CN209013613U - 一种液氮制备系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种液氮制备系统，包括依次连通的压缩机、冷凝器、节流阀和液化部件，液化部件与压缩机连通，以使制冷剂能够在四个部件之间循环，液化部件用于生成液氮，冷凝器设置有冷却部件，液化部件与冷却部件通过第一管路连通，以使液化部件中的低温气体能够进入冷却部件。在液化部件中，存在一部分呈气态的氮气(未液化成功)，且该部分氮气放热后处于低温状态。通过设置第一管路，能够将该部分低温氮气通入冷凝器的冷却部件中，从而能够起到冷却冷凝器的作用，从而提高制冷剂在该冷凝器中的冷凝效率，且该过程中利用液化部件中未被利用的冷量(来源于未液化成功的低温氮气)，从而提高该液氮制备系统的能量利用率，节省能量。

Description

一种液氮制备系统

技术领域

本实用新型涉及液氮制备技术领域，特别涉及一种液氮制备系统。

背景技术

液氮制备系统通常通过对氮气进行降温，使其达到一定条件下的液化点，进而液化，以达到生产液氮的目的。

对氮气的降温装置一般为低温制冷装置，最常见的原理模型为压缩—冷凝—节流—蒸发循环模式的制冷装置，该制冷装置包括压缩机、冷凝器、节流阀和蒸发器，其工作原理如下：压缩机吸入从蒸发器出来的较低压力的工质(制冷剂)蒸汽，使之压力升高后送入冷凝器，在冷凝器中冷凝成压力较高的液体，经节流阀节流后，成为压力较低的液体后，送入蒸发器，在蒸发器中吸热蒸发而成为压力较低的蒸汽，再送入压缩机的入口，从而完成制冷循环。

上述低温制冷装置生成液氮的转化率(液氮的转化率是指生成液氮的质量与进入系统的氮气的质量的比例)决定于氮气在蒸发器中放出热量的多少，现有的低温制冷装置生成液氮的过程中耗能较高，而液氮转换率有限。

有鉴于此，如何提供一种液氮制备系统，氮气在蒸发器中转化为液氮的转化率较高，并能够提高液氮制备系统能量利用率，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型的目的为提供一种液氮制备系统，包括依次连通的压缩机、冷凝器、节流阀和液化部件，所述液化部件还与所述压缩机连通，以使制冷剂能够在四个部件之间循环，所述液化部件用于生成液氮，所述冷凝器设置有冷却部件，所述液化部件与所述冷却部件通过第一管路连通，以使所述液化部件中的低温气体能够进入所述冷却部件。

在液化部件中，存在一部分呈气态的氮气(未液化成功)，且该部分氮气放热后处于低温状态。本实用新型中，通过设置第一管路，能够将该部分低温氮气通入冷凝器的冷却部件中，从而能够起到冷却冷凝器的作用，从而提高制冷剂在该冷凝器中的冷凝效率，且该过程中利用液化部件中未被利用的冷量(来源于未液化成功的低温氮气)，从而提高该液氮制备系统的能量利用率，节省能量。

可选地，还包括与所述液化部件连通的液氮储罐，以便将所述液化部件中生成的液氮通入所述液氮储罐中，所述液氮储罐与所述冷却部件通过第二管路连通，以使所述液氮储罐中的低温气体能够进入所述冷却部件。

可选地，进一步包括位于所述液化部件与所述液氮储罐之间的临时储罐，所述液化部件中生成的液氮能够进入所述临时储罐中储存，且所述临时储罐中储存的液氮能够进入所述液氮储罐；

所述临时储罐与所述冷却部件之间通过第三管路连通，以使所述临时储罐中的低温气体能够进入所述冷却部件。

可选地，所述第二管路设置有回收阀，所述临时储罐与所述液氮储罐之间的输出管路设置有出口阀，所述出口阀开启时，能够开启所述回收阀。

可选地，所述第一管路设置有第一控制阀，所述第二管路设置有第二控制阀，所述第三管路设置有第三控制阀，所述液氮制备系统还包括：

监测部件，用于监测所述冷凝器内制冷剂的温度；

控制部件，能够根据所述监测部件的监测结果控制三个控制阀。

可选地，所述第一控制阀、所述第二控制阀和所述第三控制阀为电磁流量阀。

可选地，还包括汇合管路，所述第一管路、所述第二管路和所述第三管路连通至所述汇合管路后与所述冷却部件连通。

可选地，所述冷却部件包括设于所述冷凝器内部的冷却管路，且所述冷却管路中的低温气体与所述冷凝器内的制冷剂流动方向相反。

可选地，所述冷凝器外侧设置有散热风扇。

可选地，所述控制部件还能够控制所述散热风扇的转速。

附图说明

图1为本实用新型所提供液氮制备系统在一种具体实施例中的原理示意图。

图1中：

1压缩机、2冷凝器、3节流阀、4液化部件、5临时储罐、6液氮储罐、7散热风扇、8第一管路、9第二管路、10第三管路、11汇合管路、12入口阀、13出口阀、14回收阀。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

请参考附图1，其中，图1为本实用新型所提供液氮制备系统在一种具体实施例中的原理示意图。

在一种具体实施例中，本实用新型提供一种液氮制备系统，如图1所示，该液氮制备系统包括依次连通的压缩机1、冷凝器2、节流阀3和液化部件4，四者形成制冷循环，其中，液化部件4为该制冷循环的蒸发器，且该液化部件4还设置有氮气进气管(氮气进气管的入口端可通入高纯度氮气)，该氮气进气管设置有入口阀12，通过该入口阀12，能够将氮气通入液化部件4内，在该液化部件4内制冷工质与氮气换热，使得氮气放热转变为液氮，因此，该液氮制备系统中，液化部件4为最终生成液氮的部件。

同时，在液化部件4中，制冷剂(例如氟利昂)与通入入口阀12的氮气进行热交换之后变为低压制冷剂蒸汽，该低压制冷剂蒸汽通入压缩机1中，在压缩机1中被压缩为高温高压制冷剂蒸汽，该高温高压制冷剂蒸汽通入冷凝器2，在冷凝器2内放热冷凝，转变为低温高压制冷剂蒸汽(根据冷凝程度的不同，冷凝剂蒸汽在冷凝器2中冷凝后，可能仍为制冷剂蒸汽，或者为气液混合物，或者为液态制冷剂)，同时，该低温高压制冷剂蒸汽(或者低温高压制冷剂液体，或者低温高压制冷剂气液混合物)经节流阀3节流，转变为低压制冷剂液体，低压制冷剂液体进入液化部件4中蒸发吸热，与氮气进行热交换之后，转变为低压制冷剂蒸汽，同时，在该液化部件4中，进行热交换之后的氮气转变为液氮，低压制冷剂蒸汽重新进入压缩机1中，形成一次制冷循环。

因此，制冷剂能够在上述压缩机1、冷凝器2、节流阀3和液化部件4四个部件中循环，以便实现液化部件4中氮气放热转变为液氮。如上所述，为了使得氮气能够在在液化部件4中吸收足够的冷量，进而转变为液氮，制冷剂在冷凝器2内需吸收足够的热量，因此，制冷剂在冷凝器2内冷凝的效率直接影响液化部件4中液氮的生成。

为了提高制冷剂在冷凝器2中的冷凝效率，如图1所示，本实用新型中的冷凝器2设置有冷却部件，且上述液化部件4与该冷却部件通过第一管路8连通，以使液化部件4中的低温氮气能够进入冷却部件。

在液化部件4中，氮气能够放热转变为液氮，但是，其转化率通常无法达到100％，即液化部件4中存在一部分氮气(未液化成功)，且该部分氮气降温后处于低温状态。本实用新型中，通过设置第一管路8，能够将该部分低温氮气通入冷凝器2的冷却部件中，从而能够起到冷却冷凝器2的作用，从而提高制冷剂在该冷凝器2中的冷凝效率，且该过程中利用了液化部件4中未被利用的冷量(来源于未液化成功的低温氮气)，从而提高该液氮制备系统的能量利用率，节省能量。

进一步地，如图1所示，该液氮制备系统还包括与液化部件4连通的液氮储罐6，该液氮储罐6用于储存液氮，以便能够实现液氮的储存和运输。

液氮储罐6通常为与大气连通的液氮杜瓦，即其内部的压力较低，而液化部件4中生成的液氮为高压饱和液体，当该高压饱和液体进入液氮储罐6时，由于压力的下降，使得该高压饱和液体的液氮转变为一个大气压(液氮储罐6的压力)下、温度为一个大气压下沸点温度的饱和蒸汽(低温氮气)和饱和液体(液氮)，即高压液氮进入液氮储罐6的过程中发生闪蒸，闪蒸出的该部分低温氮气同样具有较大的冷量。

本实施例中，冷凝器2的冷却部件与该液氮储罐6之间通过第二管路9连通时，液氮储罐6中的该部分低温氮气能够进入冷却部件，从而进一步起到冷却冷凝器2的作用，以提高制冷剂在冷凝器2中的冷凝效率，同时，该过程还能够利用液氮储罐6中未被利用的冷量(来源于液氮储罐6中闪蒸产生的低温氮气)，从而进一步提高该液氮制备系统的能量利用率，节省能量。

更进一步地，如图1所示，该液氮制备系统进一步包括位于液化部件4与液氮储罐6之间的临时储罐5，该临时储罐5与液化部件4连通，用于临时储存液化部件4中生成的液氮，并与液氮储罐6通过输出管路连通，且该输出管路设置有出口阀13。需要时，该出口阀13开启，使得临时储罐5中储存的液氮能够进入对应的液氮储罐6，出口阀13关闭时，液化部件4生成的液氮在临时储罐5中临时储存。

液化部件4中生成的高压饱和液氮进入临时储罐5时，同样会发生闪蒸现象，因此，该临时储罐5中存在部分低温氮气，该低温氮气具有较大的冷量。

本实施例中，冷凝器2的冷却部件与该临时储罐5之间通过第三管路10连通时，临时储罐5中的该部分低温氮气能够进入冷却部件，从而进一步起到冷却冷凝器2的作用，以进一步提高制冷剂在冷凝器2中的换热效率，同时，该过程还能够利用临时储罐2中未被利用的冷量(来源于临时储罐5中闪蒸的低温氮气)，从而进一步提高该液氮制备系统的能量利用率，节省能量。

具体地，如图1所示，液氮储罐6与冷凝器2的冷却部件之间的第二管路9设置有回收阀14，该回收阀14可为手动控制的开关阀，也可为由控制装置自动控制的开关阀。当设于液氮储罐6与临时储罐5之间的输出管路的出口阀13开启，临时储罐5中的液氮进入液氮储罐6时，该回收阀14开启，从而使得液氮储罐6中的低温氮气能够经第二管路9进入冷却部件，实现低温氮气冷量的回收。

进一步地，如图1所示，第一管路8设置有第一控制阀，第二管路9设置有第二控制阀，第三管路10设置有第三控制阀，同时，该液氮制备系统还包括：监测部件，用于监测冷凝器2内制冷工质的温度，或者，也可监测冷凝器2的冷却部件的温度；控制部件，能够根据监测部件的监测结果控制三个控制阀。

具体地，该第一控制阀能够控制第一管路8开启、关闭以及第一管路8中低温氮气的流量，第二控制阀能够控制第二管路9开启、关闭以及第二管路9中低温氮气的流量，第三控制阀能够控制第三管路10开启、关闭以及第三管路10中低温氮气的流量。同时，该控制部件能够分别控制上述三个控制阀，即三个回收管路并非同时开启，三者的流量也可不同。

因此，本实施例中，通过设置该监测部件和控制部件，还能够根据冷凝器2中的温度控制三个回收管路的流量，从而提高该液氮制备系统的控制精度。

具体地，上述第一控制阀、第二控制阀和第三控制阀可为电磁流量阀。

以上各实施例中，如图1所示，还包括汇合管路11，上述第一管路8、第二管路9和第三管路10与该汇合管路11连通，且该汇合管路11与冷凝器2的冷却部件连通，从而使得该上述三个回收管路中的低温氮气首先在汇合管路11，然后进入冷却部件，从而能够提高低温氮气流场的均匀性，当其进入冷却部件时，能够进一步提高其与制冷剂之间的换热效率。

具体地，该汇合管路11内可设置有气体均布装置，以便进一步提高低温氮气的流动均匀性。

以上各实施例中，如图1所示，冷却部件可为设于冷凝器2内部的冷却管路，且该冷却部件中的低温氮气与冷凝器2内制冷工质的流动方向相反，即在该冷凝器2内，两种换热工质(低温氮气与制冷工质)之间为逆流换热，从而使得二者具有更高的换热效率。

当然，上述两种换热工质之间并非必须为逆流换热，二者的流动方向也可相同，同时，降低二者的流动速度，以便提高换热效率。

另一方面，该冷凝器可为盘管式换热器、绕管式换热器或套管式换热器等结构。

以上各实施例中，为了进一步提高制冷剂在冷凝器2中的换热效率，该冷凝器2外侧设置有散热风扇7，通过该散热风扇7，能够对冷凝器2进行风冷降温，但是，散热风扇7转动过程中容易产生噪音，且其转速越高，噪音越大，因此，仅通过设置散热风扇7实现冷凝器2的冷却时导致该液氮制备系统存在较高的噪音污染。

而本实用新型中，通过在冷凝器2中设置上述冷却管道，并通过第一管路8、第二管路9和第三管路10分别连通液化部件4、液氮储罐6和临时储罐5，能够利用液化部件4、液氮储罐6和临时储罐5中低温氮气的冷量对冷凝器2进行冷却，从而能够提高该液氮制备系统的能量利用率，同时，在保证冷凝器2具有较高换热效率的同时，还能够降低散热风扇7的转速，从而降低该液氮制备系统的噪音，还能够降低散热风扇7的电功率，有助于节省能源。

具体地，上述控制部件还能够控制散热风扇7的转速，从而使得该控制部件能够根据温度监测部件的监测结果，合理控制散热风扇7的转速、第一管路8、第二管路9和第三管路10的流量，从而在满足冷凝器2冷却需求的基础上，能够最大限度地降低噪音、节省能源。

以80升/天液氮产量的液氮制备系统为例，经过参数计算，氮气液化的总体效率约为50％～60％，剩余40％～50％的氮气被降低到不同程度的低温状态，经过冷量回收用于冷凝器2热交换后，能够有效减少冷凝器2约30％的散热需求，大大提高其换热效率。

以上对本实用新型所提供的一种液氮制备系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种液氮制备系统，包括依次连通的压缩机(1)、冷凝器(2)、节流阀(3)和液化部件(4)，所述液化部件(4)还与所述压缩机(1)连通，以使制冷剂能够在四个部件之间循环，所述液化部件(4)用于生成液氮，其特征在于，所述冷凝器(2)设置有冷却部件，所述液化部件(4)与所述冷却部件通过第一管路(8)连通，以使所述液化部件(4)中的低温气体能够进入所述冷却部件。

2.根据权利要求1所述的液氮制备系统，其特征在于，还包括与所述液化部件(4)连通的液氮储罐(6)，以便将所述液化部件(4)中生成的液氮通入所述液氮储罐(6)中，所述液氮储罐(6)与所述冷却部件通过第二管路(9)连通，以使所述液氮储罐(6)中的低温气体能够进入所述冷却部件。

3.根据权利要求2所述的液氮制备系统，其特征在于，进一步包括位于所述液化部件(4)与所述液氮储罐(6)之间的临时储罐(5)，所述液化部件(4)中生成的液氮能够进入所述临时储罐(5)中储存，且所述临时储罐(5)中储存的液氮能够进入所述液氮储罐(6)；

所述临时储罐(5)与所述冷却部件之间通过第三管路(10)连通，以使所述临时储罐(5)中的低温气体能够进入所述冷却部件。

4.根据权利要求3所述的液氮制备系统，其特征在于，所述第二管路(9)设置有回收阀(14)，所述临时储罐(5)与所述液氮储罐(6)之间的输出管路设置有出口阀(13)，所述出口阀(13)开启时，能够开启所述回收阀(14)。

5.根据权利要求3所述的液氮制备系统，其特征在于，所述第一管路(8)设置有第一控制阀，所述第二管路(9)设置有第二控制阀，所述第三管路(10)设置有第三控制阀，所述液氮制备系统还包括：

监测部件，用于监测所述冷凝器(2)内制冷剂的温度；

控制部件，能够根据所述监测部件的监测结果控制三个控制阀。

6.根据权利要求5所述的液氮制备系统，其特征在于，所述第一控制阀、所述第二控制阀和所述第三控制阀为电磁流量阀。

7.根据权利要求3所述的液氮制备系统，其特征在于，还包括汇合管路(11)，所述第一管路(8)、所述第二管路(9)和所述第三管路(10)连通至所述汇合管路(11)后与所述冷却部件连通。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的液氮制备系统，其特征在于，所述冷却部件包括设于所述冷凝器(2)内部的冷却管路，且所述冷却管路中的低温气体与所述冷凝器(2)内的制冷剂流动方向相反。

9.根据权利要求5或6所述的液氮制备系统，其特征在于，所述冷凝器(2)外侧设置有散热风扇(7)。

10.根据权利要求9所述的液氮制备系统，其特征在于，所述控制部件还能够控制所述散热风扇(7)的转速。