一種液氮冷氣回收裝置及控制方法與流程

2023-06-02 00:24:47

本發明涉及能量回收轉換領域，特別涉及一種液氮冷氣回收裝置及控制方法。

背景技術：

液氮即液體狀態的氮。液氮可以通過專門的設備製取，也可以在製取液氧的過程中作為副產品而得到。液氮具有很低的溫度，其沸點為-195.8℃，可以用作深冷劑。液氮還可以從液態變為氣態，成為氮氣，可以作為保護氣體通入熱處理爐內。在空氣中，氮氣所佔的比例最大。

在電子行業中需要大量的氮氣，主要用途為灌充短路器中電壓氣體，大規模集成電路、彩色與黑白顯象管、電視機與錄音機零部件以及製造半導體和電器用保護氣體，雷射打孔等電氣元件生產的氮基氣氛。雖然液氮在電子行業中廣泛應用，但目前大多數企業都使用汽化器對液氮進行氣化，汽化器是一種把液態的氣體轉化為氣態氣體的一種設備。液氮氣化的過程中，大量冷量直接排放到空氣中，這些冷量沒有得到充分的利用，而且汽化器是通過空氣與液氮換熱，空氣的換熱係數小。

技術實現要素：

為了把液氮汽化產生的能量回收起來加以利用，本發明提供一種液氮冷氣回收裝置，旨在回收液氮汽化產生的冷量，並節省部分製冷用電。

本發明提供一種液氮冷氣回收裝置，包括換冷板塊、液氮入口、氮氣出口、冰水入口、冰水出口、用於輸送液氮和氮氣的氮管、用於輸送冰水的水管，所述換冷板塊包括第一換冷板塊和第二換冷板塊，所述液氮入口通過氮管依次連通第一換冷板塊、第二換冷板塊、氮氣出口，所述冰水入口通過水管依次連通第二換冷板塊、第一換冷板塊、冰水出口，所述換冷板塊中設有液氮通道和冰水通道，所述液氮通道和冰水通道交替排布，所述液氮通道與氮管連通，所述冰水通道與水管連通。

作為本發明的進一步改進，液氮冷氣回收裝置包括溫度感應器和電動流量調節閥，所述電動流量調節閥根據溫度感應器測量的溫度進行流量調節，所述溫度感應器設置在第一換冷板塊、第二換冷板塊的液氮進出口處，所述電動流量調節閥設置在氮管上。

作為本發明的進一步改進，所述電動流量調節閥包括第一電動流量調節閥和第二電動流量調節閥，所述第一電動流量調節閥連接在第二換冷板塊液氮出口的氮管上，所述第二電動流量調節閥設置在液氮入口和氮氣出口連通的氮管上。

作為本發明的進一步改進，液氮冷氣回收裝置包括壓力傳感器和壓力控制閥，所述壓力控制閥根據壓力傳感器測量的壓力進行壓力調節，所述壓力傳感器設置在液氮入口和氮氣出口的氮管上，所述壓力控制閥設置在液氮入口和氮氣出口連通的氮管上。

作為本發明的進一步改進，液氮冷氣回收裝置包括溫度傳感器、循環泵、變頻器，所述變頻器與循環泵連接，所述循環泵連接在第二換冷板塊與冰水入口之間的水管上，所述溫度傳感器設置在第一換冷板塊、第二換冷板塊的冰水進出口處，所述變頻器根據溫度傳感器測量的溫度調節循環泵的抽水量。

作為本發明的進一步改進，液氮冷氣回收裝置包括保溫水箱，所述保溫水箱分為進水箱體和出水箱體，所述進水箱體連接在冰水入口和循環泵之間的水管上，所述進水箱體設有補水口，所述出水箱體連接在第一換冷板塊和冰水出口的水管上，所述進水箱體與冰水入口之間的水管上、所述出水箱體與冰水出口之間的水管上均設有溫度傳感器。

作為本發明的進一步改進，所述換冷板塊包括排汙管口和排汙閥，所述排汙管口一端與冰水通道連接，其另一端與排汙閥連接。

作為本發明的進一步改進，所述換冷板塊的冰水通道和液氮通道均為雙層換冷板結構，所述雙層換冷板液氮通道採用雷射半焊一次焊接成型。

本發明還提供一種冷氣回收控制方法包括以下步驟：

A.開啟電動流量控制閥，液氮從液氮入口進入並充滿氮管和液氮通道；

B.開啟循環泵，水從冰水入口進入並充滿水管和冰水通道；

C.水管上的溫度感應器測量管壁溫度值，並把測量的溫度值傳遞到變頻器，變頻器控制循環泵的流量。

作為本發明的進一步改進，所述C步驟包括：

C1.出水口處的溫度感應器測量管壁的溫度值，若溫度值不低於零度，則把溫度值傳遞給溫差感應器，並通過控制器把信號傳遞給變頻器，變頻器控制循環泵保持恆定水量或減少水量；若溫度值接近零度，則把溫度值傳遞給溫差感應器，並通過控制器把信號傳遞給變頻器，變頻器控制循環泵增大水量。

本發明的有益效果是：該裝置不僅可以回收液氮汽化產生的冷量，還可以替代很多用冷設備，節省部分製冷用電，同時對只要需要一定溫度和溼度要求的，一年四季都需要製冷的企業，通過對液氮的冷量回收的利用，能夠優化生產流程，降低生產成本，提高經濟增長的質量和效率。

附圖說明

圖1是本發明一種液氮冷氣回收裝置的結構圖；

圖2是本發明中換冷板塊的結構圖。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。

如圖1和圖2所示，一種液氮冷氣回收裝置包括換冷板塊1、液氮入口21、氮氣出口22、冰水入口31、冰水出口32、用於輸送液氮和氮氣的氮管4、用於輸送冰水的水管5，換冷板塊1包括第一換冷板塊11和第二換冷板塊12，液氮入口21通過氮管4依次連通第一換冷板塊11、第二換冷板塊12、氮氣出口22，冰水入口31通過水管5依次連通第二換冷板塊12、第一換冷板塊11、冰水出口32，換冷板塊1中設有液氮通道13和冰水通道14，液氮通道13和冰水通道14交替排布，液氮通道13與氮管4連通，冰水通道14與水管（5）連通。

該裝置把釋放出來的冷量通過雙段換冷板塊1進行回收起來，回收效率更加高效可以達到百分之九十的回收量：一段回收是液氮由液氮入口21進入換冷板塊1與水進行換冷從而得到低溫氮氣和冷凍水；二段回收是把低溫氮氣進行二次冷量回收，達到雙段回收的效果，這樣更高效更節能。

換冷板塊1包括排汙管口15和排汙閥16，排汙管口15一端與冰水通道14連接，其另一端與排汙閥16連接。

該裝置加裝了排汙管口15及放空口：一、防止汙垢藏於換冷板塊，保證高效運行；二、防止換冷板塊內部結冰難解凍。

換冷板塊1的冰水通道14和液氮通道13均為雙層換冷板結構，雙層換冷板液氮通道採用雷射半焊一次焊接成型。

板式換冷器採用的是雙層換冷，雙層換冷板通道設計有效隔離冷卻水，防止換冷板破裂進入氣體中影響氣體的純度。

該液氮冷氣回收裝置包括溫度感應器6和電動流量調節閥，電動流量調節閥根據溫度感應器6測量的溫度進行流量調節，溫度感應器6設置在第一換冷板塊11、第二換冷板塊12的液氮進出口處，電動流量調節閥設置在氮管4上。

該裝置內部循環泵採用變頻控制，根據溫度控制機器內部的電動流量調節閥調節水的具體流量以確保換冷效率，做到用多少冷量換多少冷量，不做多餘功耗。

其中，電動流量調節閥包括第一電動流量調節閥71和第二電動流量調節閥72，第一電動流量調節閥71連接在第二換冷板塊12液氮出口22的氮管4上，第二電動流量調節閥72設置在液氮入口21和氮氣出口22連通的氮管4上。

液氮冷氣回收裝置包括壓力傳感器81和壓力控制閥82，壓力控制閥82根據壓力傳感器81測量的壓力進行壓力調節，壓力傳感器81設置在液氮入口21和氮氣出口22的氮管4上，壓力控制閥82設置在液氮入口21和氮氣出口22連通的氮管4上。

採用雙重保護系統，保證車間用氣。該裝置利用壓力傳感器感應出氣口壓力，設定一個車間使用的標準值：當壓力低於標準值時，電動流量調節閥會全開以滿足車間使用。當電動流量調節閥出現故障，機械旁通閥也會根據壓力打開以保證車間用氣量。

液氮冷氣回收裝置包括溫度傳感器6、循環泵73、變頻器74，變頻器74與循環泵73連接，循環泵73連接在第二換冷板塊12與冰水入口31之間的水管5上，所述溫度傳感器6設置在第一換冷板塊11、第二換冷板塊12的冰水進出口處，所述變頻器74根據溫度傳感器6測量的溫度調節循環泵73的抽水量。

其中，液氮冷氣回收裝置包括保溫水箱9，所述保溫水箱9分為進水箱體和出水箱體，所述進水箱體連接在冰水入口31和循環泵73之間的水管5上，所述進水箱體設有補水口91，所述出水箱體連接在第一換冷板塊11和冰水出口32的水管上。

其中，進水箱體與冰水入口31之間的水管5上、所述出水箱體與冰水出口32之間的水管5上均設有溫度傳感器6。

該裝置採用PLC根據溫度控制流量閥的開度，高效控制冷量回收系統的進出口流量以確保車間用氣，以確保穩定用冷點的溫度恆溫，同時也做了旁通流量調節閥，確保車間用氣量。

本發明的一種冷氣回收控制方法包括以下步驟：

A.開啟電動流量控制閥，液氮從液氮入口21進入並充滿氮管4和液氮通道13；

B.開啟循環泵73，水從冰水入口31進入並充滿水管5和冰水通道14；

C.水管5上的溫度感應器6測量管壁溫度值，並把測量的溫度值傳遞到變頻器74，變頻器74控制循環泵73的流量。

其中，C步驟包括：

C1.出水口處的溫度感應器6測量管壁的溫度值，若溫度值不低於零度，則把溫度值傳遞給溫差感應器，並通過控制器把信號傳遞給變頻器74，變頻器74控制循環泵73保持恆定水量或減少水量；若溫度值接近零度，則把溫度值傳遞給溫差感應器，並通過控制器把信號傳遞給變頻器74，變頻器74控制循環泵73增大水量。

針對於液氮溫度過低液氮從液態變為氣態的過程中吸收鹽水的熱量，水釋放熱量溫度降低，為防止水的溫度降低到零度以下出現管壁結冰現象，在本裝置中增加一個控制迴路，即通過溫度感應器6測量管壁溫度值，溫度感應器6布置在水進、出口處，因為水的出口溫度最低，只要保證水出口處的溫度不低於零度即可，把溫度測量值傳遞給溫差感應器，通過控制器把信號傳遞給變頻器，通過變頻器控制水泵的流量，如果管壁溫度降低到接近零度，就通過這一控制迴路增加水的流量，從而管壁溫度上升，因為一定的液氮流量汽化吸收的熱量是恆定的，根據能量守恆定律，增大水的流量，水的溫差變化值減少，即水的溫度降低的少，就可防止管壁結冰現象。

以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定本發明的具體實施只局限於這些說明。對於本發明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬於本發明的保護範圍。