冷媒回收和利用系统的制作方法

本实用新型涉及冷媒回收领域，具体地涉及一种冷媒回收和利用系统。

背景技术：

MO源(即高纯金属有机化合物)是采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术进行外延生长时的支撑材料，是发展光电子产业的关键材料之一，也是生产高亮度、超高亮度发光材料及大规模集成电路的必备原料。MO源需要达到6N(99.9999％)以上的产品纯度才合格，因此在生产过程中需要经过粗分离纯化、细分离纯化、超细分离纯化的生产过程。在MO源分离纯化使用的装置运行过程中会产生热量，需要大量的液氮(液氮储存温度--196℃)进行冷却，每运行完一个分离纯化过程需要进行对装置升温，以转移产品进行下一过程分离纯化，这就需要使液氮快速汽化，以对装置升温，并且分离纯化的产物需使用99.95％纯度的氮气保护进行隔离输送。

现有技术中用于分离纯化的生产装置一般设置在顶部敞开的低温真空贮槽内，加入贮槽内的液氮(即液态冷媒)吸收生产装置的热量汽化后的氮气(即汽化物)直接排入大气，并且转移生产装置内的物料时需要额外引入氮气来隔离输送，由液氮汽化形成的氮气没有进行回收和利用，造成资源浪费，不利于环保节能，导致生产成本较高。

因此，存在设计一种能够回收和利用液态冷媒汽化后的汽化物的冷媒回收和利用系统的需要。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了克服现有技术存在的液态冷媒汽化后的汽化物没有进行回收和利用的问题，提供一种冷媒回收和利用系统，该冷媒回收和利用系统能够回收和利用液态冷媒汽化后的汽化物。

为了实现上述目的，本实用新型一方面提供一种冷媒回收和利用系统，所述冷媒回收和利用系统包括气体储罐、封闭容腔和设置在所述封闭容腔内的生产装置，所述封闭容腔内能够填充用于冷却所述生产装置的液态冷媒，所述气体储罐通过第一管道与所述封闭容腔相连以用于收集由所述液态冷媒汽化形成的汽化物，所述气体储罐通过第二管道与所述生产装置相连以用于将收集的所述汽化物充入所述生产装置而将所述生产装置内的物料压出。

在上述技术方案中，液态冷媒汽化形成的汽化物能够收集到气体储罐内，避免了将汽化物排入大气时对环境产生影响和造成资源浪费的问题，并且转移生产装置内的物料时无需额外引入汽化物，可利用气体储罐内收集的汽化物来将生产装置内的物料压出，实现了对液态冷媒汽化形成的汽化物的回收和利用，一定程度上能够降低成本。

优选地，所述第一管道上设置有止回阀和/或第一阀门，所述冷媒回收和利用系统包括与所述封闭容腔连接以用于检测所述封闭容腔内的压力的第一压力传感器以及与所述第一压力传感器、所述止回阀和/或所述第一阀门相连的控制单元，所述控制单元设置为能够根据所述第一压力传感器检测的所述封闭容腔内的压力控制所述止回阀和/或所述第一阀门。

优选地，沿所述汽化物在所述第一管道内的流动方向在所述第一管道上依次设置有汽化器和压缩机；和/或，所述第二管道上设置有第二阀门和/或第一流量调节阀。

优选地，所述冷媒回收和利用系统包括与所述气体储罐相连以用于检测气体储罐内的所述汽化物纯度的纯度检测装置。

优选地，所述气体储罐上连接有用于检测所述气体储罐内的压力的第二压力传感器，且在连接所述气体储罐和所述纯度检测装置的管道上设置有根据所述第二压力传感器检测的所述气体储罐内的压力调节进入所述纯度检测装置内的所述汽化物的流量的第二流量调节阀。

优选地，所述冷媒回收和利用系统包括能够与所述封闭容腔连通的液态冷媒储罐和与所述封闭容腔相连以进行抽真空处理而使所述液态冷媒储罐内的所述液态冷媒能够输送至所述封闭容腔内以用于冷却所述生产装置的第一抽真空装置。

优选地，所述冷媒回收和利用系统包括与所述液态冷媒储罐相连以进行抽真空处理而使所述封闭容腔内的所述液态冷媒能够回收至所述液态冷媒储罐的第二抽真空装置。

优选地，所述冷媒回收和利用系统包括控制单元，所述封闭容腔连接有第一压力传感器，所述液态冷媒储罐相连有第三压力传感器，所述第一压力传感器、所述第三压力传感器、所述第一抽真空装置和所述第二抽真空装置与所述控制单元相连，所述控制单元设置为能够根据所述第一压力传感器反馈的所述封闭容腔内的压力和所述第三压力传感器反馈的所述液态冷媒储罐内的压力来控制第一抽真空装置和所述第二抽真空装置。

优选地，所述液态冷媒储罐通过第三管道与所述封闭容腔相连以用于将所述液态冷媒储罐内的所述液态冷媒输送至所述封闭容腔内，所述液态冷媒储罐通过第四管道与所述封闭容腔相连以用于将所述封闭容腔内的所述液态冷媒回收至所述液态冷媒储罐，所述第三管道和所述第四管道上分别设置有第三阀门。

优选地，所述生产装置为MO源分离纯化装置，所述液态冷媒储罐为用于盛放液氮的液氮储罐。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

图1是本实用新型优选实施方式的冷媒回收和利用系统的结构示意图。

附图标记说明

1 生产装置 2 封闭容腔

3 气体储罐 4 止回阀

5 第一阀门 6 汽化器

7 压缩机 8 纯度检测装置

9 第二压力传感器 10 第二流量调节阀

11 第二阀门 12 第一流量调节阀

13 第一抽真空装置 14 第四阀门

15 第一压力传感器 16 液态冷媒储罐

17 第三阀门 18 第二抽真空装置

19 第五阀门 20 第三压力传感器

21 泄压阀门 22 控制单元

23 第四压力传感器

P1 第一管道 P2 第二管道

P3 第三管道 P4 第四管道

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。

在本实用新型中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指参考附图所示的上、下、左、右；“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

本实用新型一方面提供一种冷媒回收和利用系统，所述冷媒回收和利用系统包括气体储罐3、封闭容腔2和设置在所述封闭容腔2内的生产装置1，所述封闭容腔2内能够填充用于冷却所述生产装置1的液态冷媒，所述气体储罐3通过第一管道P1与所述封闭容腔2相连以用于收集由所述液态冷媒汽化形成的汽化物，所述气体储罐3通过第二管道P2与所述生产装置1相连以用于将收集的所述汽化物充入所述生产装置1而将所述生产装置1内的物料压出。

在上述技术方案中，如图1所示，液态冷媒汽化形成的汽化物能够收集到气体储罐3内，避免了将汽化物排入大气时对环境产生影响和造成资源浪费的问题，并且转移生产装置1内的物料时无需额外引入汽化物，可利用气体储罐3内收集的汽化物来将生产装置1内的物料压出，实现了对液态冷媒汽化形成的汽化物的回收和利用，一定程度上能够降低成本。

在本技术方案的具体实施方式中，通常所述液态冷媒采用液氮，所述生产装置1为MO源的分离纯化装置。在分离纯化过程中，封闭容腔2内的液氮汽化后形成的氮气会从第一管道P1被收集到气体储罐3内，而在MO源分离纯化完成后，分离纯化装置中的物料可通过气体储罐3内的氮气压出。在此可以理解的是，该冷媒回收和利用系统并不限于用于本具体实施方式中MO源的分离纯化，其它任何可以利用该冷媒回收和利用系统的生产过程皆可。其中，当生产装置1为生产其他物料的装置时，液态冷媒也可为其他液态物质，或者液态冷媒也可替换为能够冷却的固态物质，例如固态二氧化碳等。

为了方便自动化控制，优选地，所述第一管道P1上设置有止回阀4和/或第一阀门5，所述冷媒回收和利用系统包括与所述封闭容腔2连接以用于检测所述封闭容腔2内的压力的第一压力传感器15以及与所述第一压力传感器15、所述止回阀4和/或所述第一阀门5相连的控制单元22，所述控制单元22设置为能够根据所述第一压力传感器15检测的所述封闭容腔2内的压力控制所述止回阀4和所述第一阀门5。具体地，当生产装置1工作时，加注在封闭容腔2内的用于冷却生产装置1的液态冷媒(例如液氮)因受热会不断汽化成汽化物(例如氮气)，由于刚开始时汽化物的浓度较低可先不开启止回阀4和/或第一阀门5，当汽化物的产量逐渐增多后，封闭容腔2内的压力随之增加，此时第一压力传感器15感应到封闭容腔2内的压力达到设定值(例如0.2兆帕)时会反馈给控制单元22后，控制单元22控制打开止回阀4和第一阀门5，以使汽化物被收集到气体储罐3内。

并且优选地，沿所述汽化物在所述第一管道P1内的流动方向在所述第一管道P1依次设置有汽化器6和压缩机7，其中，汽化器6可使第一管道P1内的汽化物能够进一步汽化，而压缩机7可将汽化物压缩以便使气体储罐3能够容纳较多的汽化物。另外，为了在需要时能够使气体储罐3内的汽化物进入生产装置1以将生产装置1内的物料压出，所述第二管道P2上设置有第二阀门11和/或第一流量调节阀12。

由于气体储罐3内的汽化物可充入生产装置1以将生产装置1内的物料压出，而不同物料的性质不同，为了防止汽化物的纯度过低时对物料产生影响，优选地，所述冷媒回收和利用系统包括与所述气体储罐3相连以用于检测气体储罐3内的所述汽化物纯度的纯度检测装置8。

并且为了保证纯度检测装置8检测气体储罐3内的汽化物的纯度的准确性，优选地，所述气体储罐3上连接有用于检测所述气体储罐3内的压力的第二压力传感器9，且在连接所述气体储罐3和纯度检测装置8的管道上设置有用于根据所述第二压力传感器9检测的所述气体储罐3内的压力调节进入所述纯度检测装置8内的所述汽化物的流量的第二流量调节阀10。具体地，当汽化物进入气体储罐3后，控制单元22可根据第二压力传感器9的数值通过控制第二流量调节阀10以使进入纯度检测装置8内的汽化物的流量保持稳定，从而保证纯度检测装置8的检测结果的准确性。

考虑到人工向封闭容腔2内填充液态冷媒时容易造成人员冻伤且效率较低，为了在添加液态冷媒的过程中能够避免人员冻伤和实现自动化生产，优选地，所述冷媒回收和利用系统包括能够与所述封闭容腔2连通的液态冷媒储罐16和与所述封闭容腔2相连以进行抽真空处理而使所述液态冷媒储罐16内的液态冷媒能够输送至所述封闭容腔2内以用于冷却所述生产装置1的第一抽真空装置13。如图1所示，第一抽真空装置13的数量可为两个，以便在需要时加快对封闭容腔2进行抽真空的速度，或者在其中一个第一抽真空装置13损坏时，另一个可正常工作。并且，连接第一抽真空装置13与封闭容腔2的管道上可设置第四阀门14，当需要向封闭容腔2内添加液态冷媒时，使封闭容腔2与液态冷媒储罐16连通(例如将下面将介绍的连接液态冷媒储罐16和封闭容腔2的第三管道P3上的第三阀门17通过控制单元22打开)，然后通过控制单元22打开第四阀门14并控制第一抽真空装置13对封闭容腔2进行抽真空处理，封闭容腔2内的压力逐渐减小，当封闭容腔2内的压力小于液态冷媒储罐16内的压力时，封闭容腔2和液态冷媒储罐16之间存在的压力差，液态冷媒储罐16内的液态冷媒在该压力差的作用下可输送至封闭容腔2，从而实现自动添加液态冷媒。并且，如图1所示，控制单元22可配合上面介绍的与所述封闭容腔2连接的第一压力传感器15来控制第一抽真空装置13进行抽真空操作。

并且，在生产装置1工作完成后，填充在封闭容腔2内的液氮冷媒可能没有完全汽化，为了能够将剩余的液态冷媒进行回收。优选地，所述冷媒回收和利用系统包括与所述液态冷媒储罐16相连以进行抽真空处理而使所述封闭容腔2内的所述液态冷媒能够回收至所述液态冷媒储罐16的第二抽真空装置18。如图1所示，连接第二抽真空装置18和封闭容腔2的管道上可设置第五阀门19，当需要将封闭容腔2内的液态冷媒回收至液态冷媒储罐16时，使封闭容腔2与液态冷媒储罐16连通(例如将下面将介绍的连接液态冷媒储罐16和封闭容腔2的第四管道P4上的第三阀门17通过控制单元22打开)，然后通过控制单元22打开第五阀门19并控制第二抽真空装置18对液态冷媒储罐16进行抽真空处理，液态冷媒储罐16内的压力逐渐减小，封闭容腔2和液态冷媒储罐16之间存在的压力差，封闭容腔2内的液态冷媒在该压力差的作用下可回收至液态冷媒储罐16，从而实现自动回收液态冷媒，避免了将剩余液态冷媒加热汽化后排入大气时对环境造成影响和导致资源浪费，一定程度上降低了成本。

为了提高自动化控制的程度，优选地，所述冷媒回收和利用系统包括控制单元22，所述封闭容腔2连接有第一压力传感器15，所述液态冷媒储罐16相连有第三压力传感器20，所述第一压力传感器15、所述第三压力传感器20、所述第一抽真空装置13和所述第二抽真空装置18与所述控制单元22相连，所述控制单元22设置为能够根据所述第一压力传感器15反馈的所述封闭容腔2内的压力和所述第三压力传感器20反馈的所述液态冷媒储罐16内的压力来控制第一抽真空装置13和所述第二抽真空装置18。具体地，当需要从液态冷媒储罐16向封闭容腔2内添加液态冷媒或将封闭容腔2内的液态冷媒回收至液态冷媒储罐16时，控制单元22可根据第一压力传感器15和第三压力传感器20分别反馈的压力值以及需要添加或回收的液态冷媒的量计算出所述第一抽真空装置13或第二抽真空装置18工作的时间，以便实现精准化控制，有助于降低能源消耗和节省成本。

为了分别控制液态冷媒的添加和回收，优选地，所述液态冷媒储罐16通过第三管道P3与所述封闭容腔2相连以用于将所述液态冷媒储罐16内的所述液态冷媒输送至所述封闭容腔2内，所述液态冷媒储罐16通过第四管道P4与所述封闭容腔2相连以用于将所述封闭容腔2内的所述液态冷媒回收至所述液态冷媒储罐16。这样在第三管道P3和第四管道P4中的一个出现问题后，可通过第三管道P3和第四管道P4中的另一个进行液态冷媒的添加和回收，不会影响正常的工作。当然，从液态冷媒储罐16向封闭容腔2填充液态冷媒和将封闭容腔2内的液态冷媒回收至液态冷媒储罐16也可使用相同的管道，即第三管道P3和第四管道P4可仅设置一个。进一步地，为了在向封闭容腔2内添加液态冷媒时封闭容腔2和液态冷媒储罐16之间能够通过第三管道P3连通以及在将封闭容腔2内的液态冷媒回收至液态冷媒储罐16时封闭容腔2和液态冷媒储罐16之间通过第四管道P4能够连通以及在需要时(例如在向气体储罐3内收集汽化物时)封闭容腔2与液态冷媒储罐16之间能够保持不连通状态，所述第三管道P3和所述第四管道P4上分别设置有第三阀门17。

优选地，所述生产装置1为MO源分离纯化装置，所述液态冷媒储罐16为用于盛放液氮的液氮储罐。

其中，第一阀门5、第二阀门11、第三阀门17、第四阀门14和第五阀门19可为电磁气动阀门且可与控制单元22连接以方便控制单元22控制。另外，液态冷媒储罐16和气体储罐3上可设置泄压阀门21，泄压阀门21也可与控制单元22连接以方便控制单元22控制。在液态冷媒储罐16和气体储罐3内的压力超过设定值(例如4.5兆帕)时，泄压阀门21能够自动泄压，从而提高了设备的安全使用性能，降低了损伤人员的风险。

参考图1，本实用新型优选实施方式的冷媒回收和利用系统大致可分为以下四个阶段：

(1)第一阶段：向封闭容腔2内添加液氮(即液态冷媒)

在生产装置1(例如MO分离纯化装置)运行前，通过控制单元22(例如DCS系统)提前打开第三管道P3上的第三阀门17以及第四阀门14并通过控制单元22控制第一抽真空装置13对封闭容腔2进行抽真空处理，使封闭容腔2内的压力逐渐减小，当封闭容腔2内的压力小于液态冷媒储罐16内的压力时，液态冷媒储罐16和封闭容腔2内存在压力差，液态冷媒储罐16中的液氮在该压力差的作用下通过第三管道P3可输送到封闭容腔2中，从而完成向封闭容腔2内添加液氮的操作，然后控制单元22控制关闭第四阀门14、第一抽真空装置13和第三管道P3上的第三阀门17。

(2)第二阶段：将封闭容腔2内的由液氮汽化形成的氮气(即汽化物)收集至气体储罐3内

在生产装置1工作时，加注在封闭容腔2中的液氮因受热会不断汽化成氮气，在封闭容腔2上的第一压力传感器15感应到封闭容腔2内的压力达到设定值(例如0.2兆帕)时会反馈给控制单元22，此时控制单元22会控制打开第一管道P1上的止回阀4和第一阀门5(此时第二管道P2的第二阀门11、第三管道P3上的第三阀门17和第四管道P4上的第三阀门17均关闭)，封闭容腔2内液氮汽化形成的氮气通过第一管道P1经汽化器6进一步汽化和压缩机7进一步压缩后进入气体储罐3，完成将封闭容腔2内的由液氮汽化形成的氮气收集至气体储罐3内的操作。

(3)第三阶段：将封闭容腔2内的液氮回收至液态冷媒储罐16(例如液氮储罐)

当生产装置1反应结束后，控制单元22控制关闭止回阀4、第一阀门5、汽化器6、压缩机7。此时封闭容腔2内还会剩余很多没有汽化成氮气的液氮，通过控制单元22打开第四管道P4上的第三阀门17以及第五阀门19并控制第二抽真空装置18对液态冷媒储罐16进行抽真空处理，液态冷媒储罐16内的压力减小，当液态冷媒储罐16内的压力小于封闭容腔2内的压力时，液态冷媒储罐16和封闭容腔2内存在压力差，封闭容腔2内的液态冷媒在该压力差的作用下可回收至液态冷媒储罐16内，从而完成将封闭容腔2内的液氮回收至液态冷媒储罐16的操作，然后通过控制单元22关闭第四管道P4上的第三阀门17。

(4)第四阶段：将气体储罐3内的氮气充入生产装置1内以将生产装置内的物料压出

在生产装置1运行结束后，需要将生产装置1内的物料通过物料管道输送到下一工序，其中，生产装置1上可设置第四压力传感器23，此时可先通过控制单元22控制第二管道P2上的第二阀门11打开，然后控制单元22可通过第一流量调节阀12调节从气体储罐3充入到生产装置1内的氮气流量以使第四压力传感器23反馈的生产装置1内的压力保持在设定值(例如1兆帕)，从而可将物料从生产装置1中按照所需速度压出。

其中，当生产装置1为MO源分离纯化装置时，由于其分离纯化后的产物需使用较高纯度(例如99.95％)的氮气保护进行隔离输送时，因此在将气体储罐3内的氮气充入生产装置1之前可先通过纯度检测装置8检测气体储罐3内的氮气的纯度，具体地，当氮气进入气体储罐3后，通过控制单元22使第二流量调节阀10打开并使纯度检测装置8工作以对氮气纯度进行检测，控制单元22根据第二压力传感器9检测的气体储罐3内压力通过第二流量调节阀10调节氮气流量以使进入纯度检测装置8内的氮气流量保持稳定，根据纯度检测装置8检测的氮气纯度，判断氮气纯度是否合格，如不合格，控制单元22将停止所有设备工作，以便工作人员进行检修。若合格，则可进行上述将氮气充入生产装置1中以将生产装置1内的物料压出的操作。

以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于此。在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本实用新型所公开的内容，均属于本实用新型的保护范围。