CN110339584A - 负压低温热泵型浓缩装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种负压低温热泵型浓缩装置，包括：热泵机组，蒸发器、冷凝器、压缩机及节流装置；入液管，待浓缩的溶液自入液管流入负压蒸发室外壳；抽水汽装置，抽水汽装置用于实现负压蒸发室外壳内处于负压真空状态；监控元件，监控元件用于监测负压蒸发室外壳内溶液的液位情况，启动和关闭热泵机组与抽水汽装置；其中，冷凝管用于加热溶液，以实现溶液在负压蒸发室外壳内浓缩。本发明提供的浓缩装置可以实现溶液在较低温度情况下实现负压蒸发，并使溶液得到浓缩或结晶，且在传质过程中其潜热反馈到浓缩液中使之得到反复循环利用，可以节约许多能源，可用于食品医药加工需要浓缩的工艺环节中，也可以用于中央空调热源塔防冻液的浓缩。

Description

负压低温热泵型浓缩装置

技术领域

本发明涉及石油化工、食品医药及环保污水处理浓缩设备技术领域，尤其涉及一种负压低温热泵型浓缩装置。

背景技术

浓缩在日常生活及生产领域都会遇到的事情，浓缩绝大多数是采用物理方法使溶剂蒸发而提高溶液的浓度，把不需要的部分减少而需要部分的相对含量增高。

浓缩工艺常见于食品、生物医药、化工领域，也可以在污水处理及海水淡化领域使用。

浓缩之方法包括有重力浓缩：利用重力作用的自然沉降分离方式，不需要外加能量，是一种最节能的污泥浓缩方法。

重力浓缩只是一种沉降分离工艺，它是通过在沉淀中形成高浓度污泥层达到浓缩污泥的目的，是时下污泥浓缩方法的主体。单独的重力浓缩是在独立的重力浓缩池中完成，工艺简单有效，但停留时间较长时可能产生臭味，而且并非适用于所有的污泥；如果应用于生物除磷剩余污泥浓缩时，会出现磷的大量释放，其上清液需要采用化学法进行除磷处理。重力浓缩法适用于初沉污泥、化学污泥和生物膜污泥。

浓缩方法从原理上讲分为平衡浓缩和非平衡浓缩2种。平衡浓缩：是利用两相在分配上的某种差异而获得溶质和溶剂分离的方法。蒸发浓缩和冷冻浓缩属于这种方法，其中，蒸发浓缩利用溶剂和溶质挥发度的差异，获得一个有利的气液平衡条件，达到分离目的；冷冻浓缩利用稀溶液与固态冰在凝固点下的平衡关系，即利用有利的液固平衡条件。以上2种浓缩方法都是通过热量的传递来完成的。不论蒸发浓缩还是冷冻浓缩，两相都是直接接触的，故称为平衡浓缩。非平衡浓缩：是利用固体半透膜来分离溶质与溶剂的过程，两相被膜隔开，分离不靠两相的直接接触，故称为非平衡浓缩，利用半透膜不但可以分离溶质和溶剂，还可以分离各种不同大小的溶质，膜浓缩过程是通过压力差或电位差来完成的。目前主要是采用以下六种溶液浓缩工艺方法。

一、沉淀法，在抽提液中加入适量的中性盐或有机溶剂，使有效成分变为沉淀。经离心除去不溶物，获得的上清液通过透析或凝胶过滤脱盐，即可供纯化使用。

二、吸附法，将干葡聚糖凝胶G25(或吸水棒)加入抽提液中，两者比例为1:5。由于凝胶吸水之故，抽提液的体积可缩小三倍左右，回收蛋白质量约80％.若凝胶(或吸水棒)对有效成分吸附力强或吸水后有效成分的性质有影响时，此法不宜采用。

三、超过滤法，把抽提液装入超过滤装置，在空气或氮气(5.05×10Pa)压力下，使小分子物质(包括水分)通过半透膜(如硝酸纤维素膜)，大分子物质留在膜内。

四、透析法，把装抽提液的透析袋埋在吸水力强的聚乙二醇(polyetheyleneglycol PEG分子质量大于20kDa)或甘油中，10ml抽提液可在1h内浓缩到几乎无水的程度。

五、减压蒸馏法，将抽提液装入减压蒸馏器的圆底烧瓶中，在减压真空状态下进行蒸馏。当真空度较高时溶液的沸点可控制在30℃以下。这种方法一般适用于常温下稳定性好的物质。

六、冰冻干燥法，冰冻的抽提液在真空状态下，可以由固体直接变为气体。用此原理进行浓缩，有效成分几乎不会破坏。冻干机主要由低温干燥箱、真空泵和冷冻机构成。在冻干小体积样品时，可以将其置玻璃真空干燥器中进行。具体作法是，把分装至小瓶中的样品冰冻后放入装有五氧化二磷或硅胶吸水剂的真空干燥器中，连续抽真空使其达到浓缩、干燥状态。

上述的浓缩方法(除第五种外)，一般都在低温进行。这些方法不仅适用于抽提液的浓缩处理，而且也适用于纯品溶液缩小体积，而针对大规模浓缩方式一般采用多效蒸发浓缩或间接式低温热泵蒸发浓缩。

间接式低温热泵蒸发浓缩的必要性：无论是多效蒸发，还是热泵式蒸发主要是围绕如何充分利用二次蒸汽的余热，防止由于直接排放而带来的能源浪费，物料损失等问题而进行的。多效蒸发是利用一效的二次蒸汽作为下一效的加热热源，最后一效由于温度和压力均较低冷凝后由真空泵排入环境中去了。热泵蒸发主要是以二次蒸汽为低温热源，这样可以回收二次蒸汽部分热量，这比早期化工过程的蒸发迈进了一大步。目前在很多化工领域中，经常采用上述蒸发形式，但均未考虑到医药食品蒸发浓缩过程的特殊性。

在蒸发浓缩操作中，热敏性物料蒸发操作应当引起足够重视，因为热敏物料一遇到高温就变性，如在医药食品工业生产中，其产品大多不怎么耐温，由于其产品具有生物活性，不适合高温下蒸发浓缩，基于这个特点，热敏物料一般在低温工况下蒸发。

在低温蒸发中，蒸汽再压缩热泵蒸发(MVR)也有其弱点，首先直接压缩的二次蒸汽比容很大，压缩后的蒸汽要在较高温度范围下才有较好的收益，如果所处理的溶液必须要在低温条件下进行，那么热泵式蒸发就不行了。

蒸汽温度越低其比容积越大，例如100℃的饱和蒸汽与20℃饱和蒸汽比容相差约20倍。如果直接压缩水蒸气则需要大容量压缩机，这样设备费用及操作费用都增加反而不经济，因此采用冷媒循环式热泵式低温蒸发装置较好。另外在蒸发过程中，由于很多物料沸点较低，产生二次蒸汽夹有物料，而这些物料往往是有很强的腐蚀性(维生素C，果酸等)，若用来浓缩氯化钙防冻液将对设备腐蚀极其严重，直接压缩二次蒸汽就意味着压缩机要和含有强腐蚀性物料的二次蒸汽接触，这样压缩机就会被腐蚀，严重影响压缩机使用寿命。在多效低温蒸发在低温蒸发中也暴露出其弱点，在多效蒸发中，由于效与效之间需要一定温度差，其温度差要求不小于12℃以保证每效的蒸发强度，如果温差太小而增加的效数的节能不抵输送时的热损失，加上由于物料浓缩而导致的沸点升高，使得温差有较大的损失，要想在低温情况下蒸发，在末效的温度就会变得很低，需要一个大的真空系统才能维持一定的真空度，就算减小效与效之间的温差，那也会使换热面积增加许多，而且由于温差损失的存在，温差不可以很小，因此在低温蒸发中，特别是对热敏物料蒸发中，多效蒸发是不适用的。多效蒸发一般是用于80℃以上的蒸发。另外，由于在多效蒸发中，还需要引入蒸汽，随着能源价格的上涨多效蒸发不如热泵蒸发经济。

为了节能，同时还可以减小压缩机的体积，延长压缩机的使用寿命，减小初次投资和提高经济效益，间接式低温热泵蒸发便应运而生了。

低温蒸发的特点：1.操作温度低，能够有效遏制设备遭受腐蚀；2.对进料水的预处理要求有所降低，由于低温蒸发结垢不严重，所以可以放宽对物料中钙镁等易结垢离子要求；3.放宽对热源的要求；4.可以处理某些热敏物料。但也有不足之处：1.传热系数降低，换热器面积增加；2.低温操作时蒸汽比容大，要求设备体积大，增加了设备投资，同时还需要真空泵来维持一定的真空度，因此增加了设备投资。

食品在浓缩过程中发生的变化对食品品质有较大的影响，因此，在选择浓缩方法时应该充分考虑食品品质的稳定性。浓缩对食品品质的影响主要表现在四个方面：食品成分的变化、黏稠性的增加、容易出现结晶、风味的形成与挥发。

食品物料多由蛋白质、脂肪、糖类、维生素以及其他成分组成，这些物质在食品加热浓缩过程中，由于高温或长时间受热时会受到破坏或发生变性、氧化等作用。如含糖分高的食品在蒸发浓缩过程中温度过高会加速蔗糖的转化，特别是有酸存在的食品中，转化更为严重；在长时间的高温条件下还容易产生焦糖反应，使产品颜色加深。在较长时间的高温条件下蛋白质会发生热变性，食品中的盐、矿物质浓度过高也会使蛋白质部分变性。高温或长时间加热也会加速食品中脂肪的氧化分解，产生不良风味，甚至是有毒有害物质，还会使一些热敏性维生素被破坏。因此，在浓缩食品时应充分考虑加热温度和时间的影响，尽量采用低温短时浓缩，如真空浓缩、膜浓缩、冷冻浓缩等。

随着食品浓度的增加，食品黏稠度会显著增加，流动性下降，尤其是一些含较多蛋白质等胶体成分的食品。黏稠度增加会给食品的输送、加热、干燥等带来不便。当浓缩食品中某些成分浓度超过饱和浓度时，会形成结晶。如果冻、果酱类食品中糖浓度超过其溶解极限时糖就会结晶出来，形成砂质的糖果冻和果酱；浓缩乳制品中乳糖也易结晶，使产品出现砂质感。

当前溶液浓缩方式普遍采用加热蒸发浓缩，也有采用低温负压浓缩方式的，在蒸发操作中，一般都是采用具有一定压强的加热蒸汽来加热水溶液,使之沸腾。蒸发所产生的二次蒸汽,其压强与温度虽比原加热蒸汽低,但所含热量仍很大,通常都通过冷凝而排掉,这样蒸汽的潜热就完全废弃了。同时还耗用大量的冷凝水,很不经济。为了回收二次蒸汽的热,可采用蒸汽压缩式热泵蒸发法。还有采用两效蒸发或三效蒸发浓缩的，但普遍把浓缩过程中所产生的水汽能都浪费了。

常州大学化工设计研究院实验分析了蒸汽机械再压缩(MVR)热泵浓缩工艺的节能原理和适用工况，并以DMAC水溶液的浓缩为研究对象，提出三效MVR热泵蒸馏浓缩工艺，采用Aspen Plus过程模拟软件中的Compr压缩机械模块和Radfrac精馏模块，并以能耗最低为目标函数，对三效MVR热泵蒸馏浓缩工艺和三效蒸馏蒸发浓缩工艺分别进行了模拟与优化，得到了合适的工艺操作参数，研究结果表明，与三效蒸馏蒸发浓缩工艺相比，三效MVR热泵蒸馏浓缩工艺节能68.7％，其平均能效比COP值为0.863.所以多效MVR热泵蒸馏浓缩工艺具有较大的经济优势。由此可见热泵技术应用于溶液浓缩利用具有节能优势，因此科技工作者相继发明了许多相关热泵方式浓缩溶液的工艺就是主要原因，其中包括近期有青岛大学田小亮等所发明的“一种基于热泵的连续式进液多效真空浓缩方法(专利号201810921679.6)”具有一定的代表性。这是基于真空浓缩技术领域，涉及一种基于热泵的连续式进液多效真空浓缩方法，稀溶液在溶液进料泵的驱动下先进入启动加热器进行预热，再关闭启动组件在热管冷凝器中预热，预热后的稀溶液在溶液泵的驱动下，经过第一监控组件依次进入n效浓缩组件中进行浓缩，由于浓缩组件的浓缩管内为低压状态，溶液能够实现低温沸腾，同时产生浓缩液和溶剂蒸气，浓缩液通过浓缩组件底部设置的出液口，在真空吸力的驱动下进入下一效浓缩组件，如此浓缩多次后，即可得到最终浓缩液；它是将热泵、热管节能技术与真空浓缩技术有机结合在一起的创新。

鉴于现行各种溶液浓缩技术方案，在追求浓缩效率及浓缩品质上，主流还是比较推崇间接式低温热泵蒸发浓缩技术方案，但它依然无法克服传热系数降低，换热器面积增加；还有低温操作时蒸汽比容大，要求设备体积大，增加了设备投资，同时还需要真空泵来维持一定的真空度，因此增加了设备投资。为此本发明专利为了解决上述缺陷，采用冷媒循环热泵把物料水汽潜热反馈循环利用，结合水环真空泵或冷凝喷射器来实现水汽潜热的转移及溶液的浓缩。

与现有技术中，发明专利“一种用于对接开式或闭式热源塔的防冻液浓缩装置，专利号：201910083051.8”，只适合于中央空调热源塔，而且循环水冷却与升温控制比较麻烦，必须借助中央空调主机冷凝器的热流体或电加热棒来升温，而降温必须借助中央空调来自蒸发器的低温防冻液来实现。

因此，有必要提供一种新的负压低温热泵型浓缩装置，解决上述技术问题。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种负压低温热泵型浓缩装置，以解决现有技术中溶液浓缩装置低温下难以运行、适应技术领域窄、能量难以循环利用的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供的负压低温热泵型浓缩装置包括：

热泵机组，所述热泵机组包括蒸发器、冷凝器、压缩机及节流装置，所述冷凝器包括负压蒸发室外壳和冷凝管，所述冷凝管设于所述负压蒸发室外壳内，所述压缩机与所述节流装置分别连通所述蒸发器与所述冷凝管的两端；

入液管，所述入液管与所述负压蒸发室外壳连通，并且，待浓缩的溶液自所述入液管流入所述负压蒸发室外壳；

抽水汽装置，所述抽水汽装置用于抽取所述负压室外壳内的水汽和空气，以实现所述负压蒸发室外壳内处于负压真空状态；

监控元件，所述监控元件用于监测所述负压蒸发室外壳内所述溶液的液位情况，并根据所述液位情况，启动和关闭所述热泵机组与所述抽水汽装置；其中，所述冷凝管用于加热所述溶液，以实现所述溶液在所述负压蒸发室外壳内浓缩。

优选地，所述负压低温热泵型浓缩装置还包括出液管，所述出液管与所述负压蒸发室外壳连通。

优选地，所述抽水汽装置内存储有升温液，当所述水汽融入所述升温液后，所述抽水汽装置还用于将所述升温液输入所述蒸发器后，抽回至所述抽水汽装置。

优选地，所述抽水汽装置还包括储液箱，所述储液箱连通所述抽水汽装置与所述蒸发器；其中，当所述水汽融入所述升温液后，所述抽水汽装置还用于先将所述升温液输入所述储液箱后，再输入所述蒸发器，最后抽回至所述抽水汽装置。

优选地，所述储液箱内设有加热器，所述加热器用于加热所述储液箱中的所述升温液。

优选地，所述储液箱上设有溢出管。

优选地，所述抽水汽装置为水环真空泵。

优选地，所述抽水汽装置包括互相连接的冷凝喷射器和喷射循环泵，所述冷凝喷射器与所述负压蒸发室以及所述蒸发器均连通，所述喷射循环泵与所述蒸发器连通。

优选地，所述冷凝器还包括翅片、水汽管、喷淋管及挡液板，所述翅片设于所述冷凝管，所述水汽管连通所述负压蒸发室外壳与所述抽水汽装置，所述喷淋管与所述挡液板悬设于所述负压蒸发室外壳内；其中，所述喷淋管用于向所述冷凝管及所述翅片喷洒所述溶液。

优选地，所述负压低温热泵型浓缩装置还包括入液阀与出液阀，所述入液阀设于所述入液管，所述出液阀设于所述出液管。

本发明提供的负压低温热泵型浓缩装置中，所述监控元件用于监测所述负压蒸发室外壳内所述溶液的液位情况，并根据所述液位情况，启动和关闭所述热泵机组与所述抽水汽装置；其中，所述冷凝管用于加热所述溶液，以实现所述溶液在所述负压蒸发室外壳内浓缩；

在冷凝器中气态制冷剂的冷凝成液体制冷剂，以释放的热量来加热需浓缩的溶液；所述抽水汽装置将负压蒸发外壳保持负压真空状态；待浓缩的溶液在负压蒸发室外壳内，处于负压真空的状态，并吸收冷凝器释放的热量，逐步蒸发中溶液中水分，蒸发出的水分变为水汽，又被抽水汽装置排出；

从而实现提升负压蒸发外壳中溶液的浓度的目的，并且，溶液浓缩所需的热量均来自于热泵机组中的冷凝器，以低温环境下也可以进行浓缩，该负压低温热泵型浓缩装置兼容性极强，在石油化工、食品医药、环保污水处理及中央空调等浓缩设备上，均可采用。

进一步的，所述抽水汽装置内存储有升温液，当所述水汽融入所述升温液后，所述抽水汽装置还用于将所述升温液输入所述蒸发器后使之温度降低，降低温度的升温液(循环水)，又被抽回至所述抽水汽装置内去冷凝来自负压蒸发室的水汽；

在蒸发器中液态制冷剂的蒸发成气态制冷剂，需吸收升温液的热量实现蒸发，再通过热泵压缩机把气态制冷剂压入冷凝器内去释放潜热来加热被浓缩的溶液；实现水汽中潜热通过升温液可以反馈至所述蒸发器中，供其使用，极大程度的实现的能量循环利用。

附图说明

图1为本发明提供的负压低温热泵型浓缩装置的第一实施例的设计原理图；

图2为本发明提供的负压低温热泵型浓缩装置的第二实施例的设计原理图；

图3为本发明提供的负压低温热泵型浓缩装置的冷凝器的一种较优实施例的结构图；

图4图1所示负压低温热泵型浓缩装置的一使用情景图。

附图标号说明：

热泵机组(未标号)、1-蒸发器、3-冷凝器、2-压缩机、4-节流装置；

14-负压蒸发室外壳、18-冷凝管、19-翅片、17-水汽管、15-喷淋管、16-挡液板；

抽水汽装置(未标号)、11-冷凝喷射器、10-喷射循环泵、入液口(未标号)、12-出液口、13-入汽口；

8-储液箱、9-溢出管、7-加热器；

控制元件(图未示)、排气控制阀(图未示)、液位监控器(图未示)；

5-入液管、6-出液管、21-入液阀、24-出液阀；

20-溶液、23-热源塔、22-热源塔循环泵。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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作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。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

本发明提供一种负压低温热泵型浓缩装置。

第一实施例

请参照图1，负压低温热泵型浓缩装置，包括：

热泵机组，所述热泵机组包括蒸发器1、冷凝器3、压缩机2及节流装置4，所述冷凝器3包括负压蒸发室外壳14和冷凝管18，所述冷凝管18设于所述负压蒸发室外壳14内，所述压缩机2与所述节流装置分别连通所述蒸发器1与所述冷凝管18的两端；

入液管5，所述入液管5与所述负压蒸发室外壳14连通，并且，待浓缩的溶液20自所述入液管5流入所述负压蒸发室外壳14；

抽水汽装置，所述抽水汽装置用于抽取所述负压室外壳内的水汽和空气，以实现所述负压蒸发室外壳14内处于负压真空状态；

监控元件，所述监控元件用于监测所述负压蒸发室外壳14内所述溶液20的液位情况，并根据所述液位情况，启动和关闭所述热泵机组与所述抽水汽装置；其中，所述冷凝管18用于加热所述溶液20，以实现所述溶液20在所述负压蒸发室外壳14内浓缩。

本发明提供的负压低温热泵型浓缩装置中，所述监控元件用于监测所述负压蒸发室外壳14内所述溶液20的液位情况，并根据所述液位情况，启动和关闭所述热泵机组与所述抽水汽装置；其中，所述冷凝管18用于加热所述溶液20，以实现所述溶液20在所述负压蒸发室外壳14内浓缩；

在冷凝器3中气态制冷剂的冷凝成液体制冷剂，以释放的热量可加热被浓缩的液体；所述抽水汽装置将负压蒸发外壳保持负压真空状态；待浓缩的溶液20在负压蒸发室外壳14内，处于负压真空的状态，并吸收冷凝器3释放的热量，逐步蒸发中溶液20中水分，蒸发出的水分变为水汽，又被抽水汽装置排出；

从而实现提升负压蒸发外壳中溶液20的浓度的目的，并且，溶液20浓缩所需的热量均来自于热泵机组中的冷凝器3，以低温环境下也可以进行浓缩，该负压低温热泵型浓缩装置兼容性极强，在石油化工、食品医药、环保污水处理及中央空调等浓缩设备上，均可采用。

本实施例中，所述抽水汽装置内存储有升温液，当所述水汽融入所述升温液后，所述抽水汽装置还用于将所述升温液输入所述蒸发器1后，抽回至所述抽水汽装置。

进一步的，所述抽水汽装置内存储有升温液，当所述水汽融入所述升温液后，所述抽水汽装置还用于将所述升温液输入所述蒸发器1后会释放热量给制冷剂，让制冷剂得以蒸发，并把热量通过热泵压缩机转移至冷凝器内交换给被浓缩的溶液，而降温的升温液再次被抽回至所述抽水汽装置里去冷凝来自负压蒸发室的水汽；

在蒸发器1中液态制冷剂的蒸发成气态制冷剂，需吸收热量；实现水汽中潜热通过升温液可以反馈至所述蒸发器1中，供其蒸发使用，通过热泵压缩机再次转移交换给被浓缩的液体，极大程度的实现能量循环利用。

作为本实施例的一种优选的方式，所述抽水汽装置还可以包括外置的储液箱8，所述储液箱8连通所述抽水汽装置与所述蒸发器1；其中，当所述水汽融入所述升温液后，所述抽水汽装置还用于先将所述升温液输入所述储液箱8后，再输入所述蒸发器1，最后抽回至所述抽水汽装置。

所述储液箱8内设有加热器7，所述加热器7用于加热所述储液箱8中的所述升温液。所述加热器7可以是加热棒。所述升温液是循环水。

若稀溶液20温度较低情况下，可通过电加热棒把循环水温度提高，为浓缩装置系统提供初始热量。

当循环水温度达到预定要求后电加热棒即刻停止工作，再通过热泵机组把循环水热量转移至稀溶液20里，以降低水汽的比容积来提高抽真空装置的工作效率，浓缩装置系统便可获得初始热量。此热量可在该系统里循环使用，尤其是用于中央空调热源塔23时必须要在循环水箱里配置电加热棒，一方面是为了防止环境温度过低循环水会结冰而导致浓缩装置无法运行，另一方面就是为了给系统提供初始热量。

所述储液箱8上设有溢出管9，以便于及时溢出储液箱8中多余的由水汽冷凝成的液态水。

作为本实施例的另一种可选的方式，所述抽水汽装置也可以不包括外置的储液箱8，可以将蒸发器1的外壳直接作为储液箱8使用。

请参阅图3，作为一种冷凝器3的优选方式，所述冷凝器3还可以包括翅片19、水汽管17、喷淋管15及挡液板16，所述翅片19设于所述冷凝管18，所述水汽管连通所述负压蒸发室外壳14与所述抽水汽装置，所述喷淋管15与所述挡液板16悬设于所述负压蒸发室外壳14内；其中，所述喷淋管15用于向所述冷凝管18及所述翅片19喷洒所述溶液20。

所述喷淋管15可以直接于所述入液管5连接；所述喷淋管15也可以与一抽水器(例如，水泵)连接，所述抽水器用于抽取负压蒸发室外壳14内的溶液20。

所述负压低温热泵型浓缩装置还包括出液管6，所述出液管6与所述负压蒸发室外壳14连通。

所述负压低温热泵型浓缩装置还包括入液阀21与出液阀24，所述入液阀21设于所述入液管5，所述出液阀24设于所述出液管6。

本实施例中，所述抽水汽装置为水环真空泵。所述抽水汽装置上设有入水口、出水口及入汽口13，所述入汽口13与所述负压蒸发室外壳14连通，所述入水口与所述出水口分别与所述蒸发器1的两端连通；其中，所述出水口可以通过所述储液箱8与所述蒸发器1连通。

所述控制元件可以包括排气控制阀与液位监控器，所述排气空气阀设于所述负压蒸发室外壳14，所述液位监控器设于所述负压蒸发室内。其中，所述排气控制阀用于控制所述负压蒸发室与外界的气体流通；所述液位监控器用于检测和控制所述负压蒸发室内溶液20的液位高度。

所述控制元件的一种较优的控制方法如下：

当所述负压低温热泵型浓缩装置处于使用状态时，所述入液管5打开，所述出液管6关闭，待浓缩的溶液20自所述入液管5进入所述负压蒸发室外壳14；

当所述监控元件检测到所述负压蒸发室外壳14内的所述溶液20的液位高度上升至预设的第一高度值时，所述监控元件封闭所述入液管5，并启动所述热泵机组以及所述抽水汽装置；

其中，所述抽水汽装置用于抽取所述负压蒸发室外壳14内的水汽和空气，所述冷凝管18用于提高所述负压蒸发室外壳14内的溶液20的温度；所述抽水汽装置还用于将升温液送入所述蒸发器1后，再次送回所述抽水汽装置；

当所述液位监控器检测到所述负压蒸发室外壳14内的液位高度下降至预设的第二高度值时，所述监控元件控制所述入液管5封闭，所述出液管6打开；

当所述监控检测到所述负压蒸发室内的液位高度下降至预设的第三高度值时，所述液位监控器控制所述出液管6关闭，以及排气控制阀和入液管5打开。

请参阅图4，是本发明专利具体应用案例，它用于中央空调开式热源塔23，用该浓缩技术来浓缩防冻液，可避免防冻液因空气中水汽融入防冻液里而造成防冻液被稀释，从而导致冰点温度的上移所引起的冻管事件，同时也可以避免防冻液流失所引起的水土的污染情况发生。

该溶液20浓缩装置对接热源塔23；

热源塔23托水盘上沿的溢流管与入液管5连通，所述入液管5上装有入液阀21，具体的，所述入液阀21为稀防冻液溢流电子阀；

稀防冻液通过稀防冻液溢流电子阀进入负压蒸发室外壳14内得到浓缩后，便打开出液阀24流出，其中，出液阀24为浓防冻液电子阀。

再通过热源塔循环泵22把浓缩过的防冻液打入中央空调机组的蒸发器里去释放潜热给主机蒸发器另一侧制冷剂；

从而实现安全稳定的无污染的中央空调热源塔23运行。

第二实施例

基于本发明的第一实施例提供的一种负压低温热泵型浓缩装置，本发明的第二实施例提供另一种负压低温热泵型浓缩装置，其不同之处在于，所述抽水汽装置包括互相连接的冷凝喷射器11和喷射循环泵10，所述冷凝喷射器11与所述负压蒸发室以及所述蒸发器1均连通，所述喷射循环泵10与所述蒸发器1连通。

本发明专利是这样实现的：

当稀溶液20流入负压蒸发容积内，或者是流入稀溶液20储存容积内，并达到一定液位高度时；

液位控制器就会指示喷淋循环泵工作，把稀溶液20通过溶液20喷淋到冷凝管15及冷凝管翅片19上，获得冷凝器3翅片19管18里面冷媒的潜热得以蒸发；

水汽便通过水汽抽出管道17由管道进入真空装置入口13，再由抽真空装置出口12与同被冷却至低温的循环水一道进入循环水箱8里；

此时，水汽被冷凝并释放潜热使循环水温度升高至15℃以上，而循环水又被抽真空装置水环真空泵或喷射循环泵10吸入热泵机组的蒸发器1内；

循环水在热泵蒸发器1内释放潜热给蒸发器1另一侧冷媒后，循环水温度便降低了15℃以上，再进入抽真空装置的水环真空泵内或冷凝喷射器11内；

由于循环水温度较低，会非常高效地把水汽冷凝成液态水，大大降低了出口压力，致使抽真空装置工作压缩比降低，效率得到很大提高，这就是循环水的循环过程。

而冷媒循环是通过压缩机2把蒸发器1内冷媒压入冷凝器3里释放潜热给另一侧循环水后便冷凝成液态制冷剂，再经过节流装置44又重新回到蒸发器11里去获取循环水的潜热，就这样周而复始地实现制冷剂的循环过程及热量转移过程。

一个是逆循环(制冷剂的循环)，一个是正循环(循环水的循环)，就这样实现了热能双向平衡式的热交换及热能循环利用，从而达到高效浓缩实现节能的目的。

通过循环水的循环和制冷剂的循环实现不断浓缩负压蒸发室外壳14内的溶液20；

当负压蒸发室外壳14内的液位降至预设高度时，便可停止压缩机2及各循环泵的工作，其内溶液20便通过出液管6排入到收集器内，而系统的凝结水通过溢出管9排入环境。

本发明专利原理及方法：

利用热泵冷媒相变把水箱热量转移至冷凝器3内，再通过换热方式把冷媒的潜热交换给冷凝器3另一侧需要浓缩的稀溶液20，以使稀溶液20焓值得到相应提高，其溶液20气相比容积变小，那么再通过真空装置把冷凝器3(或者是负压蒸发室)里的溶液20气相中水汽抽离该容积，通过真空装置来传质与传热至循环水箱内，而该真空装置具有冷凝水汽功能。

机巧之处在于：

用来冷凝水汽的是被热泵蒸发器1内冷媒冷却至较低温度的循环水，同时可把循环水释放的热量通过冷媒转移给被浓缩的溶液；这是本发明专利与现有相关技术最显著的区别，也是最大优势之处；

而真空装置可以是水环真空泵或者是冷凝喷射器11，这与传统的采用水环真空泵浓缩或者传统冷凝喷射器浓缩方式不同的。它们工作的循环水温度降低通常是采用散热器来实现，即便采用空调来冷却，这也是与本发明专利有很大的不同；

因为本发明专利是利用热泵机组来冷却循环水，再利用低温循环水冷凝水汽，并通过热能转移实现浓缩液温度升高，从而来提高浓缩效率。

同时还可以把水汽潜热循环利用起来以增加被浓缩溶液20的焓值。

从而达到降低蒸汽的比容，冷量和热量都得到利用，不以任何方式向环境散热或排走冷量，排出去的仅仅是凝结水，绝非水汽，起到双向增效的效果。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种负压低温热泵型浓缩装置，其特征在于，包括：

热泵机组，所述热泵机组包括蒸发器、冷凝器、压缩机及节流装置，所述冷凝器包括负压蒸发室外壳和冷凝管，所述冷凝管设于所述负压蒸发室外壳内，所述压缩机与所述节流装置分别连通所述蒸发器与所述冷凝管的两端；

入液管，所述入液管与所述负压蒸发室外壳连通，并且，待浓缩的溶液自所述入液管流入所述负压蒸发室外壳；

抽水汽装置，所述抽水汽装置用于抽取所述负压室外壳内的水汽和空气，以实现所述负压蒸发室外壳内处于负压真空状态；

监控元件，所述监控元件用于监测所述负压蒸发室外壳内所述溶液的液位情况，并根据所述液位情况，启动和关闭所述热泵机组与所述抽水汽装置；其中，所述冷凝管用于加热所述溶液，以实现所述溶液在所述负压蒸发室外壳内浓缩。

2.如权利要求1的所述的负压低温热泵型浓缩装置，其特征在于，所述负压低温热泵型浓缩装置还包括出液管，所述出液管与所述负压蒸发室外壳连通。

3.如权利要求1所述的负压低温热泵型浓缩装置，其特征在于，所述抽水汽装置内存储有升温液，当所述水汽融入所述升温液后，所述抽水汽装置还用于将所述升温液输入所述蒸发器后，抽回至所述抽水汽装置。

4.如权利要求3所述的负压低温热泵型浓缩装置，其特征在于，所述抽水汽装置还包括储液箱，所述储液箱连通所述抽水汽装置与所述蒸发器；其中，当所述水汽融入所述升温液后，所述抽水汽装置还用于先将所述升温液输入所述储液箱后，再输入所述蒸发器，最后抽回至所述抽水汽装置。

5.如权利要求4所述的负压低温热泵型浓缩装置，其特征在于，所述储液箱内设有加热器，所述加热器用于加热所述储液箱中的所述升温液。

6.如权利要求4所述的负压低温热泵型浓缩装置，其特征在于，所述储液箱上设有溢出管。

7.如权利要求1所述的负压低温热泵型浓缩装置，其特征在于，所述抽水汽装置为水环真空泵。

8.如权利要求1所述的负压低温热泵型浓缩装置，其特征在于，所述抽水汽装置包括互相连接的冷凝喷射器和喷射循环泵，所述冷凝喷射器与所述负压蒸发室以及所述蒸发器均连通，所述喷射循环泵与所述蒸发器连通。

9.如权利要求要求1所述的负压低温热泵型浓缩装置，其特征在于，所述冷凝器还包括翅片、水汽管、喷淋管及挡液板，所述翅片设于所述冷凝管，所述水汽管连通所述负压蒸发室外壳与所述抽水汽装置，所述喷淋管与所述挡液板悬设于所述负压蒸发室外壳内；其中，所述喷淋管用于向所述冷凝管及所述翅片喷洒所述溶液。

10.如权利要求2所述的负压低温热泵型浓缩装置，其特征在于，所述负压低温热泵型浓缩装置还包括入液阀与出液阀，所述入液阀设于所述入液管，所述出液阀设于所述出液管。