CN107631552A - 一种氨气液化系统 - Google Patents

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赵延兴
公茂琼
董学强
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Abstract

本发明提供的氨气液化系统，包括氨气液化单元及制冷循环单元，其中，在氨气液化单元中，低压氨气通过管道依次经所述增压模块、所述管路转换模块及所述液化管路进入所述储液罐；同时，在制冷循环单元中，低压制冷剂经所述压缩机压缩后再通过管道依次经所述冷凝器、所述节流阀及所述蒸发器后进入所述压缩机，以形成制冷循环回路，从而实现了氨气液化。

Description

一种氨气液化系统
技术领域
本发明涉及制冷技术领域，尤其涉及一种氨气液化系统。
背景技术
平流层风场稳定，风速较低，适合平流层飞艇超长持久驻留飞行。但是，平流层大气稀薄导致飞艇不仅尺寸巨大，而且推重比极小，气动操纵能力弱，控制输入受到极大限制。同时，平流层太阳辐照等热环境变化剧烈，对飞艇内部温度、压力等热力参数造成影响，形成严重“超热”扰动现象，使得同时独立有效控制飞艇高度、压力和浮力面临极大技术挑战。在平流层环境下实现长时间驻空是目前各世界主要大国面临的共同挑战。
对于作为核心飞行控制执行机构的平流层气液相变装置而言，目前国际上相关研究尚属空白。由于在平流层环境下，大气压力仅为5500Pa，低于氨气的三相点压力，在此压力下，氨气无法被液化；与此同时，氨的饱和压力越小，其潜热越大，液化所需要的制冷量越大，会增大制冷系统负担。
因此，如何在约束液化系统总重量、总功耗下实现氨气的高效液化依然是亟需解决的瓶颈问题。
发明内容
有鉴如此，有必要针对现有技术存在的缺陷，提供一种适合于平流层环境下的氨气液化系统。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种氨气液化系统，包括：氨气液化单元和制冷循环单元，其中：
所述氨气液化单元包括通过管道依次连接的增压模块、管路转换模块、液化管路及储液罐，低压氨气通过管道依次经所述增压模块、所述管路转换模块及所述液化管路进入所述储液罐；
所述的制冷循环单元包括通过管道依次连接的压缩机、冷凝器、节流阀及蒸发器，低压制冷剂经所述压缩机压缩后再通过管道依次经所述冷凝器、所述节流阀及所述蒸发器后进入所述压缩机，以形成制冷循环回路；
所述氨气液化单元和制冷循环单元通过所述蒸发器相耦合。
在一些较佳的实施例中，所述氨气液化单元与所述低压氨气的接触部为防氨腐蚀的轻质材料，所述轻质材料为金属、玻璃钢或工程塑料中一种或者所述接触部的表面涂覆有防腐蚀涂层。
在一些较佳的实施例中，所述增压模块包括若干个依次串联的风机，所述增压模块提供的氨气增压为600～2000Pa。
在一些较佳的实施例中，所述风机为轴流风机，所述风机的数量为3-10个。
在一些较佳的实施例中，所述增压模块包括若干个依次串联的叶轮，所述叶轮由同轴的电机带动，所述增压模块提供的氨气增压为600～2000Pa。
在一些较佳的实施例中，所述叶轮为轴流叶轮，所述风机的数量为3-10个。
在一些较佳的实施例中，所述管路转换模块包括粗管道及与所述粗管道相连通的若干根细管道，所述低压氨气通过所述粗管道进入所述细管道后再进入所述液化管路中进行冷却，所述细管道有5～30根，每根所述细管道的直径为3mm～10mm。
在一些较佳的实施例中，所述低压制冷剂为乙烷、乙烯、三氟甲烷、三氟甲烷或全氟乙烷中的一种。
在一些较佳的实施例中，所述的制冷循环单元采用凝固点低于-50℃的润滑油。
在一些较佳的实施例中，所述压缩机的外壳为轻质金属，所述轻质金属为铝镁合金或钛合金，所述冷凝器、所述节流阀以及所述管道为铝合金、铝镁合金或钛合金中一种。
本发明采用上述技术方案的优点是：
本发明提供的氨气液化系统，包括氨气液化单元及制冷循环单元，其中，在氨气液化单元中，低压氨气通过管道依次经所述增压模块、所述管路转换模块及所述液化管路进入所述储液罐；同时，在制冷循环单元中，低压制冷剂经所述压缩机压缩后再通过管道依次经所述冷凝器、所述节流阀及所述蒸发器后进入所述压缩机，以形成制冷循环回路，从而实现了氨气液化。
此外，本发明采用的氨气液化系统，通过串联的风机或叶轮增压，解决了在平流层环境下，大气压力低于氨气的三相点压力氨气无法被液化的缺陷，可以实现大风量、大增压比的氨气处理要求，并通过筛选的制冷剂、优化的制冷流程满足平流层环境下高效率的氨气液化系统。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例提供的氨气液化系统的结构示意图。
图2为本发明提供的一较佳的实施例提供的所述增压模块的结构示意图。
图3为本发明图2提供的所述增压模块的一较佳结构的示意图。
图4为本发明提供的一较佳的实施例提供的所述增压模块的结构示意图。
图5为本发明图4提供的所述增压模块的一较佳结构的示意图。
图6为本发明一较佳实施例提供的管路转换模块的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，为本发明一实施例提供的氨气液化系统100，包括：氨气液化单元110和制冷循环单元120。其中：
所述氨气液化单元110包括通过管道依次连接的增压模块111、管路转换模块112、液化管路113及储液罐114，低压氨气通过管道依次经所述增压模块111、所述管路转换模块112及所述液化管路113进入所述储液罐114。
具体地，低压氨气通过管道连接于增压模块111的入口，所述增压模块111的出口管道连接于所述管路转换模块112的入口，管路转换模块112的出口管道连接于液化管路113的入口，液化管路113的出口管道连接储液罐114。
在本发明提供的一较佳的实施例中，所述氨气液化单元110与所述低压氨气的接触部为防氨腐蚀的轻质材料，所述轻质材料为金属、玻璃钢或工程塑料中一种或者所述接触部的表面涂覆有防腐蚀涂层。
可以理解，本发明在氨气液化单元110与所述低压氨气的接触部采用防氨腐蚀的轻质材料或者在所述接触部的表面涂覆有防腐蚀涂层，既降低了氨气液化单元110的重量，又提高了其耐腐蚀性。
请参阅图2，为本发明提供的一较佳的实施例提供的所述增压模块111的结构示意图。在本实施例中，所述增压模块111包括若干个依次串联的风机1111，所述风机1111的数量为3-10个，所述增压模块111提供的氨气增压为600～2000Pa。
优选地，所述的增压模块111由5个风机1111依次串联而成，每个风机1111的直径为150mm，流量为360m3/h，每个风机1111的增压压力为160Pa，氨气总增压为800Pa，氨气增压后为6300Pa。可以理解，在此压力下，可以实现氨气的液化。
请参阅图3，为本发明图2提供的所述增压模块111的一较佳结构的示意图，在本实施例中，所述风机1111为轴流风机。
请参阅图4，为本发明提供的一较佳的实施例提供的所述增压模块111的结构示意图。所述增压模块111包括若干个依次串联的叶轮1112，所述叶轮1112由同轴的电机带动，所述叶轮1112的数量为3-10个，所述增压模块提供的氨气增压为600～2000Pa。
请参阅图5，为本发明图4提供的所述增压模块111的一较佳结构的示意图，在本实施例中，所述叶轮1112为轴流叶轮。
可以理解，本发明通过串联的风机或叶轮增压，实现大风量、大增压比的氨气处理要求。
请参阅图6，为本发明一较佳实施例提供的管路转换模块112的结构示意图，所述管路转换模块112包括粗管道1121及与所述粗管道1121相连通的若干根细管道1122。
可以理解，所述低压氨气通过所述粗管道1121进入所述细管道1122后再进入所述液化管路113中进行冷却，所述细管道1122有5～30根，每根所述细管道1122的直径为3mm～10mm。
请再参阅图1，所述的制冷循环单120包括通过管道依次连接的压缩机121、冷凝器122、节流阀123及蒸发器124。所述的制冷循环单元120采用凝固点低于-50℃的润滑油。
其中，低压制冷剂经所述压缩机121压缩后再通过管道依次经所述冷凝器122、所述节流阀123及所述蒸发器124后进入所述压缩机121，以形成制冷循环回路。所述氨气液化单元110和制冷循环单元120通过所述蒸发器124相耦合。
在本发明一较佳实施例中，所述压缩机121的外壳为轻质金属，所述轻质金属为铝镁合金或钛合金，所述冷凝器122、所述节流阀123以及所述管道为铝合金、铝镁合金或钛合金中一种。可以理解，由于制冷循环单120采用轻质金属材料降低了制冷循环单120的重量。
在本发明一较佳的实施例中，所述低压制冷剂为乙烷、乙烯、三氟甲烷、三氟甲烷或全氟乙烷中的一种。
进一步地，所述低压制冷剂为乙烯。
可以理解，本发明通过筛选的制冷剂、优化的制冷流程满足平流层环境下高效率的氨气液化系统。
本发明提供的氨气液化系统，包括氨气液化单元110及制冷循环单元120，其中，在氨气液化单元中，低压氨气通过管道依次经所述增压模块111、所述管路转换模块112及所述液化管路113进入所述储液罐114；同时，在制冷循环单元120中，低压制冷剂经所述压缩机121压缩后再通过管道依次经所述冷凝器122、所述节流阀123及所述蒸发器124后进入所述压缩机121，以形成制冷循环回路，从而实现了氨气液化。
此外，本发明采用的氨气液化系统，通过串联的风机或叶轮增压，解决了在平流层环境下，大气压力低于氨气的三相点压力氨气无法被液化的缺陷，可以实现大风量、大增压比的氨气处理要求，并通过筛选的制冷剂、优化的制冷流程满足平流层环境下高效率的氨气液化系统。
当然本发明的氨气液化系统还可具有多种变换及改型，并不局限于上述实施方式的具体结构。总之，本发明的保护范围应包括那些对于本领域普通技术人员来说显而易见的变换或替代以及改型。

Claims (10)

1.一种氨气液化系统，其特征在于，包括：氨气液化单元和制冷循环单元，其中：
所述氨气液化单元包括通过管道依次连接的增压模块、管路转换模块、液化管路及储液罐，低压氨气通过管道依次经所述增压模块、所述管路转换模块及所述液化管路进入所述储液罐；
所述的制冷循环单元包括通过管道依次连接的压缩机、冷凝器、节流阀及蒸发器，低压制冷剂经所述压缩机压缩后再通过管道依次经所述冷凝器、所述节流阀及所述蒸发器后进入所述压缩机，以形成制冷循环回路；
所述氨气液化单元和制冷循环单元通过所述蒸发器相耦合。
2.根据权利要求1所述的氨气液化系统，其特征在于，所述氨气液化单元与所述低压氨气的接触部为防氨腐蚀的轻质材料，所述轻质材料为金属、玻璃钢或工程塑料中一种或者所述接触部的表面涂覆有防腐蚀涂层。
3.根据权利要求1所述的氨气液化系统，其特征在于，所述增压模块包括若干个依次串联的风机，所述增压模块提供的氨气增压为600～2000Pa。
4.根据权利要求2所述的氨气液化系统，其特征在于，所述风机为轴流风机，所述风机的数量为3-10个。
5.根据权利要求1所述的氨气液化系统，其特征在于，所述增压模块包括若干个依次串联的叶轮，所述叶轮由同轴的电机带动，所述增压模块提供的氨气增压为600～2000Pa。
6.根据权利要求5所述的氨气液化系统，其特征在于，所述叶轮为轴流叶轮，所述叶轮的数量为3-10个。
7.根据权利要求1所述的氨气液化系统，其特征在于，所述管路转换模块包括粗管道及与所述粗管道相连通的若干根细管道，所述低压氨气通过所述粗管道进入所述细管道后再进入所述液化管路中进行冷却，所述细管道有5～30根，每根所述细管道的直径为3mm～10mm。
8.根据权利要求1所述的氨气液化系统，其特征在于，所述低压制冷剂为乙烷、乙烯、三氟甲烷、三氟甲烷或全氟乙烷中的一种。
9.根据权利要求1所述的氨气液化系统，其特征在于，所述的制冷循环单元采用凝固点低于-50℃的润滑油。
10.根据权利要求1所述的氨气液化系统，其特征在于，所述压缩机的外壳为轻质金属，所述轻质金属为铝镁合金或钛合金，所述冷凝器、所述节流阀以及所述管道为铝合金、铝镁合金或钛合金中一种。
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