CN209622465U - 一种气体冷却装置和具有冷却功能的加氢机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种气体冷却装置和包含该冷却装置的加氢机，该冷却装置它包括冷却箱和冷冻机，所述冷却箱和冷冻机相连，使冷却液在冷却箱和冷冻机之间循环流动；所述冷却箱内设置有若干隔板，所述隔板沿冷却液流动方向将冷却箱内部分隔成若干个曲折连通的冷却腔；每个冷却腔内均设置有换热管，各冷却腔内的换热管依次串联构成换热管组；所述换热管组的入口端与冷却箱外的气体输入管相连；所述换热管组的出口端与冷却箱外的气体输出管相连。该气体冷却装置能够避免在热交换过程中，因冷却液温度升高而导致冷却效果降低的情况发生；同时加氢机将冷却箱集成在机体内，能够减少设备在现场的占地面积和减少设备现场安装操作。

Description

一种气体冷却装置和具有冷却功能的加氢机

技术领域

本实用新型涉及气体换热领域，特指一种气体冷却装置和具有冷却功能的加氢机。

背景技术

根据规范GB/T 31138-2014《汽车用压缩氢气加氢机》中6.3.4的要求：额定工作压力为70MPa的加氢机应在供氢系统中设置预冷系统，以便将氢气冷却至预定温度后充装到汽车气瓶中，预冷温度范围为-40℃～0℃。当在加氢站中给车辆加注氢气时，高压氢气从加氢站储氢瓶组快速运转到加氢机的过程中，氢气升温快速，为将高温高压氢气冷却到预定的温度，再通过加氢机给车载钢瓶加注，在此过程中必须给氢气降温。

现有方案一般是在加氢站储氢瓶组到加氢机之间设置水冷装置来带走加氢站储氢瓶组到加氢机的氢气因快速充装产生的热量。

现有的水冷装置，一般是直接将换热管置于水冷箱中，当高温氢气流经换热管时与水冷箱中的冷却水发生热交换，由于冷却水在交换过程中温度不断升高而导致后续进入换热管中的高温氢气降温效果下降。

同时，现有的水冷装置置于加氢机外，使得现有设备布置比较松散，集成度不高，增加占地面积，需要设备现场安装，耗时耗力，增加建站周期及成本。

发明内容

本实用新型的目的在于：针对上述存在的问题，提供一种气体冷却装置和具有冷却功能的加氢机；该气体冷却装置能够避免在热交换过程中，因冷却液温度升高而导致冷却效果降低的情况发生；同时，该加氢机将冷却箱集成在机体内，能够减少设备在现场的占地面积和减少设备现场安装操作。

本实用新型采用的技术方案如下：

一种气体冷却装置，它包括冷却箱和冷冻机，所述冷却箱和冷冻机相连，使冷却液在冷却箱和冷冻机之间循环流动；所述冷却箱内设置有若干隔板，所述隔板沿冷却液流动方向将冷却箱内部分隔成若干个曲折连通的冷却腔；每个冷却腔内均设置有换热管，各冷却腔内的换热管依次串联构成换热管组；所述换热管组的入口端与冷却箱外的气体输入管相连；所述换热管组的出口端与冷却箱外的气体输出管相连。

在上述结构中，当待冷却的高温气体进入换热管与冷却箱内的冷却液发生热交换导致冷却液温度升高时，由于冷却箱和冷冻机构成闭合的循环管路，冷却箱中的冷却液能够流出冷却箱，流经冷冻机制冷后，再注入冷却箱，循环此过程，使冷冻机不断对冷却液制冷，保证换热管内待冷却气体的制冷。

由于隔板将冷却箱分隔成多个曲折连通冷却腔，能够使冷却液迂回流动，减缓冷却液在冷却箱中的流通速度，使冷却液能够与换热管充分进行热交换。

同时换热管组包括多个串联的换热管，使得待冷气体能够多次与冷却液进行热交换，进而提高换热效果。

进一步的，冷却箱内相邻两换热管通过冷却箱外的连接管串联。

由于换热管材的长度限制，使得换热管不能做成长管，若要做成长管，则换热管材必须通过焊接或其他连接件进行连接；当该冷却装置应用在高压氢气制冷时，若两相邻换热管的连接处位于冷却箱内时，由于冷却液在换热管外流动，高压氢气在换热管内流动，很容易使换热管产生震动，进而导致两相邻换热管的连接处漏气。而当两相邻换热管通过冷却箱外的连接管串联时，其连接处位于箱体外，这时不容易产生漏气，且漏气时易发现，便于检修。

进一步的，相邻两换热管与连接管连接处通过连接头进行连接，所述连接头设置在冷却箱上。

由于上述结构，通过连接头，便于连接管和换热管的连接，也便于漏气检修。

进一步的，每个换热管两端均连接有一个连接头，所述连接头将换热管固定在冷却腔内。

通过连接头，将换热管固定在冷却腔内，且使其连接处位于冷却箱侧壁上，便于连接管连接换热管，也便于换热管与连接管的连接处检修，且通过连接头使连接管与换热管的连接处置于箱体外避免换热震动而产漏气。

进一步的，所述换热管为U型管或螺旋状的盘管。

进一步的，所述冷却箱的内侧壁和/或外侧壁和/或壁内设置有绝热层。

由于绝热层的存在冷却箱能够绝热保温，避免了因冷却箱外壁与环境温度的较大温差而导致冷却箱外壁结露的现象，隔绝了水汽的侵蚀，使各个连接管路及设备避免锈蚀，增加设备使用寿命。同时采用绝热层隔绝了外部热量交换，避免了冷能的浪费，更加环保节能。

进一步的，冷却箱的进液口和换热管组的出口端位于同一冷却腔处；冷却箱的出液口和换热管组的入口端位于同一冷却腔处。

由于换热管组入口处最先发生热交换，因此其附近的冷却液温度最先升高，且也最高；因此该处的冷却液应最先排出经冷冻机制冷，使其它冷却腔内的低温冷却液来填充换热管组入口附近的冷却液。以达到最好的制冷效果。

进一步的，所述冷冻机的进液口通过回液管与冷却箱的出液口相连；所述冷冻机的出液口通过送液管与冷却箱的进液口相连；所述回液管上设置有回液温度传感器；所述气体输出管上设置有气体输出温度传感器；所述冷冻机、回液温度传感器、气体输出温度传感器均连接在控制器上。

由于上述结构，通过回液温度传感器检测冷却箱出液口的冷却水温度，通过气体输出温度传感器检测制冷后气体的温度，将检测到的温度发送给控制器，控制器通过控制冷冻机功率及进出水流量，进而使气体输出管内的气体温度达到合理的范围。

本实用新型还公开了一种具有冷却功能的加氢机，它包括上述气体冷却装置，所述气体冷却装置的冷却箱设置在加氢机机柜内。

进一步的，所述冷却箱设置在机柜底部，所述气体输入管输入端与加氢站储氢瓶组相连，气体输出管输出端与加氢机的加注系统相连。

由于冷却箱设置在加氢机内，当对汽车加注氢气时，使得加氢站储氢瓶组流出的高温氢气能够降温后输送给加氢机加注系统，进而保证注入汽车钢瓶内的氢气温度达到标准；同时由于冷却箱和加氢机集成在一起，使得冷却箱在工厂内便安装在加氢机内，设计及布局紧凑方便，减少了现场管路，减少设备现场安装工作量，安装方便，占地面积更小，节约建站成本。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型的冷却装置，通过冷却液在冷却箱和冷冻机间循环流动的方式，能够始终使冷却液的温度保持低温，进而保证待冷却气体与冷却液的换热效果不会因冷却液的升温而下降。

2、本实用新型的加氢机能够解决高温高压氢气降温的问题，同时冷却箱集成在加氢机内部能够减少了现场管路，减少设备现场安装工作量，安装方便，占地面积更小，节约建站成本。

附图说明

图1和2是实施例1的结构原理图；

图3是实施例1中，冷却箱的内部结构主视图；

图4是实施例1中，冷却箱的立体图。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例1

本实用新型公开了一种气体冷却装置，该气体冷却装置可以冷却多种气体，在本实施例中，该气体冷却装置用于冷却高温高压的氢气。

如图1-4所示，它包括冷却箱6和冷冻机，所述冷却箱6和冷冻机相连，使冷却液在冷却箱6和冷冻机之间循环流动；所述冷却箱6内设置有若干隔板4，所述隔板4沿冷却液流动方向将冷却箱6内部分隔成若干个曲折连通的冷却腔；所述隔板4的个数可以为2个、 3个、4个甚至更多；而本实施例中，如图1-4所示，冷却箱6内设置有2个隔板4，将冷却箱6内部空间从左至右的分隔成3个冷却腔，且冷却腔曲折连通；同时每个冷却腔内均设置有换热管2，各冷却腔内的换热管2依次串联构成换热管组；如图1-4所述，冷却箱6内设置有3个换热管2，3个换热管2串联连通。所述换热管组的入口端与冷却箱6外的气体输入管1相连；所述换热管组的出口端与冷却箱6外的气体输出管5相连。如图1-4所述，换热管组的入口端向上设置，位于左侧的冷却腔内，所述换热管组的入口端与冷却箱6上方的气体输入管1相连，所述换热管组的出口端向下设置，位于右侧的冷却腔内，所述换热管组的出口端与冷却箱6下方的气体输出管5相连。

所述换热管2可以为U形管或螺旋状的盘管。在本实施例中，换热管2为螺旋状的盘管。

如图3-4所述，冷却箱6的顶部和底部均设置有3个连接头11，其中顶部和底部的连接头11对应设置构成一对连接头，且每对连接头11对应一个冷却腔；每个冷却腔内的换热管2上端与每个冷却腔顶部的连接头11相连，每个冷却腔内的换热管2下端与每个冷却腔底部的连接头11端相连，将换热管2固定在冷却腔内；相邻两换热管2通过冷却箱6外的连接管3串联。其中相邻两换热管2与连接管3的连接处通过连接头11进行连接，且连接处位于冷却箱6外，避免换热管2在换热过程中震动而漏气，同时便于漏气检修。

所述冷冻机的进液口通过回液管7与冷却箱6的出液口相连；所述冷冻机的出液口通过送液管8与冷却箱的进液口相连；所述回液管7上设置有回液温度传感器9；所述气体输出管5上设置有气体输出温度传感器10；所述冷冻机、回液温度传感器9、气体输出温度传感器10均连接在控制器上。

所述冷却箱6的出液口与左侧的冷却腔连通；所述冷却箱6的进液口与右侧的冷却腔连通。

所述冷却箱的内侧壁和/或外侧壁和/或壁内设置有绝热层；所述绝热层可以为真空层或由填充在冷却箱壁内的绝热材料构成。在本实施例中，为节省材料，绝热层为真空层，因此冷却箱壁包括内层和外层，真空层设置在内层和外层间。

本实施例的冷却装置工作过程如下：

如图2所示，冷却装置包括三根串联的换热管2，这三根换热管分别为换热管一2-1、换热管二2-2、换热管三2-3；三根换热管2通过两根冷却箱6外的连接管3串联，这两根连接管分别为连接管一3-1和连接管二3-2；

高压氢气冷却过程中，高压氢气由气体输入管1接入冷却箱6内部，在冷却箱6内部经换热管一2-1与冷却液进行换热后，再经过连接管一3-1引出到冷却箱6外部后再次进入冷却箱 6，经过换热管二2-2与冷却箱6内部的冷却液换热后，再经过连接管二3-2引出到冷却箱6 外部后再次进入冷却箱6，经过换热管三2-3与冷却箱6内部的冷却液换热，最后经过气体输出管5将换热后的氢气从冷却箱6引出。

冷却箱6内的冷却液通过冷冻机提供冷能。冷冻机通过回液管7将冷却箱6内吸收热量后的冷却液引入冷冻机进行降温冷却后，再通过送液管8将冷却到合适温度的冷却液输送到冷却箱6内部。使冷却箱6内的冷却液从右至左的不断在各曲折连通的冷却腔内流动，保证冷却液的温度符合换热要求。冷冻机内设置有动力泵，冷却液在动力泵的作用下在冷却箱和冷冻机间循环。

同时，通过回液温度传感器9检测冷却箱6出液口的冷却液温度，通过气体输出温度传感器10检测制冷后气体的温度，将检测到的温度发送给控制器，控制器通过控制冷冻机功率及进出液流量，进而使气体输出管5内的气体温度达到合理的范围。

本实用新型的冷却装置，通过冷却液在冷却箱6和冷冻机间循环流动的方式，能够始终使冷却液的温度保持低温，进而保证待冷却气体与冷却液的换热效果不会因冷却液的升温而下降。

实施例2

本实施例公开了一种具有冷却功能的加氢机，它包实施例1中的气体冷却装置，其中，所述气体冷却装置的冷却箱设置在加氢机机柜内，位于机柜底部，所述气体输入管1输入端与加氢站储氢瓶组相连，气体输出管5输出端与加氢机的加注系统相连。

本实用新型的加氢机能够解决高温高压氢气降温的问题，同时冷却箱集成在加氢机内部能够减少了现场管路，减少设备现场安装工作量，安装方便，占地面积更小，节约建站成本。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种气体冷却装置，其特征在于：它包括冷却箱（6）和冷冻机，所述冷却箱（6）和冷冻机相连，使冷却液在冷却箱（6）和冷冻机之间循环流动；所述冷却箱（6）内设置有若干隔板（4），所述隔板（4）沿冷却液流动方向将冷却箱（6）内部分隔成若干个曲折连通的冷却腔；每个冷却腔内均设置有换热管（2），各冷却腔内的换热管（2）依次串联构成换热管组；所述换热管组的入口端与冷却箱（6）外的气体输入管（1）相连；所述换热管组的出口端与冷却箱（6）外的气体输出管（5）相连。

2.根据权利要求1所述的气体冷却装置，其特征在于：冷却箱（6）内相邻两换热管（2）通过冷却箱（6）外的连接管（3）串联。

3.根据权利要求2所述的气体冷却装置，其特征在于：相邻两换热管（2）与连接管（3）连接处通过连接头（11）进行连接，所述连接头（11）设置在冷却箱（6）上。

4.根据权利要求3所述的气体冷却装置，其特征在于：每个换热管（2）两端均连接有一个连接头（11），所述连接头（11）将换热管（2）固定在冷却腔内。

5.根据权利要求1所述的气体冷却装置，其特征在于：所述换热管（2）为U型管或螺旋状的盘管。

6.根据权利要求1所述的气体冷却装置，其特征在于：所述冷却箱（6）的内侧壁和/或外侧壁和/或壁内设置有绝热层。

7.根据权利要求1所述的气体冷却装置，其特征在于：冷却箱（6）的进液口和换热管组的出口端位于同一冷却腔处；冷却箱（6）的出液口和换热管组的入口端位于同一冷却腔处。

8.根据权利要求1-7之一所述的气体冷却装置，其特征在于：所述冷冻机的进液口通过回液管（7）与冷却箱（6）的出液口相连；所述冷冻机的出液口通过送液管（8）与冷却箱的进液口相连；所述回液管（7）上设置有回液温度传感器（9）；所述气体输出管（5）上设置有气体输出温度传感器（10）；所述冷冻机、回液温度传感器（9）、气体输出温度传感器（10）均连接在控制器上。

9.一种具有冷却功能的加氢机，它包括上述权利要求1-8之一所述的气体冷却装置，其特征在于：所述气体冷却装置的冷却箱（6）设置在加氢机机柜内。

10.根据权利要求9所述的具有冷却功能的加氢机，其特征在于：所述冷却箱（6）设置在机柜底部，所述气体输入管（1）输入端与加氢站储氢瓶组相连，气体输出管（5）输出端与加氢机的加注系统相连。