CN110209225B - 一种快速形成温度梯度的冷却装置 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种快速形成温度梯度的冷却装置，包括冷却箱本体、冷却液收纳桶、固液分离器、循环泵、装置控制器、冷却液加热器和冷却液冷却器，冷却箱本体上部侧壁设有冷却液溢流口，在靠近冷却液溢流口下部的冷却箱本体侧壁上设有高温冷却液进口，在冷却箱本体内部沿高度方向上设置有多个温度传感器；所述冷却液收纳桶的出口通过冷却液循环管连接循环泵一端，循环泵另一端经循环泵出口阀门后分呈两个支路，一个支路经过冷却液加热器前端阀门与冷却液加热器一端相连，一个支路经过冷却液冷却器前端阀门与冷却液冷却器一端相连。该装置结构简单，能够根据不同的工艺需求快速形成相应的温度梯度，解决了目前冷却装置无法快速形成所需温度场的问题。
Description
技术领域
本发明涉及某些生产环节中的冷却设备，尤其涉及一种快速形成温度梯度的冷却装置。
背景技术
在一些生产过程中，需要将某种材料的液滴冷却凝固成为丸状固体，其冷却方法首先是将原材料液体变为液滴，然后将液滴滴入含有冷却液(与原料液不相溶)的冷却装置中，在冷却液出口处设置固液分离装置，将所需丸状固体分离，冷却液经降温后重新进入冷却装置中。
在某些生产工艺中，产出的丸状固体圆整度与合格率与冷却装置内冷却液温度分布和原料液滴被冷却时长密切相关。传统生产工艺冷却液初始温度均一恒定，且目前使用的设备只有冷却循环，用于带走上部热液滴所带来热量，生产一段时间后可逐渐达到适宜生产条件，可以使冷却装置内的冷却液形成一个上热下冷的温度梯度，时间较长。而目前的冷却装置如申请号为201620678583.8的中国专利通过在冷凝器外加设冷却箱降温，冷凝器的外表面全部包裹在冷却箱中，冷却水在冷凝器表面循环降温，这种降温方式换热效率低，且并不能保证横断面方向温度场的均一稳定，不能实现纵向温度梯度分布，从而影响产品的合格率。再如申请号为201410333565.1的中国专利通过在冷却罐上部设置夹套加热装置，通过加热冷却罐罐壁再导热给内部冷却液使其温升来形成一个温度梯度，显而易见这种辐射加热方式非常缓慢，需要较长的加热时间，而且难免通过罐壁向冷却罐下方导热，致使冷却液无法形成良好的温度梯度。
发明内容
根据现有设备的不足，本发明拟解决的技术问题为，设计一种快速形成温度梯度的冷却装置。该装置结构简单，易于制造，能够根据不同的工艺需求快速形成相应的温度梯度，解决了目前冷却装置无法快速形成所需温度场的问题。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种快速形成温度梯度的冷却装置，包括冷却箱本体、冷却液收纳桶、固液分离器、循环泵和装置控制器，冷却箱本体上部侧壁设有冷却液溢流口，冷却箱本体下部侧壁设有低温冷却液进口，冷却箱本体底部设有冷却液出口；冷却液溢流口通过冷却液溢流管路连接冷却液收纳桶；固液分离器设置于冷却液收纳桶上部，固液分离器进口通过冷却液出口阀门连接冷却液箱体的冷却液出口；其特征在于：
在靠近冷却液溢流口下部的冷却箱本体侧壁上设有高温冷却液进口，该装置还包括冷却液加热器和冷却液冷却器，在冷却箱本体内部沿高度方向上设置有若干数量的温度传感器；所述冷却液收纳桶的出口通过冷却液循环管连接循环泵一端，循环泵另一端经循环泵出口阀门后分呈两个支路，一个支路经过冷却液加热器前端阀门与冷却液加热器一端相连，一个支路经过冷却液冷却器前端阀门与冷却液冷却器一端相连；
冷却液加热器的另一端通过高温冷却液管路连接高温冷却液进口；冷却液冷却器的另一端通过低温冷却液管路连接低温冷却液进口；
上述的若干数量的温度传感器、冷却液冷却器前端阀门、冷却液加热器前端阀门、循环泵、循环泵出口阀门、冷却液加热器、冷却液冷却器、冷却液出口阀门均与装置控制器连接。
该装置的使用过程是：
首先来构筑具有温度梯度的冷却箱：在装置控制器中设置上限温度与下限温度，设置完成导入所需时间，然后开始进行，装置控制器打开冷却液加热器前端阀门、循环泵出口阀门，关闭阀门冷却液冷却器前端阀门、冷却液出口阀门，向冷却液收纳桶中注入常温冷却液，开启循环泵后将冷却液从冷却液收纳桶打入冷却液加热器中，其中流量由装置控制器设置循环泵功率以及冷却液加热器前端阀门开度进行控制，冷却液进入冷却液加热器后加热至下限温度后开始向冷却箱中注入，此时冷却液加热器的功率由装置控制器进行变更，要求使流经冷却液加热器的冷却液温度逐渐升高，温度升高速率为(上限温度-下限温度)/所需时间，不断进行此过程直至完成所需高度的注入；
当需要不同的温度梯度时，在装置控制器中输入相应的温度上限以及温度下限，则通过自动控制冷却液加热器的功率来满足不同的情况；需要不同的导入时间，则通过控制循环泵及冷却液加热器前端阀门来进行改变；
当生产开始后，关闭冷却液加热器前端阀门，打开阀门冷却液冷却器前端阀门、循环泵出口阀门、冷却液出口阀门，即开启设备的冷却循环，通过控制阀门冷却液冷却器前端阀门与冷却液出口阀门的开度以及循环泵的功率，使得进入冷却箱本体的冷却液流量大于经过冷却液出口阀门控制的出口离开冷却箱本体的冷却液流量，从而在冷却箱上部形成溢流，其中溢流量大小由装置控制器控制，溢流过程能维持生产所需的温度梯度。
与传统的冷却装置相比，本发明的有益效果是：
1.通过设置高温冷却液导入功能，在生产过程开始前可以快速形成所需的冷却液温度场，能在生产开始前预先快速达到最优生产条件，构造冷却箱内适宜的温度梯度，与传统生产开始后较长一段时间内才形成适宜冷却液温度场相比，可以减少预热部分所消耗的原料液体，从而利用该发明装置可以在制备开始时即可保持较高的生产效率。
2.新加入的高温冷却液循环的实现，并不需要单独设置循环泵，而是与冷却液冷却循环共用一个循环泵，这样设备成本相对较低，而且管路连接简便，循环阻力小，产品功能实现的前提下尽可能减少了能源消耗。
通过加入装置控制器，可以实时监控冷却箱内的温度分布，有利于设备正常运行与故障监测。在不同的生产工艺需求下，可以灵活地在装置控制器中输入所需的温度范围，方便快捷的完成不同温度梯度冷却液的形成，实现自动控制。
综上，本发明通过直接在冷却箱本体的中部导入高温冷却液，配合在冷却箱的下部导入低温冷却液，从而在冷却箱内快速形成生产所需的温度梯度，检测表明当冷却液拥有上热下冷的温度梯度时产出的丸状固体合格率最高且圆整度较好。
附图说明
图1为本发明快速形成温度梯度的冷却装置一种实施例的结构示意图。
图中，1.冷却箱本体，2.低温冷却液管路，3.高温冷却液管路，4.冷却液溢流管路，5冷却液循环管路，6.循环泵，7.装置控制器，8.冷却液冷却器，9.冷却液加热器，10.固液分离器，11.冷却液收纳桶，12.温度传感器，13.冷却液加热器前端阀门，14.冷却液冷却器前端阀门，15.循环泵出口阀门，16.冷却液出口阀门。
具体实施方式
下面结合实施例及附图进一步解释本发明，但并不以此作为对本申请保护范围的限定。
本发明快速形成温度梯度的冷却装置，包括冷却箱本体1、冷却液收纳桶11、固液分离器10、循环泵6和装置控制器7，冷却箱本体上部侧壁设有冷却液溢流口，冷却箱本体下部侧壁设有低温冷却液进口，冷却箱本体底部设有冷却液出口；冷却液溢流口通过冷却液溢流管路4连接冷却液收纳桶；固液分离器10设置于冷却液收纳桶11上部，固液分离器10进口通过冷却液出口阀门16连接冷却液箱体1的冷却液出口；在靠近冷却液溢流口下部的冷却箱本体侧壁上设有高温冷却液进口；
该装置还包括冷却液加热器9和冷却液冷却器8，在冷却箱本体内部沿高度方向上设置有若干数量的温度传感器12；所述冷却液收纳桶11的出口通过冷却液循环管5连接循环泵6一端，循环泵另一端经循环泵出口阀门15后分呈两个支路，一个支路经过冷却液加热器前端阀门13与冷却液加热器9一端相连，一个支路经过冷却液冷却器前端阀门14与冷却液冷却器8一端相连；
冷却液加热器9的另一端通过高温冷却液管路3连接高温冷却液进口；冷却液冷却器8的另一端通过低温冷却液管路2连接低温冷却液进口；
上述的若干数量的温度传感器、冷却液冷却器前端阀门14、冷却液加热器前端阀门13、循环泵6、循环泵出口阀门15、冷却液加热器9、冷却液冷却器8、冷却液出口阀门16均与装置控制器连接。
本发明中所述冷却液加热器9可以采用伴热带、加热盘管等方式将冷却液加热到所设定的温度；所述冷却液冷却器8可以采用套管式、管壳式、板式、螺旋板式等各类换热器，通过自来水或冷冻水将冷却液进行降温。
若干数量的温度传感器在冷却箱本体内等间距布置。温度传感器的数量与位置可以根据需求来改变。例如将冷却箱长方体部分高度五等分，从底部往上四个等分高度设置温度传感器，来检测不同高度液面温度，传输至装置控制器7作为使用者参考。
低温冷却液进口和高温冷却液进口的数量为多个，优选偶数个，如2个、4个、6个，偶数进口均匀分布在冷却箱本体相应的同一圆周侧面上。图中在冷却箱本体两侧对称各设进口，能使进流更加均匀平稳，其中设置几个进口可以根据实际需求来选择；最上部的孔口为溢流口，作为冷却液溢流出口；在最上部下面设置的是高温冷却液进口，用于导入经过加热的冷却液；冷却箱本体底部设置的是低温冷却液进口，用于导入经过降温的冷却液；锥形槽下部为冷却液循环出口。
本发明装置控制器与冷却箱本体内的温度传感器相连，接收检测的温度信号；装置控制器与冷却液冷却器前端阀门14、冷却液加热器前端阀门13、循环泵6、循环泵出口阀门15、冷却液出口阀门16相连，可以控制各个管段的流量；装置控制器还与冷却液冷却器、冷却液加热器相连，用于控制进入冷却液的温度。该装置控制器一方面可以实时监测不同高度层次冷却液的温度，另一方面可以控制初始温度梯度的形成过程以及正常生产中的循环过程。
装置的使用过程是：
首先来构筑具有温度梯度的冷却箱：在装置控制器7中设置上限温度与下限温度，设置完成导入所需时间，然后开始进行，装置控制器打开冷却液加热器前端阀门13、循环泵出口阀门15，关闭阀门冷却液冷却器前端阀门14、冷却液出口阀门16，向冷却液收纳桶11中注入常温冷却液，开启循环泵6后将冷却液从冷却液收纳桶11打入冷却液加热器9中，其中流量由装置控制器7设置循环泵6功率以及冷却液加热器前端阀门13开度进行控制，冷却液进入冷却液加热器9后加热至下限温度后开始向冷却箱中注入，此时冷却液加热器9的功率由装置控制器7进行变更，要求使流经冷却液加热器9的冷却液温度逐渐升高，温度升高速率为(上限温度-下限温度)/所需时间，不断进行此过程直至完成所需高度的注入；
当需要不同的温度梯度时，在装置控制器7中输入相应的温度上限以及温度下限，则可通过自动控制冷却液加热器9的功率来满足不同的情况；需要不同的导入时间，则通过控制循环泵6及冷却液加热器前端阀门13来进行改变；
当生产开始后，关闭冷却液加热器前端阀门13，打开阀门冷却液冷却器前端阀门14、循环泵出口阀门15、冷却液出口阀门16，即开启设备的冷却循环，通过控制阀门冷却液冷却器前端阀门14与冷却液出口阀门16的开度以及循环泵6的功率，使得进入冷却箱本体的冷却液流量大于经过冷却液出口阀门16控制的出口离开冷却箱本体的冷却液流量，从而在冷却箱上部形成溢流，其中溢流量大小由装置控制器7控制，溢流过程能维持生产所需的温度梯度。
实现原理:假设一定容积的冷却箱，要求20min内加冷却液至生产高度，且形成从下到上30-60℃的温度梯度。首先，通过容积与时间比值可以确定进口平均流量X m3/s，从而装置控制器需要控制阀门开度使得进口平均流量为Xm3/s；然后通过装置控制器调控加热设备(冷却液加热器)的功率，使其能够在20min内将流经冷却液较为均匀的从30℃加热至60℃；由于从冷到热的注入冷却箱本体顺序，从而使冷却箱本体内形成所需的温度梯度。
实施例
本实施例快速形成温度梯度的冷却装置，包括冷却箱本体1、循环泵6、冷却液加热器9、冷却液冷却器8、温度传感器12、装置控制器7、高温冷却液管路3、低温冷却液管路2、冷却液溢流管路4、冷却液循环管路5、冷却液收纳桶11、固液分离器10，冷却箱本体上部侧壁设有冷却液溢流口，冷却箱本体中部侧壁设有两个高温冷却液进口，冷却箱本体下部侧壁设有两个低温冷却液进口，冷却箱本体底部设有冷却液出口；
所述温度传感器12设置于冷却箱本体后壁，另一端与装置控制器7相连；所述装置控制器7一端连接温度传感器，另一端连接冷却液冷却器前端阀门14与冷却液加热器前端阀门13，控制管路流量大小；所述固液分离器10设置于冷却液收纳桶11上部，用于冷却液与丸状固体分离；
所述冷却液溢流管路4一端连接冷却液溢流口，另一端连接冷却液收纳桶11；所述高温冷却液管路3一端连接高温冷却液进口，另一端连接冷却液加热器9；所述低温冷却液管路2一端连接低温冷却液进口，另一端连接冷却液冷却器8；所述冷却液循环管5从冷却液收纳桶11接出并连接循环泵6的一端，然后从循环泵另一端接出后分为两个支路，一个支路经过冷却液加热器前端阀门13与冷却液加热器9一端相连，一个支路经过冷却液冷却器前端阀门14与冷却液冷却器8一端相连。
具体操作：首先来构筑具有温度梯度的冷却箱。在装置控制器7中设置上限温度与下限温度，设置完成导入所需时间20min，然后开始进行，装置控制器打开冷却液加热器前端阀门13、循环泵出口阀门15，关闭阀门冷却液冷却器前端阀门14、冷却液出口阀门16，向冷却液收纳桶11中注入常温冷却液，开启循环泵6后将冷却液从冷却液收纳桶11打入冷却液加热器9中，其中流量由装置控制器7设置循环泵6功率以及冷却液加热器前端阀门13开度进行控制，冷却液进入冷却液加热器9后加热至下限温度后开始向冷却箱中注入，此时加热器9的功率由装置控制器7进行变更，要求使流经冷却液加热器9的冷却液温度逐渐升高，温度升高速率为(上限温度-下限温度)/(20×60)℃/s,不断进行此过程直至完成所需高度的注入。
当需要不同的温度梯度时，在装置控制器7中输入相应的温度上限以及温度下限，则可通过自动控制冷却液加热器9的功率来满足不同的情况。需要不同的导入时间，则通过控制循环泵6及冷却液加热器前端阀门13来进行改变。
当生产开始后，关闭冷却液加热器前端阀门13，打开阀门冷却液冷却器前端阀门14、循环泵出口阀门15、冷却液出口阀门16，即开启设备的冷却循环，通过控制阀门冷却液冷却器前端阀门14与冷却液出口阀门16的开度以及循环泵6的功率，使得进入冷却箱的冷却液流量大于经过冷却液出口阀门16控制的出口离开冷却箱的冷却液流量，从而在冷却箱上部形成溢流，其中溢流量大小由装置控制器7控制，溢流过程可以有效地使注入的低温冷却液来平衡上部滴入热液滴带来的热量，维持生产所需的温度梯度。
本实施例中温度传感器可选用：铠装式PT100温度传感器，例如型号为KZ.P0.685.M2014。阀门可选用：汉腾的CPVC电动蝶阀，CPVC电动球阀，合力的电动PVC蝶阀LQ1-10型号等。循环泵可选用：全一泵业IS50-32-160A循环泵，润煤YGRY型循环泵。冷却液加热器可选用：中拓的液体加热器BLGD-5型号，油浴加热或者水浴加热。冷却液冷却器可选用：套管式换热器，板式换热器。装置控制器可选用：新爵公司型号为XJK2.5-2-S的电气控制柜或台达PLC控制柜等。
本发明未述及之处适用于现有技术。
Claims (4)
1.一种快速形成温度梯度的冷却装置，包括冷却箱本体、冷却液收纳桶、固液分离器、循环泵和装置控制器，冷却箱本体上部侧壁设有冷却液溢流口，冷却箱本体下部侧壁设有低温冷却液进口，冷却箱本体底部设有冷却液出口；冷却液溢流口通过冷却液溢流管路连接冷却液收纳桶；固液分离器设置于冷却液收纳桶上部，固液分离器进口通过冷却液出口阀门连接冷却液箱体的冷却液出口；其特征在于：
在靠近冷却液溢流口下部的冷却箱本体侧壁上设有高温冷却液进口，该装置还包括冷却液加热器和冷却液冷却器，在冷却箱本体内部沿高度方向上设置有若干数量的温度传感器；所述冷却液收纳桶的出口通过冷却液循环管连接循环泵一端，循环泵另一端经循环泵出口阀门后分呈两个支路，一个支路经过冷却液加热器前端阀门与冷却液加热器一端相连，一个支路经过冷却液冷却器前端阀门与冷却液冷却器一端相连；
冷却液加热器的另一端通过高温冷却液管路连接高温冷却液进口；冷却液冷却器的另一端通过低温冷却液管路连接低温冷却液进口；
上述的若干数量的温度传感器、冷却液冷却器前端阀门、冷却液加热器前端阀门、循环泵、循环泵出口阀门、冷却液加热器、冷却液冷却器、冷却液出口阀门均与装置控制器连接；
该装置的使用过程是：
首先来构筑具有温度梯度的冷却箱：在装置控制器中设置上限温度与下限温度，设置完成导入所需时间，然后开始进行，装置控制器打开冷却液加热器前端阀门、循环泵出口阀门，关闭阀门冷却液冷却器前端阀门、冷却液出口阀门，向冷却液收纳桶中注入常温冷却液，开启循环泵后将冷却液从冷却液收纳桶打入冷却液加热器中，其中流量由装置控制器设置循环泵功率以及冷却液加热器前端阀门开度进行控制，冷却液进入冷却液加热器后加热至下限温度后开始向冷却箱中注入，此时冷却液加热器的功率由装置控制器进行变更，要求使流经冷却液加热器的冷却液温度逐渐升高，温度升高速率为(上限温度-下限温度)/所需时间，不断进行此过程直至完成所需高度的注入；
当需要不同的温度梯度时，在装置控制器中输入相应的温度上限以及温度下限，则通过自动控制冷却液加热器的功率来满足不同的情况；需要不同的导入时间，则通过控制循环泵及冷却液加热器前端阀门来进行改变；
当生产开始后，关闭冷却液加热器前端阀门，打开阀门冷却液冷却器前端阀门、循环泵出口阀门、冷却液出口阀门，即开启设备的冷却循环，通过控制阀门冷却液冷却器前端阀门与冷却液出口阀门的开度以及循环泵的功率，使得进入冷却箱本体的冷却液流量大于经过冷却液出口阀门控制的出口离开冷却箱本体的冷却液流量，从而在冷却箱上部形成溢流，其中溢流量大小由装置控制器控制，溢流过程能维持生产所需的温度梯度。
2.根据权利要求1所述的快速形成温度梯度的冷却装置，其特征在于，所述冷却液加热器采用伴热带或加热盘管方式将冷却液加热到所设定的温度；所述冷却液冷却器采用套管式、管壳式、板式或螺旋板式换热器，通过自来水或冷冻水将冷却液进行降温。
3.根据权利要求1所述的快速形成温度梯度的冷却装置，其特征在于，若干数量的温度传感器在冷却箱本体内等间距布置。
4.根据权利要求1所述的快速形成温度梯度的冷却装置，其特征在于，低温冷却液进口和高温冷却液进口的数量为多个。
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