CN102562122B - 一种可移动式无电力驱动液体冷却装置及液体冷却方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可移动式无电力驱动液体冷却装置及液体冷却方法，所述装置包括冷却单元、低温液体储藏单元以及控制单元，所述冷却单元与低温液体储藏单元之间通过冷气管相连接。所述冷却方法为：压缩空气首先经过稳压装置稳压到透平膨胀机额定工作压力；经过稳压后的空气再经过过滤干燥、降温降压，最后进入液体冷却器吸收低温液体储罐内低温液体的热量，升温后排放。本发明不使用电力，充分利用压缩空气的能量对低温液体储罐内的液体进行冷却，使罐内低温液体维持在设定温度，防止蒸发升压，防止储罐内的液体损失。

Description

一种可移动式无电力驱动液体冷却装置及液体冷却方法

技术领域

本发明涉及一种可移动式无电力驱动液体冷却装置及液体冷却方法，更具体地说，涉及一种适用于可挥发低温液体储存过程中的空气动力驱动冷却装置及空气动力驱动液体冷却方法。

背景技术

井下救生舱也叫“井下避难所”，其功能为：在井下发生透水、火灾、瓦斯煤尘爆炸、水害等灾变事故后，在逃生路径被阻和其他逃生不能实施的情况下，为无法及时撤退的人员提供一个安全的密闭空间。根据世界各国对矿井事故的调查，在火灾、爆炸等事故发生现场瞬间受到伤害死亡的矿工只占事故伤亡人数的一部分，有相当一部分矿工都是因为在矿井透水或火灾、爆炸后不能及时升井或逃离高温、有毒有害气体现场，导致溺水、窒息或中毒死亡的。因此，各国都在大力建设矿井避难硐室和研制矿用救生舱，以便为矿井发生事故后无法及时撤离的矿工提供一个安全的密闭空间，对外能够抵御爆炸冲击、高温烟气，隔绝有毒有害气体，对内能为被困矿工提供氧气、食物和水，去除有毒有害气体，赢得较长的生存时间。在军事医疗方面，很多场合需要把伤员置于密闭环境中如高压氧舱进行治疗，同样需要对舱内进行温度湿度等参数进行控制和调节，并且对医疗设备进行冷却。由于矿难发生情况下，井下已经不具备电力供应的能力，蓄电池的蓄电能力也有限；并且由于煤炭安全认证的限制，使得大电流的制冷空调设备应用几乎不可能。在战地救护方面，由于战场的不确定性和战况的变化，更加无法保证电力供应，从而使传统电力驱动制冷方法很难应用于战地救护设备。因此，大量的矿山救生舱以及战地救护装备都是用液体二氧化碳等进行制冷空调和设备冷却。

液体二氧化碳等液体工质应用于救生舱和战地救护设备的制冷空调，使这些装备摆脱了对于电力设施的依赖，增加了矿井救生舱的实用性，提高了战地救护装备的机动性。但是，尽管这种液体制冷设备解决了费电制冷的问题，由于环境温度的变化，效率降低。对于矿井企业，由于救生舱要常年装备在井下，但井下温度很多在三十多度，超过了二氧化碳的临界点，导致液体二氧化碳蒸发，压力上升；一旦达到安全阀值，安全阀便会打开，放掉部分二氧化碳，直接导致存贮的液体二氧化碳减少，系统制冷能力下降。对于战地救护装备，环境更加恶劣，既可能布置在沙漠边缘，也可能布置于南方高热地区，液体二氧化碳的损失就更多。

现有的矿井和战地二氧化碳液体储存技术，基本上没有解决液体蒸发损耗的问题，使得储存效率下降。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提供了一种可移动式无电力驱动液体冷却装置及液体冷却方法，以压缩空气为动力，实现对储存液体的冷却，提高液体工质的储存效率，降低蒸发损耗。

本发明的目的之一在于提供一种适用于挥发性液体冷却的可移动式无电力驱动液体冷却装置，包括冷却单元、低温液体储藏单元以及控制单元，所述冷却单元与低温液体储藏单元之间通过冷气管相连接。

本发明所述的冷却单元包括稳压装置、干燥过滤装置以及透平膨胀机，各装置间通过连接管依次连接。冷却单元组装在一个壳体内，壳体保温后构成冷箱，壳体下面装有移动装置，可以移动。冷却单元有进气、出气两根空气管接口和信号线接口。其中进气管接口接空气源，出气管接口接低温液体储罐液体冷却器冷空气入口接管。信号线接低温液体储罐液体温度传感器。

本发明所述稳压装置由稳压减压阀、高压表以及缓冲罐组成，稳压减压阀把高压气体减压并稳定到透平膨胀机的工作压力，送入缓冲罐；缓冲罐用来减少空气压力波动，保证透平膨胀机入口的空气压力合适，波动小，稳定在设计工况。本领域技术人员能够获知的其他能够实现将高压气体减压并稳定到特定压力的装置均可用于本发明，此处稳压减压阀、高压表以及缓冲罐结构为优选，并非限制。

本发明所述干燥过滤装置主要由空气过滤器和内置干燥剂组成。本发明优选的干燥过滤装置并非限制，其他能够实现对空气的净化干燥功能的装置皆可用于实施本发明。该装置对缓冲罐过来的空气进行净化和干燥预处理，防止进入透平膨胀机的空气夹带杂质和水汽，造成叶轮损毁。

本发明所述透平膨胀机安装在电磁阀后面，透平膨胀机膨胀叶轮的进气口通过连接管接电磁阀出口，膨胀叶轮的出口接冷却单元的出气管，并通过冷却单元与低温液体储罐的连接管接入液体冷却器。所述透平膨胀机主要有膨胀叶轮及蜗壳、轴、轴承、制动增压叶轮及蜗壳等组成。

本发明所述低温液体储藏单元，如果将液体冷却器设计为内置气液热交换器形式，安装在低温液体储罐内，该热交换器需浸没在低温液体中。热交换器内置于低温液体储罐中有两种形式，一种是将换热管缠绕成一个螺旋状整体，内部无接头，其进口接冷却单元的出口，出口根据情况直接接排空管路，或者透平膨胀机增压制动叶轮进气口。本发明对换热管的直径以及螺距不做特殊限定，本领域技术人员可根据实际情况进行合理选择。热交换器的换热管数量可以为1根，也可为多根换热管。热交换器的另一种形式为分别设计进出口汇管，将换热管连接到进出口的汇管上，冷却气体通过进口汇管进入换热管，和被冷却物进行热交换后再汇集到出口汇管排走。其进口汇管接冷却单元的出口，出口汇管根据情况直接接排空管路，或者透平膨胀机增压制动叶轮进气口。本发明对换热管的半径和形状不做特殊规定。如果为外置式液体冷却器，安装在低温液体储罐的罐体外。热交换器的换热管沿着低温液体储罐的外壁(此处指保温层内的、直接与低温液体接触的容器外壁)进行盘绕。换热管的半径和螺距不做特殊限定。具体形式可由本领域技术人员根据实际情况进行合理设计，此处为优选而非限定。液体冷却器吸收低温液体的热量，升温后排放到环境中。如果膨胀后的空气压力与环境压差高于换热器阻力，可以选择直接排空，否则需要经过透平膨胀机增压后排空。

本发明所述低温液体储罐内部装有液体温度传感器，温度传感器采集的信号通过信号线传给冷却单元的温度控制器。根据工况安装条件要求不同，低温液体储罐可以保温，也可以不保温。

本发明所述控制单元主要由在透平膨胀机前安装的电磁阀、温度控制器组成，温度控制器与液体温度传感器通过信号线相连接。所述温度控制器可以通过信号线传来的低温液体储罐的液体温度信号，来控制电磁阀的开、关状态。通过电磁阀的开关状态，可以打开或关断气源，从而控制透平膨胀机的运行状态。本领域技术人员可以根据常识以及自己的经验进行选择，并非限制于所述形式。

本发明所述可移动式无电力驱动液体冷却装置，透平膨胀机后的管路、冷却器与低温液体储罐的连接管都要进行保温。如果低温液体储罐使用外置液体冷却器，则整个液体储罐需要保温。如果使用内置液体冷却器，则低温液体储罐可以根据运行温度选择是否进行保温。

本发明的另一目的在于提供一种可移动式无电力驱动液体冷却的方法：压缩空气首先经过稳压减压阀稳压到透平膨胀机额定工作压力，再进入缓冲罐进一步稳压；经过稳压后的空气进入干燥过滤装置进行过滤干燥；干燥后的清洁空气再进入透平膨胀机降温降压，最后进入液体冷却器吸收低温液体储罐内低温液体的热量，升温后排放。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：(1)本发明的可移动式无电力驱动液体冷却装置，启动快，可以在1分钟内产冷。(2)本发明的液体冷却装置，完全不使用电力，避开了煤矿安全认证的限制，增加了野外军用救护装备的灵活性。(3)本发明的低温液体储罐，装有液体冷却器，使用空气冷却，在不使用电力驱动的情况下，可以使罐体贮存的液体蒸发损耗几乎为零，一年内比常规的无此系统的液体储罐减少30％以上蒸发排气损耗，降低了液体工质使用成本30％。(4)本发明的低温液体储罐由于使用液体冷却系统，可以使救生舱的有效救生时间延长24小时。

附图说明

图1是本发明可移动式无电力驱动液体冷却装置整体结构示意图；

图2是本发明可移动式无电力驱动液体冷却单元正视图；

图3是本发明可移动式无电力驱动液体冷却单元俯视图；

图4本发明第一种液体冷却器内置于低温液体储罐结构图；

图5本发明第二种液体冷却器内置于低温液体储罐结构图；

图6本发明液体冷却器外置于低温液体储罐结构图。

结合附图在其上标记以下附图标记：

1-稳压减压阀；2-高压表；3-缓冲罐；4-截止阀；5-干燥过滤器；6-电磁阀；7-温度控制器；8-透平膨胀机；10-低温液体储罐；11-液体温度传感器；12-液体冷却器。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述，申请人申明，该详细描述仅仅是本发明的一个具体实施例，其用于直观描述和理解本发明，不应将本发明仅仅局限于该具体实施例。本领域技术人员应该明了，对于该实施例的等同或等效替换、不付出创造性劳动的改变以及其他改变或替换，均落入本发明的范围之内。

本实施例中提供了一种适用于可蒸发液体储存的可移动式无电力驱动液体冷却装置，不使用电力驱动，仅使用压缩空气作为动力和制冷介质对液体储罐内的液体实现冷却，减少甚至消除液体的蒸发损耗，提高液体工质的利用率。其具体结构如图1～图6所示。

如图1所示，一种可移动式无电力驱动液体冷却装置，包括冷却单元、低温液体储藏单元以及控制单元，所述冷却单元与低温液体储藏单元之间通过冷气管相连接；所述冷却单元包括稳压装置、干燥过滤装置以及透平膨胀机8，各装置间通过连接管依次连接。

如图2和图3所示，冷却单元组装在一个壳体内，壳体保温后构成冷箱，壳体下面装有移动装置。冷却单元有进气、出气两根空气管接口和信号线接口。其中进气管接口接空气源，出气管接口接低温液体储罐液体冷却器12冷空气入口接管，信号线接低温液体储罐液体温度传感器11。

冷却单元内装有稳压装置、干燥过滤装置、透平膨胀机。如图1～图3所示稳压装置由稳压减压阀1、高压表2和缓冲罐3组合而成，缓冲罐3后的截止阀4主要在维修时使用，平常全开。干燥过滤装置由干燥过滤器5和内置干燥剂组成。透平膨胀机8安装在电磁阀6后面，膨胀叶轮的进气口通过连接管接电磁阀6出口；膨胀叶轮的出口接冷却单元的出气管，并通过冷却单元与低温液体储罐10的连接管接入液体冷却器12。

本发明的另一部分低温液体储藏单元由低温液体储罐10、液体冷却器12和液体温度传感器11构成。

如图4和图5所示，液体冷却器12为气液热交换器，安装在低温液体储罐10内，该热交换器浸没在低温液体中。如图4所示，热交换器的形式为，将换热管缠绕成一个螺旋状整体，整个换热器内部无接头，其进口接冷却单元的出口，出口根据情况直接接排空管路，或者透平膨胀机8增压制动叶轮进气口。

图5热交换器形式为分别设计进出口汇管，冷却气体通过进口汇管进入换热管，与被冷却物进行热交换后再汇集到出口汇管排走。其进口汇管接冷却单元的出口，出口汇管根据情况直接接排空管路，或者透平膨胀机8增压制动叶轮进气口。

如图6所示液体冷却器12为外置式液体冷却器，安装在低温液体储罐10的罐体外。热交换器的换热管沿着低温液体储罐10的外壁进行盘绕。其进出口连接形式同图4。

低温液体储罐10内部装有液体温度传感器11。液体温度传感器11采集的信号通过信号线传给冷却器上的温度控制器7。根据工况和安装条件要求不同，低温液体储罐10可以保温，也可以不保温。

控制单元主要由在透平膨胀机8前安装的电磁阀6、温度控制器7组成。温度控制器7与液体温度传感器11通过信号线相连接。

透平膨胀机8后的管路、液体冷却器12与低温液体储罐10的连接管都要进行保温。

在操作时，从气源来的压缩空气先经过稳压减压阀1减压到透平膨胀机8额定工作压力后，再进入缓冲罐3以减少压力震荡进一步稳压；经过稳压后的空气通过截止阀4进入空气干燥过滤器5，空气中的颗粒杂质和水分在干燥过滤器5中被过滤干燥去除，完成空气的预处理。预处理后的干燥空气经过电磁阀6后进入透平膨胀机8，经过透平膨胀机膨胀8叶轮膨胀后，空气的温度压力降低，流速提高。低温的空气离开冷却单元，经过与低温液体冷却器12的连接管进入安装在低温液体储罐10内的液体冷却器12，在液体冷却器12中吸收低温液体储罐10内低温液体的热量，升温后排放到环境中。如果液体温度降低到设定下限温度阀值，温度控制器7将根据安装在低温液体储罐10内的液体温度传感器11采集到的液体温度信号关闭电磁阀6，断开空气源，透平膨胀机8退出运行，无冷量产生。一旦液体温度升高到设定上限温度阀值，温度控制器7将根据液体温度传感器11采集到的液体温度信号打开电磁阀6，开通空气源，透平膨胀机8投入运行，空气膨胀降温降压后，产生冷量，使液体温度下降，维持设定温度，减少低温液体储罐10内的液体蒸发升压损失。

本发明中涉及的未说明部份与现有技术相同或采用现有技术即可实现。本发明采用上述方式进行详细描述，但不意味着本发明必须依赖上述详细设置才能实施。基于所属技术领域技术人员的理解，任何技术手段的等效替换或具体方式的选择，均落在本发明范围之内。

Claims (5)

1.一种可移动式无电力驱动液体冷却装置，包括冷却单元、低温液体储藏单元以及控制单元，所述冷却单元与低温液体储藏单元之间通过冷气管相连接；所述冷却单元包括依次连接的稳压装置、干燥过滤装置以及透平膨胀机(8)；所述低温液体储藏单元由低温液体储罐(10)、液体冷却器(12)和液体温度传感器(11)构成；所述控制单元包括透平膨胀机(8)前安装的电磁阀(6)和温度控制器(7)，所述温度控制器(7)与液体温度传感器(11)通过信号线相连接；

所述液体冷却器(12)为气液热交换器；其内置于低温液体储罐(10)中，并浸没在液体中，或套装于低温液体储罐(10)外壁；所述透平膨胀机(8)安装在电磁阀(6)后面，其进气口接电磁阀(6)出口，出口接冷却单元的出气管，并通过出气管接入液体冷却器(12)；所述冷却单元组装在壳体内，壳体下方设有移动装置。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述稳压装置由稳压减压阀(1)、高压表(2)以及缓冲罐(3)组成。

3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述干燥过滤装置由干燥过滤器(5)和内置干燥剂组成。

4.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，透平膨胀机(8)后的管路、液体冷却器(12)与低温液体储罐(10)的连接管进行保温处理。

5.一种利用如权利要求1-4之一所述装置进行可移动式无电力驱动液体冷却方法，其特征在于，压缩空气首先经过稳压减压阀(1)稳压到透平膨胀机(8)额定工作压力，再进入缓冲罐(3)进一步稳压；经过稳压后的空气进入干燥过滤装置进行过滤干燥；干燥后的清洁空气再进入透平膨胀机(8)降温降压，最后进入液体冷却器(12)吸收低温液体储罐(10)内低温液体的热量，升温后排放。