液氮蓄冷系统及其制冷方法与流程

本发明属于液氮蓄冷，具体涉及液氮蓄冷系统及其制冷方法。

背景技术：

1、在一些工业生产中，会使用氮气，而氮气往往以液氮的形式储存和运输，液氮通过气化塔气化成氮气后进行使用。液氮在气化的过程中，会从空气中吸收大量的热量，同时释放大量的冷量，释放的冷量在气化塔表明与空气接触后，形成厚厚的冰层。液氮汽化过程中释放的冷量被排放到大气中，白白浪费掉。

2、一般情况下，液氮的温度为-196℃，液氮在常压下完全汽化后，体积膨胀696.5倍，因此液氮气化需要采用专用的气化塔，气化塔是液氮和空气进行换热的换热器，液氮经过气化塔内腔时，通过气化塔腔壁与室外大气进行换热，吸收热量，温度升高，进行气化，腔壁外温度降低，产生冷量。

3、目前，利用液氮气化冷量的技术方案非常少，一般的方案是将自来水喷淋在气化塔表面，使得气化塔表面的冰融化，降低自来水水温，温度降低后的自来水通过收集盘收集后，再通过水泵输送到冷却塔，给冷却塔进行降温；

4、利用液氮汽化的冷量给冷却塔进行降温，对冷量的回收利用率极低，大部分冷量依然释放到大气中，并且受液氮气化站和冷却塔之间的相对位置和距离的限制，只有距离较近，高差较小时才有价值，否则没有利用的价值，因为高差大距离远的时候，泵的能耗很高，回报期太长；其次，冷却塔外围管道铺设较多，氮气管道在铺设过程中，势必会存在避让管道或调整铺设路线的情况，因而延长了氮气管道，使得氮气在管道内流动时容易造成温度升高，增大氮气的损耗，影响实际应用中的制冷效果。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供液氮蓄冷系统及其制冷方法，能够在回收液氮气化过程中释放的全部冷量，加以利用，同时不影响氮气的正常使用。

2、本发明采取的技术方案具体如下：

3、液氮蓄冷系统，包括蓄冷罐、盘管换热器、乙二醇泵、板式换热器和冷冻水泵，所述盘管换热器装配在蓄冷罐内，所述盘管换热器进口连接液氮管道，所述盘管换热器出口连接氮气管道；

4、所述板式换热器分为冷侧进口、冷侧出口、热侧进口和热侧出口，所述蓄冷罐出口与乙二醇泵进口连接，所述乙二醇泵出口与板式换热器冷侧进口连接，所述板式换热器冷侧出口与蓄冷罐进口连接；

5、所述板式换热器热侧出口连接用户侧的冷冻水供水管道，所述板式换热器热侧进口与冷冻水泵出口连接，所述冷冻水泵进口连接用户侧的冷冻水回水管道；

6、所述氮气管道出口连接有冷却腔室，且所述冷却腔室一侧设置有循环制冷机构，所述冷却腔室一侧连通有若干个分流管。

7、所述液氮管道上装配有阀门v1。

8、所述乙二醇泵出口与板式换热器冷侧出口之间连接有旁通管，所述旁通管上装配有阀门v2。

9、所述板式换热器冷侧出口连接有阀门v3，所述阀门v3出口与阀门v2连通。

10、所述板式换热器热侧出口管道上装配有阀门v4。

11、所述循环制冷机构包括循环泵和冷却机，所述循环泵出口与冷却腔室连通，所述冷却机出口与循环泵进口连通，所述冷却机进口处用于投放冷却剂。

12、所述冷却机进口处还装配有阀门v5，所述阀门v5用于控制冷却剂的投放量。

13、液氮蓄冷系统的制冷方法，所述制冷方法包括三种运行模式，具体步骤如下：

14、s1：蓄冷模式下，阀门v1、阀门v2打开，阀门v3、阀门v4关闭，乙二醇泵开启，冷冻水泵停止运行，液氮通过阀门v1进入盘管换热器，吸收乙二醇溶液内的热量气化后从盘管换热器的出口流出，进入氮气用户侧，蓄冷罐内的乙二醇溶液通过乙二醇泵，经过阀门v2，再进入蓄冷罐，进行循环，使得蓄冷罐里的乙二醇溶液被均匀降温，用于蓄冷；

15、s2：供冷模式下，阀门v1、阀门v2关闭，阀门v3、阀门v4打开，乙二醇泵开启，冷冻水泵开启，蓄冷罐的低温乙二醇溶液通过乙二醇泵进入板式换热器的冷侧，升温后回至蓄冷罐，高温冷冻水经过冷冻水泵进入板式换热器的热侧，被降温后，经过阀门v4供至用户侧，用于制冷；

16、s3：边蓄边供模式下，阀门v1、阀门v3、阀门v4打开，调节阀门v2，乙二醇泵运行，冷冻水泵运行，液氮通过阀门v1进入盘管换热器，吸收乙二醇溶液里的热量气化后从盘管换热器的出口流出，进入氮气用户侧，蓄冷罐的低温乙二醇溶液通过乙二醇泵进入板式换热器的冷侧，升温后回至蓄冷罐，高温冷冻水经过冷冻水泵进入板式换热器的热侧，被降温后，经过阀门v4供至用户侧，用于制冷。

17、本发明取得的技术效果为：

18、本发明的液氮蓄冷系统及其制冷方法在回收液氮气化过程中释放的全部冷量，加以利用，同时不影响氮气的正常使用，提高了液氮气化冷量回收利用率；另外，液氮气化冷量回收利用中，利用蓄冷的原理，解决了因氮气使用量变化而不能连续供冷的问题，有效节约了能源，减少了用电量，减少了碳排放，具有环保价值。

19、本发明的液氮蓄冷系统及其制冷方法利用液氮蓄冷系统替代了气化塔，使得氮气直接在蓄冷罐里气化，气化过程中因吸热释放的冷量被储存在蓄冷罐内，并通过乙二醇溶液与水的热交换，将冷量输送至用户侧，获得了液氮气化过程中释放的所有冷量，相当于将传统气化塔气化过程中排放到大气中的冷量全部回收利用。

技术特征：

1.液氮蓄冷系统，其特征在于：包括蓄冷罐、盘管换热器、乙二醇泵、板式换热器和冷冻水泵，所述盘管换热器装配在蓄冷罐内，所述盘管换热器进口连接液氮管道，所述盘管换热器出口连接氮气管道；

2.根据权利要求1所述的液氮蓄冷系统，其特征在于：所述液氮管道上装配有阀门v1。

3.根据权利要求1所述的液氮蓄冷系统，其特征在于：所述乙二醇泵出口与板式换热器冷侧出口之间连接有旁通管，所述旁通管上装配有阀门v2。

4.根据权利要求3所述的液氮蓄冷系统，其特征在于：所述板式换热器冷侧出口连接有阀门v3，所述阀门v3出口与阀门v2连通。

5.根据权利要求1所述的液氮蓄冷系统，其特征在于：所述板式换热器热侧出口管道上装配有阀门v4。

6.根据权利要求1所述的液氮蓄冷系统，其特征在于：所述循环制冷机构包括循环泵和冷却机，所述循环泵出口与冷却腔室连通，所述冷却机出口与循环泵进口连通，所述冷却机进口处用于投放冷却剂。

7.根据权利要求6所述的液氮蓄冷系统，其特征在于：所述冷却机进口处还装配有阀门v5，所述阀门v5用于控制冷却剂的投放量。

8.液氮蓄冷系统的制冷方法，其特征在于：采用如权利要求1-7任意一项所述的液氮蓄冷系统，所述制冷方法包括三种运行模式，具体步骤如下：

技术总结
本发明属于液氮蓄冷技术领域，具体涉及液氮蓄冷系统及其制冷方法，包括蓄冷罐、盘管换热器、乙二醇泵、板式换热器和冷冻水泵，所述盘管换热器装配在蓄冷罐内，所述盘管换热器进口连接液氮管道，所述盘管换热器出口连接氮气管道；所述板式换热器分为冷侧进口、冷侧出口、热侧进口和热侧出口，所述蓄冷罐出口与乙二醇泵进口连接，所述乙二醇出口与板式换热器冷侧进口连接，所述板式换热器冷侧出口与蓄冷罐进口连接。本发明能够在回收液氮气化过程中释放的全部冷量，加以利用，同时不影响氮气的正常使用。

技术研发人员：陈世坤,郑磊
受保护的技术使用者：江苏亦驰建设工程有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/10