CN110285574A - 一种基于间接加热与多级冷却的精确控温系统 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种基于间接加热与多级冷却的精确控温系统，其包括循环泵装置、第一比例三通阀、多级功能调温模块以及导热油补给模块，循环泵装置输出端一路经输入管进入多级功能调温模块进行调温、另一路接入第一比例三通阀，多级功能调温模块的输出端经输出管接入第一比例三通阀，第一比例三通阀的输出端经出油管接入客户端，客户端经回油管接入循环泵装置的输入端，导热油补给模块经补油管接入循环泵装置的输入端，补油管上设置有出油球阀，回油管上设置有储气罐，多级功能调温模块包括与输入管连通且相互之间并联的间接加热单元、间接低温冷却单元以及间接超低温快速冷却单元。本发明温度控制精度高、温度调整速率高，且有机热载使用寿命长。
Description
【技术领域】
本发明属于温控设备技术领域，特别是涉及一种基于间接加热与多级冷却的精确控温系统。
【背景技术】
温度控制在现代制造业中应用极为广泛，在控温领域都有应用，油循环控温系统是温度控制系统的重要组成部分。传统的高温油温机控制温度仅能达到280℃以内，随着技术的发展，现有技术中的高温油温机也能达到400℃，但是控制精度却难以满足更高的工艺需求，且温度调节的速率不够快，为了更快的调整温度以及适应更大范围内温度控制需求，现有技术中也有将冷却单元加入到油温机中，专利申请号为201711342812.4公开了一种高温导热油热能转换系统，该方案中冷却效率低，高温热油与冷却介质之间通过流量比例调节来实现温度的调整，其精度难以达到更高的精度；且膨胀罐中的导热油能与空气接触，以参入杂质影响有机热载的使用寿命。
因此，有必要提供一种新的基于间接加热与多级冷却的精确控温系统来解决上述问题。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种基于间接加热与多级冷却的精确控温系统，温度控制精度高、温度调整速率高，且有机热载使用寿命长。
本发明通过如下技术方案实现上述目的：一种基于间接加热与多级冷却的精确控温系统，其包括循环泵装置、第一比例三通阀、多级功能调温模块以及导热油补给模块，所述循环泵装置输出端分为两路，其中一路经输入管进入所述多级功能调温模块进行调温、另一路接入所述第一比例三通阀，所述多级功能调温模块的输出端经输出管接入所述第一比例三通阀，所述第一比例三通阀的输出端经出油管接入客户端，所述客户端经回油管接入所述循环泵装置的输入端，所述导热油补给模块经补油管接入所述循环泵装置的输入端，所述补油管上设置有出油球阀，所述回油管上设置有储气罐，所述多级功能调温模块包括与所述输入管连通且相互之间并联的间接加热单元、间接低温冷却单元以及间接超低温快速冷却单元。
进一步的，所述间接加热单元包括一端与所述输入管连通且另一端与所述输出管连通的第一换热器、设置在所述第一换热器与所述输入管连通管路上的第一气动开关两通阀、在所述第一换热器处对导热油进行加热的热油循环单元。
进一步的，所述热油循环单元包括与所述第一换热器连通的热油进入管与热油输出管、设置在所述热油进入管上的循环泵、以及设置在所述热油输出管上的第二比例三通阀，所述热油进入管位于所述循环泵上游设置一分支管直接接入所述第二比例三通阀的另一输入端；
所述热油输出管上靠近热油出口端设置有截止阀；
所述热油进入管与所述热油输出管上靠近所述第一换热器一端分别设置有第一温度表、第二温度表。
进一步的，所述间接低温冷却单元包括一端与所述输入管连通且另一端与所述输出管连通的第二换热器、设置在所述第二换热器与所述输入管连通管路上的第二气动开关两通阀、在所述第二换热器处对导热油进行冷却的冷却水循环单元。
进一步的，所述冷却水循环单元包括与所述第二换热器连通的冷却水进入管与冷却水输出管、设置在所述冷却水进入管上的第一气动开关球阀、以及设置在所述冷却水输出管上的对夹式蝶阀；
所述冷却水进入管与所述冷却水输出管靠近所述第二换热器的一端分别设置有第三温度表、第四温度表。
进一步的，所述间接超低温快速冷却单元包括一端与所述输入管连通且另一端与所述输出管连通的第三换热器、设置在所述第三换热器与所述输入管连通管路上的第三气动开关两通阀、在所述第三换热器处对导热油进行快速超低温冷却的冷冻水循环单元。
进一步的，所述冷冻水循环单元包括与所述第三换热器连通的冷冻水进入管与冷冻水输出管、设置在所述冷冻水进入管上的第二气动开关球阀、以及设置在所述冷冻水输出管上的对夹式蝶阀，所述冷冻水进入管与所述冷冻水输出管靠近所述第三换热器的一端分别设置有第五温度表、第六温度表。
进一步的，所述出油管上设置有出口感温线，所述回油管上设置有入口感温线。
进一步的，所述导热油补给模块包括膨胀油箱、分别与所述膨胀油箱连通的氮气输入管、输油管以及排气管，所述膨胀油箱上设置有泄压口、压力表、压力传感器、液位开关，所述膨胀油箱的底部设置有排油口，所述排油口处设置有截止阀。
进一步的，所述氮气输入管上设置有电磁阀、止回阀，所述排气管上设置有电磁阀，所述膨胀油箱与所述储气罐之间通过管道连通且连通管道上设置有电磁阀。
与现有技术相比，本发明一种基于间接加热与多级冷却的精确控温系统的有益效果在于：能够根据客户的实际需求温度，自动进行多级功能调温切换，方便系统自动化控制；在多级功能调温模块中设计间接加热单元、间接低温冷却单元以及间接快速超低温冷却单元，实现更大温度范围内的温度控制；合理使用客户锅炉热油以及低温冷冻水，使得能量能效合理应用，节约了能耗；在间接加热单元中设置比例调节阀，并在间接加热单元中、低温冷却和超低温冷却单元中、出油管与回油管上多处设置温度表或感温线，配合出油管端的比例调节阀共同实现高精度温度控制，温控精度可达±0.5℃；通过设计低温冷却和超低温冷却单元，提高了温度降低的效率，缩短了系统本身温度调节的反应时间，提高了温控效率；在膨胀油箱内通过充入氮气，隔绝空气和导热油的接触，有效的延长了导热油的使用寿命；且通过氮气输入管和排气管的配合使用，能够有效的自动调节循环系统以及膨胀油箱的压力，保障系统压力维持在设定范围内，使得系统更加安全，温度更加稳定；设计多级冷却控温，合理使用冷却水和冷冻水，提高系统能效。
【附图说明】
图1为本发明实施例的系统控制示意图；
图中数字表示：
100基于间接加热与多级冷却的精确控温系统；101客户端，102热电阻；
1循环泵装置，11循环泵，12截止阀；
2第一比例三通阀；
3多级功能调温模块，
31间接加热单元，311第一换热器，312第一气动开关两通阀，313热油进入管，314热油输出管，315循环泵，316第二比例三通阀，317过滤器，318截止阀，319第一温度表，3110第二温度表，
32间接低温冷却单元，321第二换热器，322第二气动开关两通阀，323冷却水进入管，324冷却水输出管，325第一气动开关球阀，326对夹式蝶阀，327第三温度表，328第四温度表，329过滤器，3210流量计，3211安全阀，
33间接超低温快速冷却单元，331第三换热器，332第三气动开关两通阀，333冷冻水进入管，334冷冻水输出管，335第二气动开关球阀，336对夹式蝶阀，337第五温度表，338第六温度表，339过滤器，3310流量计，3311安全阀；
4导热油补给模块，41膨胀油箱，42氮气输入管，421电磁阀，422止回阀，423螺纹闸阀，424球阀，43输油管，431截止阀，44排气管，441电磁阀，442球阀，46压力表，47压力传感器，48液位开关，49排油口，410截止阀，411安全阀，413电磁阀；
5输入管，51压力表，52低压开关；6输出管，61压力表，62第一热电阻；7出油管，71高压开关，72出口感温线，73截止阀，74过滤器，75流量计；8回油管，81入口感温线，82截止阀，83过滤器，84压力表；9补油管，91出油球阀；10储气罐；20旁通管。
【具体实施方式】
实施例：
请参照图1，本实施例为一种基于间接加热与多级冷却的精确控温系统100，其包括循环泵装置1、第一比例三通阀2、多级功能调温模块3以及导热油补给模块4，循环泵装置1输出端分为两路，其中一路经输入管5进入多级功能调温模块3进行调温、另一路接入第一比例三通阀2，多级功能调温模块3的输出端经输出管6接入第一比例三通阀2，第一比例三通阀2的输出端经出油管7接入客户端101，客户端101经回油管8接入循环泵装置1的输入端，导热油补给模块4经补油管9接入循环泵装置1的输入端。
循环泵装置1包括并联设置的两组循环泵11，且循环泵11的输入端与输出端均设置有截止阀12。两个循环泵11一个正常使用，另一个作为备用，以便当循环泵出现故障时，可以启动备用泵进行工作，保障系统的正常运行，并通过将出现故障的循环泵前后的截止阀12关闭，方便对该循环泵进行拆除维修。
输入管5上设置有压力表51和低压开关52，保障系统中的压力维持在设定范围内，当出现低压现象，则关闭输入管5。
多级功能调温模块3包括与输入管5连通且相互之间并联的间接加热单元31、间接低温冷却单元32以及间接超低温快速冷却单元33。
间接加热单元31的最高温度根据客户外部热源的温度控制，最高设计温度可达300度，低温可调节精确控制在常温+45度的温度；间接低温冷却单元32连接的是常温冷却水，经过间接换热将系统温度控制在280-50度；间接超低温快速冷却单元33通过外部冷冻水，可以将系统温度降到更低50-10度，虽然直接使用此单元也可以将系统控制在280-50度，但是对冷冻水消耗加大，浪费冷冻水资源；通过对不同温度控制区域采用不同的温控单元进行换热控制，可大大节省能源，提高各个资源的利用率。
间接加热单元31包括一端与输入管5连通且另一端与输出管6连通的第一换热器311、设置在第一换热器311与输入管5连通管路上的第一气动开关两通阀312、在第一换热器311处对导热油进行加热的热油循环单元(图中未标识)。
所述热油循环单元包括与第一换热器311连通的热油进入管313与热油输出管314、设置在热油进入管313上的循环泵315、以及设置在热油输出管314上的第二比例三通阀316，热油进入管313位于循环泵315上游设置一分支管直接接入第二比例三通阀316的另一输入端。热油进入管313上靠近热油入口端设置有过滤器317，热油输出管314上靠近热油出口端设置有截止阀318。热油进入管313与热油输出管314上靠近第一换热器311一端分别设置有第一温度表319、第二温度表3110，严格监测进出第一换热器311的加热介质的温度变化，从而通过第二比例三通阀316精准控制加热介质的流量大小。循环泵315的输入端和输出端均设置有排油口(图中未标识)，所述排油口端设置有球阀(图中未标识)。
间接低温冷却单元32包括一端与输入管5连通且另一端与输出管6连通的第二换热器321、设置在第二换热器321与输入管5连通管路上的第二气动开关两通阀322、在第二换热器321处对导热油进行冷却的冷却水循环单元(图中未标识)。
所述冷却水循环单元包括与第二换热器321连通的冷却水进入管323与冷却水输出管324、设置在冷却水进入管323上的第一气动开关球阀325、以及设置在冷却水输出管324上的对夹式蝶阀326，冷却水进入管323与冷却水输出管324靠近第二换热器321的一端分别设置有第三温度表327、第四温度表328，严格监测进出第二换热器321的冷却水的温度变化。冷却水进入管323上还设置有过滤器329、流量计3210，且靠近第二换热器321的一端设置有排水口(图中未标识)，所述排水口处设置有球阀(图中未标识)。所述冷却水输出管324上还设置有安全阀3211。
间接超低温快速冷却单元33包括一端与输入管5连通且另一端与输出管6连通的第三换热器331、设置在第三换热器331与输入管5连通管路上的第三气动开关两通阀332、在第三换热器331处对导热油进行快速超低温冷却的冷冻水循环单元(图中未标识)。
所述冷冻水循环单元包括与第三换热器331连通的冷冻水进入管333与冷冻水输出管334、设置在冷冻水进入管333上的第二气动开关球阀335、以及设置在冷冻水输出管334上的对夹式蝶阀336，冷冻水进入管333与冷冻水输出管334靠近第三换热器331的一端分别设置有第五温度表337、第六温度表338，严格监测进出第三换热器331的冷冻水的温度变化。冷冻水进入管333上还设置有过滤器339、流量计3310，且靠近第二换热器331的一端设置有排水口(图中未标识)，所述排水口处设置有球阀(图中未标识)。所述冷冻水输出管334上还设置有安全阀3311。
输出管6上位于间接低温冷却单元32和间接超低温快速冷却单元33之间设置有排水口(图中未标识)，且所述排水口处设置有球阀(图中未标识)。
输出管6上靠近第一比例三通阀2的一端设置有压力表61和第一热电阻62。通过压力表61监测多级功能调温模块3输出端的压力值，通过第一热电阻62监测多级功能调温模块3输出端的温度。
出油管7上设置有高压开关71，当出油管7内的压力高于设定范围时，阻断出油管7。出油管7上设置有出口感温线72，监测进入客户端101的介导热油的温度。出油管7上还设置有截止阀73、过滤器74以及流量计75。
客户端101内部还设置有若干热电阻102。监测客户端101内部的温度变化。
在回油管8上设置有储气罐10，出油管7与回油管8之间连通设置有一旁通管20。储气罐10的输出端设置有排水口(图中未标识)，所述排水口处设置有球阀(图中未标识)。
回油管8上位于客户端与储气罐10之间设置有入口感温线81、截止阀82、过滤器83、压力表84，通过入口感温线81监测回到油温机循环系统中的介质温度。
导热油补给模块4包括膨胀油箱41、分别与膨胀油箱41连通的氮气输入管42、输油管43以及排气管44，膨胀油箱41上设置有泄压口、压力表46、压力传感器47、液位开关48。膨胀油箱41的底部设置有排油口49，排油口49处设置有截止阀410。氮气输入管42上设置有电磁阀421、止回阀422以及螺纹闸阀423。氮气输入管42上设置有一分支管直接连通膨胀油箱41且该分支管上设置有球阀424，电磁阀421在工作中可能有损坏的情况，为了保证系统的正常安全的运行，可以打开旁通球阀424对膨胀油箱41继续补充合适的氮气，保障系统的正常运行。在高温运行时，通过输入氮气，可以对膨胀油箱41内的压力进行控制，并能够隔绝空气和有机热载体导热油的接触，延长有机热载体的使用寿命。泄压口处设置有安全阀411。输油管43上设置有截止阀431。排气管44上设置有电磁阀441，结合压力传感器47通过PLC控制实现自动排气。排气管44上还设置有一分支管直接连通膨胀油箱41且该分支管上设置有球阀442。
膨胀油箱41与储气罐10之间通过管道连通且连通管道上设置有电磁阀413。其作用是可以自动调节排气动作，一般系统排气只是一条排气补油连通管9，排气比较慢，因此在本设计中增加排气管，但是如果此排气管没有阀门控制，高温时如果系统内还是有气的情况，会将热油也排入到膨胀油箱41，造成膨胀油箱41温度过高，有电磁阀413控制时，会控制在设定的高温度情况下将电磁阀413关闭，保护膨胀邮箱41。
补油管9上设置有出油球阀91。
开机前由补油管9上的出油球阀91打开加导热油，循环泵11启动；开机后根据需求温度，需要加热时，打开第一气动开关两通阀312，关闭第二气动开关两通阀322和第三气动开关两通阀332，打开循环泵315，补充高温导热油，通过控制第二比例三通阀316和第一比例三通阀2，对客户温度进行精确控温；在高温控制运行时，根据温度和压力控制，氮气输入管42上的开关电磁阀421和排气管44上的电磁阀441，对膨胀油箱41内氮气压力进行控制；需要低温运行时，打开第二气动开关两通阀322，关闭第一气动开关两通阀312和第三气动开关两通阀332，对系统进行冷却，控制第一比例三通阀2和第一气动开关球阀325对客户温度进行精确控温；需要超低温运行时(常温以下)或者进行快速冷却时，打开第三气动开关两通阀332，关闭第一气动开关两通阀312和第二气动开关两通阀322，对系统进行低温冷却，控制第一比例三通阀2和第二气动开关球阀335对客户温度进行精确控温。
本实施例中的热油以及冷冻水可以由客户自由锅炉反应系统提供。
本实施例基于间接加热与多级冷却的精确控温系统100的有益效果在于：能够根据客户的实际需求温度，自动进行多级功能调温切换，方便系统自动化控制；在多级功能调温模块中设计间接加热单元、间接低温冷却单元以及间接快速超低温冷却单元，实现更大温度范围内的温度控制；合理使用客户锅炉热油以及低温冷冻水，使得能量能效合理应用，节约了能耗；在间接加热单元中设置比例调节阀，并在间接加热单元中、低温冷却和超低温冷却单元中、出油管与回油管上多处设置温度表或感温线，配合出油管端的比例调节阀共同实现高精度温度控制，温控精度可达±0.5℃；通过设计低温冷却和超低温冷却单元，提高了温度降低的效率，缩短了系统本身温度调节的反应时间，提高了温控效率；在膨胀油箱内通过充入氮气，隔绝空气和导热油的接触，有效的延长了导热油的使用寿命；且通过氮气输入管和排气管的配合使用，能够有效的自动调节循环系统以及膨胀油箱的压力，保障系统压力维持在设定范围内，使得系统更加安全，温度更加稳定；设计多级冷却控温，合理使用冷却水和冷冻水，提高系统能效。
以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于间接加热与多级冷却的精确控温系统，其特征在于：其包括循环泵装置、第一比例三通阀、多级功能调温模块以及导热油补给模块，所述循环泵装置输出端分为两路，其中一路经输入管进入所述多级功能调温模块进行调温、另一路接入所述第一比例三通阀，所述多级功能调温模块的输出端经输出管接入所述第一比例三通阀，所述第一比例三通阀的输出端经出油管接入客户端，所述客户端经回油管接入所述循环泵装置的输入端，所述导热油补给模块经补油管接入所述循环泵装置的输入端，所述补油管上设置有出油球阀，所述回油管上设置有储气罐，所述多级功能调温模块包括与所述输入管连通且相互之间并联的间接加热单元、间接低温冷却单元以及间接超低温快速冷却单元。
2.如权利要求1所述的基于间接加热与多级冷却的精确控温系统，其特征在于：所述间接加热单元包括一端与所述输入管连通且另一端与所述输出管连通的第一换热器、设置在所述第一换热器与所述输入管连通管路上的第一气动开关两通阀、在所述第一换热器处对导热油进行加热的热油循环单元。
3.如权利要求2所述的基于间接加热与多级冷却的精确控温系统，其特征在于：所述热油循环单元包括与所述第一换热器连通的热油进入管与热油输出管、设置在所述热油进入管上的循环泵、以及设置在所述热油输出管上的第二比例三通阀，所述热油进入管位于所述循环泵上游设置一分支管直接接入所述第二比例三通阀的另一输入端；
所述热油输出管上靠近热油出口端设置有截止阀；
所述热油进入管与所述热油输出管上靠近所述第一换热器一端分别设置有第一温度表、第二温度表。
4.如权利要求1所述的基于间接加热与多级冷却的精确控温系统，其特征在于：所述间接低温冷却单元包括一端与所述输入管连通且另一端与所述输出管连通的第二换热器、设置在所述第二换热器与所述输入管连通管路上的第二气动开关两通阀、在所述第二换热器处对导热油进行冷却的冷却水循环单元。
5.如权利要求4所述的基于间接加热与多级冷却的精确控温系统，其特征在于：所述冷却水循环单元包括与所述第二换热器连通的冷却水进入管与冷却水输出管、设置在所述冷却水进入管上的第一气动开关球阀、以及设置在所述冷却水输出管上的对夹式蝶阀；
所述冷却水进入管与所述冷却水输出管靠近所述第二换热器的一端分别设置有第三温度表、第四温度表。
6.如权利要求1所述的基于间接加热与多级冷却的精确控温系统，其特征在于：所述间接超低温快速冷却单元包括一端与所述输入管连通且另一端与所述输出管连通的第三换热器、设置在所述第三换热器与所述输入管连通管路上的第三气动开关两通阀、在所述第三换热器处对导热油进行快速超低温冷却的冷冻水循环单元。
7.如权利要求6所述的基于间接加热与多级冷却的精确控温系统，其特征在于：所述冷冻水循环单元包括与所述第三换热器连通的冷冻水进入管与冷冻水输出管、设置在所述冷冻水进入管上的第二气动开关球阀、以及设置在所述冷冻水输出管上的对夹式蝶阀，所述冷冻水进入管与所述冷冻水输出管靠近所述第三换热器的一端分别设置有第五温度表、第六温度表。
8.如权利要求1所述的基于间接加热与多级冷却的精确控温系统，其特征在于：所述出油管上设置有出口感温线，所述回油管上设置有入口感温线。
9.如权利要求1所述的基于间接加热与多级冷却的精确控温系统，其特征在于：所述导热油补给模块包括膨胀油箱、分别与所述膨胀油箱连通的氮气输入管、输油管以及排气管，所述膨胀油箱上设置有泄压口、压力表、压力传感器、液位开关，所述膨胀油箱的底部设置有排油口，所述排油口处设置有截止阀。
10.如权利要求9所述的基于间接加热与多级冷却的精确控温系统，其特征在于：所述氮气输入管上设置有电磁阀、止回阀，所述排气管上设置有电磁阀，所述膨胀油箱与所述储气罐之间通过管道连通且连通管道上设置有电磁阀。
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