveyor and / or the cooling capacity the heat exchanger (s) and / or the guided through the parallel circuit cooling gas in dependence controlled by predetermined or measured parameters, provides in particular advantageous for an optimized operation of the cooling system according to the invention.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird auch durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst.The inventive task is also achieved by a method having the features of claim 10 solved.

Dabei wird ein vorzugsweise inertes Kühlgas oder ein Kühlgasgemisch, etwa ein Edelgas wie Argon, in einem Förderkreislauf geführt. Das Kühlgas wird dabei einer Abkühlkammer zugeführt, die ein zu kühlendes Werkstück enthält. Das durch direkten oder indirekten Kontakt mit dem Werkstück erwärmte Kühlgas wird mittels einer Gasfördereinrichtung aus der Abkühlkammer abgesogen, einem Wärmetauscher zugeführt und das abgekühlte Gas wieder der Abkühlkammer zugeleitet.there is a preferably inert cooling gas or a cooling gas mixture, about a noble gas such as argon, led in a delivery cycle. The Cooling gas is while a cooling chamber supplied the one to be cooled workpiece contains. The heated by direct or indirect contact with the workpiece cooling gas is by means of a gas conveyor from the cooling chamber sucked off, a heat exchanger supplied and the cooled Gas again the cooling chamber fed.

In einer zweckmäßigen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in einem zusätzlichen Verfahrensschritt die durch den Fördervorgang vom Kühlgas aufgenommene Wärme entzogen, bevor das Kühlgas der Abkühlkammer zugeleitet wird.In an appropriate training the method according to the invention will be in an additional Process step taken by the delivery process of the cooling gas Heat withdrawn, before the cooling gas the cooling chamber is forwarded.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Druck im gesamten Kühlkreislauf auf einen Wert oberhalb des Umgebungsdrucks gehalten wird. Dadurch wird im Falle einer Leckage ein Eindringen von Umgebungsgas oder von Luft wirkungsvoll unterbunden.Especially It is advantageous if the pressure in the entire cooling circuit to a value is kept above the ambient pressure. This will in the case Leakage penetration of ambient gas or air effectively prevented.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders für alle Prozesse, bei denen hohe Arbeitstemperaturen und/oder hohe Anforderungen an die Homogenität des Abkühlvorgangs bestehen. Dazu gehören insbesondere Prozesse, bei denen ein Werkstück mit einer hitzebeständigen Deckschicht aus keramischem Material versehen wird. Bei diesen Beschichtungsverfahren werden die Bauteile einer hohen Temperatur ausgesetzt und müssen nach den Beschichtungsvorgang bei hohen Anforderungen an die Homogenität des Abkühlvorgangs auf Normaltemperatur gebracht werden. Das erfindungsgemäße Kühlverfahren ist hierzu besonders geeignet.The inventive method is particularly suitable for all processes where high working temperatures and / or high Homogeneity requirements the cooling process consist. This includes In particular, processes in which a workpiece with a heat-resistant cover layer off ceramic material is provided. In these coating processes The components are exposed to a high temperature and must after the coating process with high demands on the homogeneity of the cooling process be brought to normal temperature. The cooling method according to the invention is particularly suitable for this purpose.

Anhand der Zeichnung soll nachfolgend ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert werden.Based the drawing will be below an embodiment of the invention be explained in more detail.

Die einzige Figur zeigt in schematischer Ansicht ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Kühlsystems.The single figure shows a schematic diagram of a block diagram a cooling system according to the invention.

Das Kühlsystem 1 umfaßt eine durch einen Motor 2 betriebene Gasfördereinrichtung 3 sowie Wärmetauscher 4, 5, die saugseitig (4) bzw. druckseitig (5) an der Gasfördereinrichtung 3 angeordnet sind. Eine Abkühlkammer 6, die zur Aufnahme eines zu kühlenden Werkstücks bestimmt ist, weist eine Gasaustrittsleitung 8, die den saugseitigen Wärmetauscher 4 durchläuft und mit der Saugseite der Gasfördereinrichtung 3 strömungsverbunden ist, sowie eine Gaszuleitung 9 zum Zuführen von Kühlgas auf, die von der Druckseite der Gasfördereinrichtung 3 ausgeht und vor ihrer Einmündung in die Abkühlkammer 6 den druckseitigen Wärmetauscher 5 durchläuft.The cooling system 1 includes one by a motor 2 operated gas conveyor 3 as well as heat exchangers 4 . 5 , the suction side ( 4 ) or pressure side ( 5 ) at the gas conveyor 3 are arranged. A cooling chamber 6 , which is intended to receive a workpiece to be cooled, has a gas outlet line 8th that the suction side heat exchanger 4 passes through and with the suction side of the gas conveyor 3 fluidly connected, and a gas supply line 9 for supplying cooling gas from the pressure side of the gas conveying device 3 goes out and before their confluence with the cooling chamber 6 the pressure-side heat exchanger 5 passes.

Die Abkühlkammer 6 ist durch Ventile V1 (saugseitig) und V2 (druckseitig) strömungstechnisch von den Wärmetauschern 4, 5 und der Gasfördereinrichtung 3 abtrennbar.The cooling chamber 6 is fluidically from the heat exchangers through valves V1 (suction side) and V2 (pressure side) 4 . 5 and the gas conveyor 3 severable.

Die Wärmetauscher 4, 5 werden von einem Kühlmittel, im Ausführungsbeispiel Wasser, durchströmt, das in Kühlmittelzuleitungen 11 bzw. 12 herangeführt wird. Durch Steilventile V3 bzw. V4 kann der Zufluß des Kühlmittels in den jeweiligen Wärmetauscher 4, 5 manuell oder automatisch reguliert werden. Zum Abtransport des im Wärmetauscher 4, 5 erwärmten Kühlmittels dienen Kühlmittelableitung 13, 14.The heat exchangers 4 . 5 are flowing through a coolant, in the embodiment of water, in the coolant supply lines 11 respectively. 12 is introduced. Through flow valves V3 and V4, the inflow of the coolant into the respective heat exchanger 4 . 5 manually or automatically regulated. For removal of the heat exchanger 4 . 5 heated coolant serve coolant drainage 13 . 14 ,

Um den Einsatz von Kühlmittel ökonomischer zu gestalten, kann die Kühlmittelableitung 14 des druckseitigen Wärmetauschers 5 mit der Kühlmittelzuführung 11 des saugseitigen Wärmetauschers 4 zu einer Wärmetauschereinheit verbunden werden. Beide Wärmetauscher 4, 5 lassen sich jedoch auch mit getrennten Kühlmittelzuflüssen oder unterschiedlichen Kühlmitteln betreiben.To make the use of coolant more economical, the coolant drainage 14 the pressure-side heat exchanger 5 with the coolant supply 11 the suction side heat exchanger 4 be connected to a heat exchanger unit. Both heat exchangers 4 . 5 However, they can also be operated with separate coolant inflows or different coolants.

Um insbesondere Volumenschwankungen, die beim Betrieb des Kühlsystems 1 auftreten können, auszugleichen, steht das Kühlsytem 1 über eine Ersatzgaszuführung 16, die mit einem Ventil V5 versehen ist, mit einem Kühlgasvorrat, etwa einem Tank, in Strömungsverbindung. Des weiteren besteht eine Strömungsverbindung des Kühlsystems 1 mit einer Abgasleitung 17 in der ein Ventil V6 angeordnet ist. Beide Ventile V5 und V6 sind über eine Meß- und Regeleinrichtung 18 ansteuerbar. Die saugseitig an der Gasfördereinrichtung 3 angeordnete Meß- und Regeleinrichtung 18 mißt laufend oder in regelmäßigen Zeitabständen den Druck in der Gasaustrittsleitung 8. Fällt der Druck in der Gasaustrittsleitung 8 unter einen bestimmten Wert, etwa unter den Umgebungsdruck, gibt die Meß- und Regeleinrichtung 18 einen Steuerbefehl zum Öffnen des in Normalstellung geschlossenen Ventils V5. Das Ventil V5 öffnet sich und Kühlgas strömt aus dem Kühlgasvorrat durch die Ersatzgaszuführung 16 in das Kühlsystem 1 ein. Bei Überschreiten eines bestimmten Druckwertes in der Gasaustrittsleitung 8 sendet die Meß- und Regeleinrichtung 18 abermals einen Steuerbefehl an das Ventil V5, und das Ventil V5 wird geschlossen.In particular, volume fluctuations that occur during operation of the cooling system 1 can occur, balance, is the cooling system 1 via a replacement gas supply 16 , with a valve V5 ver see, with a cooling gas supply, such as a tank, in fluid communication. Furthermore, there is a flow connection of the cooling system 1 with an exhaust pipe 17 in which a valve V6 is arranged. Both valves V5 and V6 are via a measuring and control device 18 controllable. The suction side of the gas conveyor 3 arranged measuring and control device 18 Measures continuously or at regular intervals the pressure in the gas outlet pipe 8th , If the pressure falls in the gas outlet line 8th below a certain value, such as below the ambient pressure, are the measuring and control device 18 a control command to open the normally closed valve V5. The valve V5 opens and cooling gas flows out of the cooling gas supply through the substitute gas supply 16 in the cooling system 1 one. When a certain pressure value in the gas outlet line is exceeded 8th sends the measuring and control device 18 again a control command to the valve V5, and the valve V5 is closed.

Besteht in der Gasaustrittsleitung 8 dagegen ein Druck, der höher als ein vorbestimmter Wert ist, gibt die Meß- und Regeleinrichtung 18 einen Steuerbefehl zum Öffnen des Ventils V6 und überschüssiges Kühlgas strömt durch die Abgasleitung 17 in die Umgebung oder in einen Auffangbehälter.Consists in the gas outlet pipe 8th on the other hand, a pressure which is higher than a predetermined value, gives the measuring and control device 18 a control command to open the valve V6 and excess refrigerant gas flows through the exhaust pipe 17 into the environment or into a collection container.

Druckseitig an der Gasfördereinrichtung 3 verhindert ein mit einer Druckmeßeinrichtung 19 versehenes Überdruckventil 20 den Anstieg des Drucks in der Gaszuführung 9 über einen vorbestimmten Wert.Pressure side of the gas conveyor 3 prevents one with a pressure gauge 19 provided overpressure valve 20 the increase in pressure in the gas supply 9 over a predetermined value.

Bei Schließen des Ventils V2 bei laufendem Betrieb der Gasfördereinrichtung 3 besteht die Gefahr einer Überhitzung der Gasfördereinrichtung 3. Um dieser Gefahr zu begegnen, weist das Kühlsystem 1 eine Bypassanordnung 21 auf. Die Bypassanordnung 21 umfaßt dabei eine Verbindungsleitung 23, die mit der Gaszuführung 9 an einer Abzweigung 24 und mit der Gasaustrittsleitung 8 an einer Abzweigung 25 verbunden ist und bildet somit eine zur Abkühlkammer 6 parallele Strömungsführung. Die Verbindungsleitung 23 weist ein Regelventil V7 auf, das bei Schließen des Ventils V2 automatisch öffnet und/oder manuell den Durchfluß eines Teilstroms des Kühlgases durch die Bypassanordnung 21 erlaubt.When closing the valve V2 during operation of the gas conveyor 3 there is a risk of overheating of the gas conveyor 3 , To counteract this danger, the cooling system points 1 a bypass arrangement 21 on. The bypass arrangement 21 includes a connecting line 23 connected to the gas supply 9 at a junction 24 and with the gas outlet pipe 8th at a junction 25 is connected and thus forms a cooling chamber 6 parallel flow guidance. The connection line 23 has a control valve V7, which automatically opens when closing the valve V2 and / or manually the flow of a partial flow of the cooling gas through the bypass arrangement 21 allowed.

Um die durch den Gastransport durch die Bypassanordnung 21 entstehende Wärme abzuführen, ist die Abzweigung 24 auf der der Abkühlkammer 6 in Strömungsrichtung gesehen zugewandten Seite des druckseitigen Wärmetauschers 5 angeordnet. Alternativ oder ergänzend herzu kann jedoch auch die Abzweigung 25 an anderer Stelle, etwa zwischen der Abkühlkammer 6 und dem saugseitigen Wärmetauscher 4 angeordnet sein.To the by the gas transport through the bypass arrangement 21 dissipate the heat generated, is the diversion 24 on the cooling chamber 6 Seen in the direction of flow side facing the pressure-side heat exchanger 5 arranged. Alternatively or in addition, however, can also be the branch 25 elsewhere, for example between the cooling chamber 6 and the suction side heat exchanger 4 be arranged.

Beim bestimmungsgemäßem Betrieb des Kühlsystems 1 wird ein in der Abkühlkammer 6 befindliches Werkstück von einem durch die Gaszuführung 9 herangeführten Kühlgas bestrichen, wobei das Kühlgas Wärme vom Werkstück aufnimmt. Für viele Anwendungen ist ein inertes Gas oder Gasgemisch, etwa Argon, von Vorteil; wenn die Inerteigenbschaften jedoch von geringerer Bedeutung sind, ist auch der Einsatz anderer, gut wärmeleitender Gase oder Gasgemische, beispielsweise ein Wasserstoff-Stickstoff-Gemisch, möglich. Mittels der Gasfördereinrichtung 3 wird laufend das hierbei auf eine Temperatur von etwa 120°C erwärmte Kühlgas aus der Abkühlkammer 6 abgesaugt und dem saugseitigen Wärmetauscher 4 zugeführt. Im Wärmetauscher 4 wird die vom Werkstück auf das Kühlgas übertragene Wärme an das durch die Kühlmittelzuleitung 1 herangeführte und durch die Kühlmittelableitung 13 abgeführte Kühlmittel übertragen. Zwischen dem saugseitigen Wärmetauscher 4 und der Gasfördereinrichtung 4 befindet sich im Kühlkreislauf der Bereich niedrigesten Drucks. Die Meß- und Regeleinrichtung 18 sorgt in Zusammenwirken mit der Ersatzgaszuleitung 16 dafür, daß hier ein Überdruck gegenüber dem Umgebungsdruck aufrechterhalten wird, um im Falle von Leckagen den Eintrag von Umgebungsluft in den Kühlgaskreislauf zu unterbinden. Die Gasfördereinrichtung 3 erzeugt druckseitig einen Überdruck, der vom Überdruckventil 20 kontrolliert wird. Durch den Transport des Kühlgases durch die Gasfördereinrichtung wird das Kühlgas erwärmt. Daher durchläuft das Kühlgas den druckseitigen Wärmetauscher 5, in welchem die durch den Förderprozeß aufgenommene Wärme an das durch die Kühlmittezu leitung 12 herangeführte und in der Kühlmittelableitung 14 abgeführte Kühlmittel übertragen wird. Das so auf eine Temperatur von im Ausführungsbeispiel etwa 35°C abgekühlte Kühlgas wird über die Gaszuführung 9 abermals der Abkühlkammer 6 zur Kühlung des Werkstücks zugeführt.During normal operation of the cooling system 1 becomes one in the cooling chamber 6 located workpiece from a through the gas supply 9 coated cooling gas coated, wherein the cooling gas absorbs heat from the workpiece. For many applications, an inert gas or gas mixture, such as argon, is advantageous; However, if the Inerteigenbschaften are of less importance, the use of other, good thermal conductivity gases or gas mixtures, such as a hydrogen-nitrogen mixture is possible. By means of the gas conveyor 3 is constantly running here to a temperature of about 120 ° C heated cooling gas from the cooling chamber 6 sucked off and the suction side heat exchanger 4 fed. In the heat exchanger 4 The transferred from the workpiece to the cooling gas heat to that through the coolant supply line 1 introduced and by the coolant discharge 13 transferred discharged coolant. Between the suction side heat exchanger 4 and the gas conveyor 4 is located in the cooling circuit, the area of lowest pressure. The measuring and control device 18 provides in cooperation with the replacement gas supply 16 that an overpressure relative to the ambient pressure is maintained in order to prevent the entry of ambient air into the cooling gas circuit in the event of leakage. The gas conveyor 3 creates a positive pressure on the pressure side, that of the pressure relief valve 20 is controlled. By transporting the cooling gas through the gas conveying device, the cooling gas is heated. Therefore, the refrigerant gas passes through the pressure-side heat exchanger 5 in which the heat absorbed by the conveying process to the line through the Kühlmittezu 12 introduced and in the coolant drainage 14 discharged coolant is transferred. The cooled to a temperature of about 35 ° C in the embodiment cooling gas is via the gas supply 9 again the cooling chamber 6 supplied for cooling the workpiece.

Die Stell- und Regelarmatur 26 dient dazu, bei Vorherrschen eines bestimmten Überdrucks in der Gaszuführung 9 das Regelventil V7 der Bypassanordnung 21 zu öffnen und zumindest einen Teilstrom des Kühlgases über die Verbindungsleitung 23 unmittelbar zur Saugseite der Gasfördereinrichtung 3 zurückzuführen. An einem in der Stell- und Regelarmatur 26 integrierten Temperaturmeßfühler, etwa einem Pt 100, wird die Temperatur des Kühlgases im Kühlkreislauf während des Betriebs des Kühlsystems 1 fortlaufend gemessen.The control valve 26 serves to prevail at a certain overpressure in the gas supply 9 the control valve V7 of the bypass arrangement 21 to open and at least a partial flow of the cooling gas via the connecting line 23 directly to the suction side of the gas conveyor 3 due. At one in the control valve 26 integrated temperature sensor, such as a Pt 100, the temperature of the cooling gas in the cooling circuit during operation of the cooling system 1 continuously measured.

Bei Bedarf, etwa zum Erreichen bestimmter Druck oder Temperaturverhältnisse im Kühlsystem 1 wird die Förderleistung der Gasfördereinrichtung 3 und/oder die Kühlleistung der Wärmetauscher 4, 5 und/oder die Größe des durch die Bypassanordnung 21 geführten Teilstroms manuell oder mittels einer hier nicht gezeigten Steuerautomatik angepaßt.If necessary, for example to achieve certain pressure or temperature conditions in the cooling system 1 is the capacity of the gas conveyor 3 and / or the cooling capacity of the heat exchangers 4 . 5 and / or the size of the by-pass arrangement 21 guided partial flow manually or by means of a control automatic not shown here.

Die Elemente des Kühlsystems sind auf einem Rahmengestell 27 angeordnet und können vor dem Einbau in eine Anlage vormontiert und als kompakte Einheit zum Bestimmungsort transportiert werden.The elements of the cooling system are on a frame 27 arranged and can be pre-assembled before installation in a system and transported as a compact unit to the destination.

Das Kühlsystem 1 ist zur Kühlung von Werkstücken geeignet, die im Verlauf ihres Herstellungs- oder eines Veredelungsprozesses erhitzt wurden und in kontrollierter Weise wieder abgekühlt werden müssen. Als Werkstück kommt insbesondere ein Gegenstand in Betracht, der einem Verfahren zur Beschichtung mit einem hitzebeständigen Material, etwa aus Keramik, unterzogen wurde, und der nun, um die Qualität und die Hitzebeständigkeit der Beschichtung nicht zu beeinträchtigen, kontrolliert und mit großer Homogenität abgekühlt werden muß.The cooling system 1 is suitable for cooling workpieces which have been heated in the course of their manufacturing or refining process and need to be cooled again in a controlled manner. In particular, an article which has been subjected to a method of coating with a heat-resistant material, such as ceramic, and which, in order not to impair the quality and heat resistance of the coating, must be controlled and cooled with great homogeneity, is considered as the workpiece ,

11: Kühlsystemcooling system
22: Motorengine
33: GasfördereinrichtungGas conveyor
44: Saugseitiger WärmetauscherSuction side heat exchangers
55: Druckseitiger Wärmetauscherpressure side heat exchangers
66: Abkühlkammercooling chamber
77: –-
88th: GasaustrittsleitungGas discharge line
99: Gaszuführunggas supply
1010: –-
1111: KühlmittelzuleitungCoolant supply
1212: KühlmittelzuleitungCoolant supply
1313: KühlmittelableitungCoolant discharge
1414: KühlmittelableitungCoolant discharge
1515: –-
1616: ErsatzgaszuführungReplacement gas supply
1717: Abgasleitungexhaust pipe
1818: Meß- und RegeleinrichtungMeasuring and control device
1919: Druckmeßeinrichtungpressure measuring device
2020: ÜberdruckventilPressure relief valve
2121: Bypassanordnungbypass arrangement
2222: –-
2323: Verbindungsleitungconnecting line
2424: Abzweigungdiversion
2525: Abzweigungdiversion
2626: Stell- und Regelarmaturmanipulated and control valve
2727: Rahmengestellframe
V1-V9V1-V9: Ventilevalves

Claims

Kühlsystem zum Kühlen eines Werkstücks mittels Gas oder Gasgemisch, mit einer Abkühlkammer (6) zum Aufnehmen des zu kühlenden Werkstücks, die mit mindestens einem Gaseinlaß zum Zuführen eines vorzugsweise aus einem inerten Gas oder Gasgemisch bestehenden Kühlgases und mindestens einem Gasauslaß zum Ableiten des vom Kühlgas erwärmten Kühlgases versehen ist, wobei der Gaseinlaß und der Gasauslaß zur Herstellung eines Kühlgaskreislaufs mit einer Gasfördereinrichtung (3) und mit einem Wärmetauscher (4, 5) strömungsverbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß im Kühlgaskreislauf saugseitig an der Gasfördereinrichtung (3) ein erster Wärmetauscher (4), der hauptsächlich zum Abführen der vom Werkstück auf das Kühlgas übertragenen Wärme dient, und druckseitig an der Gasfördereinrichtung (3) ein zweiter Wärmetauscher (5), der hauptsächlich zum Abführen der durch den Förderprozeß auf das Kühlgas übertragenen Wärme dient, vorgesehen sind.Cooling system for cooling a workpiece by means of gas or gas mixture, with a cooling chamber ( 6 ) for receiving the workpiece to be cooled, which is provided with at least one gas inlet for supplying a preferably consisting of an inert gas or gas mixture cooling gas and at least one gas outlet for discharging the cooling gas heated by the cooling gas, wherein the gas inlet and the gas outlet for producing a cooling gas circuit a gas conveyor ( 3 ) and with a heat exchanger ( 4 . 5 ) are fluidly connected, characterized in that in the cooling gas circulation on the suction side of the gas conveying device ( 3 ) a first heat exchanger ( 4 ), which serves mainly for discharging the heat transferred from the workpiece to the cooling gas, and on the pressure side at the gas delivery device ( 3 ) a second heat exchanger ( 5 ), which is mainly for discharging the heat transferred by the conveying process to the cooling gas, are provided.

Kühlsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlgas im Kühlgaskreislauf ein Edelgas enthält.cooling system according to claim 1, characterized in that the cooling gas in the cooling gas circuit is a noble gas contains.

Kühlsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlgas im Kühlgaskreislauf Argon enthält.cooling system according to claim 2, characterized in that the cooling gas in Coolant gas cycle Argon contains.

Kühlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (4) zum Abführen der vom Werkstück übertragenen Wärme und der Wärmetauscher (5) zum Abführen der vom Förderprozeß übertragenen Wärme in einer mit einem Kältemittel wärmeleitend verbundenen Wärmetauschereinheit integriert sind.Cooling system according to one of claims 1 to 3, characterized in that the heat exchanger ( 4 ) for removing the heat transferred from the workpiece and the heat exchanger ( 5 ) are integrated for discharging the heat transferred from the conveying process in a heat exchanger with a refrigerant heat exchanger unit connected.

Kühlsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältemittel Wasser ist.cooling system according to claim 4, characterized in that the refrigerant Water is.

Kühlsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung eines Parallelkreislaufs eine erste Abzweigung (24) aus dem Kühlgaskreislauf, die druckseitig an der Gasfördereinrichtung (3) vorgesehen ist, mit einer zweiten Abzweigung (25), saugseitig an der Gasfördereinrichtung (3), in Strömungsverbindung steht, und daß mittels einer Stell- und Regelarmatur (26) zumindest ein Teilstrom des Kühlgasstroms dem Kühlgaskreislauf an der ersten Abzweigung (24) entnehmbar und an der zweiten Abzweigung (25) wieder zuführbar ist.Cooling system according to one of the preceding claims, characterized in that for producing a parallel circuit a first branch ( 24 ) from the cooling gas circuit, the pressure side of the gas conveyor ( 3 ) is provided, with a second branch ( 25 ), suction side of the gas conveyor ( 3 ), is in flow communication, and that by means of a control and regulating valve ( 26 ) at least a partial stream of the cooling gas flow to the cooling gas circuit at the first branch ( 24 ) and at the second branch ( 25 ) can be fed again.

Kühlsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Wärmetauscher (5) in den Parallelkreislauf integriert ist.Cooling system according to claim 6, characterized in that at least one heat exchanger ( 5 ) is integrated in the parallel circuit.

Kühlsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Regelung vorbestimmter Druckverhältnisse in den Kühlgaskreislauf eine Meß- und Regeleinrichtung (18) integriert ist, die mit einer mit einem Gasvorrat verbundenen Gaszuleitung (16) zum Zuführen von Kühlgas in den Kühlgaskreislauf sowie mit einer Gasableitung (17) zum Abführen von Kühlgas aus dem Kühlgaskreislauf versehen ist.Cooling system according to one of the preceding claims, characterized in that for regulating predetermined pressure conditions in the cooling gas circulation a measuring and control device ( 18 integrated with a gas supply connected to a gas supply ( 16 ) for supplying cooling gas into the cooling gas circulation and with a gas discharge ( 17 ) is provided for discharging cooling gas from the cooling gas circuit.

Kühlsystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Meß- und Regeleinrichtung (18) eine automatische Meß- und Regeleinrichtung ist.Cooling system according to claim 8, characterized in that the measuring and control device ( 18 ) is an automatic measuring and control device.

Kühlsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in den Kühlgaskreislauf Mittel zur Erfassung der Temperatur (26) des Kühlgases integriert sind.Cooling system according to one of the preceding claims, characterized in that means for detecting the temperature ( 26 ) of the cooling gas are integrated.

Kühlsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Stellautomatik, welche die Förderleistung der Gasfördereinrichtung (3) und/oder die Kühlleistung des/der Wärmetauscher (4, 5) und/oder den durch den Parallelkreislauf (21) geführten Kühlgasanteil in Abhängigkeit von vorgegebenen oder gemessenen Parameter steuert.Cooling system according to one of the preceding claims, characterized by an automatic adjustment, which determines the delivery rate of the gas delivery device ( 3 ) and / or the cooling capacity of the heat exchanger (s) ( 4 . 5 ) and / or by the parallel circuit ( 21 ) controlled cooling gas component in dependence on predetermined or measured parameters.

Verfahren zum Kühlen eines Werkstücks in dessen Herstellungsprozeß bei dem ein vorzugsweise inertes Kühlgas, etwa Edelgas, einer Abkühlkammer (6) zum Kühlen eines darin enthaltenen Werkstücks zugeführt, vom Werkstück erwärmtes Kühlgas aus der Abkühlkammer (6) abgesaugt, einem Wärmetauscher (4, 5) zum Entziehen von dem Kühlgas vom Werkstück zugeführten Wärme zugeleitet und im Wärmetauscher (4, 5) abgekühltes Kühlgas wieder in die Abkühlkammer (6) gefordert wird, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kühlgas die durch den Förderprozeß aufgenommene Wärme vor der Zuführung des Kühlgases in die Abkühlkammer (6) zumindest teilweise wieder entzogen wird.Method for cooling a workpiece in its production process in which a preferably inert cooling gas, such as noble gas, a cooling chamber ( 6 ) for cooling a workpiece contained therein, heated from the workpiece cooling gas from the cooling chamber ( 6 ), a heat exchanger ( 4 . 5 ) for removing heat supplied to the cooling gas from the workpiece and in the heat exchanger ( 4 . 5 ) cooled cooling gas back into the cooling chamber ( 6 ) is required, characterized in that the cooling gas, the heat absorbed by the delivery process before the supply of the cooling gas in the cooling chamber ( 6 ) is at least partially withdrawn.

Verfahren nach Anspruch 12, bei dem der Druck des Kühlgases im Kühlgaskreislauf derart geregelt wird, daß er im Bereich des geringsten Kühlgasdrucks um einen vorbestimmten Wert über dem Umgebungsdruck gehalten wird.A method according to claim 12, wherein the pressure of the cooling gas in the cooling gas cycle is regulated so that he in the range of the lowest cooling gas pressure by a predetermined value over the ambient pressure is maintained.

Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, gekennzeichnet durch die Verwendung zum Kühlen von Werkstücken nach einer Beschichtung mit hitzebeständigem Material.Method according to one of claims 12 or 13, characterized by using for cooling of workpieces after coating with heat-resistant material.

Verfahren nach Anspruch 14, bei dem die Beschichtung eine Keramikbeschichtung ist.The method of claim 14, wherein the coating a ceramic coating is.