[發明專利]水的相變熱高效利用裝置

有效

• 申請號: 201110003677.7
• 申請日: 2011-01-10
• 公開（公告）號: CN102175075A
• 公開（公告）日: 2011-09-07
• 發明（設計）人: 劉志科
• 申請（專利權）人: 劉志科
• 主分類號: F26B23/10
• 分類號: F26B23/10;F26B25/00
• 代理公司: 無錫華源專利事務所 32228
• 代理人: 聶漢欽

技術領域

本發明涉及將熱泵設備應用于蒸發領域，是一種水的相變熱的高效利用裝置。

背景技術

物料的干燥是將如糧食谷物、煤炭礦石等固體顆粒物料內含有的水分加熱為氣態，屬于蒸發的一種，由于水的氣化需要吸收大量的熱，因此蒸發屬于高能耗的產業。目前常用的干燥手段是采用熱風加熱方法，通過燃燒或者電熱將空氣加熱后，鼓風吹過物料，使其內部水分氣化實現干燥脫水；但是這種熱交換方法的熱效率很低，通常只有20%～40%。而且蒸發出來的水蒸氣由于溫度與被蒸發物料相近，根據熱力學定律，等溫介質無法與物料實現熱交換，因此在工業中無法對這種小溫差低壓力的蒸氣進行有效利用，通常只能直接排放，導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造成了熱能的嚴重浪費，對于大蒸發量的生產工藝，沒有辦法降低煤電的剛性成本支出，也不能實施節能減碳的重大目標。

在一些真空蒸發干燥工藝中，需要大抽氣量真空泵，但是現有的普通真空泵由于吸氣量有限，因此無法使用于巨大水蒸發容量的干燥設備，更無法實現對水蒸氣的再利用。蒸氣噴射壓縮器，又稱熱泵，工作介質主要是水蒸氣，工作時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壓器內混合增壓，在消耗了一定工作氣體的條件下，提高了從吸入口進入噴射器的低壓氣體壓力和溫度。噴射壓縮器結構簡單實用，在工業上廣泛應用于制造和保持真空、低壓蒸氣再利用以及制冷領域。當噴射壓縮器在壓縮比1.2，膨脹比大于等于10的工作參數段應用時，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點，但是同樣由于壓縮比過低、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管路內液化放熱，具體的說，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外小溫差和管道內低壓力兩個具體條件限制，無法在換熱器管路內冷凝放熱，而以氣態跑到換熱器之外，因此無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行應用，而熱能被白白的浪費，根本沒有發揮熱泵的作用，不能達到既真空蒸發又熱泵換熱的雙重工藝目的。

發明內容

本申請人針對上述現有蒸發工藝中熱能利用率低，無法對大氣量、小溫差、低壓力的水蒸氣進行有效利用等缺點，提供一種結構合理的水的相變熱高效利用裝置，從而可以對小溫差低壓力大氣量的水蒸氣進行回收利用，充分利用水的液化放熱，實現高效、低成本的蒸發生產目的。

本發明所采用的技術方案如下：

一種水的相變熱高效利用裝置，由氣密真空罩和換熱器構成蒸發器，真空罩內部設置換熱器，蒸發器器壁上的抽真空口通過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密閉增壓泵與換熱器的加熱介質管路入口相連通，在換熱器的加熱介質管路的低部位設置有冷凝水收集口，換熱器的加熱介質管路出口端設置真空泵。其進一步特征在于：

所述密閉增壓泵為密閉風泵或密閉風機，采用變頻器或調磁電機進行調控。

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管路內部保持為恒定的低壓狀態3.0～70Kpa，優選為5.0～5.6Kpa。

所述密閉增壓泵的出口端氣體壓力比進口端壓力大1.38～68Kpa，優選為4.3～4.5Kpa。

本發明的有益效果如下：

本發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據段蒸氣消耗小、抽氣能力大的特性，與密閉風泵大風量且增壓的功能相結合，從而使低壓水蒸氣在換熱管內液化放熱，顯著的提高了小溫差蒸發的熱效率，極大的降低了能源消耗，在完成真空蒸發的同時實現了熱泵換熱的雙重工藝目的。根據實際運行，100KG工作蒸氣投入，通過混合提高了吸入的蒸發水蒸氣溫度，然后通過風泵增壓調節出口混合蒸氣的壓力，可以使約400KG混合氣體在換熱器內發生冷凝，從而使初期水分蒸發時保留并積蓄在蒸發水蒸氣內的氣化熱，重新進入換熱管液化釋放熱能，從而使現有技術中被排放浪費掉的蒸發水蒸氣的氣化熱能量得到循環反復有效的再利用。

本發明不僅可以用于干燥領域，也適用于濃縮和鹽的結晶這些本質都是蒸發的領域，根據統計蒸發占我國民經濟能耗比例為12%，發達國家為15%。本發明的推廣使用，可以為國家每年節省數以億噸的煤炭資源，還可以減少相對應的巨額碳排放。

附圖說明

圖1為本發明的工作原理圖。

具體實施方式