CN101796356A - 制冷剂冷却装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种制冷剂冷却装置，该制冷剂冷却装置即使循环制冷剂的冷却温度在循环制冷剂的凝固点附近也能够将循环制冷剂在稳定的状态下高效率地冷却为规定温度。该装置是使对低温反应槽(11)等被冷却物进行冷却的循环制冷剂和低温液化气体在热交换器(17)中进行对流而进行间接热交换来冷却循环制冷剂的装置，将第一流量控制单元(23)和第二流量控制单元(25)串联配置在向热交换器供给低温液化气体的低温液化气体的导入路径(16)上，上述第一流量控制单元(23)通过由第一温度检测单元(20)检测出从热交换器(17)导出的循环制冷剂的温度来控制低温液化气体的供给量，上述第二流量控制单元(25)通过由第二温度检测单元(21)检测出热交换器内部的传热面温度来控制低温液化气体的供给量。

Description

制冷剂冷却装置
技术领域
本发明涉及一种制冷剂冷却装置，详细地说，涉及一种通过将低温液化气体作为冷却源而在热交换器中进行热交换来冷却作为化学工业中的精细化工制品等用于低温反应的冷却源而使用的制冷剂的制冷剂冷却装置。
背景技术
在去除由化学反应而产生的反应热时，循环使用甲醇、乙醇、酮、胺、硅油、有机卤化物等或者由它们的混合物构成的、一般被称为盐水的制冷剂。作为用于将这样循环使用的制冷剂(循环制冷剂)冷却为普通的冷冻机难以进行冷却的低温区域、例如-50℃以下的冷却源，使用各种低温液化气体、例如液化氮、液化空气，通过使低温液化气体和循环制冷剂在热交换器中进行热交换，将循环制冷剂冷却为规定温度。
另外，为了将循环制冷剂的温度控制为设定温度，设置有对流过热交换器的制冷剂流路的制冷剂温度进行检测的多个温度传感器(例如，参照专利文献1)，在热交换器的制冷剂出入口部上分别设置温度传感器和压力传感器，并且在热交换器的排气出口部上设置温度传感器(例如，参照专利文献2。)等，根据来自这些传感器的信号来控制提供给热交换器的低温液化气体的供给量。
专利文献1：日本实开平6-22880号公报
专利文献1：日本特开平11-37623号公报
发明内容
发明要解决的问题
在以往的温度控制中，在与循环制冷剂的凝固点相比高很多的温度的情况下、例如凝固点为-130～-140℃左右的循环制冷剂的情况下，如果循环制冷剂的设定温度到-90℃左右，则能够足够稳定地控制循环制冷剂的温度，但是，近年来，要求更低温区域的控制。在要将循环制冷剂控制为比以往更低温的情况下，当设定温度接近凝固点时，有可能热交换器的传热面温度局部成为循环制冷剂的凝固点以下，循环制冷剂的一部分被冻结而附着在传热面上，不仅热交换效率显著下降，也会有流路变窄而妨碍循环制冷剂的流动，从而无法将规定量的循环制冷剂循环提供给被冷却物。
另一方面，将凝固点较低的物质采用于循环制冷剂或者使用中间制冷剂来减小热交换器中的温度差，由此能够避免循环制冷剂的冻结，但是存在制冷剂成本提高或者设备成本大幅增加这种问题。
另外，如专利文献1所记载那样，通过检测热交换器内的制冷剂温度来能够避免循环制冷剂的冻结，但是在循环制冷剂的凝固点附近难以将循环制冷剂的温度控制成固定。
因此，本发明的目的在于提供一种制冷剂冷却装置，该制冷剂冷却装置即使循环制冷剂的冷却温度在循环制冷剂的凝固点附近，也能够将循环制冷剂在稳定的状态下高效率地冷却为规定温度。
用于解决问题的方案
本发明的制冷剂冷却装置通过使冷却被冷却物的循环制冷剂和低温液化气体在热交换器中进行对流而间接进行热交换，以此冷却上述循环制冷剂，该制冷剂冷却装置具备：第一温度检测单元，其检测从上述热交换器导出的上述循环制冷剂的温度；第一流量控制单元，其根据由该第一温度检测单元检测出的循环制冷剂的温度来控制导入到热交换器中的上述低温液化气体的供给量；第二温度检测单元，其检测上述热交换器内部的传热面温度；以及第二流量控制单元，其根据由该第二温度检测单元检测出的传热面的温度来控制导入到热交换器中的上述低温液化气体的供给量，其中，将上述第一流量控制单元和上述第二流量控制单元串联配置在向上述热交换器导入低温液化气体的低温液化气体导入路径上。
并且，关于本发明的制冷剂冷却装置，上述热交换器由串联配置的多个热交换单元形成，至少位于上述循环制冷剂的流动方向最下游侧的热交换单元为双重管式，其它热交换单元为板翅式或者板式，上述第二温度检测单元对位于流过双重管式的热交换单元中的内管内的循环制冷剂的流动方向下游侧的内管的传热面温度进行检测。另外，上述第二温度检测单元被设置在上述热交换器中的与上述低温液化气体的流入部对应的传热面的循环制冷剂侧。
发明的效果
根据本发明的制冷剂冷却装置，将检测从热交换器导出的循环制冷剂温度和热交换器内部的传热面温度并且根据这些检测温度来控制低温液化气体的供给量的单元串联配置在低温液化气体导入路径上，由此能够避免循环制冷剂的一部分冻结而附着在传热面上的同时，能够将循环制冷剂稳定地冷却为规定温度，能够高效率地冷却被冷却物。
附图说明
图1是表示本发明的制冷剂冷却装置的一种实施例的例的系统图。
图2是表示热交换器内部的状态的说明图。
图3是表示利用本发明的制冷剂冷却装置进行冷却运转时的排气温度、制冷剂温度、传热面温度以及差压的经时变化的图。
图4是表示利用以往的制冷剂冷却装置进行冷却运转时的循环制冷剂温度以及排气温度的经时变化的图。
附图标记说明
11：低温反应槽；11a：夹套；12：流量计；13：制冷剂循环泵；14：贮存箱；15：制冷剂循环路径；15a：热交换器出口侧路径；16：低温液化气体导入路径；17：热交换器；18：第一热交换单元；19：第二热交换单元；19a：外管；19b：内管；20：第一温度检测单元；21：第二温度检测单元；22：第一温度指示调节计；23：第一流量控制单元；24：第二温度指示调节计；25：第二流量控制单元；26：排气导出路径。
具体实施方式
图1是表示本发明的制冷剂冷却装置的一种实施例的系统图，图2是表示热交换器内部的状态的说明图。
本实施例所示出的制冷剂冷却装置用于通过使将低温反应槽11冷却为规定温度的低温循环制冷剂例如碳化氢系列制冷剂与低温液化气体例如液化氮进行热交换来对该低温循环制冷剂进行冷却，并且具备热交换器17，该热交换器17使循环制冷剂和低温液化气体L对流而间接进行热交换，其中，上述循环制冷剂流过具备流量计12、制冷剂循环泵13以及贮存箱14的制冷剂循环路径15，上述低温液化气体L是从低温液化气体导入路径16被导入。
热交换器17由配置在制冷剂循环路径15中的循环制冷剂的流动方向上游侧的板翅式或者板式第一热交换单元18和配置在循环制冷剂的流动方向下游侧的双重管式第二热交换单元19构成，形成为利用热交换效率良好的板翅式或者板式的第一热交换单元18来将循环制冷剂冷却到设定温度附近且利用双重管式的第二热交换单元来将循环制冷剂冷却为设定温度。
如图2所示，第二热交换单元19的外管19a与内管19b之间形成有低温液化气体L的流路，在内管19b内形成有循环制冷剂D的流路。在连接在内管19b的循环制冷剂出口侧上的制冷剂循环路径15的热交换器出口侧路径15a上设置有对从热交换器17导出的循环制冷剂的温度进行检测的第一温度检测单元20。并且，在流过内管19b内的循环制冷剂的流动方向下游侧中的循环制冷剂的温度最低的位置或者该最低温度位置附近设置有对成为内管19b的内周面的循环制冷剂流路侧的传热面温度进行检测的第二温度检测单元21。在该第二热交换单元19为对流式的情况下，通常，在循环制冷剂D的流路中的第二热交换单元19的出口部上的与低温液化气体流入到低温液化气体L的流路的流入部对应的位置上设置有上述第二温度检测单元21。
另一方面，在低温液化气体导入路径16上串联配置有第一流量控制单元23和第二流量控制单元25，上述第一流量控制单元23被第一温度指示调节计(TIC-1)22所控制，该第一温度指示调节计22根据由上述第一温度检测单元20检测出的制冷剂温度以及预先设定的第一温度设定值来进行动作，上述第二流量控制单元25被第二温度指示调节计(TIC-2)24所控制，该第二温度指示调节计24根据由上述第二温度检测单元21检测出的传热面温度以及预先设定的第二温度设定值来进行动作。
循环制冷剂从根据流量计12的检测流量来进行动作的制冷剂循环泵13被排出固定量并被导入到热交换器17中。在热交换器17中，首先，在上游侧的板翅式或者板式的第一热交换单元18中被冷却到比设定温度稍高的温度，接着，在下游侧的双重管式的第二热交换单元19中被冷却为设定温度。被冷却为设定温度的循环制冷剂被导入到作为被冷却物的低温反应槽11的夹套11a内，对低温反应槽11进行冷却之后，经过流量计12而被吸引到制冷剂循环泵13中，由此在制冷剂循环路径15中进行循环。另外，根据由温度引起的循环制冷剂的体积变化，贮存箱14内的循环制冷剂出入制冷剂循环路径15。
低温液化气体经由第一流量控制单元23以及第二流量控制单元25而从低温液化气体导入路径16并由热交换器17的循环制冷剂出口侧被导入到热交换器17，在第二热交换单元19以及第一热交换单元18中与循环制冷剂进行对流而间接进行热交换，由此冷却循环制冷剂。由于冷却循环制冷剂而温度上升而被气化了的气体从第一热交换单元18作为排气气体G被导出到排气导出路径26。
这样在热交换器17中利用低温液化气体来将循环制冷剂冷却为设定温度时，对第一温度指示调节计22输入循环制冷剂的设定温度而作为第一温度设定值，对第二温度指示调节计24输入循环制冷剂的凝固点(熔点)或者接近凝固点的温度而作为第二温度设定值。在作为第一流量控制单元23以及第二流量控制单元25而一起使用进行ON-OFF控制(打开和关闭控制)的切断阀的情况下，第一温度指示调节计22的第一流量控制单元23进行以下的控制：在由第一温度检测单元20检测出的制冷剂温度高于第一温度设定值时打开，制冷剂温度低于第一温度设定值时关闭。
同样地，第二温度指示调节计24的第二流量控制单元25进行以下的控制：在由第二温度检测单元21检测出的传热面温度高于第二温度设定值时打开，传热面温度低于第二温度设定值时关闭。
即，根据由第一温度检测单元20所检测出的制冷剂温度和由第二温度检测单元21所检测出的传热面温度来分别对串联配置在低温液化气体导入路径16上的第一流量控制单元23以及第二流量控制单元25进行控制，由此即使在设定温度在循环制冷剂的凝固点附近的情况下，也能够防止循环制冷剂的一部分在内管19b内冻结，不会出现如图2示出那样冻结物F大量附着在传热面S上而妨碍循环制冷剂流动或者降低热交换效率的情况，从而能够在稳定的状态下高效率地进行热交换。
另外，热交换器17也能够仅使用一个双重管式的热交换单元，但是在循环制冷剂的流动方向上游侧上配置与双重管式相比传热面较大且热交换效率较高的板翅式或者板式的热交换单元18，由此能够高效率地冷却温度上升的循环制冷剂，实现热交换器整体的小型化，并且还能够减少低温液化气体的消耗量。
并且，第二温度检测单元21的安装位置是任意的，并且设置数量也是任意的，但是在第二热交换单元19中设置在制冷剂成为最低温度的出口部分或者该出口部分附近的部分，在交流式热交换单元的情况下，设置在与低温液化气体流入到低温液化气体流路的部分对应的传热面的循环制冷剂流路侧面上，由此能够检测循环制冷剂冻结而附着的可能性最高的部分的传热面温度，因此能够利用一个温度检测单元(温度传感器)来可靠地进行第二流量控制单元25的控制。
此外，热交换器的结构以及设置数量是任意的，在设置多个热交换单元的情况下，在循环制冷剂的流动方向最下游配置能够可靠地测量传热面温度的双重管式的热交换单元。另外，流量控制单元并不限于进行打开和关闭控制的切断阀，也可以是可进行流量调节的流量调节阀。并且，低温液化气体导入路径中的第一流量控制单元和第二流量控制单元的位置关系是任意的，哪一个位于上游侧都可以。另外，各热交换单元中的热交换方式可以是对流、并流中的任一种，也可以是浸渍方式。
实施例1
使用上述实施例的例所示出的结构的制冷剂冷却装置，使用凝固点为-136℃的循环制冷剂作为循环制冷剂来进行了低温反应槽的冷却运转。将第一温度指示调节计的温度设定值设为-110℃，将第二温度指示调节计的温度设定值设为-136℃，并且以固定流量使循环制冷剂进行循环来进行了冷却运转。图3示出排气温度T1、由第一温度检测单元检测出的制冷剂温度T2、由第二温度检测单元检测出的传热面温度T3以及循环制冷剂的热交换器前后的差压P1的经时变化。从图3可知，在冷却运转开始30分钟之后，各检测值稳定，能够将循环制冷剂在稳定的状态下冷却为-110℃并以固定流量提供给低温反应槽。
另一方面，使用上述专利文献2所记载的结构的以往的制冷剂冷却装置，使该制冷剂冷却装置中的第一温度指示调节计的温度设定值从-80℃阶段性地变化至-110℃而进行了冷却运转。图4示出由制冷剂温度检测部检测出的循环制冷剂温度T4以及由蒸汽气体温度检测部检测出的排气温度T5的经时变化。
在图4中，第一温度指示调节计的温度设定值在从-80℃至-95℃的范围内(从运转开始30分钟至190分钟的范围)，能够将循环制冷剂稳定地冷却为与各温度设定值对应的温度，但是，可知当将第一温度指示调节计的温度设定值设定为-95℃以下的低温时循环制冷剂的温度变得不稳定，当将温度设定值设为-110℃时(运转开始后290分钟)，排气温度也急剧发生变化，无法在稳定到-110℃的状态下冷却循环制冷剂。

Claims (3)

1.一种制冷剂冷却装置，通过使冷却被冷却物的循环制冷剂和低温液化气体在热交换器中进行对流而间接进行热交换，以此冷却上述循环制冷剂，该制冷剂冷却装置具备：
第一温度检测单元，其检测从上述热交换器导出的上述循环制冷剂的温度；
第一流量控制单元，其根据由上述第一温度检测单元检测出的循环制冷剂的温度来控制导入到热交换器中的上述低温液化气体的供给量；
第二温度检测单元，其检测上述热交换器内部的传热面的温度；以及
第二流量控制单元，其根据由上述第二温度检测单元检测出的传热面的温度来控制导入到热交换器中的上述低温液化气体的供给量，
其中，将上述第一流量控制单元和上述第二流量控制单元串联配置在向上述热交换器导入低温液化气体的低温液化气体导入路径上。
2.根据权利要求1所述的制冷剂冷却装置，其特征在于，
上述热交换器由串联配置的多个热交换单元构成，至少位于上述循环制冷剂的流动方向最下游侧的热交换单元为双重管式，其它热交换单元为板翅式或者板式，
上述第二温度检测单元对位于流过双重管式的热交换单元中的内馆内的循环制冷剂的流动方向下游侧的内管的传热面温度进行检测。
3.根据权利要求1或者2所述的制冷剂冷却装置，其特征在于，
上述第二温度检测单元被设置在上述热交换器中的与上述低温液化气体的流入部对应的传热面的循环制冷剂侧。
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