DE2704551A1

DE2704551A1 - Temperatursteuersystem

Info

Publication number: DE2704551A1
Application number: DE19772704551
Authority: DE
Inventors: Walter Kenneth Moen
Original assignee: Rockwell International Corp
Current assignee: Boeing North American Inc
Priority date: 1976-02-05
Filing date: 1977-02-03
Publication date: 1977-08-11
Also published as: DE2704551C2; US4386650A; CA1077112A; GB1529122A

Description

ROCKWELL INTERNATIONAL CORPORATION, El Segundo, Californien,

U.S.A.

Temperatursteuersystem

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Temperatursteuersystem und insbesondere auf eine Vorrichtung zur Steuerung der Temperatur einer gewünschten Fläche oder eines gewünschten Gebiets durch das Aufbringen eines erwärmenden oder kühlenden Strömungsmittels auf die Fläche oder das Gebiet. Das verwendete Strömungsmittel ist vorzugsweise (bei Aufbringung auf die Fläche) ein Gas. Die vorliegende Erfindung umfaßt eine Steuerung für die Strömungsmittelströmung sowie Mittel zur Regulierung der Strömungsmitteltemperatur.

Es sind bereits Vorrichtungen zur Temperaturregulierung einer gewünschten Fläche oder zur Lieferung eines temperaturbehandelten Strömungsmittels bekannt. Beispielsweise ist im US-Patent 3 652 825 ein Verfahrensgefäß beschrieben, welches zur Behandlung von Teilen in eine Arbeitszone mit erhitztem inerten Gas dient, wobei das inerte Gas durch eine Rohr-

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Schlange erhitzt wird, durch welche das inerte Gas fließt, und wobei die Rohranordnung durch das Hindurchleiten von Strom erhitzt wird. US-Patent 2 287 974 beschreibt eine Heizvorrichtung, wo unter Druck stehendes Strömungsmittel durch die Spule eines rohrförmigen Erhitzers strömt und durch eine Düse versprüht wird, und zwar abhängig von der Stellung eines Ventils. US-Patent 3 596 056 beschreibt eine Rasiercreme-Abgabevorrichtung, wo die Rasiercreme aus einem unter Druck stehenden Behälter dadurch freigegeben wird, daß man ein Ventil öffnet, wobei die Erhitzung durch eine Rohrspule oder Rohrwindung erfolgt, bevor die Abgabe erfolgt. US-Patent 3 680 630 beschreibt ein Temperatursteuersystem zur Verwendung bei Bädern mit konstanter Temperatur, wobei ein kombinierter Heizer-Kühler beschrieben ist.

Keine der bekannten Vorrichtungen sieht die Aufbringung auf eine gewünschte Fläche oder eines Teils von einem Strömungsmittel in gleichförmiger Weise vor, wobei das Strömungsmittel eine außerordentlich genau gesteuerte Temperatur besitzt. Darüber hinaus hat die Erfindung folgende Vorteile: Sie ist zur Heizung und Kühlung verwendbar, wobei nur Strömungsmittel mit einer vorbestimmten Temperatur auf die gewünschte Fläche oder das Objekt aufgebracht wird, und zwar derart, daß ein Darüberhinauslaufen oder Überschießen der gewünschten Temperatur des Strömungsmittels verhindert ist und ein scharfer Temperaturanstieg (Rampe) von der Anfangstemperatür der Fläche und/oder des Objekts zur gewünschten Temperatur erreicht wird.

Die vorliegende Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, ein Temperatursteuersystem vorzusehen, welches ein Strömungsmittel als ein Temperaturbewirkungsagens verwendet, welches an ein Objekt oder eine Fläche derart geliefert wird, daß das aufgebrachte Strömungsmittel eine präzise Temperatur aufweist. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist ein Temperatursteuersystem, bei welchem ein Strömungsmittel als ein Temperatur-Bewirkungsagens oder Erzeugungsagens verwendet wird, um

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ein Objekt oder eine Fläche beim Aufbringen zu erhitzen oder zu kühlen. Die Erfindung hat sich ferner zum Ziel gesetzt, ein Temperatursteuersystem vorzusehen, welches ein Strömungsmittel als Temperaturhervorrufungsagens verwendet, wobei das Strömungsmittel auf ein Objekt oder eine Fläche in außerordentlich gleichförmiger Weise aufgebracht wird. Ferner bezweckt die Erfindung ein Temperatursteuersystem anzugeben, welches ein Strömungsmittel als Temperaturhervorrufungsagens verwendet, und wobei die Temperatur des auf ein Objekt oder eine Fläche aufgebrachten Strömungsmittels nicht DarUberhinauslaufzuständen ausgesetzt ist und nur bei der vorbestimmten Temperatur aufgebracht wird.

Das erfindungsgemäße Temperatursteuersystem verwendet ein Strömungsmittel als ein Temperaturhervorrufungsagens. Strömungsmitteltransportmittel transportieren Strömungsmittel von einer Versorgungsvorrichtung zum Systemausgang. Eine Temperatursteuervorrichtung reguliert dabei die Temperatur des Strömungsmittels am Ausgang. Die Temperatursteuervorrichtung umfaßt eine Spirale (Wendel) aus einen elektrischen Widerstand aufweisendem Rohr, die mit der Strömungsmitteltransportvorrichtung so verbunden ist, daß Strömungsmittel durch die Spirale läuft. Eine Strömungsmittelsteuervorrichtung reguliert die Strömungsmittelströmung durch die Strömungsmittel transportvorrichtung.

Gemäß einer Ausbildungsform der Erfindung leitet eine Ableitvorrichtung Strömungsmittel für eine vorbestimmte Zeit von der Strömungsmittelvorrichtung ab, und zwar von Strömungsmittel, das durch die Spirale läuft, um zu gestatten, daß nur das Strömungsmittel mit einer gewünschten Temperatur zum Auslaß transportiert wird. Bei einer weiteren Ausbildungsform der Erfindung kann das Strömungsmittel am Auslaß selektiv mit Strömungsmittel vermengt werden, welches nicht durch die Spirale gelaufen ist, um die Temperatur des Strömungsmittels am Auslaß zu verändern. Gemäß einem weiteren Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung kann ein Verteilungsnetzwerk

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derart mit dem Systemauslaß verbunden werden, daß Strömungsmittel vom Auslaß in das Verteilungsnetzwerk gelangt, wobei das Verteilungsnetzwerk das Strömungsmittel in einem gewünschten Gebiet und einer gewünschten Fläche gleichförmig verteilt oder in äquivalenter Weise um ein Objekt herum.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine Darstellung des erfindungsgemäßen Temperatursteuersystems;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer Einzelheit, wobei Teile entfernt sind, um eine Ausbildungsform eines Verteilungsnetzwerks darzustellen, welches erfindungsgemäß verwendbar ist;

Fig. 3 eine perspektivische Einzelansicht, wobei Teile entfernt sind, von einer anderen Ausbildungsform eines erfindungsgemäßen Verteilungsnetzwerkes;

Fig. 4 einen Querschnitt durch eine Einzelheit, wobei Teile weggenommen sind, einer anderen Ausbildungsform eines erfindungsgemäßen Verteilungsnetzwerkes, welches zu- · sammen mit dem erfindungsgemäßen Temperatursteuersystem verwendbar ist, wobei ferner der Transport von Objekten durch das Verteilungsnetzwerk dargestellt ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben, ist aber nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Temperatursteuersystems. Das System verwendet ein Strömungsmittel als ein Temperaturhervorrufungsagens. Damit ist gemeint, daß ein Strömungsmittel dem System mit einer Einlaßtemperatur zugeführt wird und in dem System derart beeinflusst wird, daß es sich beim Verlassen des

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Temperatursteuersystems auf einer gewünschten Temperatur befindet und dann auf eine gewünschte Fläche oder ein Objekt * aufgebracht werden kann, um die Temperatur desselben zu ändern oder aufrechtzuerhalten. Demgemäß wird dem System unter Druck stehendes Strömungsmittel in irgendeiner geeigneten Weise, wie beispielsweise von einem Tank 10 aus, zugeführt. Das vorzugsweise verwendete Strömungsmittel ist ein Gas. Das Strömungsmittel kann jedoch auch in der Form einer Flüssigkeit vorliegen, die optimalerweise in ein Gas bei Erhitzung umgewandelt würde. Bevorzugte Strömungsmittel sind Druckluft in einer Fabrik oder im Handel verfügbares in Flaschen abgefülltes Gas, welches optimalerweise ein inertes Gas sein würde. Das unter Druck stehende Strömungsmittel gelangt vom Tank 10 durch eine Leitung 12 und einen Filter 14 zu einer Sammelleitung 16. Durch den Filter 14 werden Verunreinigungen aus dem hindurchlaufenden Strömungsmittel herausgefiltert, um auf diese Weise Verstopfungen innerhalb der Systemelemente zu verhindern und eine gleichförmige genaue Temperatur des Strömungsmittels sicherzustellen.

Die Sammelleitung 16 verteilt das unter Druck stehende Strömungsmittel über vier gesonderte Leitungen 20, 22, 24 und 26. Jede dieser Leitungen besitzt einen Druckregulator 30 und ein Ventil 32 darinnen. Die Regulatoren 30 steuern den Druck in jeder gesonderten Leitung. Die Ventile 32 gehören vorzugs weise zur Zumeß- oder Drosselbauart derart, daß sie das in jeder einzelnen Leitung hindurchlaufende Strömungsmittel zumessen können. Auf diese Weise kann der Strömungsmittelfluß in jeder Leitung dadurch genau gesteuert werden, daß man den Strömungsmitteldruck mit den Druckregulatoren 30 steuert und die Strömung mit den Zumeßventilen 32 zumißt.

Abhängig von den Einstellungen der Ventile 32 und der Druckregulatoren 30 fließt Strömungsmittel durch die Leitungen 20 und 22 zu spiralförmigen Rohrerhitzern 40 und 42, die mit Leitungen 20 bzw. 22 in Strömungsmittelverbindung stehen.

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Demgemäß läuft alles durch Ventil 32 in Leitung 20 hindurchtretendes Strömungsmittel durch die Heizvorrichtung 40, und sämtliches durch das Ventil 32 in Leitung 22 hindurchgelangende Strömungsmittel läuft durch die Heizvorrichtung 42.

Eine Leitung 72 ist mit einer Verbindung 74 der Leitungen und 22 verbunden. Durch die Heizvorrichtung 40 laufendes Strömungsmittel wird durch die Verbindung 74 zur Leitung 72 transportiert. Abhängig davon, ob Ventil 76 offen oder geschlossen ist, kann Strömungsmittel von der Heizvorrichtung 42 auch durch die Verbindung 74 in die Leitung 72 transportiert werden.

Die spiral- oder schraubenförmigen Rohrheizvorrichtungen 40 und 42 bestehen aus elektrischem Widerstandsmetall, um so ein elektrisches Heizelement für hindurchgehendes Strömungsmittel zu bilden. Die spiralförmigen Heizvorrichtungen 40 und 42 sind vorzugsweise aus vorgereinigtem rostfreiem Stahlrohr hergestellt und werden dadurch erhitzt, daß man einen Strom hindurchleitet, wobei diese Rohre in der Lage sind, das hindurchströmende Strömungsmittel auf maximal ungefähr 1600 ⁰F zu erhitzen. Dies wird dadurch erreicht, daß man Elektroden 44 und 45 an den Eingangs- und Ausgangs-Enden der spiralförmigen Heizvorrichtung 40 sowie Elektroden 47 und 48 an den Eingangs- und Ausgangs-Enden der schraubenförmigen Heizvorrichtung 42 befestigt. Diese Elektroden sind mit dem Ausgang von Transformatoren 50 bzw. 52 verbunden. Die Transformatoren 50 und 52 transformieren vorzugsweise die Wechselspannung von 480 auf 50 Volt herunter. Dadurch wird für die spiralförmigen Heizvorrichtungen eine niedrige Spannung und ein hoher Strom erzeugt. Wegen der niedrigen Spannung und des hohen Stroms können die spiralförmigen Heizvorrichtungen 40 und 42 sicher verwendet werden. Zudem ist ein einen hohen elektrischen Widerstand aufweisendes Metall, welches normalerweise teuer ist, nicht erforderlich,

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um die gewünschte Heizfähigkeit vorzusehen, so daß die Kosten des Systems minimiert werden.

Der durch die Transformatoren 50 und 52 angelegte Strom wird durch Festkörperleistungseinheiten 54 bzw. 56 gesteuert. Diese Leistungseinheiten können in der Form eines Powerstat oder einer Drossel mit sättigbarem Kern ausgebildet sein. Steuervorrichtungen 60 und 62 steuern die Ein/Aus-Zeit der Leistungseinheiten 54 bzw. 56. Es wurde festgestellt, daß die unter dem Warenzeichen "Electromax" von der Firma Leeds und Northrup verkauften Steuervorrichtungen besonders für den vorliegenden Zweck geeignet sind.

Ein Temperaturfühler 70, vorzugsweise ein Thermoelement, ist in Leitung 72 angeordnet, und ist über eine elektrische Leitung 73, die sich in elektrische Leitungen 78a und 78b aufspaltet mit Steuervorrichtungen 62 bzw. 60 verbunden. Abhängig von der durch den Temperaturfühler 70 abgefühlten Temperatur werden die Steuervorrichtungen 60 und 62 die Leistung erhöhen oder vermindern, die erforderlich ist, um eine vorbestimmte Temperatur des Strömungsmittels in Leitung 72 zu erhalten, und zwar durch Veränderung der Ein/Aus-Zeit der Leistungseinheiten 54 bzw. 56, wodurch der an die Heizvorrichtungen 40 und 42 durch die Transformatoren 50 und 52 angelegte Strom verändert wird.

Die Verwendung von zwei Leitungen 20 und 22 und Heizvorrichtungen 40 und 42 liefert eine erhöhte Flexibilität für das System. Es können zwei kleine Heizvorrichtungen verwendet werden, um durch die zwei Leitungen das gleiche Strömungsmittelvolumen wie eine einzige Heizvorrichtung zu erhitzen, wobei die größere Heizvorrichtung nicht so sicher ist, weil sie einen höheren Strom zur Erhitzung des gleichen Strömungsmittelvolumens wie die beiden kleineren Heizvorrichtungen erforderlich macht. Es kann auch zweckmäßig sein, das Strömungsmittel in Leitung 22 auf eine unterschiedliche Tempe-

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ratur als das Strömungsmittel in Leitung 20 zu erhitzen, um bei Leitung 72 die Vermischung durchzuführen. Oder, es kann zweckmäßig sein, einfach eine Leitung, wie beispielsweise Leitung 20 zu verwenden, wenn ein kleineres Strömungsmittelvolumen durch das System zur Aufbringung auf ein Objekt oder eine Fläche gesteuert werden soll. Wenn beispielsweise nur Leitung 20 Strömungsmittel an Leitung 72 liefern soll, so würde Ventil 32 Leitung 22 vorzugsweise schließen, um Strömungsmittelfluß in Leitung 22 durch Heizvorrichtung 42 zu verhindern, wie ein Ventil 32 von Leitung 20 mit einer gewünschten Größe geöffnet wäre, um den Fluß durch Leitung 20 und Heizvorrichtung 40 zur Leitung 72 zuzumessen. Ventil 76 wäre geschlossen, um Ströraungsmittelfluß von Leitung 20 zu Leitung 22 zu verhindern. Ein wahlweiser Schalter 80 könnte in Leitung 78a vorgesehen sein, um die Betätigung von Steuervorrichtung 62 und der angeschalteten Leistungseinheit 56, von Transformator 52 und Heizvorrichtung 42 zu verhindern. In äquivalenter Weise könnten diese Vorrichtungen einfach abgeschaltet sein. Auf diese Weise würde der Temperaturfühler 70 über Leitung 78 und 78b die Steuervorrichtung betätigen, um die Ein/Aus-Zeit der Leistungseinheit 54 derart zu variieren, daß der durch Transformator 50 erzeugte Strom zur Anlage an Heizvorrichtung 40 reguliert würde, um die gewünschte Wärmemenge zu erzeugen, die an das durch Heizvorrichtung 40 strömende Strömungsmittel angelegt wird.

Damit das Temperatursteuersystem einen scharfen Heizanstieg (Heizrampe) erzeugt (wobei das Objekt oder die zu erhitzende Fläche mit ihrer Temperatur von der Anfangstemperatur auf die gewünschte Temperatur während des Aufbringens des Wärmeströmungsmittels schnell ansteigt), damit nur Strömungsmittel mit einer gewünschten Temperatur zum Systemauslaß 95 transportiert werden kann, wo dieses auf die gewünschte Fläche und/oder das Objekt aufgebracht wird, ist eine Ableitvorrichtung vorgesehen. Diese Vorrichtung leitet das Strö-

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mungsmittel vor Erreichen des Systemauslasses 95 ab, und zwar dadurch, daß man es für eine vorbestimmte Zeit ab- oder überlaufen läßt, bis sich das Strömungsmittel auf einer gewünschten Temperatur befindet. Ein schnell wirkendes Ventil 90 kann derart angeordnet sein, daß es Strömungsmittel von Leitung 72 durch Leitung 92 zum Auslaß 95 oder von Leitung 72 durch Leitung 96 leitet. Leitung 96 läßt das hindurchtretende Strömungsmittel außerhalb des Systems ablaufen. Vorzugsweise ist ein Schalldämpfer 98 in Leitung 96 vorgesehen, um den durch das abgelassene Strömungsmittel erzeugten Lärm zu vermindern.

Die Lage des Ventils 90 wird durch eine auf Strömungsmitteldruck ansprechende Vorrichtung 100 gesteuert. Die Vorrichtung 100 besitzt eine Kammer 102, von der eine Seite aus einer Membran 104 besteht. Eine geeignete Verbindungs- oder Gelenkvorrichtung 106 ist gestrichelt dargestellt und verbindet die Membran 104 mit dem Ventil 90. Die Kammer 102 ist mit der Strömungsmittelleitung 26 verbunden. Der durch Leitung mit Kammer 102 in Verbindung stehende Strömungsmitteldruck wird durch Zumeßventil 32 und Druckregulator 30 in Leitung 26 sowie Solenoidventil 110 gesteuert. Das Ventil 110 wird vorzugsweise durch eine bei 112 dargestellte Zeitsteuervorrichtung gesteuert. Die Zeit, die das Strömungsmittel benötigt, um eine gewünschte Temperatur in Leitung 72, abgefühlt durch den Temperaturfühler 70, von ihrer Anfangsversorgungstemperatur aus erreicht, ist normalerweise bekannt. Demgemäß könnte Ventil 110 durch Zeitsteuervorrichtung 112 betätigt werden, um zu gestatten, daß Strömungsmittel durch Leitung 26 (mit einem hinreichenden Druck sowie Menge, bestimmt durch Ventil 32 und Druckregulator 30) für eine bestimmte Zeit zur Kammer 102 strömt, um die Membran 104 und die damit verbundene Verbindungsvorrichtung 106 derart einzustellen, daß das Ventil 90 den Fluß von Strömungsmittel von Leitung 92 und Auslaß 95 verhindert (ableitet), während gleichzeitig das Strömungsmittel von Leitung 72 durch Leitung 96 und Schalldämpfer 98 herausgeleitet wird. Wenn dann die

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bestimmte Zeit vergangen ist, so würde sich die Temperatur in Leitung 72 auf dem gewünschten Niveau befinden und Ventil 110 würde abgeschaltet, wodurch verhindert wird, daß Strömungsmittel von Leitung 26 zu Kammer 102 gelangt, und zwar durch Membran 104 und Verbindung 106, welche das Ventil 90 in die andere Stellung drücken, wo der Strömungsmittelfluß von Leitung 72 zu Leitung 92 und nicht zu Leitung geleitet wird. Alternativ könnte anstelle der Verwendung einer Zeitsteuervorrichtung 112 das Ventil 110 durch Verbindung mit einem Temperaturfühler 70 gesteuert werden, wobei die Position des Ventils 110 von der durch den Fühler 70 angezeigten Temperatur abhängen würde.

Zur Vermeidung von Überschieß- oder Überlauf-Zuständen, wo die Temperatur des erhitzten Strömungsmittels die gewünschte Temperaturvorstabilisierung übersteigt, ist Strömungsmittelleitung 24 vorgesehen. Leitung 24 stellt die Verbindung mit Leitung 92 her, und zwar oberhalb Ventil 90 und vor dem Auslaß 95. An sich wird sich durch Leitung 24 fließendes und in Leitung 92 gelangendes Strömungsmittel mit dem Strömungsmittel in Leitung 92 vermischen, bevor das Strömungsmittel in Leitung 92 durch den Auslaß 95 läuft. Die Steuerung des Strömungsmittels in Leitung 24 wird durch Druckregulator 30 und Zumeßventil 32 in Leitung 24 und Ventile 118 und 120 erreicht. Das Ventil 118 ist vorzugsweise durch eine Zeitsteuervorrichtung 112 betätigt. Das Ventil 118 ist normalerweise geschlossen und verhindert den Strömungsmittelfluß in Leitung 24 zur Leitung 92. Wenn jedoch zu einer bestimmten Zeit die Temperatur des Strömungsmittels in Leitung 92 infolge von Überschießzuständen sich oberhalb der gewünschten Temperatur befindet oder über die gewünschte Temperatur hinausgehen würde, so würde das Ventil 118 in eine Öffnungsstellung durch Zeitsteuervorrichtung 112 gebracht, damit ein Strömungsmittelfluß von Leitung 24 in Leitung 92 zur Vermischung mit dem Strömungsmittel in Leitung 92 erfolgen kann. Da das Strömungsmittel in Leitung 24 vorzugsweise nicht erhitzt ist und sich daher auf der

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anfänglichen Versorgungstemperatur befindet, ruft es eine Kiihlwirkung beim erhitzten Strömungsmittel in Leitung 92 infolge der Vermischung hervor. Die Zeitsteuervorrichtung 112 würde das Ventil 118 für eine bestimmte Zeitdauer betätigt halten, bis die Überschießzustände des von Leitung 72 zu Leitung 92 fließenden Strömungsmittels eliminiert sind. Ventil 32 und Druckregulator 30 in Leitung 24 steuern die Menge und den Druck des zur Mischung mit dem Strömungsmittel in Leitung 92 erforderlichen Strömungsmittels, um die Überschießabweichung von der gewünschten Temperatur zu eliminieren. Alternativ könnte das Ventil 118 mit Temperaturfühler 170 verbunden sein, um abhängig von der abgefühlten Temperatur die Betätigung zu steuern. Das Ventil 120 verhindert die Rückströmung von Leitung 92 zur Leitung 24.

Das vorliegende Temperatursteuersystem sieht auch vor, daß ein Kühlströmungsmittel zu dem gewünschten Gebiet oder Objekt geleitet wird, um dessen Temperatur zu vermindern. Das System besitzt die Fähigkeit, Kühlströmungsmittel im Bereich von ungefähr -200 ⁰P bis ungefähr 70 ⁰F vorzusehen. Ein Versorgungstank 200 enthält eine cryogene Flüssigkeit, wie beispielsweise flüssigen Stickstoff oder Kohlenstoffdioxid. Ein Ventil 202 mißt das Versorgungsströmungsmittel einem Rohrnetzwerk 204 zu, welches aus drei Strömungsmittelleitungen 206, 208 und 210 besteht, die an Verbindungen 212 und 214 miteinander verbunden sind. Leitung 210 ist mit einem eine einstellbare Zumeßöffnung aufweisenden Cryogenventil 220 verbunden, um eine genaue Strömungsmittelmenge über Leitung 210 der Verbindung 214 und der daran angeschlossenen Leitung 222 zuzumessen. In Leitung 208 liegt ein Cryogen-Solenoidventil 224. Das Solenoidventil 224 wird durch eine Zeitsteuervorrichtung 22b gesteuert. Ein eine feste Zumeßöffnung aufweisender Bypass 228 liegt in Leitung 206, um den Druckaufbau zwischen gesdöLossenen Ventilen zu verhindern.

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Das Rohrnetzwerk 204 erteilt dem System Flexibilität insoferne, als eine zugemessene Strömungsmittelmenge vorgesehen werden kann (Leitung 210), oder es kann Strömungsmittel für eine bestimmte Zeitdauer (Leitung 208) vorgesehen werden oder aber es kann Strömungsmittel in einer bestimmten Menge und vermehrt bei bestimmten Zeiten (wie beispielsweise durch Verwendung von Leitung 208 und 210) vorgesehen werden.

Durch Verbindung 214 fließendes Strömungsmittel fließt durch eine Leitung 222 in eine Verdampfungssammelleitung 230. Die Verdarapfungssammelleitung 230 wandelt die cryogene Flüssigkeit in ein eine niedrige Temperatur aufweisendes Gas um, und zwar durch Hindurchleitung durch die verschiedenen Rohre 232 der Verdampfungssammelleitung 230, die der umgebenden Lufttemperatur ausgesetzt sind. Das eine niedrige Temperatur aufweisende Gas gelangt von der Verdampfungssammelleitung 230 in eine Leitung 233, die vorzugsweise mit Leitung 20 verbunden ist. Ein Ventil 234 verhindert die Rückströmung des eine niedrige Temperatur aufweisenden Gases, und verhindert auch den Strömungsmittelfluß von Leitung 20 in Leitung 233 dann, wenn das Temperatursteuersystem als eine Heizvorrichtung verwendet wird und das Strömungsmittel von Tank 10 geliefert wird. Beim Betrieb als eine Kühlvorrichtung wäre im System das Ventil 32 der Leitung 20 geschlossen, so daß der Strömungsmittelfluß vom Versorgungstank 10 nicht durch das Ventil 32 gelangt und sich mit dem Strömungsmittel von Leitung 233 mischen kann. Das Ventil 32 verhindert auch die Riickströmung von Strömungsmittel von Leitung 233 zu Leitung 20 in Richtung der Verteilungssammelleitung 16. Demgemäß läuft Strömungsmittel von Leitung 233 stromaufwärts in Leitung 20, durch Heizvorrichtung 40, in Leitung 72, durch Ventil 90, in Leitung 92 und heraus durch Auslaß 95. Für den Kühlvorgang wären die Ventile 76 und 120 normalerweise geschlossen, obwohl dann, wenn gewünscht, Ventil 120 zusammen mit Ventilen 118 und 32 in Leitung 24 geöffnet sein

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könnte, um die Vermischung des Umgebungstemperaturströmungsmittels mit dem Kiihlströmungsmittel zu gestatten. Die Heizvorrichtung 40 kann in der zuvor beschriebenen Weise verwendet werden, um das Kiihlströmungsraittel auf eine bestimmte erhöhte Temperatur, wenn notwendig, zu erhitzen. Das Ventil 90 könnte ebenfalls wie zuvor beschrieben betätigt werden, um den Kühlströmungsmittelfluß für eine bestimmte Zeitperiode herauszuleiten.

Das vorliegende System sieht auch die gleichförmige Verteilung des Heiz- oder KUhlströmungsmittels vom System vor, das durch Auslaß 95 läuft, und zwar auf eine gewünschte Fläche und/oder um gewünschte Objekte herum. Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Verteilungsnetzwerks, welches im Ganzen bei 300 dargestellt ist, um das durch Auslaß 95 laufende Heiz- oder Kiihlströmungsmittel gleichförmig zu verteilen. Das Netzwerk 300 besteht aus einer Reihe von Rohren 301, die so geformt und verbunden sind, daß sie die gewünschte Umschließung definieren. Abhängig von der gewählten Form kann ein integrales Rohrnetzwerk verwendet werden. Das Rohrnetzwerk trägt eine Isolation 302, welche diegewünschte Fläche umschließt. Die Rohre 301 besitzen eine Vielzahl von kleinen (nicht gezeigten) Zumeßöffnungen von Üblicherweise ungefähr 0,040 Zoll Durchmesser. Das Verteilungsnetzwerk 300 ist mit dem Auslaß 95 durch irgendwelche geeigneten Leitungsmittel derart verbunden, daß Strömungsmittel, vorzugsweise ein Gas, vom Auslaß 95 in die Rohre 301 des Verteilungsnetzwerks 300 gelangt. Das Heiz- oder KUhl-Gas tritt aus den Zumeßöffnungen in den Rohren 301 in gleichmäßiger Weise aus und fließt um irgendein Objekt herum, welches sich in der gewünschten Fläche oder in dem gewünschten Gebiet befinden kann. Durch diese gleichmäßig verteilte Strömungsmittelströmung in die gewünschte umschlossene Fläche oder das Gebiet hinein, wird die Temperatur des Gebietes (und/oder Objektes) gleichförmig auf eine gewünschte Temperatur umgewandelt, und zwar durch Konvektion infolge der Vermischung

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des Strömungsmittels verteilt von den Rohren 301 und auch durch die Strahlung durch die Rohre 301, welche als eine Strahlungsquelle infolge der darin vorgehenden Strömungsmittelströmung (wenn ein Heizströmungsmittel verwendet wird) wirken.

Fig. 3 zeigt ein anderes Verteilungsnetzwerk, welches im Ganzen mit 310 bezeichnet ist und Verteilungsrohre 312 sowie eine Isolierumschließung 314 umfaßt.

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausbildungsform eines Verteilungsnetzwerkes 320 mit Verteilungsrohren 322 und einer Isolierumschließung 324. Dieses Ausflihrungsbeispiel gestattet auch die Behandlung von Objekten 326, welche durch das Behandlungsgebiet, d. h. zwischen den Verteilungsrohren 322 hindurch durch ein Transportband 328 laufen.

Die Erfindung sieht somit ein Temperatursteuersystem vor, welches die oben genannten Ziele erreicht und die genannten Vorteile ermöglicht.

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Claims

ANSPRÜCHE

Θ-Temperatursteuersystem, gekennzeichnet durch Versorgungsmittel zur Lieferung von Strömungsmittel, welches als Temperaturhervorrufungsagens für das Temperatursteuersystem wirkt,

Strömungsmitteltransportvorrichtungen für den Transport des Strömungsmittels von den Versorgungsmitteln zu einem Auslaß (95),

Temperatursteuermittel zur Temperaturregelung des Strömungsmittels am Auslaß, wobei die Temperatursteuermittel eine schraubenlinienförmige Anordnung aus einem einen elektrischen Widerstand aufweisenden Rohr umfassen, und das schraubenlinienförmige Rohr mit den Strömungsmitteltransportvorrichtungen derart verbunden ist, daß das Strömungsmittel durch die schraubenlinienförmige Anordnung läuft, Strömungssteuermittel zur Regulierung des Strömungsmittelflusses durch die Strömungsmitteltransportvorrichtungen, und ein mit dem Auslaß verbundenes Verteilungsnetzwerk in Strömungsmittelverbindung derart, daß Strömungsmittel von dem Auslaß in das Verteilungsnetzwerk gelangt, welch letzteres das Strömungsmittel gleichförmig in einem gewünschten Gebiet verteilt.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verteilungsnetzwerk mindestens ein Rohr umfaßt, welches eine Vielzahl von Öffnungen besitzt.
3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Rohr das gewünschte Gebiet definiert, v/o das Strömungsmittel gleichförmig verteilt ist, und wobei das Verteilungsnetzwerk die Erhitzung der gewünschten Fläche durch Konvektion und Strahlung vorsieht.

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4. Temperatursteuersystem, gekennzeichnet durch Versorgungsmittel zur Lieferung eines Strömungsmittels, welches als ein Temperaturerzeugungsmittel für das Temperatursteuersysten; dient, und wobei Strömungsmitteltransportvorrichtungen das Strömungsmittel von den Versorgungsmitteln zum Auslaß transportieren und wobei ferner Temperatursteuermittel vorgesehen sind, welche die Temperatur des Strömungsmittels am Auslaß regulieren und eine schraubenlinienförmige Rohranordnung aufweisen, die aus einem einen elektrischen Widerstand aufweisenden Material besteht, und wobei die Anordnung mit den Strömungsmitteltransportvorrichtungen in Strömungsmittelverbindung derart steht, daß das Strömungsmittel von den Versorgungsmitteln zu dem Auslaß durch die schraubenlinienförmige Anordnung beim Transport zum Auslaß gelangt, wobei schließlich Strömungsmittelsteuervorrichtungen vorgesehen sind, um den Strömungsmittelfluß durch die Strömungsmitteltransportvorrichtung zu regulieren, wobei die Strömungsmittelsteuervorrichtung Ableitmittel umfaßt, die auf die Temperatursteuervorrichtung ansprechen, um für eine vorbestimmte Zeit Strömungsmittel von den Strömungsmitteltransportvorrichtungen abzuleiten, und zwar von Strömungsmittel, welches durch die schraubenlinienförmige Anordnung läuft, um zu gestatten, daß nur das Strömungsmittel mit einer gewünschten Temperatur zu dem Auslaß transportiert wird.
5. Temperatursteuersystem, gekennzeichnet durch Versorgungsmittel zur Lieferung eines Strömungsmittels, welches als ein Temperaturhervorrufungsmittel für das Temperatur-Steuersystem arbeitet,

erste Strömungsmitteltransportvorrichtungen zum Transport des Strömungsmittels von den Versorgungsmitteln zu einem Auslaß,

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Temperatursteuermittel zur Regulierung der Temperatur des Strömungsmittels am Auslaß, wobei die Temperatursteuermittel eine schraubenlinienförmige Rohranordnung aus einem einen elektrischen Widerstand aufweisenden Material besitzen, und wobei die schraubenlinienförmige Anordnung mit den ersten Strömungsmitteltransportvorrichtungen derart in Strömungsmitteltransportverbindung steht, daß das von den Versorgungsmitteln zum Auslaß über die erste Strömungsmittel transportvorrichtung laufende Strömungsmittel durch die schraubenlinienförmige Anordnung beim Transport zum Auslaß läuft,

erste Strömungsmittelsteuervorrichtungen zur Regulierung der Strömung des Strömungsmittels durch die erste Strömungsmitteltransportvorrichtung,

zweite Strömungsmitteltransportvorrichtungen zum Transport des Strömungsmittels von den Versorgungsmitteln zum Auslaß, wobei das Strömungsmittel von der zweiten Strömungsmitteltransportvorrichtung, welches den Auslaß erreicht, mit dem Strömungsmittel von den ersten Strömungsmitteltransportvorrichtungen, welches den Auslaß erreicht, gemischt wird, und zweite Strömungsmittelsteuervorrichtungen, welche auf die Temperatursteuermittel ansprechen, um den Strömungsmittelfluß durch die zweiten Strömungsmitteltransportvorrichtungen zu steuern, um die Temperatur des den Auslaß erreichenden Strömungsmittels zu verändern.
6. System nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch ein Verteilungsnetzwerk, verbunden mit dem Auslaß in Strömungsmitteltransportbeziehung derart, daß das vom Auslaß in das Verteilungsnetzwerk gelangende Strömungsmittel gleichförmig durch dieses in einem gewünschten Gebiet verteilt wird.
7. System nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch ein Verteilungsnetzwerk, verbunden mit dem Auslaß in Strömungsmitteltransportverbindung derart, daß das vom Auslaß in das Verteilungsnetzwerk gelangende Strömungsmittel durch dieses gleichförmig in einem gewünschten Gebiet verteilt wird.

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8. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Strömungsmittelsteuermittel ebenfalls Ablenkmittel umfassen, die auf die Temperatursteuermittel ansprechen, um das Strömungsmittel von der ersten Transportvorrichtung, welches durch die schraubenlinienförmige Anordnung läuft, für eine vorbestimmte Zeit abzulenken, um zu gestatten, daß nur das Strömungsmittel bei einer gewünschten Temperatur zum Auslaß durch die ersten Strömungsmitteltransportvorrichtungen transportiert wird.
9. System nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch ein Verteilungsnetzwerk verbunden mit dem Auslaß in Strömungsmitteltransportbeziehung derart, daß das Strömungsmittel vom Auslaß in das Verteilungsnetzwerk gelangt und durch dieses auf eine gewünschte Fläche gleichförmig verteilt wird.
10. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Verteilungsnetzwerk mindestens ein Rohr umfaßt, welches eine Vielzahl von Öffnungen besitzt.
11. System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Rohr die gewünschte Fläche oder das Gebiet definiert, wo das Strömungsmittel gleichförmig verteilt ist, und wobei das Verteilungsnetzwerk die Erhitzung des gewünschten Gebiets durch Konvektion und Strahlung vorsieht.
12. System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein zu erhitzendes Objekt sich in dem gewünschten Gebiet befindet, wobei das mindestens eine Objekt durch das gewünschte Gebiet transportiert wird.
13. System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Strömungsmittel verwendet wird, um das gewünschte Gebiet zu kühlen, wobei das Strömungsmittel ein cryogenes Strömungsmittel ist.

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14. System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Strömungsmittelsteuermittel Zumeßmittel umfassen, um die Strömungsmittelströmung durch die ersten Strömungsmitteltransportvorrichtungen zuzumessen, und wobei die zweiten Strömungsmittelsteuermittel Zumeßmittel umfassen, um den Strömungsmittelfluß durch die zweiten Strömungsmitteltransportvorrichtungen zuzumessen.
1b. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ableitvorrichtung oder Mittel folgendes umfassen: ein Ventil, Ventilsteuermittel zur Betätigung des Ventils, zur Ableitung des Strömungsmittels von den Strömungsmitteltransportvorrichtungen, und zwar von Strömungsmittel, welches durch die schraubenlinienförmige Anordnung läuft, und wobei die Ventilsteuermittel auf das Anlegen von Strömungsmittel ansprechen und wobei schließlich Anlegmittel vorgesehen sind, um selektiv Strömungsmittel an die Ventilsteuermittel anzulegen.
16. System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Ableitmittel folgendes umfassen: ein Ventil, eine Ventilsteuervorrichtung zur Betätigung des Ventils zur Ablenkung des durch die schraubenlinienförmige Anordnung laufenden Strömungsmittels von den Strömungsmitteltransportvorrichtungen, wobei die Ventilsteuermittel auf das Anlegen von Strömungsmittel ansprechen, und wobei Anlegmittel zum selektiven Anlegen von Strömungsmittel an die Ventilsteuermittel dienen.
17. System nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatursteuermittel Zeitsteuermittel umfassen, sowie Zumeßmittel zur Zumessung des Strömungsmittelflusses zu den Ventilsteuermitteln und ein normalerweise geschlossenes Ventil, welches den Strömungsmittelfluß zu den Ventilsteuermitteln nur dann gestattet, wenn es betätigt ist, und wobei das normalerweise geschlossene Ventil selektiv durch die Zeitsteuermittel für eine vorbestimmte Zeit betätigt wird.

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18. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die schraubenlinienförmige Anordnung auf Strom anspricht und diese Anordnung die Temperatur des hindurchlaufenden Strömungsmittels infolge daran angelegten elektrischen Stroms reguliert, und wobei die Temperatursteuermittel ebenfalls folgendes umfassen: Abfühlmittel zur Abfiihlung der Temperatur des Strömungsmittels nach dem Durchgang durch die schraubenlinienförmige Anordnung, und Stromsteuermittel ansprechend auf die Abflihlmittel zum Anlegen des Stromes an die schraubenlinienförmige Anordnung, wobei die Strorasteuermittel den Strom entsprechend den Abfühlmitteln verändern.
19. System nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die schraubenlinienförmige Anordnung auf Strom anspricht und die Temperatur des hindurchgehenden Strömungsmittels in-Jjlge des dr ^n angelegten elektrischen Stromes ändert, und „ujei die Temperatursteuermittel ebenfalls Abflihlmittel umfassen, um die Temperatur des Strömungsmittels nach dem Durchgang durch die schraubenlinienförmige Anordnung abzufiihlen und wobei ferner Stromsteuermittel vorgesehen sind, welche auf die Abfühlmittel ansprechen, um an die schraubenlinienförmige Anordnung Strom anzulegen, wobei Stromsteuermittel den Strom infolge der Abfühlmittel verändern.
20. Temperatursteuersystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Tank (10), Druckregulatoren (30), Zumeßventile (32) in Leitungen (20, 22,24,26), Heizvorrichtungen (40,42), eine Temperaturfühlvorrichtung (70), eine auf Strömungsmitteldruck ansprechende Vorrichtung (100) mit einer Membran und Kammer, sowie einer Verbindungsvorrichtung (106), ein Ventil (90 sowie 76 und 234), einen Versorgungstank (200) sowie Strömungsmittelleitungen (206,208,210) und eine Verdampfungssammelleitung (230).

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