CN211060714U - 低温冷却换热系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种低温冷却换热系统，属于一般热交换技术领域，该系统包括换热器、热物料泵、低温冷媒储罐和冷媒泵，换热器上设置有阀控制的热物料进口、热物料出口、冷媒进口和冷媒直排放空口，低温冷媒储罐设有阀控制的冷媒出口，热物料泵通过热物料管路分别与热物料进口和热物料出口联接，冷媒泵通过第一冷媒管路分别联接冷媒进口和冷媒出口，还包括有第二冷媒管路，换热器上增设冷媒回流出口，换热器内的冷媒通道设有将冷媒进口和冷媒回流出口隔开的挡板，低温冷媒储罐上增设冷媒回流进口，第二冷媒管路分别联接冷媒回流出口和冷媒回流进口。该系统能够实现换热前不浪费冷媒的预冷以及预冷和换热过程的切换。

Description

低温冷却换热系统

技术领域

本实用新型涉及热交换设备开车前的预冷技术，属于一般热交换技术领域。

背景技术

在很多技术领域如航天航天领域，石油化工领域，空分领域以及LNG液化、汽化领域，需要配置大量的冷却系统对热物料介质进行冷却处理，相应配套相当规模的冷却换热设备。对于换热器而言，常规的做法是先进冷媒介质再进热物料介质，这时由于冷媒介质先进入换热器会引起内部材料的冷缩，尤其是超低温冷媒介质，如低温氢气、低温氦气、或液氮（温度小于等于-196℃），而当热物料介质也很快进入换热器时，换热器内材料因短时间的骤冷骤热造成的应力而引起变形甚至形成破坏，如法兰处出现裂纹而泄露等。

因此，目前对于该类低温介质热交换器，也有在正常开车进行冷热交换之前，先对启动低温泵驱动冷媒介质到热交换器内进行预冷，热交换器预冷一段时间后已经适应低温情况下再开车向热交换器通热物料进行冷热交换，避免了骤冷骤热引起的变形和破坏。但是这种预冷过程中大量低温冷媒介质未参与热交换即通过热交换器被排走，造成能源浪费。

另外，低温科研实验中冷源供给系统也要进行预冷操作以防止低温介质泄漏，但也存在浪费掉大量冷源的问题。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是，在换热器车开车热交换之前利用现有冷媒介质对换热器进行无浪费的预冷。

本实用新型为解决上述技术问题提出的技术方案是：一种低温冷却换热系统，包括换热器、热物料泵、低温冷媒储罐和冷媒泵，换热器上设置有阀控制的热物料进口、热物料出口、冷媒进口和冷媒直排放空口，低温冷媒储罐设有阀控制的冷媒出口，热物料泵通过热物料管路分别与热物料进口和热物料出口联接，冷媒泵通过第一冷媒管路分别联接冷媒进口和冷媒出口，还包括有第二冷媒管路，换热器上增设冷媒回流出口，换热器内的冷媒通道设有将冷媒进口和冷媒回流出口隔开的挡板，低温冷媒储罐上增设冷媒回流进口，第二冷媒管路分别联接冷媒回流出口和冷媒回流进口。

本实用新型的低温冷却换热系统在工作前，将换热器上的冷媒直排放空口关闭，冷媒泵驱动低温冷媒储罐内的低温冷媒经第一冷媒管路和换热器上的冷媒进口至换热器中的冷媒通道再从换热器上的冷媒回流出口和第二冷媒管路回流至低温储罐中，完成对换热器的预冷。

由此形成本实用新型的有益效果是：由于本发明的低温冷却换热系统在低温冷媒储罐和换热器之间形成第二冷媒管路，并在换热器内的冷媒通道上设置将冷媒进口和冷媒回流出口隔开的挡板，因此可以在热交换工作前，先行在换热器和低温冷媒储罐之间形成低温冷媒的循环流动，使得低温冷媒先行通入换热器以形成对换热器的预冷一段时间，从而防止换热器骤冷骤热引起的变形和破坏。

进一步，还包括可控制所述阀自动开闭的控制器，所述换热器的热物料进口和冷媒直排放空口均设置温度计，所述温度计输出温度信号给所述控制器。所述第二冷媒管路上还设置密度计，所述密度计输出密度信号给所述控制器。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的回流冷却系统作进一步说明

图1是现有低温冷却换热系统的示意图。

图2是本实用新型低温冷却换热系统的示意图。

附图标号：低温冷媒储罐1、冷媒泵2、流量计3、密度计4、换热器5、冷媒进口N1、冷媒直排放空口N3、热物料进口N4、热物料出口N5、冷媒回流出口N2、冷媒出口T1、冷媒回流进口T2、热物料管路6、第一冷媒管路7、第二冷媒管路8、挡板9、热物料泵10、阀KV101、阀KV102。

具体实施方式

实施例

作为本实施例的低温冷却换热系统的对比，现有的低温冷却换热系统如图1所示。

本实施例的低温冷却换热系统，如图2所示，包括换热器5、热物料泵10、低温冷媒储罐1和冷媒泵2，换热器5上设置有阀控制的热物料进口N4、热物料出口N5、冷媒进口N1和冷媒直排放空口N3，低温冷媒储罐1设有阀控制的冷媒出口T1，热物料泵10通过热物料管路6分别与热物料进口N4和热物料出口N5联接，冷媒泵10通过第一冷媒管路7分别联接冷媒进口N1和冷媒出口T1。

如图2所示，本实施例的低温冷却换热系统还包括有第二冷媒管路8，换热器5上增设冷媒回流出口N2，换热器内的冷媒通道设有将冷媒进口N1和冷媒回流出口N2隔开的挡板9，低温冷媒储罐1上增设冷媒回流进口T2，第二冷媒管路8分别联接冷媒回流出口N2和冷媒回流进口T2。

第二冷媒管路8上设置阀KV101，换热器5上的冷媒直排放空口N3处设置阀KV102。

本实施例的低温冷却换热系统还包括可控制阀（如KV101等）自动开闭的控制器（图中未示出，可以是现场单片机或远程pc机等），换热器5的热物料进口N4和冷媒直排放空口N3均设置温度计（图中未示出），温度计输出温度信号给控制器。第二冷媒管路8上设置密度计4，所述密度计输出密度信号给所述控制器。第一冷媒管路7上设置流量计3。低温冷媒储罐1上设置压力计（图中未示出）。

本实施例的低温冷却换热系统在热交换工作前的工作流程如下：

1、自然预冷

换热器5上的冷媒直排放空口N3处的阀KV102打开，第二冷媒管路8上的阀KV101关闭，冷媒泵2未启动，低温冷媒储罐1中的低温冷媒（如-190℃液氮）通过第一冷媒管路7及冷媒泵2从冷媒进口N1自然流入换热器5，部分蒸发为气体的低温冷媒从冷媒直排放空口N3处排出。

2、强制预冷

当冷媒直排放空口N3处温度计测量输出的温度信号低于第一温度设定值（比如-170℃）时，控制器控制阀KV102关闭同时阀KV101打开，冷媒泵2启动驱动低温冷媒储罐1中的低温冷媒通过第一冷媒管路7及冷媒泵2从换热器5上的冷媒进口N1强力流入换热器5，经过换热器5中的冷媒通道然后从冷媒回流出口N2流出经过第二冷媒管路8从冷媒回流进口T2回流低温冷媒储罐1中，形成低温冷媒循环流动。

3、完成对换热器的预冷。

本实施例的低温冷却换热系统的冷热交换工作流程如下：

1、初换热

预冷一段时间后或当冷媒直排放空口N3处温度计测量输出的温度信号低于第二温度设定值（比如-150℃）时，热物料泵10驱动热物料通过热物料管路6从热物料进口N4流入换热器5并从热物料出口N5流出换热器5，形成热物料循环流动，换热器内进行冷媒与热物料的冷热交换。

2、换热

初换热后的冷媒温度上升且其密度变小，同时进入低温冷媒储罐1的气体增多，低温冷媒储罐1的压力上升；密度计4及压力计实时上传测量的密度信号和压力信号至控制器，当密度信号和压力信号超过密度设定值或压力设定值时，控制器控制阀KV102打开同时阀KV101关闭，低温冷媒蒸发为气体从冷媒直排放空口N3处排出。

由于温度计、密度计、压力计以及控制器的存在，上述预冷和换热过程可以实现自动切换。

通过对比图1和图2，可以看出，本实施例的低温冷却换热系统在换热前的预冷几乎没有任何冷媒的浪费，而现有的低温冷却换热系统如果要在换热前进行预冷存在大量冷媒的浪费。

本实施例的低温冷却换热系统仅是作为本实用新型的一个较佳例子，但本实用新型并不仅限于本实施例。比如上述本实施例中，温度计、密度计、压力计以及控制器可以省略，通过人工控制阀KV101、KV102开闭也可以完成上述预冷和换热过程以及两个过程的切换；等等。凡采用等同替换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种低温冷却换热系统，包括换热器、热物料泵、低温冷媒储罐和冷媒泵，所述换热器上设置有阀控制的热物料进口、热物料出口、冷媒进口和冷媒直排放空口，所述低温冷媒储罐设有阀控制的冷媒出口，所述热物料泵通过热物料管路分别与所述热物料进口和热物料出口联接，所述冷媒泵通过第一冷媒管路分别联接所述冷媒进口和冷媒出口，其特征在于:还包括有第二冷媒管路，所述换热器上增设冷媒回流出口，所述换热器内的冷媒通道设有将所述冷媒进口和所述冷媒回流出口隔开的挡板，所述低温冷媒储罐上增设冷媒回流进口，所述第二冷媒管路分别联接所述冷媒回流出口和冷媒回流进口。

2.根据权利要求1所述低温冷却换热系统，其特征在于：所述低温冷却换热系统在工作前，所述冷媒直排放空口关闭，所述冷媒泵驱动所述低温冷媒储罐内的低温冷媒经所述第一冷媒管路和所述冷媒进口至所述换热器中的冷媒通道再从所述冷媒回流出口和所述第二冷媒管路回流至低温储罐中，完成对所述换热器的预冷。

3.根据权利要求1或2所述低温冷却换热系统，其特征在于：还包括可控制所述阀自动开闭的控制器，所述换热器的热物料进口和冷媒直排放空口均设置温度计，所述温度计输出温度信号给所述控制器。

4.根据权利要求3所述低温冷却换热系统，其特征在于：所述第二冷媒管路上还设置密度计，所述密度计输出密度信号给所述控制器。

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