CN111912249A - 一种节能复合式蒸汽冷凝系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种节能复合式蒸汽冷凝系统，包括换热器、风机、消音器，所述换热器内从上至下依次包括相互独立的第一换热腔、第二换热腔和第三换热腔，换热器的蒸汽入口设置在所述一级换热腔上，所述第一换热腔内设置有卧式的第一换热管，所述第二换热管用于连通第一换热腔和第三换热腔，所述三级换热腔内设置有卧式的三级换热管；本发明经过四块冷凝装置得以达到理想冷凝效果，全程各组件都由电气控制器智能监测控制，数据可视化程度高，使用方便，冷凝效果好，比传统冷凝装置冷凝效果更佳，热量能再次收集利用、环保、智能化程度更高。

Description

一种节能复合式蒸汽冷凝系统

技术领域

本发明涉及酿酒设备领域，具体涉及到一种节能复合式蒸汽冷凝系统。

背景技术

在现有的酿酒化工设备中，发酵蒸馏的高温蒸汽需要采用冷凝器冷凝成液态酒。现有的设备一般都采用水冷冷凝的方式，但是水冷方式具有不可避免的缺点，水资源浪费严重，性价比不高，出酒温度不可控，导致酿出的酒的品质受到影响。而采用风冷，由于环境温度的不同，有时候冷凝器需要在工作前进行预热，以使得整个系统更快的进入工作状态，或只靠风冷无法得到足够的冷却，例如公开专利(CN103411442A)。

因此，目前的酿酒设备仍然存在冷凝效率低下，冷凝温度不受控的情况。

发明内容

本发明的目的是提供一种节能复合式蒸汽冷凝系统,利用自动控制原理采用多级换热,节约用水,增加换热率，对最终冷凝温度受控。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种节能复合式蒸汽冷凝系统，包括控制器、制冷器、换热器和设置在换热器上的风机，所述换热器包括有：

密闭的第一换热腔，设置在第一换热腔内的第一换热管，

密闭的第三换热腔，设置在第三换热腔内的第三换热管，

第二换热腔，设置在第二换热腔内的若干根独立的第二换热管，所述第二换热管一端与第一换热腔连通，另一端与第三换热腔连通，

换热器的底部设置有进风口，风机的顶部为出风口，进风口、第二换热腔、出风口构成循环风道；

所述第一换热管的出口、第二换热管内、第三换热管的出口分别设置有温度传感器，第一换热管的进口设置有阀门，第三换热管的进口连通制冷器，

所述控制器分别采集温度传感器的温度值，控制器控制阀门的开度和控制制冷器的开关。

在上述技术方案中，根据权利要求1所述的一种节能复合式换热器，其特征在于所述换热腔体整体为轴对称结构，沿着轴线从所述换热腔体一端到另一端为贯通的中空结构。

在上述技术方案中，所述第一换热管和第三换热管为卧式结构各自排布在第一换热腔和第三换热腔内。

在上述技术方案中，第二换热管用于连通第一换热腔和第三换热腔。

在上述技术方案中，第一换热腔、第二换热管、第三换热腔三者内部为连通一体的密闭腔。

在上述技术方案中，所述第二换热管为竖直管道，或者为螺旋状管道。

在上述技术方案中，所述第二换热管的外壁上设置有若干均匀分布的翅片。

在上述技术方案中，所述第二换热腔内壁设置有喷淋组件，所述喷淋组件面向第二换热管喷淋。

在上述技术方案中，提供一种控制方法，包括以下步骤：

S1:高温介质热蒸汽通过进气口进入第一换热腔，与第一换热管进行热交换；

S2:进行热交换后的热蒸汽冷凝后，以液体形态进入第二换热管，通过第二换热管进入到第三换热腔；

S3：从第二换热管流出的液体喷洒在第三换热管上进行热交换后，对冷凝液体进行储存；

在S1到S3的过程中，由控制器根据每个换热腔内换热管的温度传感器进行温度值反馈控制介质流量进行热交换，对第一换热腔、第二换热腔、第三换热腔采用递进的条件控制。

在上述技术方案中，

当设置在第一换热管内的温度传感器的反馈值大于控制器的第一预设值时，打开风机，由风机从换热器底部将外部的空气抽入到换热器内，使得换热器内从底部到顶部形成气体对流，与第二换热腔内的换热管表面进行热交换；

当设置在第二换热管内底部的温度传感器的反馈值大于控制器的第二预设值时，则由控制器控制喷淋组件的阀门打开，喷淋组件向第二换热管进行喷淋；

当设置在第三换热管出口的温度传感器的反馈值大于控制器的第三预设值时，则有控制器控制制冷器进行冷媒在第三换热管内循环；

所述第一预设值、第二预设值、第三预设值逐步减小。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明利用三级换热，可以最大程度的将高温蒸汽的热量进行交换，有效的获得理想的冷凝液；

本发明在冷凝过程中利用控制系统和制冷器，在获得冷凝液的同时可以节约大量的用水；

本发明的系统采用自动控制原理，实时监控换热器中的各级温度并根据温度反馈实时调节冷凝液体的流量和流速，极大的提高了换热效率；

本发明经过四块冷凝装置得以达到理想冷凝效果，全程各组件都由电气控制器智能监测控制，数据可视化程度高，使用方便，冷凝效果好，比传统冷凝装置冷凝效果更佳，热量能再次收集利用、环保、智能化程度更高。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是换热器结构示意图；

图2是系统控制原理框图；

其中：1是风机，2是第一换热腔，3是第一换热管，4是第二换热管，5是第二换热腔，6是喷淋组件，7是第三换热管，8是第三换热腔，9是汇流槽。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

如图1所示，本实施例中的换热器包括一个密闭的换热腔体，整个换热腔体为轴对称结构，沿着轴线换热器腔体从一端到另一端为贯通的中空结构，整个换热腔体的具体结构为包括有：

第一换热腔2，第一换热腔2在换热器轴线方向的最上方，围绕贯通的中空结构对方分布，整个第一换热腔2内部为密闭腔，不与中空结构连通。在第一换热腔2内采用卧式结构排布有第一换热管3，第一换热管3中用于流通冷水。第一换热腔2是高温蒸汽进入换热器内首先进行换热的部件，通过与第一换热管3中的冷水进行热交换，高温蒸汽在第一换热腔2内冷凝为高温液体。

第二换热腔5，所述第二换热腔5为一个开放腔体，第二换热腔5内设置有若干的且相互独立的第二换热管4，所述第二换热管4用于连接第一换热腔2和第三换热腔8。当高温蒸汽在第一换热腔2内冷凝为高温液体后，高温液体会流入到第二换热管4内。风机1工作时，将外部的空气从换热器底部的进风口抽入，冷空气在第二换热腔5内与第二换热管4进行热交换后，热风从换热器的顶部喷出。

为了增加换热效果，在第二换热管4的外壁上均匀设置有若干的翅片，用于增大第二换热管4的表面面积，从而增加换热效率。考虑到风冷换热的效率存在的局限性，本实施例在风冷的基础上增加水冷换热。在第二换热腔5的内壁处设置有喷淋组件6，该喷淋组件6将冷水面向第二换热管4进行喷射，利用冷水对第二换热管4进行热交换。喷淋出的水经过热交换后从进风口处排出由汇流槽9进行回收。

第三换热腔8，所述第三换热腔8在换热器轴线方向的最上方，围绕贯通的中空结构对方分布，整个第三换热腔8内部为密闭腔，不与中空结构连通。在第三换热腔8内采用卧式分布结构排列有第三换热管7，第三换热管7内利用外部的制冷器提供冷媒，通过温度传感器的温度反馈，控制冷媒的流量、温度，从而实现对由第二换热管4进入到第三换热腔8内的液体进行最后的换热，换热后的液体即为最终的目标液体，由换热器排出存储。

在本实施例中，第一换热腔2、第二换热管4、第三换热腔8三者内部为密闭的一体结构，且内部相互两桶；三者不与第二换热腔5和中空结构连通。

在本实施例中，第一换热管3采用水冷方式换热，第二换热腔5内采用风冷和水冷结合的方式对第二换热管4进行换热，第三换热管7内采用冷媒进行换热。

在本实施例中，为了进一步增加换热效率，对于第二换热管4可以采用竖直管道，也可以采用规则的螺旋管状的管道，或者采用具有其他弧形外形的Z形管道，在第一换热腔2与第三换热腔8之间用于增加整个第二换热管4的距离，从而提高换热效率。

本实施例中，高温蒸汽从进入第一换热腔2开始，到最终由第三换热腔8排出，一共经历四次热交换，最终完成达到目标温度。

如图2所示，为系统的控制原理框图。

当高温蒸汽从设置在第一换热腔的入口进入，与设置在第一换热腔内的第一换热管接触。第一换热管的入口由阀门控制，通过控制器打开阀门对第一换热管内注入常温水，经过换热后高温水从一级换热管的出口流出，并对热水进行收集备用。在热水流出的过程中，在出口处设置一个温度传感器，由控制器采集该温度传感器的温度值，根据温度值由控制器控制阀门的开度，对进入第一换热管内的水流速度和流量进行调节，充分实现冷水与高温蒸汽的热交换，使得流出的热水温度控制在90℃-95℃之间。

在第一换热腔内当高温蒸汽经过换热后冷凝成为液态，液体进入到第二换热管，控制器控制风机打开，风机将换热器外部的空气由底部抽入从换热器顶部吹出，使得冷风在第二换热腔与外部之间形成对流，从而实现对第二换热管进行热交换。当风(空气)到达上端以后就由原来的冷风变成热风，考虑到此过程声音大，会产生噪音，添加消声器、消音隔层就可以有效规避。通过设置在第二换热腔内的温度传感器感测流经第二换热管下端液体温度，如果温度过高通过电气控制器设置参数增大风机风量，反之亦然。

当第二换热腔内的温度传感器检测到经过风冷后的第二换热管温度值任然过高，由控制器控制设置在第二换热腔内的喷淋组件对第二换热管进行喷洒冷水，实现第二换热管的再次热交换。通过调节喷水阀控制喷淋水流量大小，喷淋喷出的水成喷雾状态，以此达到进一步降温冷凝效果，喷淋的水一部分被风随空气通过热封口被排出，少部分喷雾凝结成水滴落入液体汇流槽被排走，如果发现喷淋水汇槽水太多通过电气控制器输入参数给予控制得以实现。

在第三换热管内设置有温度传感器，控制器根据该温度传感器的温度反馈值控制制冷机对第三换热管输入冷媒，通过冷媒对从第二换热管出来的液体进一步进行换热，根据温度传感器反馈温度由控制器实时控制制冷机对冷媒的流速和流量进行控制。

经过第三换热腔换热后输出最终冷却的液体进行收集。

本实施例中，第一换热腔、第二换热腔、第三换热腔依次逐步对高温蒸汽进行换热后，高温蒸汽逐步冷凝为预定的液体。

在本实施例中，控制器对每一个换热腔内的温度传感器进行温度实时采集，被对阀门、喷淋组件、制冷机做出相应的实时控制，实现对换热过程中的换热效率有效控制。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (10)

1.一种节能复合式蒸汽冷凝系统，其特征在于包括控制器、制冷器、换热器和设置在换热器上的风机，所述换热器包括有：

密闭的第一换热腔(2)，设置在第一换热腔内的第一换热管(3)，

密闭的第三换热腔(8)，设置在第三换热腔内的第三换热管(7)，

第二换热腔(5)，设置在第二换热腔内的若干根独立的第二换热管(4)，所述第二换热管一端与第一换热腔连通，另一端与第三换热腔连通，

所述换热器的底部设置有进风口，风机的顶部为出风口，进风口、第二换热腔、出风口构成循环风道；

所述第一换热管(2)的出口、第二换热管(4)内、第三换热管(7)的出口分别设置有温度传感器，第一换热管的进口设置有阀门，第三换热管的进口连通制冷器，

所述控制器分别采集温度传感器的温度值，控制器控制阀门的开度和控制制冷器的开关。

2.根据权利要求1所述的一种节能复合式蒸汽冷凝系统，其特征在于根据权利要求1所述的一种节能复合式换热器，其特征在于所述换热腔体整体为轴对称结构，沿着轴线从所述换热腔体一端到另一端为贯通的中空结构。

3.根据权利要求1所述的一种节能复合式换热器，其特征在于所述第一换热管(3)和第三换热管(7)为卧式结构各自排布在第一换热腔(2)和第三换热腔(8)内。

4.根据权利要求1或3所述的一种节能复合式换热器，其特征在于第二换热管(4)用于连通第一换热腔(2)和第三换热腔(8)。

5.根据权利要求4所述的一种节能复合式换热器，其特征在于第一换热腔(2)、第二换热管(4)、第三换热腔(8)三者内部为连通一体的密闭腔。

6.根据权利要求5所述的一种节能复合式换热器，其特征在于所述第二换热管(4)为竖直管道，或者为螺旋状管道。

7.根据权利要求1所述的一种节能复合式换热器，其特征在于所述第二换热管(4)的外壁上设置有若干均匀分布的翅片。

8.根据权利要求1所述的一种节能复合式换热器，其特征在于所述第二换热腔内壁设置有喷淋组件(6)，所述喷淋组件面向第二换热管喷淋。

9.根据权利要求1-8任一所述的一种节能复合式蒸汽冷凝系统的控制方法，其特征在于包括以下步骤：

S1:高温介质热蒸汽通过进气口进入第一换热腔，与第一换热管进行热交换；

S2:进行热交换后的热蒸汽冷凝后，以液体形态进入第二换热管，通过第二换热管进入到第三换热腔；

S3：从第二换热管流出的液体喷洒在第三换热管上进行热交换后，对冷凝液体进行储存；

在S1到S3的过程中，由控制器根据每个换热腔内换热管的温度传感器进行温度值反馈控制介质流量进行热交换，对第一换热腔、第二换热腔、第三换热腔采用递进的条件控制。

10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于：

当设置在第一换热管内的温度传感器的反馈值大于控制器的第一预设值时，打开风机，由风机从换热器底部将外部的空气抽入到换热器内，使得换热器内从底部到顶部形成气体对流，与第二换热腔内的换热管表面进行热交换；

当设置在第二换热管内底部的温度传感器的反馈值大于控制器的第二预设值时，则由控制器控制喷淋组件的阀门打开，喷淋组件向第二换热管进行喷淋；

当设置在第三换热管出口的温度传感器的反馈值大于控制器的第三预设值时，则有控制器控制制冷器进行冷媒在第三换热管内循环；

所述第一预设值、第二预设值、第三预设值逐步减小。

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