專利名稱：水的相變熱高效利用裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將熱泵設(shè)備應(yīng)用于蒸發(fā)領(lǐng)域，是一種水的相變熱的高效利用裝置。
背景技術(shù)：
物料的干燥是將如糧食谷物、煤炭礦石等固體顆粒物料內(nèi)含有的水分加熱為氣態(tài)，屬于蒸發(fā)的一種，由于水的氣化需要吸收大量的熱，因此蒸發(fā)屬于高能耗的產(chǎn)業(yè)。目前常用的干燥手段是采用熱風(fēng)加熱方法，通過(guò)燃燒或者電熱將空氣加熱后，鼓風(fēng)吹過(guò)物料，使其內(nèi)部水分氣化實(shí)現(xiàn)干燥脫水；但是這種熱交換方法的熱效率很低，通常只有20% 40%。 而且蒸發(fā)出來(lái)的水蒸氣由于溫度與被蒸發(fā)物料相近，根據(jù)熱力學(xué)定律，等溫介質(zhì)無(wú)法與物料實(shí)現(xiàn)熱交換，因此在工業(yè)中無(wú)法對(duì)這種小溫差低壓力的蒸氣進(jìn)行有效利用，通常只能直接排放，導(dǎo)致這些吸蓄了巨大氣化熱的水蒸氣不能被回收利用。這種粗放式的低端技術(shù)造成了熱能的嚴(yán)重浪費(fèi)，對(duì)于大蒸發(fā)量的生產(chǎn)工藝，沒(méi)有辦法降低煤電的剛性成本支出，也不能實(shí)施節(jié)能減碳的重大目標(biāo)。在一些真空蒸發(fā)干燥工藝中，需要大抽氣量真空泵，但是現(xiàn)有的普通真空泵由于吸氣量有限，因此無(wú)法使用于巨大水蒸發(fā)容量的干燥設(shè)備，更無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)水蒸氣的再利用。 蒸氣噴射壓縮器，又稱熱泵，工作介質(zhì)主要是水蒸氣，工作時(shí)高壓氣流從噴嘴高速噴出，引射噴嘴周圍的低壓氣體，兩股氣流在混合室和擴(kuò)壓器內(nèi)混合增壓，在消耗了一定工作氣體的條件下，提高了從吸入口進(jìn)入噴射器的低壓氣體壓力和溫度。噴射壓縮器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單實(shí)用， 在工業(yè)上廣泛應(yīng)用于制造和保持真空、低壓蒸氣再利用以及制冷領(lǐng)域。當(dāng)噴射壓縮器在壓縮比1. 2，膨脹比大于等于10的工作參數(shù)段應(yīng)用時(shí)，具有抽氣量巨大、消耗的工作蒸氣極低、能效比極高等顯著優(yōu)點(diǎn)，但是同樣由于壓縮比過(guò)低、排出口壓力低，因此抽出的大量小溫差低壓力條件的水蒸氣不能在后段換熱器的介質(zhì)管路內(nèi)液化放熱，具體的說(shuō)，從噴射壓縮器的混合氣體出口輸出的低溫水蒸氣，在換熱管里面受限制于管道內(nèi)外小溫差和管道內(nèi)低壓力兩個(gè)具體條件限制，無(wú)法在換熱器管路內(nèi)冷凝放熱，而以氣態(tài)跑到換熱器之外，因此無(wú)法將被噴射壓縮器所聚集回收獲得的寶貴水蒸氣吸蓄的巨大氣化熱熱能利用。所以，噴射壓縮器在此工況下只是單純的作為大抽氣量的真空泵進(jìn)行應(yīng)用，而熱能被白白的浪費(fèi)， 根本沒(méi)有發(fā)揮熱泵的作用，不能達(dá)到既真空蒸發(fā)又熱泵換熱的雙重工藝目的。

發(fā)明內(nèi)容
本申請(qǐng)人針對(duì)上述現(xiàn)有蒸發(fā)工藝中熱能利用率低，無(wú)法對(duì)大氣量、小溫差、低壓力的水蒸氣進(jìn)行有效利用等缺點(diǎn)，提供一種結(jié)構(gòu)合理的水的相變熱高效利用裝置，從而可以對(duì)小溫差低壓力大氣量的水蒸氣進(jìn)行回收利用，充分利用水的液化放熱，實(shí)現(xiàn)高效、低成本的蒸發(fā)生產(chǎn)目的。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下
一種水的相變熱高效利用裝置，由氣密真空罩和換熱器構(gòu)成蒸發(fā)器，真空罩內(nèi)部設(shè)置換熱器，蒸發(fā)器器壁上的抽真空口通過(guò)管道與蒸氣噴射壓縮器的吸入口連通，蒸氣噴射壓縮器的進(jìn)氣口與蒸氣爐的工作蒸氣連接，蒸氣噴射壓縮器的混合氣體排出口通過(guò)密閉增壓泵與換熱器的加熱介質(zhì)管路入口相連通，在換熱器的加熱介質(zhì)管路的低部位設(shè)置有冷凝水收集口，換熱器的加熱介質(zhì)管路出口端設(shè)置真空泵。其進(jìn)一步特征在于
所述密閉增壓泵為密閉風(fēng)泵或密閉風(fēng)機(jī)，采用變頻器或調(diào)磁電機(jī)進(jìn)行調(diào)控。所述蒸氣噴射壓縮器壓縮比為1. 2，膨脹比大于或等于10。所述換熱器的加熱介質(zhì)管路內(nèi)部保持為恒定的低壓狀態(tài)3. 0 70Kpa，優(yōu)選為 5. 0 5. 6Kpa。所述密閉增壓泵的出口端氣體壓力比進(jìn)口端壓力大1. 38 68Kpa，優(yōu)選為4. 3 4. 5Kpa。本發(fā)明的有益效果如下
本發(fā)明巧妙的利用了水巨大的相變蓄熱與放熱能力，利用蒸氣壓縮器在此工作數(shù)據(jù)段蒸氣消耗小、抽氣能力大的特性，與密閉風(fēng)泵大風(fēng)量且增壓的功能相結(jié)合，從而使低壓水蒸氣在換熱管內(nèi)液化放熱，顯著的提高了小溫差蒸發(fā)的熱效率，極大的降低了能源消耗，在完成真空蒸發(fā)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了熱泵換熱的雙重工藝目的。根據(jù)實(shí)際運(yùn)行，100KG工作蒸氣投入， 通過(guò)混合提高了吸入的蒸發(fā)水蒸氣溫度，然后通過(guò)風(fēng)泵增壓調(diào)節(jié)出口混合蒸氣的壓力，可以使約400KG混合氣體在換熱器內(nèi)發(fā)生冷凝，從而使初期水分蒸發(fā)時(shí)保留并積蓄在蒸發(fā)水蒸氣內(nèi)的氣化熱，重新進(jìn)入換熱管液化釋放熱能，從而使現(xiàn)有技術(shù)中被排放浪費(fèi)掉的蒸發(fā)水蒸氣的氣化熱能量得到循環(huán)反復(fù)有效的再利用。本發(fā)明不僅可以用于干燥領(lǐng)域，也適用于濃縮和鹽的結(jié)晶這些本質(zhì)都是蒸發(fā)的領(lǐng)域，根據(jù)統(tǒng)計(jì)蒸發(fā)占我國(guó)民經(jīng)濟(jì)能耗比例為12%，發(fā)達(dá)國(guó)家為15%。本發(fā)明的推廣使用，可以為國(guó)家每年節(jié)省數(shù)以億噸的煤炭資源，還可以減少相對(duì)應(yīng)的巨額碳排放。


圖1為本發(fā)明的工作原理圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖，說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。如圖1所示，本發(fā)明所述的水的相變熱高效利用裝置包括氣密真空罩構(gòu)成蒸發(fā)器 8，以及設(shè)置在蒸發(fā)器內(nèi)部的換熱管7 ；在蒸發(fā)器器壁上設(shè)置有抽真空口 6，通過(guò)管道與蒸氣噴射壓縮器2的吸入口 3相連通；蒸氣噴射壓縮器2的進(jìn)氣口 1與蒸氣爐11的工作蒸氣連接，蒸氣噴射壓縮器2的混合氣體出口 4通過(guò)密閉風(fēng)泵5或密閉風(fēng)機(jī)與換熱管7的加熱介質(zhì)管路入口相連通，在換熱管7的出口設(shè)置有冷凝水收集口 12、單向閥9與真空泵10，冷凝水收集口 12與儲(chǔ)水桶連接；密閉風(fēng)泵5或密閉風(fēng)機(jī)采用變頻器或調(diào)磁電機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)，為現(xiàn)有技術(shù)。實(shí)際工作時(shí)，在蒸發(fā)器8內(nèi)投入待干燥物料顆粒，如糧食谷物、礦石煤炭等，顆粒堆積并與換熱管7外壁接觸；蒸氣爐11加熱產(chǎn)生高溫水蒸氣(98°C左右)并進(jìn)入蒸氣噴射壓縮器2的進(jìn)氣口 1 ；蒸氣噴射壓縮器2具有極強(qiáng)的抽真空能力，將蒸發(fā)器8內(nèi)被蒸發(fā)出來(lái)的低溫水蒸氣(14 20°C)抽出。低溫水蒸氣從吸入口 3吸入，在混合室和擴(kuò)壓器內(nèi)與進(jìn)氣口 1內(nèi)吸入的高溫水蒸氣混合增壓，然后通過(guò)密閉風(fēng)泵5或密閉風(fēng)機(jī)進(jìn)行增壓1. 38 68Kpa、優(yōu)選為4. 3 4. 5Kpa后進(jìn)入換熱管7內(nèi)部；在換熱管7中，混合蒸氣與外部物料的溫差為 20度左右，而且在風(fēng)泵增壓作用下水蒸氣在換熱器加熱介質(zhì)管路內(nèi)壓力3. 0 70Kpa、優(yōu)選為5. 0 5. 6Kpa等于飽和蒸氣壓，因此在換熱管7的管道中液化冷凝。水蒸氣的液化冷凝產(chǎn)生大量的相變熱，通過(guò)換熱管7的管壁熱交換給外部物料顆粒，使其內(nèi)含水分受熱蒸發(fā)， 并被抽出吸入至蒸氣噴射壓縮器的吸入口。在換熱管7的出口端設(shè)置的真空泵10與單向閥9將換熱管管道內(nèi)部控制保持為恒定的低壓狀態(tài)3. 0 70Kpa、優(yōu)選為5. 0 5. 6Kpa，冷凝后的液態(tài)水通過(guò)冷凝水收集口 12進(jìn)行收集。本發(fā)明不限于干燥應(yīng)用，通過(guò)更換蒸發(fā)器8內(nèi)部的物料，如鹽水、溶液等，也可以同樣應(yīng)用于鹽結(jié)晶、濃縮等其他相關(guān)蒸發(fā)領(lǐng)域。本發(fā)明利用具有極強(qiáng)抽真空能力的蒸氣噴射壓縮器對(duì)蒸發(fā)器進(jìn)行抽真空，在蒸氣噴射壓縮器的出口端設(shè)置了密閉風(fēng)泵或密閉風(fēng)機(jī)，采用變頻器或調(diào)磁電機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)，使風(fēng)泵輸出至換熱管管道內(nèi)的混合蒸氣壓力增壓，使其等于飽和蒸氣壓，從而在換熱器加熱介質(zhì)管道內(nèi)液化并釋放大量的相變熱。以上描述是對(duì)本發(fā)明的解釋，不是對(duì)發(fā)明的限定，本發(fā)明所限定的范圍參見(jiàn)權(quán)利要求，在不違背本發(fā)明精神的情況下，本發(fā)明可以作任何形式的修改。
權(quán)利要求
1.一種水的相變熱高效利用裝置，其特征在于由氣密真空罩和換熱器構(gòu)成蒸發(fā)器， 真空罩內(nèi)部設(shè)置換熱器，蒸發(fā)器器壁上的抽真空口通過(guò)管道與蒸氣噴射壓縮器的吸入口連通，蒸氣噴射壓縮器的進(jìn)氣口與蒸氣爐的工作蒸氣連接，蒸氣噴射壓縮器的混合氣體排出口通過(guò)密閉增壓泵與換熱器的加熱介質(zhì)管路入口相連通，在換熱器的加熱介質(zhì)管路的較低部位設(shè)置有冷凝水收集口，換熱器的加熱介質(zhì)管路出口端設(shè)置真空泵。
2.按照權(quán)利要求1所述的水的相變熱高效利用裝置，其特征在于所述密閉增壓泵為密閉風(fēng)泵或密閉風(fēng)機(jī)，采用變頻器或調(diào)磁電機(jī)進(jìn)行調(diào)控。
3.按照權(quán)利要求1所述的水的相變熱高效利用裝置，其特征在于所述蒸氣噴射壓縮器壓縮比為1. 2，膨脹比大于或等于10。
4.按照權(quán)利要求1所述的水的相變熱高效利用裝置，其特征在于所述換熱器的加熱介質(zhì)管路內(nèi)部保持為恒定的低壓狀態(tài)3. 0 70. OKpa0
5.按照權(quán)利要求1所述的水的相變熱高效利用裝置，其特征在于所述換熱器的加熱介質(zhì)管路內(nèi)部保持為恒定的低壓狀態(tài)5. 0 5. 6Kpa。
6.按照權(quán)利要求1所述的水的相變熱高效利用裝置，其特征在于所述密閉增壓泵的出口端氣體壓力比進(jìn)口端壓力大1. 38 68Kpa。
7.按照權(quán)利要求1所述的水的相變熱高效利用裝置，其特征在于所述密閉增壓泵的出口端氣體壓力比進(jìn)口端壓力大4. 3 4. 5Kpa。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種水的相變熱高效利用裝置，由氣密真空罩和換熱器構(gòu)成蒸發(fā)器，真空罩內(nèi)部設(shè)置換熱器，蒸發(fā)器器壁上的抽真空口通過(guò)管道與蒸氣噴射壓縮器的吸入口連通，蒸氣噴射壓縮器的進(jìn)氣口與蒸氣爐的工作蒸氣連接，蒸氣噴射壓縮器的混合氣體排出口通過(guò)密閉增壓泵與換熱器入口相連通，在換熱器出口設(shè)置有冷凝水收集口與真空泵。本發(fā)明巧妙的利用了水巨大的相變蓄熱與放熱能力，利用蒸氣壓縮器在此工作數(shù)據(jù)段蒸氣消耗小、抽氣能力大的特性，與密閉風(fēng)泵大風(fēng)量且增壓的功能相結(jié)合，從而使低壓水蒸氣在換熱管內(nèi)液化放熱，顯著的提高了小溫差蒸發(fā)的熱效率，極大的降低了能源消耗，在完成真空蒸發(fā)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了熱泵換熱的雙重工藝目的。
文檔編號(hào)F26B23/10GK102175075SQ20111000367
公開(kāi)日2011年9月7日 申請(qǐng)日期2011年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月10日
發(fā)明者劉志科 申請(qǐng)人:劉志科