可實(shí)現(xiàn)升膜降膜兩種蒸發(fā)模式的熱泵裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及溶液濃縮【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種可實(shí)現(xiàn)升膜降膜兩種蒸發(fā)模式的熱泵裝置。該熱泵裝置包括溶液泵、四通閥和加熱器；所述溶液泵的輸入端連接溶液泵進(jìn)料管，其輸出端與四通閥的第一接口連接；所述四通閥的第二接口與加熱器的底部連接，其第三接口與出料管連接，其第四接口通過降膜進(jìn)料管與加熱器的頂部連接，第四接口還通過升膜出料管與加熱器的側(cè)壁上部連接；所述加熱器的頂部連接升膜蒸汽管，其側(cè)壁下部連接降膜蒸汽管。本發(fā)明提供的可實(shí)現(xiàn)升膜降膜兩種蒸發(fā)模式的熱泵裝置，結(jié)構(gòu)簡單，通過四通閥的切換操作，使該裝置既能進(jìn)行升膜蒸發(fā)模式又能進(jìn)行降膜蒸發(fā)模式，不僅操作方便靈活、通用性和集成度高，而且節(jié)能環(huán)保、效率高、成本低。
【專利說明】可實(shí)現(xiàn)升膜降膜兩種蒸發(fā)模式的熱泵裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及溶液濃縮【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種可實(shí)現(xiàn)升膜降膜兩種蒸發(fā)模式的熱
泵裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的熱泵蒸發(fā)器一套系統(tǒng)只能實(shí)現(xiàn)一種運(yùn)行模式，或者降膜蒸發(fā)或者升膜蒸發(fā)。采用降膜蒸發(fā)流程時(shí)，溶液的加熱過程為從上至下溫度逐漸升高，液膜逐漸變薄，加熱管下方可能出現(xiàn)干燒現(xiàn)象，但過程耗時(shí)少，適用于快速加熱和在加熱器內(nèi)滯留時(shí)間短暫的物質(zhì)。
[0003]采用升膜蒸發(fā)流程時(shí)，溶液的加熱過程正好與降膜蒸發(fā)流程相反，從下至上溫度逐步升高，由于蒸汽流動(dòng)產(chǎn)生的曳力帶動(dòng)溶液沿管內(nèi)壁浮升，所以上部一般不會(huì)出現(xiàn)干燒現(xiàn)象，但過程耗時(shí)較長，適用于處理加熱滯留時(shí)間要求不高的物質(zhì)。
[0004]若要處理不同工藝要求的溶液，則需要建立兩套不同的蒸發(fā)系統(tǒng)，給用戶帶來沉重的經(jīng)濟(jì)壓力和社會(huì)資源的浪費(fèi)。單一處理功能的蒸發(fā)器使用時(shí)無法方便自如地改變加熱時(shí)間和加熱速度，只能在一種既定的操作模式下工作，效率不高，溶液處理過程也無法便利地調(diào)節(jié)控制，因此造成設(shè)備的通用性較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005](一)要解決的技術(shù)問題
[0006]本發(fā)明的目的是提供一種實(shí)現(xiàn)升膜降膜兩種蒸發(fā)模式的熱泵裝置，以克服現(xiàn)有的熱泵蒸發(fā)器只能實(shí)現(xiàn)一種蒸發(fā)模式的缺陷。
[0007](二)技術(shù)方案
[0008]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種可實(shí)現(xiàn)升膜降膜兩種蒸發(fā)模式的熱泵裝置，包括溶液泵、四通閥和加熱器；
[0009]所述溶液泵的輸入端連接溶液泵進(jìn)料管，其輸出端與四通閥的第一接口連接；
[0010]所述四通閥的第二接口與加熱器的底部連接，其第三接口與出料管連接，其第四接口通過降膜進(jìn)料管與加熱器的頂部連接，第四接口還通過升膜出料管與加熱器的側(cè)壁上部連接；
[0011]所述加熱器的頂部連接升膜蒸汽管，其側(cè)壁下部連接降膜蒸汽管。
[0012]優(yōu)選地，所述降膜進(jìn)料管上設(shè)有單向閥，所述單向閥的輸入端連接四通閥的第四接口，其輸出端連接加熱器的頂部；所述升膜出料管上設(shè)有單向閥，所述單向閥的輸入端連接加熱器的側(cè)壁上部，其輸出端連接四通閥的第四接口。
[0013]優(yōu)選地，所述加熱器為殼管式換熱器或板殼式換熱器。
[0014]優(yōu)選地,所述殼管式換熱器為立式殼管換熱器，所述板殼式換熱器為立式板殼換熱器。
[0015]優(yōu)選地，所述升膜蒸汽管和降膜蒸汽管均與分離器的輸入端連接；所述分離器的底部通過循環(huán)管與溶液泵進(jìn)料管連通；所述分離器的頂部通過分離器蒸汽管與壓縮機(jī)的輸入端連接，所述壓縮機(jī)的輸出端與所述加熱器的殼程空間連通。
[0016]優(yōu)選地，所述升膜蒸汽管上設(shè)有單向閥，所述單向閥的輸入端與加熱器的頂部連接，其輸出端與分離器的輸入端連接；所述降膜蒸汽管上設(shè)有單向閥，所述單向閥的輸入端與所述加熱器的側(cè)壁底部連接，其輸出端與分離器的輸入端連接。
[0017]優(yōu)選地，所述分離器為水蒸汽型氣液分離器。
[0018]優(yōu)選地，所述壓縮機(jī)為水蒸汽型壓縮機(jī)。
[0019](三)有益效果
[0020]本發(fā)明提供的可實(shí)現(xiàn)升膜降膜兩種蒸發(fā)模式的熱泵裝置，結(jié)構(gòu)簡單，通過四通閥的切換操作，使該裝置既能進(jìn)行升膜蒸發(fā)模式又能進(jìn)行降膜蒸發(fā)模式；另外，通過與分離器和壓縮機(jī)的連接，使蒸發(fā)過程中產(chǎn)生的蒸汽經(jīng)分離器分離成純凈蒸汽和液滴，純凈蒸汽用于對(duì)溶液進(jìn)行加熱，液滴返回到溶液泵進(jìn)料管重新參與蒸發(fā)過程；該熱泵裝置不僅操作方便靈活、通用性和集成度高，而且節(jié)能環(huán)保、效率高、成本低。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)升膜降膜兩種蒸發(fā)模式的熱泵裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]其中，1:壓縮機(jī)；2:加熱器；3:分離器；4:溶液泵；5:四通閥；6:單向閥；7:單向閥；8:單向閥；9:單向閥；10:溶液泵出口管；11:管道；12:加熱器料管；13:出料管；14:降膜進(jìn)料管；15:升膜出料管；16:升膜蒸汽管；17:降膜蒸汽管；18:循環(huán)管；19:分離器蒸汽管；20:壓縮機(jī)出口管；21:溶液泵進(jìn)料管。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
[0024]在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底” “內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附
圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”等僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示
相對(duì)重要性。
[0025]在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。
[0026]此外，在本發(fā)明的描述中，除非另有說明，“多個(gè)”、“多根”、“多組”的含義是兩個(gè)或兩個(gè)以上。
[0027]如圖1所示的一種可實(shí)現(xiàn)升膜降膜兩種蒸發(fā)模式的熱泵裝置，包括溶液泵4、四通閥5和加熱器2 ;溶液泵4的輸入端連接溶液泵進(jìn)料管21，其輸出端通過溶液泵出口管10與四通閥5的第一接口連接；四通閥5的第二接口與加熱器2的底部連接，其第三接口與出料管13連接，管路13還可以外接管路。四通閥5的第四接口與管道11連接，管道11分兩條支路與加熱器2連接，一條通過降膜進(jìn)料管14與加熱器2的頂部連接，另一條通過升膜出料管15與加熱器2的側(cè)壁上部連接；加熱器的頂部連接升膜蒸汽管16，其側(cè)壁下部連接降膜蒸汽管17，其中加熱器2可采用蒸發(fā)器、換熱器或其他具有相同功能的加熱設(shè)備。
[0028]其中，四通閥5起切換蒸發(fā)模式的作用，其可以切換溶液進(jìn)入加熱器2的路線。降膜蒸發(fā)模式時(shí)，四通閥5將溶液泵出口管10與降膜進(jìn)料管14連通；同時(shí)將加熱器料管12與出料管13連通。切換到升膜蒸發(fā)模式時(shí)，四通閥將溶液泵出口管10與加熱器料管12連通；同時(shí)將升膜出料管15與出料管13連通。
[0029]進(jìn)一步地，降膜進(jìn)料管14上設(shè)有控制開閉閥，如手動(dòng)閥門、電磁閥和氣動(dòng)閥，優(yōu)選采用單向閥6，單向閥6的輸入端連接四通閥5的第四接口，其輸出端連接加熱器2的頂部；升膜出料管15上設(shè)有單向閥7，單向閥7的輸入端連接加熱器2的側(cè)壁上部，其輸出端連接四通閥5的第四接口。單向閥6和單向閥7對(duì)整個(gè)裝置而言，在切換蒸發(fā)模式時(shí)可實(shí)現(xiàn)自我調(diào)節(jié)，自動(dòng)化程度高。
[0030]本實(shí)施例中，加熱器2采用殼管式換熱器、板殼式換熱器或其他類似功能的加熱器；殼管式換熱器包括殼體和位于殼體內(nèi)的傳熱管，殼體內(nèi)部位于傳熱管外的空間為殼程空間；板殼式換熱器包括殼體和位于殼體內(nèi)的傳熱板，殼體內(nèi)部位于傳熱板外的空間為殼程空間。優(yōu)選采用立式殼管換熱器或立式板殼換熱器。
[0031]進(jìn)一步地，升膜蒸汽管16和降膜蒸汽管17均與分離器3的輸入端連接；分離器3的底部通過循環(huán)管18與溶液泵進(jìn)料管21連通，溶液泵進(jìn)料管21可以外接管路；分離器3的頂部通過分離器蒸汽管19與壓縮機(jī)I的輸入端連接，壓縮機(jī)I的輸出端與加熱器2 (如立式殼管換熱器或板殼式換熱器)的殼程空間連通，加熱器2的底部設(shè)有排水口，排水口與殼程空間相通，排水口用于排出殼程空間內(nèi)蒸汽冷凝后產(chǎn)生的水。其中，分離器3可采用水蒸汽型氣液分離器或其他具有相同功能的分離器，壓縮機(jī)I可采用水蒸汽型壓縮機(jī)。
[0032]進(jìn)一步地，升膜蒸汽管16上設(shè)有單向閥9，單向閥9的輸入端與立式殼管換熱器的頂部連接，其輸出端與分離器3的輸入端連接；降膜蒸汽管17上設(shè)有單向閥8，單向閥8的輸入端與加熱器2的側(cè)壁底部連接，其輸出端與分離器3的輸入端連接，本實(shí)施例中加熱器2采用立式殼管換熱器。單向閥8和單向閥9對(duì)整個(gè)裝置而言，在切換蒸發(fā)模式時(shí)可實(shí)現(xiàn)自我調(diào)節(jié)，自動(dòng)化程度高。
[0033]本發(fā)明提供的裝置可實(shí)現(xiàn)兩種蒸發(fā)模式，降膜蒸發(fā)模式可以處理滯留時(shí)間不能太長的物料，升膜蒸發(fā)模式可以處理滯留時(shí)間較長的物料。下面具體以立式殼管換熱器為例來說明上述所述可實(shí)現(xiàn)升膜降膜兩種蒸發(fā)模式的熱泵裝置的具體使用過程:
[0034](I)降膜蒸發(fā)過程
[0035]四通閥5將溶液泵出口管10與降膜進(jìn)料管14連通，經(jīng)過單向閥6后原始料液從立式殼管換熱器上方噴灑而下，由于溶液均流向立式殼管換熱器內(nèi)，此時(shí)單向閥9兩端壓差未達(dá)到導(dǎo)通值，仍處于關(guān)閉狀態(tài)。加熱蒸發(fā)后的濃縮液從立式殼管換熱器下方進(jìn)入加熱器料管12中，此時(shí)四通閥將加熱器料管12與出料管13連通，濃縮液從出料管13排出，這樣溶液在裝置內(nèi)完成了降膜蒸發(fā)，產(chǎn)生的蒸汽混合物則由與立式殼管換熱器側(cè)壁底部連接的降膜蒸汽管17排走，經(jīng)單向閥8進(jìn)入分離器3 ;經(jīng)分離器3分離成純凈蒸汽和液滴。分離后的純凈蒸汽經(jīng)分離器蒸汽管19進(jìn)入壓縮機(jī)I內(nèi)并被壓縮成高溫高壓蒸汽，高溫高壓蒸汽通過壓縮機(jī)出口管20進(jìn)入立式殼管換熱器的殼程空間中以對(duì)立式殼管換熱器內(nèi)的溶液進(jìn)行加熱。分離后的液滴則匯聚到分離器3下方，然后再由循環(huán)管18返回到溶液泵進(jìn)料管21，重新參與蒸發(fā)過程。
[0036]為了保證降膜蒸發(fā)過程的順利實(shí)現(xiàn)，在四通閥5與立式殼管換熱器之間的降膜進(jìn)料管14上設(shè)置了一單向閥6，目的是降膜蒸發(fā)模式時(shí)的原始溶液可以通過，而升膜蒸發(fā)時(shí)產(chǎn)生的蒸汽不能通過。在立式殼管換熱器與分離器之間的降膜蒸汽管17上設(shè)置了一單向閥8，降膜蒸發(fā)后產(chǎn)生的蒸汽混合物可以由此進(jìn)入分離器3，而升膜蒸發(fā)時(shí)原始溶液均從立式殼管換熱器內(nèi)部傳熱管通過，單向閥8兩端壓差未達(dá)到導(dǎo)通值，仍可處于關(guān)閉狀態(tài)。
[0037](2)升膜蒸發(fā)過程
[0038]四通閥5進(jìn)行換向動(dòng)作，溶液泵出口管10與加熱器料管12連通，原始料液從立式殼管換熱器下方，也就是降膜蒸發(fā)時(shí)的濃縮液排料管泵入立式殼管換熱器中，經(jīng)加熱蒸發(fā)后濃縮液從與立式殼管換熱器側(cè)壁上部排走，進(jìn)入升膜蒸發(fā)用的升膜出料管15，然后四通閥將管路11與最終的出料管13連通。立式殼管換熱器中產(chǎn)生的蒸汽混合物則經(jīng)由單向閥9從升膜蒸汽管16進(jìn)入分離器3 (此后過程與降膜蒸發(fā)過程相同)，經(jīng)分離器3分離成純凈蒸汽和液滴。分離后的純凈蒸汽經(jīng)分離器蒸汽管19進(jìn)入壓縮機(jī)I內(nèi)并被壓縮成高溫高壓蒸汽，高溫高壓蒸汽通過壓縮機(jī)出口管20進(jìn)入立式殼管換熱器的殼程空間中以對(duì)立式殼管換熱器內(nèi)的溶液進(jìn)行加熱。分離后的液滴則匯聚到分離器3下方，然后再由循環(huán)管18返回到溶液泵進(jìn)料管21，重新參與蒸發(fā)過程。
[0039]為了實(shí)現(xiàn)升膜蒸發(fā)過程，在四通閥5與立式殼管換熱器之間的升膜出料管15上設(shè)置了一單向閥7，目的是升膜蒸發(fā)時(shí)濃縮液可以通過，而降膜蒸發(fā)時(shí)原始溶液不能通過。在立式殼管換熱器與分離器3之間的升膜蒸汽管16上設(shè)置了一單向閥9，目的是升膜蒸發(fā)時(shí)產(chǎn)生的蒸汽混合物可以由此進(jìn)入分離器，而降膜蒸發(fā)時(shí)單向閥9可處于關(guān)閉狀態(tài)。
[0040]由于升膜蒸發(fā)過程中的原始溶液均從立式殼管換熱器內(nèi)部的傳熱管通過，因此，單向閥8未達(dá)到導(dǎo)通值，可處于關(guān)閉狀態(tài)，升膜蒸發(fā)處理用的原始溶液不會(huì)由此進(jìn)入分離器；由于單向閥6的作用，蒸汽混合物不會(huì)由降膜進(jìn)料管14排走；由于單向閥8的單向性，蒸汽混合物進(jìn)入分離器時(shí)也不會(huì)受到降膜蒸汽管17的影響。
[0041]本發(fā)明提供的可實(shí)現(xiàn)升膜降膜兩種蒸發(fā)模式的熱泵裝置，結(jié)構(gòu)簡單，通過四通閥的切換操作，使該裝置既能進(jìn)行升膜蒸發(fā)模式又能進(jìn)行降膜蒸發(fā)模式；另外，通過與分離器和壓縮機(jī)的連接，使蒸發(fā)過程中產(chǎn)生的蒸汽經(jīng)分離器分離成純凈蒸汽和液滴，純凈蒸汽用于對(duì)溶液進(jìn)行加熱，液滴返回到溶液泵進(jìn)料管重新參與蒸發(fā)過程；該熱泵裝置不僅操作方便靈活、通用性和集成度高，而且節(jié)能環(huán)保、效率高、成本低。
[0042]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和替換，這些改進(jìn)和替換也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種可實(shí)現(xiàn)升膜降膜兩種蒸發(fā)模式的熱泵裝置，其特征在于，包括溶液泵(4)、四通閥(5)和加熱器(2)； 所述溶液泵(4)的輸入端連接溶液泵進(jìn)料管(21)，其輸出端與四通閥(5)的第一接口連接； 所述四通閥(5)的第二接口與加熱器(2)的底部連接，其第三接口與出料管(13)連接，其第四接口通過降膜進(jìn)料管(14)與加熱器(2)的頂部連接，第四接口還通過升膜出料管(15)與加熱器(2)的側(cè)壁上部連接； 所述加熱器的頂部連接升膜蒸汽管(16)，其側(cè)壁下部連接降膜蒸汽管(17)。
2.如權(quán)利要求1所述的可實(shí)現(xiàn)升膜降膜兩種蒸發(fā)模式的熱泵裝置，其特征在于，所述降膜進(jìn)料管(14)上設(shè)有單向閥(6)，所述單向閥(6)的輸入端連接四通閥(5)的第四接口，其輸出端連接加熱器(2)的頂部；所述升膜出料管(15)上設(shè)有單向閥(7)，所述單向閥(7)的輸入端連接加熱器(2)的側(cè)壁上部，其輸出端連接四通閥(5)的第四接口。
3.如權(quán)利要求1所述的可實(shí)現(xiàn)升膜降膜兩種蒸發(fā)模式的熱泵裝置，其特征在于，所述加熱器(2)為殼管式換熱器或板殼式換熱器。
4.如權(quán)利要求3所述的可實(shí)現(xiàn)升膜降膜兩種蒸發(fā)模式的熱泵裝置，其特征在于，所述殼管式換熱器為立式殼管換熱器，所述板殼式換熱器為立式板殼換熱器。
5.如權(quán)利要求3或4所述的可實(shí)現(xiàn)升膜降膜兩種蒸發(fā)模式的熱泵裝置，其特征在于，所述升膜蒸汽管(16)和降膜蒸汽管(17)均與分離器(3)的輸入端連接；所述分離器(3)的底部通過循環(huán)管(18 )與溶液泵進(jìn)料管(21)連通；所述分離器(3 )的頂部通過分離器蒸汽管(19)與壓縮機(jī)(I)的輸入端連接，所述壓縮機(jī)(I)的輸出端與所述加熱器(2)的殼程空間連通。
6.如權(quán)利要求5所述的可實(shí)現(xiàn)升膜降膜兩種蒸發(fā)模式的熱泵裝置，其特征在于，所述升膜蒸汽管(16 )上設(shè)有單向閥(9 )，所述單向閥(9 )的輸入端與加熱器的頂部連接，其輸出端與分離器(3)的輸入端連接；所述降膜蒸汽管(17)上設(shè)有單向閥(8)，所述單向閥(8)的輸入端與加熱器(2)的側(cè)壁底部連接，其輸出端與分離器(3)的輸入端連接。
7.如權(quán)利要求5所述的可實(shí)現(xiàn)升膜降膜兩種蒸發(fā)模式的熱泵裝置，其特征在于，所述分離器(3)為水蒸汽型氣液分離器。
8.如權(quán)利要求5所述的可實(shí)現(xiàn)升膜降膜兩種蒸發(fā)模式的熱泵裝置，其特征在于，所述壓縮機(jī)(1)為水蒸汽型壓縮機(jī)。
【文檔編號(hào)】B01D1/30GK103893982SQ201210577059
【公開日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2012年12月26日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月26日
【發(fā)明者】龐衛(wèi)科, 楊魯偉, 張振濤, 林文野, 戴群特 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所