CN102175075A - 水的相变热高效利用装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种水的相变热高效利用装置，由气密真空罩和换热器构成蒸发器，真空罩内部设置换热器，蒸发器器壁上的抽真空口通过管道与蒸气喷射压缩器的吸入口连通，蒸气喷射压缩器的进气口与蒸气炉的工作蒸气连接，蒸气喷射压缩器的混合气体排出口通过密闭增压泵与换热器入口相连通，在换热器出口设置有冷凝水收集口与真空泵。本发明巧妙的利用了水巨大的相变蓄热与放热能力，利用蒸气压缩器在此工作数据段蒸气消耗小、抽气能力大的特性，与密闭风泵大风量且增压的功能相结合，从而使低压水蒸气在换热管内液化放热，显著的提高了小温差蒸发的热效率，极大的降低了能源消耗，在完成真空蒸发的同时实现了热泵换热的双重工艺目的。
Description
技术领域
本发明涉及将热泵设备应用于蒸发领域，是一种水的相变热的高效利用装置。
背景技术
物料的干燥是将如粮食谷物、煤炭矿石等固体颗粒物料内含有的水分加热为气态，属于蒸发的一种，由于水的气化需要吸收大量的热，因此蒸发属于高能耗的产业。目前常用的干燥手段是采用热风加热方法，通过燃烧或者电热将空气加热后，鼓风吹过物料，使其内部水分气化实现干燥脱水；但是这种热交换方法的热效率很低，通常只有20%～40%。而且蒸发出来的水蒸气由于温度与被蒸发物料相近，根据热力学定律，等温介质无法与物料实现热交换，因此在工业中无法对这种小温差低压力的蒸气进行有效利用，通常只能直接排放，导致这些吸蓄了巨大气化热的水蒸气不能被回收利用。这种粗放式的低端技术造成了热能的严重浪费，对于大蒸发量的生产工艺，没有办法降低煤电的刚性成本支出，也不能实施节能减碳的重大目标。
在一些真空蒸发干燥工艺中，需要大抽气量真空泵，但是现有的普通真空泵由于吸气量有限，因此无法使用于巨大水蒸发容量的干燥设备，更无法实现对水蒸气的再利用。蒸气喷射压缩器，又称热泵，工作介质主要是水蒸气，工作时高压气流从喷嘴高速喷出，引射喷嘴周围的低压气体，两股气流在混合室和扩压器内混合增压，在消耗了一定工作气体的条件下，提高了从吸入口进入喷射器的低压气体压力和温度。喷射压缩器结构简单实用，在工业上广泛应用于制造和保持真空、低压蒸气再利用以及制冷领域。当喷射压缩器在压缩比1.2，膨胀比大于等于10的工作参数段应用时，具有抽气量巨大、消耗的工作蒸气极低、能效比极高等显著优点，但是同样由于压缩比过低、排出口压力低，因此抽出的大量小温差低压力条件的水蒸气不能在后段换热器的介质管路内液化放热，具体的说，从喷射压缩器的混合气体出口输出的低温水蒸气，在换热管里面受限制于管道内外小温差和管道内低压力两个具体条件限制，无法在换热器管路内冷凝放热，而以气态跑到换热器之外，因此无法将被喷射压缩器所聚集回收获得的宝贵水蒸气吸蓄的巨大气化热热能利用。所以，喷射压缩器在此工况下只是单纯的作为大抽气量的真空泵进行应用，而热能被白白的浪费，根本没有发挥热泵的作用，不能达到既真空蒸发又热泵换热的双重工艺目的。
发明内容
本申请人针对上述现有蒸发工艺中热能利用率低，无法对大气量、小温差、低压力的水蒸气进行有效利用等缺点，提供一种结构合理的水的相变热高效利用装置，从而可以对小温差低压力大气量的水蒸气进行回收利用，充分利用水的液化放热，实现高效、低成本的蒸发生产目的。
本发明所采用的技术方案如下：
一种水的相变热高效利用装置，由气密真空罩和换热器构成蒸发器，真空罩内部设置换热器，蒸发器器壁上的抽真空口通过管道与蒸气喷射压缩器的吸入口连通，蒸气喷射压缩器的进气口与蒸气炉的工作蒸气连接，蒸气喷射压缩器的混合气体排出口通过密闭增压泵与换热器的加热介质管路入口相连通，在换热器的加热介质管路的低部位设置有冷凝水收集口，换热器的加热介质管路出口端设置真空泵。其进一步特征在于：
所述密闭增压泵为密闭风泵或密闭风机，采用变频器或调磁电机进行调控。
所述蒸气喷射压缩器压缩比为1.2，膨胀比大于或等于10。
所述换热器的加热介质管路内部保持为恒定的低压状态3.0～70Kpa，优选为5.0～5.6Kpa。
所述密闭增压泵的出口端气体压力比进口端压力大1.38～68Kpa，优选为4.3～4.5Kpa。
本发明的有益效果如下：
本发明巧妙的利用了水巨大的相变蓄热与放热能力，利用蒸气压缩器在此工作数据段蒸气消耗小、抽气能力大的特性，与密闭风泵大风量且增压的功能相结合，从而使低压水蒸气在换热管内液化放热，显著的提高了小温差蒸发的热效率，极大的降低了能源消耗，在完成真空蒸发的同时实现了热泵换热的双重工艺目的。根据实际运行，100KG工作蒸气投入，通过混合提高了吸入的蒸发水蒸气温度，然后通过风泵增压调节出口混合蒸气的压力，可以使约400KG混合气体在换热器内发生冷凝，从而使初期水分蒸发时保留并积蓄在蒸发水蒸气内的气化热，重新进入换热管液化释放热能，从而使现有技术中被排放浪费掉的蒸发水蒸气的气化热能量得到循环反复有效的再利用。
本发明不仅可以用于干燥领域，也适用于浓缩和盐的结晶这些本质都是蒸发的领域，根据统计蒸发占我国民经济能耗比例为12%，发达国家为15%。本发明的推广使用，可以为国家每年节省数以亿吨的煤炭资源，还可以减少相对应的巨额碳排放。
附图说明
图1为本发明的工作原理图。
具体实施方式
下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，本发明所述的水的相变热高效利用装置包括气密真空罩构成蒸发器8，以及设置在蒸发器内部的换热管7；在蒸发器器壁上设置有抽真空口6，通过管道与蒸气喷射压缩器2的吸入口3相连通；蒸气喷射压缩器2的进气口1与蒸气炉11的工作蒸气连接，蒸气喷射压缩器2的混合气体出口4通过密闭风泵5或密闭风机与换热管7的加热介质管路入口相连通，在换热管7的出口设置有冷凝水收集口12、单向阀9与真空泵10，冷凝水收集口12与储水桶连接；密闭风泵5或密闭风机采用变频器或调磁电机进行调节，为现有技术。
实际工作时，在蒸发器8内投入待干燥物料颗粒，如粮食谷物、矿石煤炭等，颗粒堆积并与换热管7外壁接触；蒸气炉11加热产生高温水蒸气（98℃左右）并进入蒸气喷射压缩器2的进气口1；蒸气喷射压缩器2具有极强的抽真空能力，将蒸发器8内被蒸发出来的低温水蒸气（14～20℃）抽出。低温水蒸气从吸入口3吸入，在混合室和扩压器内与进气口1内吸入的高温水蒸气混合增压，然后通过密闭风泵5或密闭风机进行增压1.38～68Kpa、优选为4.3～4.5Kpa后进入换热管7内部；在换热管7中，混合蒸气与外部物料的温差为20度左右，而且在风泵增压作用下水蒸气在换热器加热介质管路内压力3.0～70Kpa、优选为5.0～5.6Kpa等于饱和蒸气压，因此在换热管7的管道中液化冷凝。水蒸气的液化冷凝产生大量的相变热，通过换热管7的管壁热交换给外部物料颗粒，使其内含水分受热蒸发，并被抽出吸入至蒸气喷射压缩器的吸入口。在换热管7的出口端设置的真空泵10与单向阀9将换热管管道内部控制保持为恒定的低压状态3.0～70Kpa、优选为5.0～5.6Kpa，冷凝后的液态水通过冷凝水收集口12进行收集。
本发明不限于干燥应用，通过更换蒸发器8内部的物料，如盐水、溶液等，也可以同样应用于盐结晶、浓缩等其他相关蒸发领域。
本发明利用具有极强抽真空能力的蒸气喷射压缩器对蒸发器进行抽真空，在蒸气喷射压缩器的出口端设置了密闭风泵或密闭风机，采用变频器或调磁电机进行调节，使风泵输出至换热管管道内的混合蒸气压力增压，使其等于饱和蒸气压，从而在换热器加热介质管道内液化并释放大量的相变热。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在不违背本发明精神的情况下，本发明可以作任何形式的修改。
Claims (7)
1.一种水的相变热高效利用装置，其特征在于：由气密真空罩和换热器构成蒸发器，真空罩内部设置换热器，蒸发器器壁上的抽真空口通过管道与蒸气喷射压缩器的吸入口连通，蒸气喷射压缩器的进气口与蒸气炉的工作蒸气连接，蒸气喷射压缩器的混合气体排出口通过密闭增压泵与换热器的加热介质管路入口相连通，在换热器的加热介质管路的较低部位设置有冷凝水收集口，换热器的加热介质管路出口端设置真空泵。
2.按照权利要求1所述的水的相变热高效利用装置，其特征在于：所述密闭增压泵为密闭风泵或密闭风机，采用变频器或调磁电机进行调控。
3.按照权利要求1所述的水的相变热高效利用装置，其特征在于：所述蒸气喷射压缩器压缩比为1.2，膨胀比大于或等于10。
4.按照权利要求1所述的水的相变热高效利用装置，其特征在于：所述换热器的加热介质管路内部保持为恒定的低压状态3.0～70.0Kpa。
5.按照权利要求1所述的水的相变热高效利用装置，其特征在于：所述换热器的加热介质管路内部保持为恒定的低压状态5.0～5.6Kpa。
6.按照权利要求1所述的水的相变热高效利用装置，其特征在于：所述密闭增压泵的出口端气体压力比进口端压力大1.38～68Kpa。
7.按照权利要求1所述的水的相变热高效利用装置，其特征在于：所述密闭增压泵的出口端气体压力比进口端压力大4.3～4.5Kpa。
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