專利名稱：復(fù)合熱泵熱管相變換熱器組合二次蒸汽熱能回收裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于熱能的轉(zhuǎn)換與利用技術(shù)領(lǐng)域，具體是涉及二次蒸汽的熱能回收 利用裝置。
背景技術(shù)：
一、 二次蒸汽的產(chǎn)生
在冶金、化工、食品、造紙、紡織、制藥、日化、海水淡化、飼料和環(huán)保等行 業(yè)，生產(chǎn)過程中用蒸汽進(jìn)行蒸餾、濃縮、蒸發(fā)、蒸煮、干燥，均要產(chǎn)生大量的二次 蒸汽-
1、 在用蒸汽對(duì)濕物料間接加熱干燥過程中，加熱蒸汽釋放蒸發(fā)熱，傳導(dǎo)給被加 熱物料而冷凝；被加熱物料吸收蒸發(fā)熱，溫度上升，當(dāng)物料溫升至其中水份的沸點(diǎn) 時(shí)，被加熱物料水份吸收大量蒸發(fā)熱，從而蒸發(fā)為二次蒸汽脫離物料，濕物料得到干燥。
2、 在用蒸汽對(duì)料液(或溶液)進(jìn)行間接加熱濃縮蒸發(fā)過程中，加熱蒸汽釋放蒸 發(fā)熱，傳導(dǎo)給被加熱料(溶)液而冷凝；被加熱料(溶)液吸收蒸發(fā)熱溫度上升， 當(dāng)料(溶)液溫升達(dá)到其中水份的沸點(diǎn)時(shí)，被加熱料(溶)液水份吸收大量蒸發(fā)熱， 蒸發(fā)為帶有大量熱能的二次蒸汽脫離料(溶)液，使料(溶)液得以蒸發(fā)濃縮。
3、 在用蒸汽對(duì)多組成份溶劑分離，進(jìn)行直接(或間接)加熱蒸餾過程中，低沸 點(diǎn)溶劑首先達(dá)到沸點(diǎn)，并吸收大量加熱蒸汽釋放的蒸發(fā)熱，蒸發(fā)為高濃度的、帶有 大量熱能的低沸點(diǎn)溶劑二次蒸汽，使溶劑組份得以蒸餾分離。
二、 二次蒸汽熱能回收利用現(xiàn)狀
1、 干燥二次蒸汽利用現(xiàn)狀
由于干燥過程產(chǎn)生的二次蒸汽含有粉塵，部分二次蒸汽有腐蝕和惡臭，且二次 蒸汽品位較低，無法直接回收利用，故現(xiàn)有技術(shù)對(duì)干燥二次蒸汽做如下處理
a、 對(duì)無腐蝕和惡臭的二次蒸汽經(jīng)除塵后直接排空；
b、 對(duì)有腐蝕和惡臭的二次蒸汽用冷卻水冷凝后，冷凝液去污水廠；
2、 濃縮蒸發(fā)二次蒸汽利用現(xiàn)狀
a、多效濃縮蒸發(fā)器二次蒸汽的利用濃縮蒸發(fā)產(chǎn)生的二次蒸汽， 一般有較強(qiáng)的 腐蝕性，不能直接用機(jī)械壓縮式熱泵將二次蒸汽壓縮提高溫度壓力后使用，故采用 多效濃縮蒸發(fā)器，將若干蒸發(fā)器串聯(lián)，除第一效蒸發(fā)器運(yùn)行在正壓狀態(tài)下外，其余 蒸發(fā)器均處在比上一效低的負(fù)壓狀態(tài)下運(yùn)行， 一效蒸發(fā)器采用熱網(wǎng)供蒸汽，其余各效蒸發(fā)器加熱均采用上一效蒸發(fā)器的二次蒸汽；受濃縮料液粘度影響，多效蒸發(fā)器 一般不超過6效，基本上一單位熱網(wǎng)蒸汽可蒸發(fā)約不超過5單位水分；
b、機(jī)械壓縮式熱泵對(duì)二次蒸汽熱能的回收利用如果二次蒸汽中不含粉塵及腐 蝕性氣體，可采用機(jī)械壓縮式熱泵直接對(duì)二次蒸汽加壓后回用于料液蒸發(fā)；該方法
二次蒸汽利用效率最高，1單位熱網(wǎng)蒸汽可蒸發(fā)不低于是100單位的水分，每KWH
耗電蒸發(fā)22kg以上水份；
3、蒸餾二次蒸汽的回利用現(xiàn)狀
a、 將溶劑二次蒸汽用軟水冷卻回收熱能；但由于鍋爐用軟水有限，使熱能不能
充分利用。
b、 差壓蒸餾利用二次蒸汽熱能將兩套蒸餾裝置串聯(lián)，第一套裝置正壓運(yùn)行， 用熱網(wǎng)所供應(yīng)蒸汽加熱，其產(chǎn)生的溶劑二次蒸汽作為第二套蒸餾裝置的加熱源；由 于溶劑的二次蒸汽溫度較低，故第二套蒸餾裝置必須在負(fù)壓下運(yùn)行才能可靠蒸餾； 第二套蒸餾裝置產(chǎn)生的溶劑二次蒸汽溫度更低，熱能不能再利用，但該裝置已能使
蒸餾能耗降低約40%。
三、綜上所述現(xiàn)有技術(shù)二次蒸汽的熱能回收利用，或不能利用，或熱能利用 率低，或雖能高效利用二次蒸汽熱能，但應(yīng)用范圍很小。而本實(shí)用新型提出的相變 換熱式二次蒸汽熱能回收利用方法和裝置正是針對(duì)二次蒸汽普遍高效利用而開發(fā)的 技術(shù)產(chǎn)品。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有二次蒸汽熱能或不能利用、或熱能利用率低、或雖能高效 利用二次蒸汽熱能，但應(yīng)用范圍很小的現(xiàn)狀，提出一種復(fù)合熱泵熱管相變換熱器組 合二次蒸汽熱能回收裝置，以克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題。
為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下
復(fù)合熱泵熱管相變換熱器組合二次蒸汽熱能回收裝置，其特征在于由熱管相 變換熱器、汽水分離器、熱泵構(gòu)成；所述熱管相變換熱器的下部為二次蒸汽冷凝換 熱管箱，上部為蒸汽蒸發(fā)換熱管箱，同時(shí)為供水箱；下部二次蒸汽冷凝換熱管箱上 連接有二次蒸汽進(jìn)氣管、二次蒸汽冷凝廢水排水管，不凝結(jié)氣排氣管；上部蒸汽蒸 發(fā)換熱管箱連接有新蒸汽連接管；上、下部換熱管箱之間為密閉隔斷，下部二次蒸 汽冷凝換熱管箱內(nèi)的熱管束穿過隔斷伸入上部蒸汽蒸發(fā)換熱管箱；所述汽水分離器 即汽包與上部蒸汽蒸發(fā)箱的新蒸汽連接管連接，其上設(shè)置新蒸汽排氣管，并經(jīng)下降 管與上部蒸汽蒸發(fā)換熱管箱連接；所述復(fù)合熱泵為機(jī)械壓縮式熱泵與蒸汽噴射熱泵 的組合。
汽水分離器也可與上部蒸汽蒸發(fā)換熱管箱組成一體化結(jié)構(gòu)，這樣，整個(gè)相變換 熱器裝置的體積和重量可減小和減輕。
如相變換熱器采用干燥機(jī)、蒸餾器或濃縮器的飽和冷凝水用于蒸發(fā)，汽水分離器可兼做供水的高位水箱。
所述機(jī)械壓縮式熱泵的進(jìn)氣端與汽水分離器的新蒸汽排氣管連接，出氣端與蒸 汽噴射熱泵的吸氣端連接，蒸汽噴射熱泵的出氣端連接供熱蒸汽管道；或所述蒸汽 噴射熱泵的吸氣端與汽水分離器的新蒸汽排氣管連接，出氣端與機(jī)械壓縮式熱泵的 進(jìn)氣端連接，機(jī)械壓縮式熱泵的出氣端連接供熱蒸汽管道。
本實(shí)用新型的有益效果表現(xiàn)在-
一、 對(duì)于相變換熱式二次蒸汽熱能回收利用裝置應(yīng)用于干燥 現(xiàn)有干燥二次蒸汽的處理方式均不能回收干燥產(chǎn)生的二次蒸汽，浪費(fèi)了大量熱
能，并造成了環(huán)境熱污染。采用了相變換熱式二次蒸汽熱能回收利用裝置后，完全 避免了二次蒸汽含有粉塵或有腐蝕和惡臭而無法回收利用的問題，節(jié)約了大量熱能， 減少了熱污染。
二、 對(duì)于相變換熱式二次蒸汽熱能回收利用裝置應(yīng)用于濃縮 現(xiàn)有采用機(jī)械壓縮式熱泵對(duì)濃縮二次蒸汽熱能的回收利用，因二次蒸汽中不能
含有粉塵及腐蝕性成分，因此，其使用范圍極其有限。采用相變換熱式二次蒸汽熱 能回收利用裝置，避免了二次蒸汽中不能含有粉塵及腐蝕性成分的問題，因而大大 擴(kuò)大了這種二次蒸汽利用效率最高的濃縮方式的使用范圍。
三、 對(duì)于相變換熱式二次蒸汽熱能回收利用裝置應(yīng)用于蒸餾 采用相變換熱式二次蒸汽熱能回收利用裝置，避免了差壓蒸餾需要使用兩套蒸
餾裝置的問題，而且蒸汽熱能利用率更高；同時(shí)，溶劑又不用經(jīng)過機(jī)械壓縮式熱泵， 不必?fù)?dān)心受到污染，保證了質(zhì)量；而產(chǎn)生的新蒸汽的熱能利用更加方便，可使用多 種形式的熱泵進(jìn)行利用。
四、 采用本實(shí)用新型的技術(shù)指標(biāo)
a、 機(jī)械壓縮式熱泵每KWH電能回收二次蒸汽大于20kg (蒸汽)/KWH;
b、 蒸汽噴射熱泵基本不消耗有效熱能；
c、 二次蒸汽損失<10%;
d、 蒸汽壓可增加30 150Kpa;
e、 每單位蒸汽可蒸發(fā)>90單位水份；
下面通過具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)闡述。

圖1為本實(shí)用新型采用機(jī)械壓縮式熱泵在蒸汽噴射熱泵前的結(jié)構(gòu)原理圖 圖2為本實(shí)用新型采用機(jī)械壓縮式熱泵在蒸汽噴射熱泵后的結(jié)構(gòu)原理圖 圖3為本實(shí)用新型圖1、圖2中熱管相變換熱器結(jié)構(gòu)示意圖 圖4為本實(shí)用新型應(yīng)用于干燥設(shè)備原理圖 圖5為本實(shí)用新型應(yīng)用于蒸餾設(shè)備原理圖具體實(shí)施方式
實(shí)施例1:相變換熱式二次蒸汽熱能回收利用裝置
相變換熱式二次蒸汽熱能回收利用裝置由相變換熱器、汽水分離器、抽負(fù)壓機(jī) 械壓縮式熱泵或蒸汽噴射熱泵或它們的組合經(jīng)管道連接組成(見圖l-圖3);
1) 熱管相變換熱器
熱管相變換熱器組成示意圖如圖3所示由下部換熱管箱、上部蒸發(fā)換熱管箱(同
時(shí)為供水箱)，二次蒸汽冷凝水和不凝氣排管構(gòu)成；其主要作用與常規(guī)相變換熱器
相同，只是換熱是通過熱管進(jìn)行，在熱管兩端換熱，而且換熱效率較高；同時(shí)，汽
水分離器也可與上部蒸發(fā)換熱管箱(供水箱)組成一體化結(jié)構(gòu)，這樣，整個(gè)換熱裝 置的體積和重量可減小和減輕；
2) 汽水分離器亦稱汽包，其主要作用是將上部蒸汽蒸發(fā)箱經(jīng)上升連接管進(jìn)入 汽包的水汽分離，水份留在汽包液相中并經(jīng)下降連接管送回上部蒸汽蒸發(fā)箱(供水 箱)供蒸發(fā)使用，如相變換熱器采用干燥機(jī)、蒸餾器或濃縮器的飽和冷凝水用于蒸 發(fā)，汽包可兼做供水的高位水箱；
3) 抽負(fù)壓機(jī)械壓縮式熱泵或蒸汽噴射熱泵的組合(見圖1-2)，其作用有二 一是將相變換熱器產(chǎn)生的蒸汽全部抽出，并升壓至可使用的蒸汽品質(zhì)，供熱網(wǎng)或用 熱設(shè)備使用；二是必須在相變換熱管內(nèi)建立低于二次蒸汽飽和壓力的一定負(fù)壓值， 使換熱管內(nèi)水的沸點(diǎn)低于二次蒸汽飽和溫度5'C以上，從而使二次蒸汽相變換熱能 正常進(jìn)行；
4) 工作原理
在機(jī)械壓縮式熱泵與蒸汽噴射熱泵的組合抽負(fù)壓的作用下，汽水分離器、相變 換熱器上端換熱管箱、汽水分離器連接管，均處于低于二次蒸汽飽和壓力的負(fù)壓環(huán) 境；相變換熱器上端換熱蒸發(fā)器內(nèi)的蒸發(fā)用水，沸點(diǎn)降至低于二次蒸汽飽和溫度5 'C以上的水平；此時(shí)在相變換熱器下端換熱管箱連續(xù)通入二次蒸汽，由于二次蒸汽 的飽和溫度高于熱管介質(zhì)的沸點(diǎn)溫度，二次蒸汽被冷凝并釋放大量蒸發(fā)潛熱，傳導(dǎo) 給熱管內(nèi)介質(zhì)，熱管內(nèi)介質(zhì)溫度上升到沸點(diǎn)后，吸收大量二次蒸汽的蒸發(fā)熱而蒸發(fā) 為介質(zhì)蒸汽，上升到熱管上端，與上端熱管箱中蒸發(fā)水換熱后冷凝,回到熱管下端循 環(huán)；上端熱管箱中蒸發(fā)水吸收熱管上端釋放的蒸發(fā)熱，溫度上升到沸點(diǎn)后蒸發(fā)為水 蒸汽，通過熱泵的抽吸作用，該蒸汽經(jīng)相變換熱蒸發(fā)器上升連接管，至汽水分離器 分離水份后進(jìn)入熱泵，在熱泵的壓縮作用下，成為可使用品質(zhì)的潔凈蒸汽供熱網(wǎng)或 用熱設(shè)備使用。
實(shí)施例2:相變換熱式二次蒸汽熱能回收利用裝置應(yīng)用于干燥設(shè)備
相變換熱式二次蒸汽熱能回收利用裝置應(yīng)用于干燥原理如圖4所示圖中虛線 框內(nèi)為相變換熱式二次蒸汽熱能回收利用裝置。
一次加熱蒸汽對(duì)濕物料進(jìn)行間接加熱， 一次加熱蒸汽釋放蒸發(fā)熱，傳導(dǎo)給物料而冷凝，從疏水閥排出至相變換熱式二次蒸汽熱能回收利用裝置；濕物料吸收蒸發(fā) 熱，溫度上升至其中水份的沸點(diǎn)時(shí)，蒸發(fā)為二次蒸汽脫離物料進(jìn)入相變換熱式二次 蒸汽熱能回收利用裝置，濕物料干燥為干物料。
二次蒸汽與飽和冷凝水進(jìn)入相變換熱式二次蒸汽熱能回收利用裝置后，二次蒸 汽被冷凝為二次廢水排出，潔凈的飽和冷凝水變換為潔凈的供熱蒸汽輸出，該蒸汽 可供其他熱能設(shè)備使用，或可作為一次蒸汽供給干燥機(jī)自身使用。
實(shí)施例3:相變換熱式二次蒸汽熱能回收利用裝置應(yīng)用于濃縮設(shè)備
一次蒸汽在濃縮罐中對(duì)稀溶液進(jìn)行間接加熱濃縮蒸發(fā)， 一次加熱蒸汽釋放蒸發(fā) 熱，傳導(dǎo)給被加熱溶液而冷凝為一次冷凝水；稀溶液吸收蒸發(fā)熱溫度上升達(dá)到其中 水份的沸點(diǎn)時(shí)，吸收大量蒸發(fā)熱，蒸發(fā)為帶有大量熱能的二次蒸汽脫離溶液，使溶 液得以蒸發(fā)濃縮為濃溶液。
二次蒸汽與一次冷凝水進(jìn)入相變換熱式二次蒸汽熱能回收利用裝置后，二次蒸 汽被冷凝為二次廢水排出，潔凈的一次冷凝水變換為潔凈的供熱蒸汽輸出，該蒸汽 再作為一次蒸汽供給濃縮罐自身使用，僅需要外供很少的一次蒸汽，即可使?jié)饪s過 程繼續(xù)進(jìn)行，該方法蒸汽利用效率最高，1單位一次蒸汽可蒸發(fā)不低于是100單位 的水份，每KWH耗電蒸發(fā)22kg以上水份。
實(shí)施例4:相變換熱式二次蒸汽熱能回收利用裝置應(yīng)用于蒸餾設(shè)備
相變換熱式二次蒸汽熱能回收利用裝置應(yīng)用于蒸餾原理如圖5所示，圖中虛線 框內(nèi)為相變換熱式二次蒸汽熱能回收利用裝置。
一次蒸汽對(duì)多組成份溶劑進(jìn)行加熱蒸餾過程中，低沸點(diǎn)溶劑首先達(dá)到沸點(diǎn)，并 吸收大量加熱蒸汽釋放的熱能，蒸發(fā)為高濃度的、帶有大量熱能的低沸點(diǎn)溶劑二次 蒸汽，使溶劑組份得以蒸餾分離。
溶劑二次蒸汽與一次冷凝水進(jìn)入相變換熱式二次蒸汽熱能回收利用裝置后，溶 劑二次蒸汽被冷凝為二次溶劑液體排出，潔凈的一次冷凝水變換為潔凈的供熱蒸汽 輸出，該蒸汽再作為一次蒸汽供給蒸餾器自身使用，僅需要外供很少的一次蒸汽， 即可使蒸餾過程繼續(xù)進(jìn)行；也可作供熱蒸汽供其他熱能設(shè)備使用。
權(quán)利要求1、復(fù)合熱泵熱管相變換熱器組合二次蒸汽熱能回收裝置，其特征在于由熱管相變換熱器、汽水分離器、熱泵構(gòu)成；所述熱管相變換熱器的下部為二次蒸汽冷凝換熱管箱，上部為蒸汽蒸發(fā)換熱管箱，同時(shí)為供水箱；下部二次蒸汽冷凝換熱管箱上連接有二次蒸汽進(jìn)氣管、二次蒸汽冷凝廢水排水管，不凝結(jié)氣排氣管；上部蒸汽蒸發(fā)換熱管箱連接有新蒸汽連接管；上、下部換熱管箱之間為密閉隔斷，下部二次蒸汽冷凝換熱管箱內(nèi)的熱管束穿過隔斷伸入上部蒸汽蒸發(fā)換熱管箱；所述汽水分離器即汽包與上部為蒸汽蒸發(fā)換熱管箱的新蒸汽連接管連接，其上設(shè)置新蒸汽排氣管，并經(jīng)下降管與上部蒸汽蒸發(fā)換熱管箱連接；所述復(fù)合熱泵為機(jī)械壓縮式熱泵與蒸汽噴射熱泵的組合。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合熱泵熱管相變換熱器組合二次蒸汽熱能回收裝 置，其特征在于汽水分離器與上部蒸汽蒸發(fā)換熱管箱組成一體化結(jié)構(gòu)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合熱泵熱管相變換熱器組合二次蒸汽熱能回收裝 置，其特征在于所述機(jī)械壓縮式熱泵的進(jìn)氣端與汽水分離器的新蒸汽排氣管連接， 出氣端與蒸汽噴射熱泵的吸氣端連接，蒸汽噴射熱泵的出氣端連接供熱蒸汽管道。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合熱泵熱管相變換熱器組合二次蒸汽熱能回收裝 置，其特征在于所述蒸汽噴射熱泵的吸氣端與汽水分離器的新蒸汽排氣管連接， 出氣端與機(jī)械壓縮式熱泵的進(jìn)氣端連接，機(jī)械壓縮式熱泵的出氣端連接供熱蒸汽管 道。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種復(fù)合熱泵熱管相變換熱器組合二次蒸汽熱能回收裝置，以解決現(xiàn)有二次蒸汽熱能或不能利用、或熱能利用率低、或雖能高效利用二次蒸汽熱能但應(yīng)用范圍很小的技術(shù)問題。采用的技術(shù)方案是由熱管相變換熱器、汽水分離器、熱泵構(gòu)成；熱管相變換熱器的下部為二次蒸汽冷凝換熱管箱，上部為蒸汽蒸發(fā)換熱管箱；上、下部換熱管箱之間為密閉隔斷，下部二次蒸汽冷凝換熱管箱內(nèi)的熱管束穿過隔斷伸入上部蒸汽蒸發(fā)換熱管箱；汽水分離器與上部蒸汽蒸發(fā)換熱管箱的新蒸汽連接管連接，經(jīng)下降管與上部蒸汽蒸發(fā)換熱管箱連接，復(fù)合熱泵為機(jī)械壓縮式熱泵與蒸汽噴射熱泵的組合。采用本實(shí)用新型具熱能利用率高、應(yīng)用范圍寬的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)F25B30/06GK201373695SQ200920078828
公開日2009年12月30日 申請(qǐng)日期2009年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月22日
發(fā)明者偉 楊 申請(qǐng)人:東方電機(jī)控制設(shè)備有限公司