CN108168132B - 一种热管耦合相变蓄冷制取注射水的系统及其工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及能源与环境技术领域，具体涉及一种热管耦合相变蓄冷制取注射水的系统，包括：制冷装置、多效蒸馏装置、纯化水入口管路；纯化水入口管路与多效蒸馏装置连接，多效蒸馏装置与制冷装置管路连接。还公开热管耦合相变蓄冷制取注射水工艺，具体为将纯化水于多效蒸馏装置进行蒸馏；采用制冷装置将低谷电力转化为冷量进行储存；多效蒸馏装置的末效蒸汽与制冷装置进行热交换，将末效蒸汽进行冷凝回收。本发明方案通过相变蓄冷装置将夜间低廉的低谷电力资源转变为冷能，蒸汽凝结时，释放冷量，起到电负荷移峰填谷的作用，提高能源利用率和用电效率，减少环境污染。

Description

一种热管耦合相变蓄冷制取注射水的系统及其工艺

技术领域

本发明涉及能源与环境技术领域，具体涉及一种热管耦合相变蓄冷制取注射水的系统及其工艺。

背景技术

《中国药典》规定：注射用水为纯化水经蒸馏所制得的水；注射水应符合细菌热原试验要求；注射用水必须在防止热原产生的条件下生产、贮藏及分配。

目前，在制药及医疗器械生产企业生产中广泛用到注射水作为原料或用来清洗。

目前注射水的制取大多采用高温蒸馏法，制备设备为蒸馏水机。中国专利(授权号CN204099908U)的公开了一种用于蒸馏水机的注射水循环系统，包括注射用水储罐，所述注射用水储罐的顶部和底部分别连通有回水管道和送水管道，所述回水管道与送水管道之间通过相互独立的第一分流管道和第二分流管道相连通，所述第一分流管道和第二分流管道分别都安装有第一送水泵、第一压力阀和第二送水泵第二压力阀。该专利通过由第一流量计和第二流量计来控制第一送水泵、第二送水泵工作及相对应的第一压力阀、第二压力阀，来控制注射用水储罐在送水时，注射用水储罐的水流速，使送水在湍流区工作保持一定的送水压力，保证送水的注射用水的品质。

由于蒸馏注射水机的运行需要大量工业蒸汽来将原料水蒸馏，生产的注射水为95～99℃的高温水，但等到用水点又需要大量冷却水将高温注射水温度降至常温使用，这样会浪费大量的能源。

发明内容

有鉴于此，有必要针对上述注射水生产时产生高温蒸汽需要大量冷却水进行冷凝，用于输送冷量的电耗较大导致的生产成本较高的问题，提供一种利用制冷装置将夜间低谷电力转化为高品位冷能储存在蓄冷装置中，纯化水蒸汽冷凝时通过热管提供所需冷量的热管耦合相变蓄冷制取注射水的系统及其工艺。

本发明利用制冷系数较高的制冷装置将低谷电力转为高品位冷量并储存在相变材料中；相变耦合热管强化传热，减少换热器尺寸，增加注射水设备的集成度；相变材料的融化潜热提供纯化水蒸汽冷凝所需冷量，降低注射水制取成本。

本发明的热管耦合相变蓄冷制取注射水的系统，包括：制冷装置、多效蒸馏装置、纯化水入口管路；

纯化水入口管路与多效蒸馏装置连接，多效蒸馏装置与制冷装置管路连接；

所述制冷装置为将低谷电力转化为冷量进行储存，所储存的冷量用于供给多效蒸馏装置输出的末效蒸汽进行冷凝回收。

进一步的，所述制冷装置包括经由制冷剂管路依次连接的相变蓄冷换热器、压缩机、换热器、节流阀；

所述纯化水入口管路先经换热器与压缩机管路出口中的制冷剂进行换热后，连接至多效蒸馏装置。

进一步的，所述相变蓄冷换热器为双管板相变蓄冷换热器。

具体地，所述双管板相变蓄冷换热器包括冷凝室与蓄冷室；

热管热端位于冷凝室，热管冷端位于蓄冷室；

蓄冷室内填充有相变蓄冷材料，制冷剂管路经节流阀后布设于蓄冷室的相变蓄冷材料中，用于对相变蓄冷材料输送冷量。

进一步的，所述多效蒸馏装置包括依次连接的首效蒸发器、首效气液分离器、二效蒸发器、二效气液分离器；

所述二效气液分离器与相变蓄冷换热器管路连接。具体地，所述二效气液分离器与冷凝室管路连接。

进一步的，还包括预热器，二效气液分离器经所述预热器，与纯化水入口管路中的纯化水换热后，连接至相变蓄冷换热器。

具体地，所述首效蒸发器与热源管路连接进行热交换，首效蒸发器的气体出口管路经首效气液分离器后连接至二效蒸发器的气体入口；首效蒸发器的液体出口与二效蒸发器的液体入口管路连接，上述气体与液体流入二效蒸发器中进行间壁换热。所述二效蒸发器的气体出口管路经二效气液分离器连接至预热器后，与双管板相变蓄冷换热器的冷凝室相连通，二效蒸发器产生的蒸汽与纯化水入口管路中的纯化水于预热器换热。

二效蒸发器的注射水液体出口连接至注射用水出口；二效蒸发器的浓缩纯化水由浓缩纯化水出口排出系统。

一种热管耦合相变蓄冷制取注射水工艺，包括以下步骤：

S1、将纯化水于多效蒸馏装置进行蒸馏；

S2、采用制冷装置将低谷电力转化为冷量进行储存；

S3、多效蒸馏装置的末效蒸汽与制冷装置进行热交换，将末效蒸汽进行冷凝回收。

进一步的，还包括对纯化水进行二次预热的过程；纯化水首次预热为与制冷装置中的压缩制冷剂进行换热，纯化水的二次预热为与末效蒸汽进行换热。

进一步的，所述制冷装置的冷量储存过程与冷量释放过程相互独立，冷量储存时段可以单独运行也可以和冷量释放时段同时运行。

本发明将低谷电力转化为高品位冷量储存起来，需要时通过热管释放出来；一方面利用高制冷系数的制冷装置将低谷电能转化为高品位冷能储存起来，通过热管将相变材料中冷量传递给纯化水蒸汽使其凝结，不仅减少了蒸汽冷却水的泵功耗，还可起到电力移峰填谷的作用；另一方面，利用相变和热管耦合的强化换热技术增加换热器的换热能力，减少换热面积，提高了设备的集成度；此外，对纯化水进行两次预热，大大提高了其在首效蒸发器的入口温度，进而减少热源流量，降低注射水制取成本。

本发明的有益效果为：

本发明提供一种耦合热管与相变蓄冷装置的注射水制取系统与工艺，通过相变蓄冷装置将夜间低廉的低谷电力资源转变为高品位冷能储存起来，蒸汽凝结时，释放冷量提供给蒸汽使其冷凝，减少换热器面积，增加注射水设备的集成度，降低注射水制取成本，起到电负荷移峰填谷的作用，提高能源利用率和用电效率，减少环境污染。

附图说明

图1为实施例1中耦合热管与相变蓄冷装置的注射水制取系统的管路结构示意图。

1-首效蒸发器；2-首效气液分离器；3-二效蒸发器；4-二效气液分离器；5-预热器；6-相变蓄冷换热器；7-节流阀；8-压缩机；9-换热器；10-纯化水入口管路；601-热管热端；602-注射水出口；603-双管板；604-相变材料；605-热管冷端；606-制冷剂出口；607-制冷剂入口；608-蓄冷室；609-冷凝室；6010-气液两相流体入口；6011-制冷剂管路；01-制冷装置；02-多效蒸馏装置。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案作进一步清楚、完整地描述。需要说明的是，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

参照图1，本实施例的热管耦合相变蓄冷制取注射水的系统，包括制冷装置01、多效蒸馏装置02、纯化水入口管路10；

纯化水入口管路10连接至多效蒸馏装置02，多效蒸馏装置02与制冷装置01管路连接；

纯化水由纯化水入口管路10输送至多效蒸馏装置02进行蒸馏；

制冷装置01用于将低谷电力转化为冷量进行储存；

多效蒸馏装置02的末效蒸汽与制冷装置01进行热交换，吸收制冷装置中的冷量以将末效蒸汽进行冷凝回收。

可以理解的是，所述制冷装置01的冷量储存过程与冷量释放过程相互独立，冷量储存时段可以单独运行，也可以和冷量释放时段同时运行。本发明旨在将低谷电力转化为高品位冷量储存起来，需要时将冷量释放出来；本申请利用高制冷系数的制冷装置将低谷电能转化为高品位冷能储存起来，再将冷量传递给纯化水蒸汽使其凝结，不仅减少了蒸汽冷却水的泵功耗，还可起到电力移峰填谷的作用。

所述制冷装置01包括相变蓄冷换热器6、压缩机8、换热器9、节流阀7。

所述相变蓄冷换热器6，为双管板相变蓄冷换热器6，所述双管板相变蓄冷换热器6包括冷凝室609与蓄冷室608，冷凝室609内置热管热端601，蓄冷室608内置热管冷端605。相变蓄冷材料604填充于蓄冷室608内，制冷时用于吸收冷量并储存，制水过程释放冷量，冷凝注射水。制冷剂管路6011依次经压缩机8、换热器9、节流阀7，然后进入相变蓄冷换热器6将电能转化为冷量，再回到压缩机8中完成一次循环。本申请利用相变和热管耦合的强化换热技术增加换热器的换热能力，减少换热面积，提高了设备的集成度。

所述换热器9，用于对纯化水入口管路10中的纯化水进行一次预热，回收制冷系统中的热能。经换热器9的纯化水进一步地进入预热器5中，进行二次预热，经二次预热的纯化水连接至多效蒸馏装置02。对纯化水进行两次预热，大大提高了其在首效蒸发器的入口温度，进而减少热源流量，降低注射水制取成本。

所述多效蒸馏装置02包括首效蒸发器1、首效气液分离器2、二效蒸发器3、二效气液分离器4；所述首效蒸发器1通过热源管路连接进行供热，首效蒸发器1的气体出口管路经首效气液分离器2后连接至二效蒸发器3的气体入口；首效蒸发器1的液体出口与二效蒸发器3的液体入口管路连接，流入二效蒸发器3中的上述气体与液体进行间壁换热。所述二效蒸发器3的气体出口管路经二效气液分离器4连接至预热器5，与纯化水入口管路10中的纯化水进一步换热后，通过气液两相流体入口6010与双管板相变蓄冷换热器6的冷凝室609相连通；二效蒸发器3产生蒸汽在二效气液分离器4中净化后进入预热器5与纯化水换热后部分凝结，进一步在冷凝室中经蓄冷器内相变材料融化释放冷量冷凝，全部液化成为注射用水，经注射水液体出口连接至注射用水出口；二效蒸发器3的浓缩纯化水由浓缩纯化水出口排出系统。

工作原理：

系统工作时热源进入首效蒸发器1换热降温后排出；纯化水先进入换热器9预热，而后在预热器5中进一步加热升温，最后进入首效蒸发器1吸收热源热量部分蒸发，产生蒸汽经首效气液分离器2净化后进入二效蒸发器3充当首效蒸发器1中未蒸发纯化水的热源放热冷凝，凝结水在注射水出口汇流后被收集起来；首效蒸发器1中未蒸发纯化水进入二效蒸发器3继续吸热部分蒸发，产生蒸汽在二效气液分离器4中净化后进入预热器5部分凝结，之后以气液两相流的形式经气液两相流入口6010进入冷凝室全部液化，经注射水出口排出后被收集起来，二效蒸发器3中未蒸发浓缩纯化水排出多效蒸馏装置。

压缩机8压缩后的高温高压制冷剂气体进入换热器9放热降温后进入节流阀7降压变为低压液体，而后经制冷剂入口607进入蓄冷室608吸热蒸发同时向蓄冷室供冷，经制冷剂出口606排出后进入压缩机8完成制冷剂循环；制冷剂供冷又称为蓄冷时段，此时蓄冷室中相变蓄冷材料608凝固以储存冷量；气液两相流进入冷凝室609凝结时，相变蓄冷换热器6内相变材料604融化以释放冷量，并通过热管热端601将冷量供给蒸汽使其凝结冷却，凝结液经注射水出口排出后被收集起来，此时称为供冷时段；蓄冷时段与供冷时段是相互独立的，所以蓄冷时段可以单独运行也可以和供冷时段同时运行。

本发明首先通过相变蓄冷装置将夜间低廉的低谷电力资源转变为高品位冷能储存起来，通过热管将相变材料(Phase Change Materials，PCMs)中的冷量转移到冷凝室提供纯化水蒸汽凝结所需冷负荷，以减少换热器面积，降低注射水制取成本，起到电负荷移峰填谷的作用，提高能源利用率和用电效率，减少环境污染。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种热管耦合相变蓄冷制取注射水的系统，其特征在于，包括：制冷装置(01)、多效蒸馏装置(02)、纯化水入口管路(10)；

纯化水入口管路(10)与多效蒸馏装置(02)连接，多效蒸馏装置(02)与制冷装置(01)管路连接；

所述制冷装置(01)为将低谷电力转化为冷量进行储存，所储存的冷量用于供给多效蒸馏装置(02)输出的末效蒸汽进行冷凝回收；所述制冷装置(01)包括经由制冷剂管路(6011)依次连接的相变蓄冷换热器(6)、压缩机(8)、换热器(9)、节流阀(7)；

所述纯化水入口管路(10)先经换热器(9)与压缩机(8)管路出口中的制冷剂进行换热后，连接至多效蒸馏装置(02)；

所述相变蓄冷换热器(6)为双管板相变蓄冷换热器(6)。

2.根据权利要求1所述的热管耦合相变蓄冷制取注射水的系统，其特征在于，所述多效蒸馏装置(02)包括依次连接的首效蒸发器(1)、首效气液分离器(2)、二效蒸发器(3)、二效气液分离器(4)；

所述二效气液分离器(4)与相变蓄冷换热器(6)管路连接。

3.根据权利要求2所述的热管耦合相变蓄冷制取注射水的系统，其特征在于，还包括预热器(5)，二效气液分离器(4)经所述预热器(5)，与纯化水入口管路(10)中的纯化水换热后，连接至相变蓄冷换热器(6)。

4.采用权利要求1所述的一种热管耦合相变蓄冷制取注射水的系统的工艺，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将纯化水于多效蒸馏装置(02)进行蒸馏；

S2、采用制冷装置(01)将低谷电力转化为冷量进行储存；

S3、多效蒸馏装置(02)的末效蒸汽与制冷装置(01)进行热交换，将末效蒸汽进行冷凝回收。

5.根据权利要求4所述的一种热管耦合相变蓄冷制取注射水的系统的工艺，其特征在于，还包括对纯化水进行二次预热的过程；纯化水首次预热为与制冷装置(01)中的压缩制冷剂进行换热，纯化水的二次预热为与末效蒸汽进行换热。

6.根据权利要求4所述的一种热管耦合相变蓄冷制取注射水的系统的工艺，其特征在于，所述制冷装置(01)的冷量储存过程与冷量释放过程相互独立，冷量储存时段可以单独运行也可以和冷量释放时段同时运行。

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