CN217715583U - 一种自然冷源与制冷机组耦合运行的乙二醇溶液冷却系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种利用自然冷源与制冷机组耦合运行的乙二醇溶液冷却系统，包括冷却塔，所述冷却塔分别连通有1#制冷机组和2#制冷机组，两个制冷机组共同连通1#缓冲水箱，所述1#缓冲水箱连通有2#缓冲水箱，所述2#缓冲水箱连通有自然冷源水‑水板式换热器，所述自然冷源水‑水板式换热器连通有冷水池和土壤源埋管换热器，所述自然冷源水‑水板式换热器与2#制冷机组连通；所述1#制冷机组与工艺用冷用户连通。该系统采用空气源、土壤源和自然冷源结合的形式冷却常温乙二醇溶液，可以根据不同季节的运行工况，充分利用冬季的自然冷源，节省能源消耗。

Description

一种自然冷源与制冷机组耦合运行的乙二醇溶液冷却系统

技术领域

本实用新型涉及乙二醇溶液冷却领域，具体涉及一种自然冷源与制冷机组耦合运行的乙二醇溶液冷却系统。

背景技术

在医药行业的原料药品生产过程中，乙二醇溶液作为常用的冷却液，当其进入工艺冷凝器或者夹套管内，通过间接换热将目标产品冷却后，乙二醇溶液自身的温度会升高，为了使乙二醇溶液循环利用，必须对升温后的乙二醇溶液进行冷却后再循环利用。针对原料药品工艺不同，经常采用低温乙二醇溶液或常温乙二醇溶液作为制冷机组的载冷剂，去冷却目标产品。

低温乙二醇溶液由于要求的出口温度较低（一般低于-10℃），采用以低温乙二醇溶液为载冷剂的低温冷冻机组；而工艺的常温乙二醇溶液要求出口温度一般在25℃左右，同时需要7℃冷冻水作为工艺用冷其他用途。为满足工艺要求，目前常采用制冷机组制取的7℃冷冻水，同时保证提供工艺设备用冷和冷却常温乙二醇溶液。随着国家对节能减碳、碳中和和碳达峰的日益重视，完全采用电制冷的制冷模式存在大量能量消耗的问题，存在问题有：

（1）采用制冷机组制取的7℃冷冻水直接冷却25℃乙二醇溶液，造成制冷成本升高和能源浪费，同时增加设备投资。

（2）未充分利用冬季和过渡季节的自然冷源，造成制冷能耗过高。

（3）在自然冷源的利用过程中，大部分未充分利用蓄能技术，将冬季自然冷源的冷量储存或收集起来，夏季释放冷量再利用。

发明内容

为了合理利用自然冷源，降低制冷设备投资和制冷能耗，提高冷冻水能源的利用效率，满足原料药品的生产要求，本实用新型公开一种利用自然冷源与制冷机组耦合运行的乙二醇溶液冷却系统，该系统采用空气源、土壤源和自然冷源结合的形式冷却常温乙二醇溶液，可以根据不同季节的运行工况，充分利用冬季的自然冷源，节省能源消耗。

一种利用自然冷源与制冷机组耦合运行的乙二醇溶液冷却系统，包括冷却塔（14），所述冷却塔分别连通有1#制冷机组（1）和2#制冷机组（2），两个制冷机组共同连通1#缓冲水箱（6），所述1#缓冲水箱（6）连通有2#缓冲水箱（7），所述2#缓冲水箱（7）连通有自然冷源水-水板式换热器（3），所述自然冷源水-水板式换热器（3）连通有冷水池（12）和土壤源埋管换热器（15），所述自然冷源水-水板式换热器（3）与2#制冷机组（2）连通；所述1#制冷机组（1）与工艺用冷用户（4）连通。

优选的，所述1#制冷机组（1）与1#缓冲水箱（6）之间设置有1#外循环泵（8）。

优选的，所述1#缓冲水箱（6）与2#缓冲水箱（7）之间设置有一次连通的2#外循环泵（10）和水-乙二醇板式换热器（5）。

优选的，所述2#缓冲水箱（7）和自然冷源水-水板式换热器（3）之间设置有1#内循环泵（9）。

优选的，所述2#制冷机组（2）与土壤源埋管换热器（15）之间设置有2#内循环泵（16）。

优选的，所述2#制冷机组（2）与冷却塔（14）之间设置有1#冷却水泵（11）。

优选的，所述自然冷源水-水板式换热器（3）与冷水池之间设置有2#冷却水泵（13）。

本实用新型的有益效果：

（1）在冬季运行工况，采用制冷机组和自然冷源水-水板式换热器耦合运行方式：1#制冷机组为原料药工艺提供7℃冷水需求；利用自然冷源水-水板式换热器换热，降温后的一部分冷水去冷却常温乙二醇溶液，另一部分冷水通过蓄冷装置将冷量存储于土壤中，待夏季时再将储存的冷量释放出来再利用，充分利用了自然冷源，同时保证了原料工艺用冷和常温乙二醇溶液冷却的双重需求，降低了制冷能耗，节省了制冷成本。

（2）在过渡季节运行工况，采用制冷机组和自然冷源水-水板式换热器耦合运行方式：制冷机组为原料药工艺提供7℃冷水需求；利用自然冷源水-水板式换热器换热，降温后的冷水去冷却常温乙二醇溶液，充分利用了自然冷源，同时保证了原料工艺用冷和常温乙二醇溶液冷却的双重需求，降低了制冷能耗，节省了制冷成本。

（3）在夏季运行工况，采用12/7℃的制冷机组和17/12℃的制冷机组耦合运行方式，同时将冬季储存于土壤中的冷量通过蓄冷装置释放出来，既满足了两种不同工艺的冷源需求，实现了自然冷源的充分利用，又降低了制冷成本，提高了系统的可靠性。

（4）设置一套蓄冷装置，将冬季存储于土壤中的冷量在夏季释放出来，实现了自然冷源的夏季再利用。为避免冬季储存于土壤中的冷量的散失，根据计算出的土壤体积范围内采用有效的保温措施。

（5）利用电磁阀自动切换各制冷机组及系统的运行模式，控制简单，故障率低。

（6）该装置设置12℃缓冲水箱和17℃缓冲水箱，具有蓄冷缓冲作用，减少制冷机组的频繁启停次数，增加了制冷机组的运行可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是利用自然冷源与制冷机组耦合运行的乙二醇溶液冷却系统结构图；

图2是利用自然冷源与制冷机组耦合运行的乙二醇溶液冷却系统夏季运行工况图；

图3是利用自然冷源与制冷机组耦合运行的乙二醇溶液冷却系统冬季运行工况图；

图4是利用自然冷源与制冷机组耦合运行的乙二醇溶液冷却系统过渡季节运行工况图；

图中，1、1#制冷机组；2、2#制冷机组；3、自然冷源水-水板式换热器；4、工艺用冷用户、5、水-乙二醇板式换热器；6、1#缓冲水箱；7、2#缓冲水箱；8、1#外循环泵；9、1#内循环泵；10、2#外循环泵；11、1#冷却水泵；12、冷水池；13、2#冷却水泵；14、冷却塔；15、土壤源埋管换热器；16、2#内循环泵。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都 属于本申请保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”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实用新型和简化描述，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，因此不能理解为对本实用新型的限制。

本实用新型公开一种利用自然冷源与制冷机组耦合运行的乙二醇溶液冷却系统，该系统包括1#制冷机组1，2#制冷机组2，自然冷源水-水板式换热器3，工艺用冷用户4，水-乙二醇板式换热器5，1#缓冲水箱6，2#缓冲水箱7，1#外循环泵8，1#内循环泵9，2#外循环泵10，1#冷却水泵11，冷水池12，2#冷却水泵13，冷却塔14，详见附图1。

基本原理：（1）夏季运行工况：如图2所示，1#缓冲水箱的12℃冷水经1#外循环泵送至1#制冷机组的蒸发器，温度降低至7℃后，送至工艺用户，供冷后的12℃冷水返回至1#缓冲水箱，完成工艺用冷外循环；2#缓冲水箱的17℃冷水经内循环泵送至2#制冷机组的蒸发器，温度降低至12℃后，返回至1#缓冲水箱，再由2#外循环泵送至水-乙二醇板式换热器，使乙二醇溶液由30℃降低至25℃，实现对乙二醇溶液的制冷后，升温至17℃的冷水返回2#缓冲水箱，完成冷却常温乙二醇溶液循环；冷却塔返回的32℃冷却水经1#冷却水泵分别送至1#制冷机组和2#制冷机组的冷凝器，温度升高至37℃后，返回冷却塔，完成制冷机组冷却水循环。该运行工况1#制冷机组和2#热制冷机组开启，自然冷源水-水板式换热器关闭。

在夏季运行工况中，2#缓冲水箱的17℃的部分冷水→2#内循环泵→土壤源埋管换热器的蓄冷装置将储存于土壤中的冷量释放出来，与2#制冷机组制取的冷量共同为乙二醇溶液降温。

（2）冬季运行工况：如图3所示，1#缓冲水箱的12℃冷水经1#外循环泵送至1#制冷机组的蒸发器，温度降低至7℃后，送至工艺用户，供冷后的12℃冷水返回至1#缓冲水箱，完成工艺用冷外循环（该部分与夏季工况相同）；2#缓冲水箱的17℃冷水经内循环泵送至自然冷源水-水板式换热器，经冷却水冷却后，温度降低至12℃后，返回至1#缓冲水箱，再由2#外循环泵送至水-乙二醇板式换热器，使乙二醇溶液由30℃降低至25℃，实现对乙二醇溶液的制冷后，升温至17℃的冷水返回2#缓冲水箱，完成冷却常温乙二醇溶液循环；冷水池返回的15℃冷却水经2#冷却水泵送至水-乙二醇溶液换热器，温度升高至20℃后，返回冷水池，完成冷却水循环。该运行工况1#制冷机组和自然冷源水-水板式换热器开启，2#制冷机组关闭。

在冬季运行工况中，自然冷源的冷量比较充足，除满足对乙二醇溶液的制冷需求外，还能将富裕的冷量通过自然冷源水-水板式换热器→2#内循环泵→土壤源埋管换热器的蓄冷装置将冷量存储于土壤中，以备夏季利用。

（3）过渡季节运行工况：如图3所示，12/7℃工艺用户用冷流程与夏季运行工况相同；2#缓冲水箱的17℃冷水经内循环泵依次送至自然冷源水-水板式换热器和2#制冷机组，经冷却水冷却后，温度降低至12℃后，返回至1#缓冲水箱，再由2#外循环泵送至水-乙二醇板式换热器，使乙二醇溶液由30℃降低至25℃，实现对乙二醇溶液的制冷后，升温至17℃的冷水返回2#缓冲水箱，完成冷却常温乙二醇溶液循环；冷却塔返回的32℃冷却水经1#冷却水泵分别送至1#制冷机组和2#制冷机组的冷凝器，温度升高至37℃后，返回冷却塔，完成制冷机组冷却水循环；冷水池返回的15℃冷却水经2#冷却水泵送至水-乙二醇板式换热器，温度升高至20℃后，返回冷水池，完成冷却水循环。

在过渡季节，自然冷源水-水板式换热器→2#内循环泵→土壤源埋管换热器的蓄冷装置不运行。

三种运行模式的设备和电磁阀开关详见表1。

表1 三种运行模式的设备和电磁阀开关运行表

续表1三种运行模式的设备和电磁阀开关运行表

具体实施方案：常温乙二醇溶液流量为125m³/h，由30℃冷却至25℃，冬季室外温度低于10℃时（持续时间约120天），能够完全利用自然冷源替代制冷机组冷却，冬季室外温度低于5℃时（持续时间约60天），除能够完全利用自然冷源冷却外，还可以将多余的冷量储存于土壤，可为夏季提供常温乙二醇溶液冷却。该方案实施后，冬季节约用电量约为357120kW.h，折合标准煤144276kg；夏季节约用电量约为178560kW.h，折合标准煤72138kg。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种利用自然冷源与制冷机组耦合运行的乙二醇溶液冷却系统，其特征在于，包括冷却塔（14），所述冷却塔分别连通有1#制冷机组（1）和2#制冷机组（2），两个制冷机组共同连通1#缓冲水箱（6），所述1#缓冲水箱（6）连通有2#缓冲水箱（7），所述2#缓冲水箱（7）连通有自然冷源水-水板式换热器（3），所述自然冷源水-水板式换热器（3）连通有冷水池（12）和土壤源埋管换热器（15），所述自然冷源水-水板式换热器（3）与2#制冷机组（2）连通；所述1#制冷机组（1）与工艺用冷用户（4）连通。

2.根据权利要求1所述的一种利用自然冷源与制冷机组耦合运行的乙二醇溶液冷却系统，其特征在于，所述1#制冷机组（1）与1#缓冲水箱（6）之间设置有1#外循环泵（8）。

3.根据权利要求1所述的一种利用自然冷源与制冷机组耦合运行的乙二醇溶液冷却系统，其特征在于，所述1#缓冲水箱（6）与2#缓冲水箱（7）之间设置有一次连通的2#外循环泵（10）和水-乙二醇板式换热器（5）。

4.根据权利要求1所述的一种利用自然冷源与制冷机组耦合运行的乙二醇溶液冷却系统，其特征在于，所述2#缓冲水箱（7）和自然冷源水-水板式换热器（3）之间设置有1#内循环泵（9）。

5.根据权利要求1所述的一种利用自然冷源与制冷机组耦合运行的乙二醇溶液冷却系统，其特征在于，所述2#制冷机组（2）与土壤源埋管换热器（15）之间设置有2#内循环泵（16）。

6.根据权利要求1所述的一种利用自然冷源与制冷机组耦合运行的乙二醇溶液冷却系统，其特征在于，所述2#制冷机组（2）与冷却塔（14）之间设置有1#冷却水泵（11）。

7.根据权利要求1所述的一种利用自然冷源与制冷机组耦合运行的乙二醇溶液冷却系统，其特征在于，所述自然冷源水-水板式换热器（3）与冷水池之间设置有2#冷却水泵（13）。

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