封閉式自回熱半導體熱泵低溫蒸發(fā)系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種封閉式自回熱半導體熱栗低溫蒸發(fā)系統(tǒng)和工作方法，屬于能源與動力領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]低溫蒸發(fā)結(jié)晶是一種廣泛應(yīng)用于化工、食品和醫(yī)藥等行業(yè)的技術(shù)過程，由于蒸發(fā)過程需要大量的潛力，采用直接電加熱的方法需要消耗大量的電能，而且需要消耗大量的低溫冷媒介質(zhì)來冷卻二次蒸汽。盡管采用機械蒸汽再壓縮熱栗蒸發(fā)是一種具有顯著節(jié)能潛力的技術(shù)，然而由于蒸發(fā)結(jié)晶溫度低于環(huán)境溫度時，其對應(yīng)的蒸汽蒸發(fā)壓力不高，導致結(jié)晶器、二次蒸汽壓縮機的結(jié)構(gòu)尺寸龐大。因此如何繼續(xù)降低現(xiàn)有低溫蒸發(fā)結(jié)晶過程的能耗是目前的研究熱點。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本發(fā)明的目的在于提出一種低能耗結(jié)構(gòu)緊湊的封閉式自回熱半導體熱栗低溫蒸發(fā)系統(tǒng)和工作方法。
[0004]本發(fā)明所述的封閉式自回熱半導體熱栗低溫蒸發(fā)系統(tǒng)的特征在于包括:原料罐、原料栗、預(yù)熱管、結(jié)晶器、殼套、直流電源、半導體制冷片、石墨導熱膜、循環(huán)栗、絲網(wǎng)分離器、冷凝液儲罐、濃縮液栗、濃縮液儲罐和冷媒水管；上述結(jié)晶器從上到下分成結(jié)晶器第一段、結(jié)晶器第二段、結(jié)晶器第三段，結(jié)晶器包括入口、氣相出口和液相出口，其中氣相出口位于結(jié)晶器第一段上方，液相出口位于結(jié)晶器第三段下方；結(jié)晶器第二段和結(jié)晶器第三段位于殼套內(nèi)，結(jié)晶器第一段伸出殼套；結(jié)晶器第二段的上部還安裝有絲網(wǎng)分離器；半導體制冷片貼于結(jié)晶器第三段外側(cè)，半導體制冷片的內(nèi)壁面為熱側(cè)，外壁面為冷側(cè)，石墨導熱膜貼于半導體制冷片外側(cè)，石墨導熱膜與殼套內(nèi)壁具有間隙；預(yù)熱管位于結(jié)晶器第二段和殼套之間，冷媒水管位于結(jié)晶器第三段和殼套之間；原料罐通過原料栗與預(yù)熱管入口相連，預(yù)熱管出口與循環(huán)栗入口相連，循環(huán)栗出口與結(jié)晶器入口相連；結(jié)晶器氣相出口與殼套入口相連，殼套出口與冷凝液儲罐相連；其中殼套入口位于殼套上部，殼套出口位于殼套下部；結(jié)晶器液相出口分為兩路:一路與通過濃縮液栗與濃縮液儲罐相連，另一路與循環(huán)栗入口相連；冷媒水進入冷媒水管入口，冷媒水管出口與環(huán)境相連。
[0005]根據(jù)本發(fā)明所述的封閉式自回熱半導體熱栗低溫蒸發(fā)系統(tǒng)的工作方法，其特征在于:石墨導熱膜采用的是導熱性能各向異性的石墨晶體，石墨導熱膜沿著結(jié)晶器外壁面方向的導熱系數(shù)最大，石墨導熱膜沿著結(jié)晶器外壁面垂直方向的導熱系數(shù)最小。以上石墨導熱膜的布置方式可以保證在結(jié)晶器外壁面熱能向結(jié)晶器內(nèi)傳播，而且能夠保證結(jié)晶器外壁面溫度均勻。
[0006]根據(jù)本發(fā)明所述的封閉式自回熱半導體熱栗低溫蒸發(fā)系統(tǒng)的工作方法，其特征在于:來自原料儲罐的原料經(jīng)過原料栗進入預(yù)熱器，由于預(yù)熱器位于殼套中可吸收結(jié)晶器氣相出口的蒸汽的部分冷凝潛熱，預(yù)熱器出口原料溫度升高；結(jié)晶器內(nèi)物料吸收直流電源驅(qū)動的半導體制冷片熱測釋放熱能被加熱，部分蒸發(fā)，蒸發(fā)出來的蒸汽先通過位于結(jié)晶器上部的絲網(wǎng)分離器對其中攜帶的小液滴進行分離，通過絲網(wǎng)分離器的蒸汽進入殼套對通過預(yù)熱器的原料進行預(yù)熱，自身被部分冷凝，然后向冷媒水管和半導體制冷片冷側(cè)繼續(xù)釋放熱能至全部被冷凝，殼套出口的冷凝液被送入冷凝液儲罐；結(jié)晶器底部液相出口的濃縮液分為兩路，一路通過濃縮液栗送入濃縮液儲罐，另一路與溫度升高后的預(yù)熱器出口原料混合，并通過循環(huán)栗送人結(jié)晶器。
[0007]由于該系統(tǒng)采用了直流電驅(qū)動的半導體制冷片，半導體制冷片的熱側(cè)實現(xiàn)了對結(jié)晶器內(nèi)的物料的加熱蒸發(fā)，而半導體制冷片的冷側(cè)實現(xiàn)了部分二次蒸汽潛熱的回收，因此通過該方法可以實現(xiàn)整個低溫蒸發(fā)系統(tǒng)的熱栗性能系數(shù)高于1，較常規(guī)直接電加熱的低溫蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)節(jié)能。此外，與采用機械蒸汽再壓縮的低溫蒸發(fā)系統(tǒng)相比，盡管該系統(tǒng)的熱栗性能系數(shù)較低，但其由于未采用結(jié)構(gòu)尺寸龐大的壓縮，因此整體結(jié)構(gòu)尺寸較為緊湊，投資成本也較低。
【附圖說明】
[0008]圖1為封閉式自回熱半導體熱栗低溫蒸發(fā)系統(tǒng)；
圖中標號名稱:1、原料罐，2、原料，3、原料栗，4、預(yù)熱管，5、結(jié)晶器，6、殼套，7、直流電源，8、半導體制冷片，9、石墨導熱膜，10、循環(huán)栗，11，冷媒水，12、絲網(wǎng)分離器，13、冷凝液，14、冷凝液儲罐，15、濃縮液栗、16、濃縮液，17、濃縮液儲罐，18、冷媒水管。
【具體實施方式】
[0009]下面參照圖1說明該自封閉式自回熱半導體熱栗低溫蒸發(fā)系統(tǒng)的運行過程。首次啟動該系統(tǒng)時，需要對整個系統(tǒng)抽真空。主要操作步驟如下:
首先來自原料儲罐1的原料2經(jīng)過原料栗3輸送，進入預(yù)熱器4吸收殼套6中蒸汽的部分冷凝潛熱，預(yù)熱器4出口原料2被加熱溫度升高，然后該原料2與結(jié)晶器5液相出口的部分濃縮液混合后，被循環(huán)栗10送人結(jié)晶器5 ;
在結(jié)晶器5內(nèi)，溶液受到半導體制冷片8熱測釋放熱能后部分蒸發(fā)，蒸發(fā)出來的蒸汽先通過位于結(jié)晶器5上部的絲網(wǎng)分離器12，對其中攜帶的小液滴進行分離，然后通過絲網(wǎng)分離器12的蒸汽再進入殼套6，對通過預(yù)熱器4的原料進行預(yù)熱，自身被部分冷凝，然后向冷媒水管18和半導體制冷片8冷側(cè)繼續(xù)釋放熱能至全部被冷凝，殼套6出口的冷凝液13被送入冷凝液儲罐14 ;
結(jié)晶器5底部液相出口的濃縮液16分為兩路，一路通過濃縮液栗15送入濃縮液儲罐17，另一路通過循環(huán)栗10送入結(jié)晶器5。
【主權(quán)項】
1.一種封閉式自回熱半導體熱栗低溫蒸發(fā)系統(tǒng)，其特征在于: 包括原料罐(1)、原料栗(3)、預(yù)熱管(4)、結(jié)晶器(5)、殼套(6)、直流電源(7)、半導體制冷片(8)、石墨導熱膜(9)、循環(huán)栗(10)、絲網(wǎng)分離器(12)、冷凝液儲罐(14)、濃縮液栗(15)、濃縮液儲罐(17)和冷媒水管(18); 上述結(jié)晶器(5)從上到下分成結(jié)晶器第一段(5-1)、結(jié)晶器第二段(5-2)、結(jié)晶器第三段(5-3)，結(jié)晶器(5)包括入口、氣相出口和液相出口，其中氣相 出口位于結(jié)晶器第一段上方，液相出口位于結(jié)晶器第三段下方；結(jié)晶器第二段和結(jié)晶器第三段位于殼套(6)內(nèi)，結(jié)晶器第一段伸出殼套(6);結(jié)晶器第二段的上部還安裝有絲網(wǎng)分離器(12); 半導體制冷片(8)貼于結(jié)晶器第三段(5-3)外側(cè)，半導體制冷片(8)的內(nèi)壁面為熱側(cè)，外壁面為冷側(cè)，石墨導熱膜(9)貼于半導體制冷片(8)外側(cè)，石墨導熱膜(9)與殼套(6)內(nèi)壁具有間隙； 預(yù)熱管(4)位于結(jié)晶器第二段(5-2)和殼套(6)之間，冷媒水管(18)位于結(jié)晶器第三段(5-3)和殼套(6)之間; 原料罐(1)通過原料栗(3)與預(yù)熱管(4)入口相連，預(yù)熱管(4)出口與循環(huán)栗(10)入口相連，循環(huán)栗(10)出口與結(jié)晶器(5)入口相連；結(jié)晶器(5)氣相出口與殼套(6)入口相連，殼套(6 )出口與冷凝液儲罐(14)相連；其中殼套(6 )入口位于殼套上部，殼套(6 )出口位于殼套下部； 結(jié)晶器(5)液相出口分為兩路:一路與通過濃縮液栗(15)與濃縮液儲罐(17)相連，另一路與循環(huán)栗(10)入口相連； 冷媒水(11)進入冷媒水管(18 )入口，冷媒水管(18 )出口與環(huán)境相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的封閉式自回熱半導體熱栗低溫蒸發(fā)系統(tǒng)，其特征在于: 上述石墨導熱膜(9)采用的是導熱性能各向異性的石墨晶體，石墨導熱膜(9)沿著結(jié)晶器(5)外壁面方向的導熱系數(shù)最大，石墨導熱膜(9)沿著結(jié)晶器(5)外壁面垂直方向的導熱系數(shù)最小。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的封閉式自回熱半導體熱栗低溫蒸發(fā)系統(tǒng)的工作方法，其特征在于: 來自原料儲罐(1)的原料(2)經(jīng)過原料栗(3)進入預(yù)熱器(4)，由于預(yù)熱器(4)位于殼套(6 )中可吸收結(jié)晶器(5 )氣相出口的蒸汽的部分冷凝潛熱，預(yù)熱器(4)出口原料(2 )溫度升尚; 結(jié)晶器(5)內(nèi)物料吸收直流電源(7)驅(qū)動的半導體制冷片(8)熱測釋放熱能被加熱，部分蒸發(fā)，蒸發(fā)出來的蒸汽先通過位于結(jié)晶器(5)上部的絲網(wǎng)分離器(12)對其中攜帶的小液滴進行分離，通過絲網(wǎng)分離器(12)的蒸汽進入殼套(6)對通過預(yù)熱器(4)的原料進行預(yù)熱，自身被部分冷凝，然后向冷媒水管(18)和半導體制冷片(8)冷側(cè)繼續(xù)釋放熱能至全部被冷凝，殼套(6)出口的冷凝液(13)被送入冷凝液儲罐(14); 結(jié)晶器(5)底部液相出口的濃縮液(16)分為兩路，一路通過濃縮液栗(15)送入濃縮液儲罐(17)，另一路與溫度升高后的預(yù)熱器(4)出口原料(2)混合，并通過循環(huán)栗(10)送人結(jié)晶器(5)。
【專利摘要】一種封閉式自回熱半導體熱泵低溫蒸發(fā)系統(tǒng)及方法，屬能源與動力領(lǐng)域。其特征在于：包括：原料罐（1）、原料泵（3）、預(yù)熱管（4）、結(jié)晶器（5）、殼套（6）、直流電源（7）、半導體制冷片（8）、石墨導熱膜（9）、循環(huán)泵（10）、絲網(wǎng)分離器（12）、冷凝液儲罐（14）、濃縮液泵（15）、濃縮液儲罐（17）和冷媒水管（18）。本發(fā)明可以實現(xiàn)整個低溫蒸發(fā)系統(tǒng)的熱泵性能系數(shù)高于1，較常規(guī)直接電加熱的低溫蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)節(jié)能。此外，與采用機械蒸汽再壓縮的低溫蒸發(fā)系統(tǒng)相比，盡管該系統(tǒng)的熱泵性能系數(shù)較低，但其由于未采用結(jié)構(gòu)尺寸龐大的壓縮，因此整體的投資成本也較低。
【IPC分類】B01D1/00, B01D9/02, F25B21/02
【公開號】CN105311853
【申請?zhí)枴緾N201510663768
【發(fā)明人】韓東, 岳晨, 何緯峰, 蒲文灝
【申請人】南京航空航天大學
【公開日】2016年2月10日
【申請日】2015年10月15日