一种单一介质加热冷却系统的制作方法

本申请涉及温控设备的领域，尤其是涉及一种单一介质加热冷却系统。

背景技术：

在化工、制药领域的反应过程中，常需要在在同一反应设备内的不同的生产阶段进行间歇加热和冷却操作，现有的反应设备常采用多介质控温系统进行调温，即采用水蒸气或电加热热媒的方式进行加热；采用冷却水或冷冻盐水循环进行冷却。在同一生产过程中需要多次转换冷、热媒介质，易导致不同冷、热媒发生混合污染，一方面影响温控效率，另一方面污染后的冷、热媒处理成本高。

针对上述中的相关技术，发明人认为存在难以适应大规模工业化应用的缺点。

技术实现要素：

为了改善加热冷却系统在大规模工业化应用的适应性，本申请提供一种单一介质加热冷却系统。

本申请提供的一种单一介质加热冷却系统采用如下的技术方案：

一种单一介质加热冷却系统，包括制热单元、制冷单元、膨胀箱、传热介质储箱以及传热介质泵；

所述制热单元、制冷单元、传热介质储箱以及传热介质泵通过管路串联，用于对反应装置进行调温；

所述制热单元和制冷单元沿传热介质传输方向连续设置；

所述膨胀箱与管路通过第一连接管连通，用于对传热介质的体积变化进行缓冲。

通过采用上述技术方案，对反应装置进行加热时，调节制热单元和传热介质泵工作，传热介质泵带动管路内的传热介质进行循环流动，流经制热单元时进行热交换，传热介质温度上升，继续流经反应装置时，高温的传热介质与低温的反应装置进行热交换，使得反应装置内的温度增加；随传热介质升温，传热介质发生体积膨胀，膨胀出的少量传热介质进入膨胀箱中，使得管路内的压力保持稳定。在传热介质升温过程中，传热介质流经制冷单元，由制冷单元内的温度检测组件对传热介质的温度进行实时监测，当检测到传热介质温度超过设定温度后，向加热冷却系统的控制单元提供反馈，控制单元控制制热单元暂停加热，待温度下降至合适温度后，控制单元控制制热单元重新进行加热，形成动态加热机制，以保证反应装置内的温度相对稳定。

对反应装置进行冷却时，向膨胀箱内补充传热介质，补充的传热介质的量不少于管路内传热介质最低温度下的最大体积收缩量，调节制冷单元和传热介质泵工作，传热介质泵带动管路内的传热介质进行循环流动，流经制冷单元时进行热交换，传热介质温度下降，继续流经反应装置时，低温的传热介质与高温的反应装置进行热交换，使得反应装置内的温度下降；随传热介质温度下降，管路内的传热介质发生体积收缩，膨胀箱内的传热介质进入管路，对循环的传热介质进行补充，使得管路内的压力保持稳定。在传热介质降温过程中，由制冷单元内的温度检测组件对传热介质的温度进行实时监测，并根据温度控制制冷单元制冷机组的启停，使得自制冷单元流出的传热介质的温度保持稳定，以保证反应装置内的温度相对稳定。

设计的制热单元、制冷单元、传热介质储箱以及传热介质泵，通过管路与反应装置构成循环回路，使得使用单一传热介质即可将反应装置调至高温或者低温，使用过程中无需更换传热介质，避免了多种传热介质混用造成的相互污染，方便实用，节约生产成本，便于在大规模工业化生产中应用；设计的膨胀箱，对传热介质温度变化引起的体积变化进行补偿，使得管路内压力保持相对稳定，同时避免了管路内充入空气影响传热介质的循环，保证传热介质在管路内能够正常运行；并且，使得形成的管路系统为密闭系统，减少了传热介质的蒸发损失，进而较少了传热介质蒸发对周围环境的污染。

可选的，所述膨胀箱包括箱体和与所述箱体连通的排气管，所述箱体底部高于所述管路与反应装置传热介质出口连接处，所述排气管设置于所述箱体顶部。

通过采用上述技术方案，设计的膨胀箱的高度，使得管路内的传热介质能够在一定的压力下运行，而高压条件会使得传热介质的沸点提高，即能够提高传热介质的最高运行温度，在无需更换传热介质的情况下，提升了加热冷却系统的最高加热温度和对反应装置的加热效率，增加了加热冷却系统的适用性，有利于大规模工业化生产使用；设计的排气管，使得箱体内腔和大气连通，便于管路内压力稳定，同时，使得传热介质蒸汽在通过向外界流动的过程中，重新在排气管上冷凝结成液滴，落入膨胀箱内，进一步减少了传热介质的蒸发损失，减小了传热介质对外界环境的污染。

可选的，所述膨胀箱包括箱体和与所述箱体连通的排气管，所述第一连接管上设置有增压泵。

通过采用上述技术方案，设计的增压泵，使得膨胀箱在能够对传热介质温度变化引起的体积变化进行缓冲的同时，也能够使得管路内的传热介质高压运行，且能够通过控制增压泵的运行时间，对管路内传热介质的沸点进行控制，进而控制传热介质的最高运行温度，在无需更换传热介质的情况下，提升了加热冷却系统的最高加热温度和对反应装置的加热效率，增加了加热冷却系统的适用性，有利于大规模工业化生产使用；设计的排气管，使得箱体内腔和大气连通，便于箱体内腔中压力稳定，避免增压泵工作导致箱体内压强过低而造成箱体受损，保证增压泵安全运行。

可选的，所述第一连接管上设置有第一控制阀。

通过采用上述技术方案，设计的第一控制阀，在对传热介质进行加热或冷却前对打开，使得膨胀箱能够作用对传热介质的体积变化进行补偿；当传热介质在管路中稳定运行后，调节第一控制阀封闭，将膨胀箱内的传热介质和管路内运行的传热介质隔绝，减少热交换，一方面减少系统内运行的传热介质的热量损失，另一方面使得膨胀箱内的传热介质温度保持相对稳定，减少膨胀箱内传热介质的蒸发，减小对环境的污染。

可选的，所述制热单元的传热介质出口与制冷单元的传热介质出口之间通过第二连接管连通，所述第二连接管上设置有第二控制阀，所述制冷单元的传热介质入口上设置有第三控制阀，所述制热单元的传热介质出口上设置有温度检测器。

通过采用上述技术方案，设计的第二连接管，使得管路形成独立的加热循环回路，即在对传热介质进行加热时，传热介质无需经过制冷单元进行循环，减少传热介质在经过制冷单元时的热量损失，节约能源，设计的温度检测器，对自制热单元流出的传热介质温度进行检测，便于加热冷却系统的控住单元对制热单元进行控制。

可选的，所述传热介质储箱上设置有进液管和出液管，所述进液管上设置有止逆阀和抽液泵，所述出液管上设置有第四控制阀。

通过采用上述技术方案，向管路内充入传热介质时，将进液管和用于储存传热介质的存储罐连通，打开抽液泵，抽液泵将传热介质泵入传热介质储箱内，使得传热介质通过传热介质储箱流入并充满管路，之后继续向传热介质储箱中泵送传热介质，使得传热介质通过第一连通管充入膨胀箱中，直至膨胀箱中的传热介质的量不少于管路内传热介质最低温度下的最大体积收缩量，调节抽液泵停止工作，此时传热介质储箱和管路中充满传热介质；设计的止逆阀和抽液泵配合，便于向管路中注入传热介质，通过抽液泵，保证管路中能够充满传热介质，避免管路中留存有空气造成传热介质泵使用时发生气缚，保证系统正常运行。

可选的，所述传热介质为水、高沸点多元醇水溶液或者高沸点多元醇中的任意一种。

通过采用上述技术方案，采用水、高沸点多元醇水溶液或者高沸点多元醇作为传热介质，在常压条件下即可以在较宽的温度范围内满足不同温度加热、冷却的工艺需求，即可以有效降低高温加热系统的操作压力和安全要求，提高了系统的可靠性；而且采用的传热介质排放后理方法相对简单，处理成本较低，利于工业使用。

可选的，所述传热介质为乙二醇水溶液，所述乙二醇水溶液的质量浓度为40%-60%。

通过采用上述技术方案，采用的质量份数为40%-60%的乙二醇水溶液作为传热介质，在系统内运行时的最低温度能够达到-48.3℃，而最高温度能够超过150℃，应用范围广，能够满足绝大部分医药化工生产中的工艺温度要求，适用于工业生产使用；乙二醇溶液的质量份数在超过60%之后，传热系数就会下降，而且其冰点还会回升，故质量份数40%-60%内的乙二醇溶液作为传热介质是性价比较高，实用性强。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.设计的制热单元、制冷单元、传热介质储箱以及传热介质泵，通过管路与反应装置构成循环回路，使得使用过程中无需更换传热介质，便于在大规模工业化生产中应用，设计的膨胀箱，对传热介质温度变化引起的体积变化进行补偿，使得管路内压力保持相对稳定，同时避免了管路内充入空气影响传热介质的循环，保证传热介质在管路内能够正常运行；

2.设计的膨胀箱的高度，使得管路内的传热介质能够在一定的压力下运行，提高传热介质的最高运行温度，在无需更换传热介质的情况下，提升了加热冷却系统的最高加热温度和对反应装置的加热效率，增加了加热冷却系统的适用性，有利于大规模工业化生产使用；

3.采用的质量份数为40%-60%的乙二醇水溶液作为传热介质，在系统内运行时的最低温度能够达到-48.3℃，而最高温度能够超过150℃，应用范围广，能够满足绝大部分医药化工生产中的工艺温度要求，适用于工业生产使用。

附图说明

图1是本申请实施例的单一介质加热冷却系统的整体结构示意图。

图2是图1中膨胀箱的剖视图。

附图标记说明：1、制热单元；11、温度检测器；2、制冷单元；21、第三控制阀；3、膨胀箱；31、箱体；311、浮球式液位计；32、排气管；4、传热介质储箱；41、进液管；411、止逆阀；412、抽液泵；42、出液管；421、第四控制阀；5、传热介质泵；6、管路；61、第一连接管；611、增压泵；612、第一控制阀；62、第二连接管；621、第二控制阀；7、反应装置；71、反应釜体；72、反应釜夹套。

具体实施方式

以下结合附图1-2对本申请作进一步详细说明。

反应釜是医药化工领域的常用反应装置7，包括反应釜体71和反应釜夹套72，反应釜夹套72套设在反应釜体71外侧，反应釜夹套72内沿反应釜周向布设有温控管路，温控管路的进液口设置在反应釜夹套72底部，并伸出反应釜夹套72设置，温控管路的出液口设置在反应釜夹套72顶部，并伸出反应釜夹套72设置。使用时，通过将温控管路与加热系统和冷却系统连通，向温控管路内输送加热介质或者冷却介质，通过热传递的方式实现对反应釜体71内的温度调节，帮助反应釜内反应进行。

本申请实施例公开一种单一介质加热冷却系统。参照图1，单一介质加热冷却系统包括制热单元1、制冷单元2、膨胀箱3、传热介质储箱4以及传热介质泵5，传热介质储箱4、传热介质泵5、制热单元1以及制冷单元2通过管路6依次串联，并与反应装置7的温控管路构成回路，其中，反应装置7设置在制冷单元2和传热介质储箱4之间，且管路6与制热单元1、制冷单元2、传热介质储箱4、传热介质泵5以及反应装置7之间均通过法兰连接。膨胀箱3通过第一连接管61与反应装置7和传热介质储箱4之间的管路6连通。本实施例中，制热单元1为板式换热器，制冷单元2为低温冷水机组，反应装置7为反应釜。

参照图1，膨胀箱3包括箱体31和与箱体31连通的排气管32，排气管32焊接在箱体31顶壁上，并与箱体31内腔连通，箱体31底部高于管路6以及反应装置7传热介质出口和管路6的连接处，第一连接管61上通过法兰安装有第一控制阀612和增压泵611，本实施例中，第一控制阀612为电磁阀，且与加热冷却系统的控制单元电连接。

参照图2，为了便于控制箱体31中传热介质的存量，箱体31中通过螺栓固定有浮球式液位计311，浮球式液位计311与系统的控制单元电连接。且箱体31容积不小于管路6内传热介质加热至最高运行温度的膨胀体积与管路6内传热介质冷却至最低运行温度的收缩体积之和，使得在系统运行前将箱体31中的传热介质补充至多于管路6内传热介质冷却至最低运行温度的收缩体积，即可保证在调节系统对反应装置7进行冷却或者加热的过程中无需反复增加或减少箱体31中传热介质的量，降低操作成本，便于生产使用。

参照图1，制热单元1的传热介质出口与制冷单元2的传热介质出口之间通过第二连接管62连通，具体为第二连接管62一端与制热单元1和制冷单元2之间的管路6通过三通接头连通，另一端与制冷单元2和反应装置7之间的管路6通过三通接头连通，第二连接管62上通过法兰安装有第二控制阀621，制冷单元2的传热介质入口上通过法兰安装有第三控制阀21，制热单元1的传热介质出口上通过法兰安装有温度检测器11，本实施例中，第二控制阀621和第三控制阀21均为电磁阀，且第二控制阀621、第三控制阀21以及温度检测器11均与加热冷却系统的控制单元电连接。

参照图1，传热介质储箱4上设置有与传热介质箱内腔连通的进液管41和出液管42，进液管41焊接在传热介质箱顶壁上，出液管42焊接在传热介质箱侧壁底部，进液管41上通过法兰安装有止逆阀411和抽液泵412，出液管42上通过法兰安装有第四控制阀421，抽液泵412与加热冷却系统的控制单元电连接。

本实施例中，使用的传热介质为质量浓度为60%的乙二醇溶液，也可使用水、其他浓度的多元醇溶液或者多元醇纯溶液作为传热介质，凡是冰点和沸点差距较大，能够同时适应对反应装置7的冷却和加热的液体均可。

本申请实施例一种单一介质加热冷却系统的实施原理为：将系统安装完成后，向管路6内冲入传热介质，首先将进液管41和用于储存传热介质的存储罐连通，之后调节系统的控制单元，控制单元控制控制第一控制阀612、第二控制阀621、第三控制阀21打开，控制第四控制阀421关闭，之后控制单元将抽液泵412打开，抽液泵412将传热介质泵5入传热介质储箱4内，使得传热介质通过传热介质储箱4流入并充满管路6，之后继续向传热介质储箱4中泵送传热介质，使得传热介使得传热介质通过第一连通管充入膨胀箱3中，浮球式液位计311对膨胀箱3中的液位进行监测，并向控制单元进行反馈，当膨胀箱3中的传热介质的量超过管路6内传热介质最低温度下的最大体积收缩量后，控制单元调节抽液泵412停止工作，此时传热介质储箱4和管路6中充满传热介质。缓冲箱内储存的传热介质能够对运行中的传热介质进行缓冲，稳定系统温度，避免水冷机组因为运行中的传热介质温度波动过大而频繁启停，保证水冷机组的使用寿命。

对反应装置7进行加热时，通过控制单元调节第一控制阀612、第二控制阀621打开，控制第三控制阀21关闭，并将系统内参与循环的其余管路6上的控制阀打开，使得系统形成热循环通路，之后打开制热单元1的蒸汽阀门，使得蒸汽通入制热单元1内，控制系统控制传热介质泵5工作，传热介质泵5带动管路6内的传热介质进行循环流动，流经制热单元1时进行热交换，传热介质温度上升，加热后的传热介质经第二连通管流入反应装置7的温控管路，高温的传热介质与低温的反应装置7进行热交换，使得反应装置7内的温度增加，之后传热介质自反应装置7的温控管路流出，重新通过管路6进入制热单元1进行加热。

在传热介质升温过程中，温度检测器11对自制热单元1流出的传热介质的温度进行实时监测，当检测到传热介质温度超过设定温度后，向加热冷却系统的控制单元提供反馈，控制单元控制制热单元1暂停加热，待温度下降至合适温度后，控制单元控制制热单元1重新进行加热，形成动态加热机制，以保证反应装置7内的温度相对稳定。同时，随传热介质升温，传热介质发生体积膨胀，膨胀出的少量传热介质进入膨胀箱3中，当温度检测器11检测到自制热单元1传热介质出口流出的传热介质温度基本稳定时，控制单元调节第一控制阀612关闭，使得管路6循环完全封闭，减少管路6循环中的热量损失。

若反应装置7的需要温度超出常压下传热介质的沸点，则在加热过程中调节增压泵611启动，对管路6进行增压，通过增加传热介质的运行压力提升传热介质的沸点，提高传热介质的最高运行温度，以满足反应装置7的反应需要。

对反应装置7进行冷却时，通过控制单元调节第一控制阀612、第三控制阀21打开，控制第二控制阀621关闭，并将系统内参与循环的其余管路6上的控制阀打开，使得系统形成冷循环通路，之后控制单元调节制冷单元2和传热介质泵5工作，传热介质泵5带动管路6内的传热介质进行循环流动，流经制冷单元2时进行热交换，传热介质温度下降，冷却后的传热介质通过管路6流入反应装置7的温控管路，低温的传热介质与高温的反应装置7进行热交换，使得反应装置7内的温度下降，之后传热介质自反应装置7的温控管路流出，重新通过管路6进入制冷单元2进行冷却。

在传热介质降温过程中，由制冷单元2内的温度检测组件对传热介质的温度进行实时监测，并根据温度控制制冷单元2制冷机组的启停，使得自制冷单元2流出的传热介质的温度保持稳定，以保证反应装置7内的温度相对稳定。同时，随传热介质温度下降，管路6内的传热介质发生体积收缩，膨胀箱3内的传热介质进入管路6，对循环的传热介质进行补充，使得管路6内的压力保持稳定，当制冷单元2内的温度检测组件检测到制冷单元2内的传热介质温蒂基本稳定时，控制单元调节第一控制阀612关闭，使得管路6循环完全封闭，减少管路6循环中的热量损失。

若反应装置7的需要温度低于常压下传热介质的冰点，则在冷却过程中调节增压泵611启动，对管路6进行增压，通过增加传热介质的运行压力降低传热介质的冰点，降低传热介质的最低运行温度，以满足反应装置7的反应需要。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。