CN116499151A - 一种冷能回收利用系统及其回收方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及冷能回收技术领域，更具体地，涉及一种冷能回收利用系统及其回收方法，系统包括冷源储罐、第一换热器、第二换热器、第一汽化器、过冷器，第一换热器的第一换热入口通过过冷器与冷源储罐相连通，第一换热器的第一换热出口用于与客户使用端相连通；第一换热器的第二换热入口、第二换热出口均用于与空调系统相连通；第二换热器的第三换热入口通过第一汽化器与冷源储罐相连通，过冷器还与第三换热入口相连通；第二换热器的第三换热出口用于与客户使用端相连通；第二换热器的第四换热入口、第四换热出口均用于与空调系统相连通。本发明在能够保证现有液氮汽化设备正常运行的情况下充分回收和再利用冷量至其他系统中。

Description

一种冷能回收利用系统及其回收方法

技术领域

本发明涉及冷能回收技术领域，更具体地，涉及一种冷能回收利用系统及其回收方法。

背景技术

液氮汽化设备用于将液氮进行汽化形成氮气，其中的冷量大多直接排放到空气中使得该部分冷量得不到利用，除此之外，在冬季或者一些特殊的使用条件下，汽化器还面临严重的结冰问题，因此需要对汽化器进行额外的加热以实现它的正常有效运行。这不仅仅浪费掉部分能源，而且还会导致设备无法进行正常的运行。

为了能够回收其中的冷量，目前较多用户简单的利用水与汽化器进行冷量交换实现冷能的回收，但这对整个设备的运作是存在一定安全隐患，且在整个回收过程中的回收效率不太理想。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种冷能回收利用系统及其回收方法，在能够保证现有液氮汽化设备正常运行的情况下充分回收和再利用冷量至其他系统中，还能够增加现有液氮汽化设备的使用寿命，减少其维护成本。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

提供一种冷能回收利用系统，包括冷源储罐、第一换热器、第二换热器、第一汽化器、过冷器，其中：所述第一换热器的第一换热入口通过过冷器与冷源储罐相连通，所述第一换热器的第一换热出口用于与客户使用端相连通；所述第一换热器的第二换热入口、第二换热出口均用于与空调系统相连通；所述第二换热器的第三换热入口通过所述第一汽化器与冷源储罐相连通，所述过冷器还与第三换热入口相连通；所述第二换热器的第三换热出口用于与客户使用端相连通；所述第二换热器的第四换热入口、第四换热出口均用于与空调系统相连通。

优选地，所述冷能回收利用系统还包括控制系统，所述控制系统包括控制器和与所述控制器通信连接的第一控制管路、第二控制管路、第三控制管路，所述过冷器通过所述第一控制管路与冷源储罐相连通，所述第一换热出口通过所述第二控制管路与客户使用端相连通；所述第二换热入口通过所述第三控制管路与空调系统相连通。

优选地，所述第一控制管路包括依次相连通的第一热安全阀、第一截止阀、第二热安全阀，所述第二热安全阀与过冷器相连通，所述第一热安全阀与冷源储罐相连通。

优选地，所述第二控制管路包括依次相连通的第一温度报警器、第一止回阀、第一压力报警器、第一压力安全阀，所述第一压力安全阀与客户使用端的第二汽化器相连通，所述第一温度报警器与第一换热出口相连通。

优选地，所述第一控制管路与客户使用端之间还连接有第四控制管路，所述第四控制管路与控制器通信连接；其中：所述第四控制管路包括依次相连通的第二截止阀、第二止回阀、第三热安全阀，所述第三热安全阀通过第一异径管与第二汽化器相连通，所述第二截止阀与冷源储罐相连通。

优选地，所述第三控制管路包括依次相连通的第一循环水泵、第一压力表、第一流量开关，所述第一流量开关与第二换热入口相连通，所述第一循环水泵与空调系统的冷却循环水储罐之间通过第二异径管相连通；所述第一循环水泵与第一压力表之间通过第三异径管相连通。

优选地，所述第二换热出口与冷却循环水储罐相连通，且二者之间还连通设置有第一温控器。

优选地，所述控制器还通信连接有第五控制管路、第六控制管路，所述第三换热出口通过所述第五控制管路与客户使用端的第二汽化器相连通，所述第四换热入口通过所述第六控制管路与空调系统的冷却循环水储罐相连通；所述第四换热出口与冷却循环水储罐相连通，且二者之间还连通设置有第二温控器。

优选地，所述冷源储罐为液氮储罐，所述第一换热器为液相换热器，第二换热器为气相换热器。

本发明还提供一种冷能回收利用系统的回收方法，应用于上述系统，所述冷源储罐为液氮储罐，所述回收方法包括如下步骤：

S1. 所述液氮储罐中的液氮进入所述过冷器进行过冷，过冷后的液氮进入所述第一换热器，而在过冷过程中发生汽化形成的汽氮则进入所述第二换热器；

S2. 在所述步骤S1之后，所述第一换热器中的液氮进行换热形成汽氮并进入所述客户使用端；所述空调系统的冷却水进入所述第一换热器进行换热实现降温，降温后的冷却水返回所述空调系统；

S3. 在所述步骤S1之后，所述第二换热器中的汽氮进行换热后进入所述客户使用端；所述空调系统的冷却水进入所述第二换热器进行换热实现降温，降温后的冷却水返回所述空调系统；

S4. 所述液氮储罐中的液氮进入所述第一汽化器进行汽化形成汽氮并进入所述第二换热器进行换热，换热后的汽氮进入所述客户使用端。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明为一种冷能回收利用系统及其回收方法，能够应用于液氮的冷能回收利用，冷源储罐的液氮经过过冷器过冷使其温度降低，温度得到降低的液氮进入第一换热器进行换热，在过冷过程中发生汽化形成的汽氮则进入第二换热器进行换热；第一、第二换热器的设置能够充分利用液氮在转换过程中的冷能；过冷器的设置能够增大换热温差，提高换热效率；通过与空调系统的冷却循环水储罐进行换热，使得冷能能够得到充分回收和再利用。

附图说明

图1为本发明一种冷能回收利用系统的连接示意图；

图2为本发明一种冷能回收利用系统与客户使用端的连接示意图；

图3为本发明一种冷能回收利用系统与空调系统的连接示意图；

图4为本发明一种冷能回收利用系统的回收方法的流程图。

图示标记说明如下：

100-冷源储罐，200-第一换热器，300-第二换热器，400-第一汽化器，500-过冷器，600-客户使用端，610-第二汽化器，620-第三压力安全阀，630-第三压力表，640-调节阀，650-第四止回阀，700-空调系统，710-冷却循环水储罐，720-散热器，730-制冷器，740-第三循环水泵，750-第六异径管，760-第七异径管，800-控制系统，810-第一控制管路，811-第一热安全阀，812-第一截止阀，813-第二热安全阀，814-第四热安全阀，815-第一阀门，816-第二阀门，820-第二控制管路，821-第一温度报警器，822-第一止回阀，823-第一压力报警器，824-第一压力安全阀，825-第三阀门，830-第三控制管路，831-第一循环水泵，832-第一压力表，833-第一流量开关，834-第二异径管，835-第三异径管，836-第四阀门，837-第一温控器，838-第五阀门，840-第四控制管路，841-第二截止阀，842-第二止回阀，843-第三热安全阀，844-第一异径管，845-第六阀门，850-第五控制管路，851-第二温度报警器，852-第三止回阀，853-第二压力报警器，854-第二压力安全阀，855-第七阀门，860-第六控制管路，861-第二循环水泵，862-第二压力表，863-第二流量开关，864-第四异径管，865-第五异径管，866-第八阀门，867-第二温控器，868-第九阀门，870-第十阀门。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

实施例1

如图1至图3所示为本发明一种冷能回收利用系统的第一实施例，包括冷源储罐100、第一换热器200、第二换热器300、第一汽化器400、过冷器500，其中：第一换热器200的第一换热入口通过过冷器500与冷源储罐100相连通，第一换热器200的第一换热出口用于与客户使用端600相连通；第一换热器200的第二换热入口、第二换热出口均用于与空调系统700相连通；第二换热器300的第三换热入口通过第一汽化器400与冷源储罐100相连通，过冷器500还与第三换热入口相连通；第二换热器300的第三换热出口用于与客户使用端600相连通；第二换热器300的第四换热入口、第四换热出口均用于与空调系统700相连通。

本实施例中第一换热器200内具有互不连通的第一换热通道和第二换热通道，第一换热入口和第一换热出口分别为第一换热通道的入口和出口，第二换热入口和第二换热出口分别为第二换热通道的入口和出口；第二换热器300内具有互不连通的第三换热通道和第四换热通道，第三换热入口和第三换热出口分别为第三换热通道的入口和出口，第四换热入口和第四换热出口分别为第四换热通道的入口和出口。还有，本实施例中冷源储罐100为液氮储罐，具体地，可以为现有液氮汽化设备中的液氮储罐；本实施例中第一换热器200为液相换热器，第二换热器300为气相换热器。

如图1所示，冷能回收利用系统还包括控制系统800，控制系统800包括控制器和与控制器通信连接的第一控制管路810、第二控制管路820、第三控制管路830，过冷器500通过第一控制管路810与冷源储罐100相连通，第一换热出口通过第二控制管路820与客户使用端600相连通；第二换热入口通过第三控制管路830与空调系统700相连通。本实施例中控制器为PLC控制器，第一控制管路810、第二控制管路820和第三控制管路830均与PLC控制器电连接。

其中，如图1和图2所示，第一控制管路810包括第一热安全阀811、第一截止阀812、第二热安全阀813，第一热安全阀811的入口与冷源储罐100相连通，第一热安全阀811的出口与第一截止阀812的入口连接且相连通，第一截止阀812的出口与第二热安全阀813的入口连接且相连通，第二热安全阀813的出口与过冷器500的入口连接且相连通。本实施例中第一截止阀812为电磁截止阀。

其中，如图1和图2所示，第二控制管路820包括第一温度报警器821、第一止回阀822、第一压力报警器823、第一压力安全阀824，第一止回阀822的入口通过第一温度报警器821与第一换热出口连接且相连通，第一止回阀822的出口与第一压力报警器823连接且相连通，第一压力安全阀824的入口与第一压力报警器823连接且相连通，第一压力安全阀824的出口与客户使用端600的第二汽化器610相连通。

其中，如图1和图2所示，第一控制管路810与客户使用端600之间还连接有第四控制管路840，第四控制管路840与控制器通信连接，具体地，第四控制管路840与PLC控制器电连接。本实施例中第四控制管路840包括第二截止阀841、第二止回阀842、第三热安全阀843，第二截止阀841的入口与冷源储罐100相连通，第二截止阀841的出口与第二止回阀842的入口连接且相连通，第二止回阀842的出口与第三热安全阀843的入口连接且相连通，第三热安全阀843的出口通过第一异径管844与第二汽化器610相连通。本实施例中第二截止阀841为电磁截止阀；本实施例中第三热安全阀843的出口与第一异径管844的小端连接，气体经过第一异径管844时，气体流动的内径增大，气体流速减小，能够用于调节流入客户使用端600的气体流速。

其中，如图1和图2所示，第三控制管路830包括第一循环水泵831、第一压力表832、第一流量开关833，第一循环水泵831的入口通过第二异径管834与空调系统700的冷却循环水储罐710连接且相连通，第一循环水泵831的出口通过第三异径管835与第一压力表832连接且相连通，第一压力表832通过第一流量开关833与第二换热入口连接且相连通。本实施例中第一循环水泵831的入口与第二异径管834的小端连接，第一循环水泵831的出口与第三异径管835的小端连接，通过第二异径管834、第三异径管835能够调节流入以及流出第一循环水泵831的冷却水流速。

其中，如图1和图2所示，第二换热出口与冷却循环水储罐710相连通，第二换热出口与冷却循环水储罐710之间还连通设置有第一温控器837。第一温控器837的设置能够用于检测从第二换热出口流出的冷却水的温度，并实时反馈至PLC控制器。

本实施例中，第一控制管路810和第四控制管路840的设置能够实现液氮通路的切换并保障安全运行，当需要进行冷能回收时，关闭第二截止阀841并开启第一截止阀812，使液氮能够流入第一换热器200和第二换热器300；而当不需要进行冷能回收时，开启第二截止阀841并关闭第一截止阀812，随着第一截止阀812的关闭，第一温度报警器821、第一压力报警器823、第一流量开关833、第一温控器837也随之关闭。

为了便于调控液氮的流出，冷源储罐100与第一控制管路810之间、与第四控制管路840之间还依次连通设置有第一阀门815、第四热安全阀814、第二阀门816，第二阀门816的出口与第一热安全阀811、与第二截止阀841均相连接并且相连通。当液氮流入第一控制管路810或第四控制管路840之前，还能够通过第一阀门815、第四热安全阀814、第二阀门816进行调控，如图2和图3所示。

为了便于控制流入客户使用端600的物流，第一压力安全阀824与第二汽化器610之间还连接且连通设置有第三阀门825，如图3所示。还有，冷能回收利用系统还设置有第六阀门845，第六阀门845的一端与第四热安全阀814连接且相连通，另一端与第二汽化器610连接且相连通；当不需要进行冷能回收时，还能够通过打开第六阀门845、并关闭第二阀门816的操作，使液氮直接流入客户使用端600。

如图2和图3所示，为了便于控制管路中物流的流动，第一流量开关833与第二换热入口之间还设置有第四阀门836，第二换热出口与第一温控器837之间还设置有第五阀门838。

如图1至图3所示，为了能够控制流入第一汽化器400的液氮流量，冷源储罐100与第一汽化器400之间还设置有第十阀门870。

如图2所示，客户使用端600还包括依次连接且相连通的第三压力安全阀620、第三压力表630、调节阀640、第四止回阀650，第二汽化器610与第三压力安全阀620连接且相连通。完成冷能回收的物流依次经过第二汽化器610、第三压力安全阀620、第三压力表630、调节阀640、第四止回阀650后流入各客户网管中。需要说明的是，客户使用端600为现有技术，因此不再对客户使用端600的其他部分进行赘述。

如图3所示，空调系统700还包括散热器720、制冷器730、第三循环水泵740，冷却循环水储罐710通过第七异径管760与第三循环水泵740的入口连接且相连通，制冷器730通过第六异径管750与第三循环水泵740的出口连接且相连通，制冷器730的出口与散热器720的入口连接且相连通，散热器720的出口与冷却循环水储罐710连接且相连通。在空调系统700中，从冷却循环水储罐710流出的冷却水能够依次经过制冷器730、散热器720实现降温，随后返回冷却循环水储罐710；除此之外，冷却循环水储罐710中的冷却水还能够通过进入第一换热器200、第二换热器300中进行换热并实现降温，有利于减少空调系统700的耗能。需要说明的是，空调系统700为现有技术，因此不再对空调系统700的其他部分进行赘述。

实施例2

本实施例与实施例1类似，所不同之处在于，如图1和图2所示，本实施例中PLC控制器还电连接有第五控制管路850、第六控制管路860，第三换热出口通过第五控制管路850与客户使用端600的第二汽化器610相连通，第四换热入口通过第六控制管路860与空调系统700的冷却循环水储罐710相连通；第四换热出口与冷却循环水储罐710相连通，且二者之间还连通设置有第二温控器867。

如图1至图3所示，第五控制管路850与第二控制管路820类似或完全相同，本实施例中第五控制管路850包括依次连接且相连通的第二温度报警器851、第三止回阀852、第二压力报警器853、第二压力安全阀854、第七阀门855，第二温度报警器851与第三换热出口连接且相连通，第七阀门855与第二汽化器610连接且相连通。

如图1至图3所示，第六控制管路860与第三控制管路830类似或完全相同，本实施例中第六控制管路860包括依次连通设置的第二循环水泵861、第二压力表862、第二流量开关863、第八阀门866，第八阀门866与第四换热入口相连接，第二循环水泵861的入口通过第四异径管864与冷却循环水储罐710连接且相连通，第二循环水泵861的出口通过第五异径管865与第二压力表862相连接。还有，第四换热出口处还设置有第二温控器867、第九阀门868，第九阀门868的一端与第四换热出口相连接，第九阀门868的另一端通过第二温控器867与冷却循环水储罐710相连接。

实施例3

如图4所示为本发明一种冷能回收利用系统的回收方法的实施例，应用于实施例1或2所述的系统，回收方法包括如下步骤：

S1. 液氮储罐中的液氮进入过冷器500进行过冷，过冷后的液氮进入第一换热器200，而在过冷过程中发生汽化形成的汽氮则进入第二换热器300；

S2. 在步骤S1之后，第一换热器200中的液氮进行换热形成汽氮并进入客户使用端600；空调系统700中冷却循环水储罐710的冷却水进入第一换热器200进行换热实现降温，降温后的冷却水返回冷却循环水储罐710；

S3. 在步骤S1之后，第二换热器300中的汽氮进行换热后进入客户使用端600；空调系统700中冷却循环水储罐710的冷却水进入第二换热器300进行换热实现降温，降温后的冷却水返回冷却循环水储罐710；

S4. 液氮储罐中的液氮进入第一汽化器400进行汽化形成汽氮并进入第二换热器300进行换热，换热后的汽氮进入客户使用端600。

需要说明的是，步骤S1和S4之间无先后执行顺序。

具体地，在步骤S1至步骤S2中，液氮储罐中的液氮温度大约为-170~-186℃、液氮压力为4Bar，而往往在换热器中液氮与冷却水的换热温度不容易控制，较难达到理想的制冷温度，因此问了能够出充分利用冷能，在液氮进入第一换热器200之前先经过过冷器500过冷。过冷器500依据熵变的工作原理，将液氮压力降至约1 Bar、以及将液氮温度降至-190~-196℃，随后再进入第一换热器200进行换热，此时换热温差增大，换热效率增高，从冷却循环水储罐710流出并经过第一换热器200进行换热后的冷却水，能够降温至15~20℃，满足空调系统700的制冷需求。

具体地，在步骤S3至步骤S4中，由于在过冷器500对液氮进行过冷的过程中，有一部分液氮会发生汽化，汽化后的氮温度约为-160~-170℃，而为了不浪费该部分物流以及冷能，发生汽化形成的汽氮便进入第二换热器300进行换热；以及，为了增加第二换热器300中的压力，再从液氮储罐中引入一股液氮进入第一汽化器400进行汽化形成汽氮，该部分汽氮的压力约为10Bar，这股带压的汽氮进入第二换热器300中也进行换热处理。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种冷能回收利用系统，其特征在于，包括冷源储罐（100）、第一换热器（200）、第二换热器（300）、第一汽化器（400）、过冷器（500），其中：

所述第一换热器（200）的第一换热入口通过过冷器（500）与冷源储罐（100）相连通，所述第一换热器（200）的第一换热出口用于与客户使用端（600）相连通；所述第一换热器（200）的第二换热入口、第二换热出口均用于与空调系统（700）相连通；

所述第二换热器（300）的第三换热入口通过所述第一汽化器（400）与冷源储罐（100）相连通，所述过冷器（500）还与第三换热入口相连通；所述第二换热器（300）的第三换热出口用于与客户使用端（600）相连通；所述第二换热器（300）的第四换热入口、第四换热出口均用于与空调系统（700）相连通。

2.根据权利要求1所述的冷能回收利用系统，其特征在于，还包括控制系统（800），所述控制系统（800）包括控制器和与所述控制器通信连接的第一控制管路（810）、第二控制管路（820）、第三控制管路（830），所述过冷器（500）通过所述第一控制管路（810）与冷源储罐（100）相连通，所述第一换热出口通过所述第二控制管路（820）与客户使用端（600）相连通；所述第二换热入口通过所述第三控制管路（830）与空调系统（700）相连通。

3.根据权利要求2所述的冷能回收利用系统，其特征在于，所述第一控制管路（810）包括依次相连通的第一热安全阀（811）、第一截止阀（812）、第二热安全阀（813），所述第二热安全阀（813）与过冷器（500）相连通，所述第一热安全阀（811）与冷源储罐（100）相连通。

4.根据权利要求3所述的冷能回收利用系统，其特征在于，所述第二控制管路（820）包括依次相连通的第一温度报警器（821）、第一止回阀（822）、第一压力报警器（823）、第一压力安全阀（824），所述第一压力安全阀（824）与客户使用端（600）的第二汽化器（610）相连通，所述第一温度报警器（821）与第一换热出口相连通。

5.根据权利要求4所述的冷能回收利用系统，其特征在于，所述第一控制管路（810）与客户使用端（600）之间还连接有第四控制管路（840），所述第四控制管路（840）与控制器通信连接；其中：

所述第四控制管路（840）包括依次相连通的第二截止阀（841）、第二止回阀（842）、第三热安全阀（843），所述第三热安全阀（843）通过第一异径管（844）与第二汽化器（610）相连通，所述第二截止阀（841）与冷源储罐（100）相连通。

6.根据权利要求2所述的冷能回收利用系统，其特征在于，所述第三控制管路（830）包括依次相连通的第一循环水泵（831）、第一压力表（832）、第一流量开关（833），所述第一流量开关（833）与第二换热入口相连通，所述第一循环水泵（831）与空调系统（700）的冷却循环水储罐（710）之间通过第二异径管（834）相连通；所述第一循环水泵（831）与第一压力表（832）之间通过第三异径管（835）相连通。

7.根据权利要求6所述的冷能回收利用系统，其特征在于，所述第二换热出口与冷却循环水储罐（710）相连通，且二者之间还连通设置有第一温控器（837）。

8.根据权利要求2所述的冷能回收利用系统，其特征在于，所述控制器还通信连接有第五控制管路（850）、第六控制管路（860），所述第三换热出口通过所述第五控制管路（850）与客户使用端（600）的第二汽化器（610）相连通，所述第四换热入口通过所述第六控制管路（860）与空调系统（700）的冷却循环水储罐（710）相连通；所述第四换热出口与冷却循环水储罐（710）相连通，且二者之间还连通设置有第二温控器（867）。

9.根据权利要求1~8任一项所述的冷能回收利用系统，其特征在于，所述冷源储罐（100）为液氮储罐，所述第一换热器（200）为液相换热器，第二换热器（300）为气相换热器。

10.一种应用于权利要求1~9任一项所述的冷能回收利用系统的回收方法，其特征在于，所述冷源储罐（100）为液氮储罐，所述回收方法包括如下步骤：

S1. 所述液氮储罐中的液氮进入所述过冷器（500）进行过冷，过冷后的液氮进入所述第一换热器（200），而在过冷过程中发生汽化形成的汽氮则进入所述第二换热器（300）；

S2. 在所述步骤S1之后，所述第一换热器（200）中的液氮进行换热形成汽氮并进入所述客户使用端（600）；所述空调系统（700）的冷却水进入所述第一换热器（200）进行换热实现降温，降温后的冷却水返回所述空调系统（700）；

S3. 在所述步骤S1之后，所述第二换热器（300）中的汽氮进行换热后进入所述客户使用端（600）；所述空调系统（700）的冷却水进入所述第二换热器（300）进行换热实现降温，降温后的冷却水返回所述空调系统（700）；

S4. 所述液氮储罐中的液氮进入所述第一汽化器（400）进行汽化形成汽氮并进入所述第二换热器（300）进行换热，换热后的汽氮进入所述客户使用端（600）。