本發(fā)明屬于能源與動力工程技術領域，涉及一種高效節(jié)能型無菌熱管能量回收裝置，特別是一種將高效節(jié)能的熱管技術應用于醫(yī)藥與食品等有無菌要求的工業(yè)領域的能量回收系統(tǒng)。

背景技術：
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制藥和食品等行業(yè)對某些產(chǎn)品的生產(chǎn)工程都有高溫滅菌工藝的要求，該工藝過程一般都是將處于室溫的產(chǎn)品用蒸汽或電能加熱到110℃左右，保溫一段時間以完成滅菌過程后，再用制冷系統(tǒng)提供的冷凍水將滅菌后的產(chǎn)品冷卻到室溫，然后再進行下一個工藝；而這個加熱和冷卻的過程會消耗大量的熱量和冷卻水，運行成本高，經(jīng)濟效益低，不利于節(jié)能環(huán)保；滅菌后處于110℃的產(chǎn)品的能量可以用于加熱滅菌前處于室溫的產(chǎn)品，既可以降低加熱過程中蒸汽或電能的消耗量，還能夠減少冷卻過程中冷凍水的消耗量，具有很好的節(jié)能效果。制藥和食品等行業(yè)對某些產(chǎn)品都要求必須采用無菌換熱設備，必須嚴格避免滅菌前與滅菌后的產(chǎn)品相接觸，必須做到無衛(wèi)生死角，以防交叉污染，但是目前難以找到能夠滿足這些要求的能量回收裝置。因此，尋求設計一種高效節(jié)能型無菌熱管能量回收裝置，產(chǎn)品的能量可以用于加熱滅菌前處于室溫的產(chǎn)品，降低加熱過程中蒸汽或電能的消耗量，減少冷凍水的消耗量，設置卡箍和180度彎頭，方便拆裝，保證生產(chǎn)和清洗無死角，達到無菌要求，滅菌前與滅菌后的溶液分別在不同管道中流動，完全避免了交叉污染。

技術實現(xiàn)要素：
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本發(fā)明的發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術存在的缺點，提出設計一種高效節(jié)能型無菌熱管能量回收裝置，解決普通高溫消毒系統(tǒng)能量消耗大、冷凍水消耗量大的問題，解決普通套管式換熱器存在無法處理的焊接點和死角的問題，避免滅菌前與滅菌后的溶液在同一換熱器換熱板兩側(cè)流動存在交叉污染的可能。

為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明涉及的高效節(jié)能型無菌熱管能量回收裝置，其主體結(jié)構(gòu)包括：將原料容器、最后一個熱管子系統(tǒng)的冷凝段、卡箍、180度彎頭、第一個熱管子系統(tǒng)的冷凝段、加熱灌、熱管子系統(tǒng)的輸氣管、冷溶液泵、熱管子系統(tǒng)的回液管、滅菌前冷溶液流動子系統(tǒng)、熱管子系統(tǒng)的回液管管束、輸運泵、熱管子系統(tǒng)的輸氣管管束、冷卻灌、最后一個熱管子系統(tǒng)的蒸發(fā)段、第一個熱管子系統(tǒng)的蒸發(fā)段、備用加熱灌、熱溶液泵、套管換熱器內(nèi)管和套管換熱器外管連接為一體，其冷凝段的數(shù)量為2～500，蒸發(fā)段的數(shù)量與冷凝段的數(shù)量相同，構(gòu)成的高效節(jié)能型無菌熱管能量回收裝置，包括滅菌前冷溶液流動子系統(tǒng)、滅菌后熱溶液流動子系統(tǒng)和熱管工質(zhì)循環(huán)子系統(tǒng)三個子系統(tǒng)。

本發(fā)明涉及的滅菌前冷溶液流動子系統(tǒng)，其主體結(jié)構(gòu)包括：原料容器、最后一個熱管子系統(tǒng)的冷凝段、卡箍、180度彎頭、第一個熱管子系統(tǒng)的冷凝段、加熱灌、熱管子系統(tǒng)的輸氣管、冷溶液泵、熱管子系統(tǒng)的回液管、套管換熱器內(nèi)管和套管換熱器外管；冷溶液泵的一端通過管路與原料容器的底部出口相連通，冷溶液泵的另一端通過管路與最后一個熱管子系統(tǒng)的冷凝段的套管換熱器內(nèi)管相連通，套管換熱器內(nèi)管的外面套有套管換熱器外管，套管換熱器外管的兩端與套管換熱器內(nèi)管的外壁之間密封形成環(huán)形空間，套管換熱器外管與熱管子系統(tǒng)的輸氣管和熱管子系統(tǒng)的回液管相連通；每相鄰兩個冷凝段的套管換熱器內(nèi)管之間通過180度彎頭相連通，并通過卡箍加緊固定在一起，第一個熱管子系統(tǒng)的冷凝段的一端與加熱灌的輸入口相連通，熱管子系統(tǒng)的冷凝段的數(shù)量為2～500。

本發(fā)明涉及的滅菌后熱溶液流動子系統(tǒng)，其主體結(jié)構(gòu)包括：備用加熱灌、輸運泵、熱溶液泵、第一個熱管子系統(tǒng)的蒸發(fā)段、卡箍、180度彎頭、最后一個熱管子系統(tǒng)的蒸發(fā)段、套管換熱器內(nèi)管、套管換熱器外管、熱管子系統(tǒng)的輸氣管、熱管子系統(tǒng)的回液管和冷卻灌；備用加熱灌的入口通過輸運泵與加熱灌的出口相連通，備用加熱灌的出口通過熱溶液泵與第一個熱管子系統(tǒng)的蒸發(fā)段的套管換熱器內(nèi)管相連通，套管換熱器內(nèi)管的外面套有套管換熱器外管，套管換熱器外管的兩端與套管換熱器內(nèi)管的外壁之間密封形成環(huán)形空間，套管換熱器外管與熱管子系統(tǒng)的輸氣管和熱管子系統(tǒng)的回液管相連通；每相鄰兩個蒸發(fā)段的套管換熱器內(nèi)管之間通過180度彎頭相連通，并通過卡箍加緊固定在一起；最后一個熱管子系統(tǒng)的蒸發(fā)段的一端與冷卻灌的輸入口相連通，熱管子系統(tǒng)的蒸發(fā)段與冷凝段的數(shù)量相同。

本發(fā)明涉及的熱管工質(zhì)循環(huán)子系統(tǒng)，其主體結(jié)構(gòu)包括：第一個熱管子系統(tǒng)的蒸發(fā)段、第一個熱管子系統(tǒng)的冷凝段、熱管子系統(tǒng)的回液管、熱管子系統(tǒng)的輸氣管、最后一個熱管子系統(tǒng)的蒸發(fā)段、最后一個熱管子系統(tǒng)的冷凝段、第一和最后一個熱管子系統(tǒng)的蒸發(fā)段之間的其余蒸發(fā)段、第一和最后一個熱管子系統(tǒng)的冷凝段之間的其余冷凝段；第一個熱管子系統(tǒng)的蒸發(fā)段和第一個熱管子系統(tǒng)的冷凝段通過熱管子系統(tǒng)的回液管和熱管子系統(tǒng)的輸氣管相連通，構(gòu)成第一個熱管工質(zhì)循環(huán)子系統(tǒng)；最后一個熱管子系統(tǒng)的蒸發(fā)段和最后一個熱管子系統(tǒng)的冷凝段通過熱管子系統(tǒng)的回液管和熱管子系統(tǒng)的輸氣管相連通，構(gòu)成最后一個熱管工質(zhì)循環(huán)子系統(tǒng)；其余的蒸發(fā)段和其余的冷凝段數(shù)量相同，分別一一對應并通過熱管子系統(tǒng)的回液管和熱管子系統(tǒng)的輸氣管相連通，構(gòu)成其余熱管工質(zhì)循環(huán)子系統(tǒng)；熱管工質(zhì)循環(huán)子系統(tǒng)的數(shù)量與冷凝段的數(shù)量相同；所有的熱管子系統(tǒng)的回液管構(gòu)成熱管子系統(tǒng)的回液管管束，所有的熱管子系統(tǒng)的輸氣管構(gòu)成熱管子系統(tǒng)的輸氣管管束，熱管子系統(tǒng)的回液管管束和熱管子系統(tǒng)的輸氣管管束將滅菌前冷溶液流動子系統(tǒng)冷凝段的環(huán)形空間和滅菌后熱溶液流動子系統(tǒng)蒸發(fā)段的環(huán)形空間一一對應相連通，構(gòu)成熱管工質(zhì)循環(huán)子系統(tǒng)。

本發(fā)明涉及的高效節(jié)能型無菌熱管能量回收裝置，實現(xiàn)能量回收的過程是：將每個熱管工質(zhì)循環(huán)子系統(tǒng)都抽空后，分別充入適量的熱管循環(huán)工質(zhì)，在原料容器內(nèi)有冷溶液、備用加熱灌內(nèi)有熱溶液的前提下開始工作：同時啟動冷溶液泵和熱溶液泵，熱溶液泵將完成高溫滅菌過程的熱溶液從備用加熱灌中抽出并依次送入第一個熱管子系統(tǒng)的蒸發(fā)段和最后一個熱管子系統(tǒng)的蒸發(fā)段，被蒸發(fā)段內(nèi)的熱管工質(zhì)冷卻到一定程度后，進入冷卻灌，在冷卻灌中被冷卻介質(zhì)進一步冷卻到要求的溫度，完成冷卻過程；冷溶液泵將冷溶液從原料容器中抽出并依次送入最后一個熱管子系統(tǒng)的冷凝段和第一個熱管子系統(tǒng)的冷凝段，被冷凝段內(nèi)的熱管工質(zhì)加熱到一定程度后，進入加熱灌，在加熱灌中被加熱介質(zhì)進一步加熱到要求的滅菌溫度，保持0.5～6小時后，完成高溫滅菌過程，完成滅菌后的熱溶液通過輸運泵送入備用加熱灌；第一個熱管子系統(tǒng)的蒸發(fā)段和第一個熱管子系統(tǒng)的冷凝段通過熱管子系統(tǒng)的回液管和熱管子系統(tǒng)的輸氣管相互連接為第一個熱管工質(zhì)循環(huán)子系統(tǒng)，第一個熱管子系統(tǒng)的蒸發(fā)段中的液態(tài)熱管工質(zhì)吸收熱溶液的熱量后相變?yōu)闅怏w狀態(tài)，氣體狀態(tài)的熱管工質(zhì)由熱管子系統(tǒng)的輸氣管進入第一個熱管子系統(tǒng)的冷凝段，在第一個熱管子系統(tǒng)的冷凝段內(nèi)，氣體狀態(tài)的熱管工質(zhì)被冷溶液冷卻相變?yōu)橐后w狀態(tài)，液體狀態(tài)的熱管工質(zhì)在重力作用下由熱管子系統(tǒng)的回液管再次返回到第一個熱管子系統(tǒng)的蒸發(fā)段，如此循環(huán)，連續(xù)不斷地將熱溶液的熱量傳遞給冷溶液，實現(xiàn)高效的能量回收。

本發(fā)明涉及的卡箍、180度彎頭和套管換熱器內(nèi)管的材料為316或304不銹鋼；各蒸發(fā)段或冷凝段之間通過180度彎頭相連通，用卡箍固定連接，便于清洗與拆裝，便于每個部件加工過程中進行全方位表面處理，保證無死角區(qū)域。

本發(fā)明涉及的熱管子系統(tǒng)的蒸發(fā)段與冷凝段在實際布置時，冷凝段所在的高度高于蒸發(fā)段所在的高度100～1000mm，保證冷凝段冷凝的熱管工質(zhì)能夠在重力作用下能夠順利流入蒸發(fā)段，實現(xiàn)熱管工質(zhì)的循環(huán)過程。

本發(fā)明涉及的熱管子系統(tǒng)的蒸發(fā)段與冷凝段在實際布置時，可以是垂直布置(即管中心線與水平面成90度)，也可以是按10～80度角度傾斜布置，具體布置方式可根據(jù)換熱器的整體布局來確定。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，降低加熱過程中蒸汽或電能的消耗量，減少冷卻過程中冷凍水的消耗量，節(jié)能效果好；采用卡箍和180度彎頭連接，方便拆裝，保證生產(chǎn)和清洗無死角，滿足無菌要求；滅菌前與滅菌后的溶液分別在不同管道中流動，避免了交叉污染；其結(jié)構(gòu)設計科學合理，拆裝方便，便于推廣應用，應用環(huán)境友好。

附圖說明：

圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)原理示意圖。

圖2是本發(fā)明的熱管工質(zhì)循環(huán)子系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)原理示意圖。

圖3是本發(fā)明的蒸發(fā)段和冷凝段的整體結(jié)構(gòu)原理示意圖。

具體實施方式：

下面通過具體實施例并結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。

實施例1：

本實施例涉及的高效節(jié)能型無菌熱管能量回收裝置，將原料容器1、最后一個熱管子系統(tǒng)的冷凝段2、卡箍3、180度彎頭4、第一個熱管子系統(tǒng)的冷凝段5、加熱灌6、熱管子系統(tǒng)的輸氣管7、冷溶液泵8、熱管子系統(tǒng)的回液管9、滅菌前冷溶液流動子系統(tǒng)10、熱管子系統(tǒng)的回液管管束11、輸運泵12、熱管子系統(tǒng)的輸氣管管束13、冷卻灌14、最后一個熱管子系統(tǒng)的蒸發(fā)段15、第一個熱管子系統(tǒng)的蒸發(fā)段16、備用加熱灌17、熱溶液泵19、套管換熱器內(nèi)管21和套管換熱器外管22連接為一體，其冷凝段的數(shù)量為2～500，蒸發(fā)段的數(shù)量與冷凝段的數(shù)量相同，構(gòu)成的高效節(jié)能型無菌熱管能量回收裝置，包括滅菌前冷溶液流動子系統(tǒng)10、滅菌后熱溶液流動子系統(tǒng)18和熱管工質(zhì)循環(huán)子系統(tǒng)20三個子系統(tǒng)。

本實施例涉及的滅菌前冷溶液流動子系統(tǒng)10，其主體結(jié)構(gòu)包括：原料容器1、最后一個熱管子系統(tǒng)的冷凝段2、卡箍3、180度彎頭4、第一個熱管子系統(tǒng)的冷凝段5、加熱灌6、熱管子系統(tǒng)的輸氣管7、冷溶液泵8、熱管子系統(tǒng)的回液管9、套管換熱器內(nèi)管21和套管換熱器外管22；冷溶液泵8的一端通過管路與原料容器1的底部出口相連通，冷溶液泵8的另一端通過管路與最后一個熱管子系統(tǒng)的冷凝段2的套管換熱器內(nèi)管21相連通，套管換熱器內(nèi)管21的外面套有套管換熱器外管22，套管換熱器外管22的兩端與套管換熱器內(nèi)管21的外壁之間密封形成環(huán)形空間，套管換熱器外管22與熱管子系統(tǒng)的輸氣管7和熱管子系統(tǒng)的回液管9相連通；每相鄰兩個冷凝段的套管換熱器內(nèi)管21之間通過180度彎頭4相連通，并通過卡箍3加緊固定在一起，第一個熱管子系統(tǒng)的冷凝段5的一端與加熱灌6的輸入口相連通，熱管子系統(tǒng)的冷凝段的數(shù)量為2～500。

本實施例涉及的滅菌后熱溶液流動子系統(tǒng)18，其主體結(jié)構(gòu)包括：備用加熱灌17、輸運泵12、熱溶液泵19、第一個熱管子系統(tǒng)的蒸發(fā)段16、卡箍3、180度彎頭4、最后一個熱管子系統(tǒng)的蒸發(fā)段15、套管換熱器內(nèi)管21、套管換熱器外管22、熱管子系統(tǒng)的輸氣管7、熱管子系統(tǒng)的回液管9和冷卻灌14；備用加熱灌17的入口通過輸運泵12與加熱灌6的出口相連通，備用加熱灌17的出口通過熱溶液泵19與第一個熱管子系統(tǒng)的蒸發(fā)段16的套管換熱器內(nèi)管21相連通，套管換熱器內(nèi)管21的外面套有套管換熱器外管22，套管換熱器外管22的兩端與套管換熱器內(nèi)管21的外壁之間密封形成環(huán)形空間，套管換熱器外管22與熱管子系統(tǒng)的輸氣管7和熱管子系統(tǒng)的回液管9相連通；每相鄰兩個蒸發(fā)段的套管換熱器內(nèi)管21之間通過180度彎頭4相連通，并通過卡箍3加緊固定在一起；最后一個熱管子系統(tǒng)的蒸發(fā)段15的一端與冷卻灌14的輸入口相連通，熱管子系統(tǒng)的蒸發(fā)段與冷凝段的數(shù)量相同。

本實施例涉及的熱管工質(zhì)循環(huán)子系統(tǒng)20，其主體結(jié)構(gòu)包括：第一個熱管子系統(tǒng)的蒸發(fā)段16、第一個熱管子系統(tǒng)的冷凝段5、熱管子系統(tǒng)的回液管9、熱管子系統(tǒng)的輸氣管7、最后一個熱管子系統(tǒng)的蒸發(fā)段15、最后一個熱管子系統(tǒng)的冷凝段2、第一和最后一個熱管子系統(tǒng)的蒸發(fā)段之間的其余蒸發(fā)段、第一和最后一個熱管子系統(tǒng)的冷凝段之間的其余冷凝段；第一個熱管子系統(tǒng)的蒸發(fā)段16和第一個熱管子系統(tǒng)的冷凝段5通過熱管子系統(tǒng)的回液管9和熱管子系統(tǒng)的輸氣管7相連通，構(gòu)成第一個熱管工質(zhì)循環(huán)子系統(tǒng)；最后一個熱管子系統(tǒng)的蒸發(fā)段15和最后一個熱管子系統(tǒng)的冷凝段2通過熱管子系統(tǒng)的回液管9和熱管子系統(tǒng)的輸氣管7相連通，構(gòu)成最后一個熱管工質(zhì)循環(huán)子系統(tǒng)；其余的蒸發(fā)段和其余的冷凝段數(shù)量相同，分別一一對應并通過熱管子系統(tǒng)的回液管9和熱管子系統(tǒng)的輸氣管7相連通，構(gòu)成其余熱管工質(zhì)循環(huán)子系統(tǒng)；熱管工質(zhì)循環(huán)子系統(tǒng)的數(shù)量與冷凝段的數(shù)量相同；所有的熱管子系統(tǒng)的回液管9構(gòu)成熱管子系統(tǒng)的回液管管束11，所有的熱管子系統(tǒng)的輸氣管7構(gòu)成熱管子系統(tǒng)的輸氣管管束13，熱管子系統(tǒng)的回液管管束11和熱管子系統(tǒng)的輸氣管管束13將滅菌前冷溶液流動子系統(tǒng)10冷凝段的環(huán)形空間和滅菌后熱溶液流動子系統(tǒng)18蒸發(fā)段的環(huán)形空間一一對應相連通，構(gòu)成熱管工質(zhì)循環(huán)子系統(tǒng)20。

本實施例涉及的高效節(jié)能型無菌熱管能量回收裝置，實現(xiàn)能量回收的過程是：將每個熱管工質(zhì)循環(huán)子系統(tǒng)20都抽空后，分別充入適量的熱管循環(huán)工質(zhì)，在原料容器1內(nèi)有冷溶液、備用加熱灌17內(nèi)有熱溶液的前提下開始工作：同時啟動冷溶液泵8和熱溶液泵19，熱溶液泵19將完成高溫滅菌過程的熱溶液從備用加熱灌17中抽出并依次送入第一個熱管子系統(tǒng)的蒸發(fā)段16和最后一個熱管子系統(tǒng)的蒸發(fā)段15，被蒸發(fā)段內(nèi)的熱管工質(zhì)冷卻到一定程度后，進入冷卻灌14，在冷卻灌14中被冷卻介質(zhì)進一步冷卻到要求的溫度，完成冷卻過程；冷溶液泵8將冷溶液從原料容器1中抽出并依次送入最后一個熱管子系統(tǒng)的冷凝段2和第一個熱管子系統(tǒng)的冷凝段5，被冷凝段內(nèi)的熱管工質(zhì)加熱到一定程度后，進入加熱灌6，在加熱灌6中被加熱介質(zhì)進一步加熱到要求的滅菌溫度，保持0.5～6小時后，完成高溫滅菌過程，完成滅菌后的熱溶液通過輸運泵12送入備用加熱灌17；第一個熱管子系統(tǒng)的蒸發(fā)段16和第一個熱管子系統(tǒng)的冷凝段5通過熱管子系統(tǒng)的回液管9和熱管子系統(tǒng)的輸氣管7相互連接為第一個熱管工質(zhì)循環(huán)子系統(tǒng)20，第一個熱管子系統(tǒng)的蒸發(fā)段16中的液態(tài)熱管工質(zhì)吸收熱溶液的熱量后相變?yōu)闅怏w狀態(tài)，氣體狀態(tài)的熱管工質(zhì)由熱管子系統(tǒng)的輸氣管7進入第一個熱管子系統(tǒng)的冷凝段5，在第一個熱管子系統(tǒng)的冷凝段5內(nèi)，氣體狀態(tài)的熱管工質(zhì)被冷溶液冷卻相變?yōu)橐后w狀態(tài)，液體狀態(tài)的熱管工質(zhì)在重力作用下由熱管子系統(tǒng)的回液管9再次返回到第一個熱管子系統(tǒng)的蒸發(fā)段16，如此循環(huán)，連續(xù)不斷地將熱溶液的熱量傳遞給冷溶液，實現(xiàn)高效的能量回收。

本實施例涉及的卡箍3、180度彎頭4和套管換熱器內(nèi)管21的材料為316或304不銹鋼；各蒸發(fā)段或冷凝段之間通過180度彎頭4相連通，用卡箍3固定連接，便于清洗與拆裝，便于每個部件加工過程中進行全方位表面處理，保證無死角區(qū)域。

本實施例涉及的熱管子系統(tǒng)的蒸發(fā)段與冷凝段在實際布置時，冷凝段所在的高度高于蒸發(fā)段所在的高度100mm，保證冷凝段冷凝的熱管工質(zhì)能夠在重力作用下能夠順利流入蒸發(fā)段，實現(xiàn)熱管工質(zhì)的循環(huán)過程。

本實施例涉及的熱管子系統(tǒng)的蒸發(fā)段與冷凝段相互垂直布置，即管中心線與水平面成90度。

實施例2：

本實施例涉及的高效節(jié)能型無菌熱管能量回收裝置的主體結(jié)構(gòu)同實施例1所述，在使用時，將備用加熱灌17內(nèi)熱溶液的溫度控制在110℃，原料容器1內(nèi)冷溶液的溫度為20℃，經(jīng)過本發(fā)明的能量回收裝置后，熱溶液的溫度由110℃溫度降低為50℃，而冷溶液的溫度由20℃上升為80℃；在此基礎上，在加熱灌6內(nèi)只把80℃加熱到110℃便可，節(jié)約了(80-20)/(110-20)＝66.66％的加熱量，而同時在冷卻灌內(nèi)，只把50℃冷卻到25℃便可，節(jié)約了(110-50)/(110-25)＝70.59％的冷量；可見，本實施例實施后節(jié)能效果非常顯著，能夠大幅度降低生產(chǎn)過程的運行費用，節(jié)約成本，產(chǎn)生重大的經(jīng)濟效益。

本實施例涉及的熱管子系統(tǒng)的蒸發(fā)段與冷凝段在實際布置時，冷凝段所在的高度高于蒸發(fā)段所在的高度1000mm，保證冷凝段冷凝的熱管工質(zhì)能夠在重力作用下能夠順利流入蒸發(fā)段，實現(xiàn)熱管工質(zhì)的循環(huán)過程。

本實施例涉及的熱管子系統(tǒng)的蒸發(fā)段與冷凝段按10～80度角度傾斜布置。