CN203392884U - 一种热泵低压蒸馏装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种热泵低压蒸馏装置，以及利用热泵和低压来实现蒸馏的方法。具体涉及两套相互耦合的子系统：热泵子系统和低压子系统。本实用新型充分结合了热泵技术和真空蒸馏的优点：热泵技术的高热效率让热能的获得变得方便经济，低压的环境降低了液体沸腾时所需的热能需求；同时本实用新型采用了隔离舱的方式能够确保系统在排出净化液和浓缩液的时候将低压环境的压力波动控制在一个合理范围，并有效降低真空泵开机频次和时间。本实用新型可以用于海水淡化，工农业污水的净化，饮用水净化。主要能源来自于环境，比如太阳能或者工业废热，余热等。其中的压缩机和真空泵可以由电力、风力或者水力来驱动，有较强的环境适应性。

Description

一种热泵低压蒸馏装置

技术领域

本实用新型涉及一种热泵低压蒸馏装置，以及利用热泵和低压来实现蒸馏的方法。可以用于海水淡化，工农业污水的净化，饮用水净化。具体涉及两套子系统：热泵子系统和低压子系统。热泵系统实现利用低品位热能的目的，低压系统实现降低溶液沸点的目的。 

背景技术

随着人类社会的高速发展和人类对资源的快速消耗导致人们赖以生存的水体资源遭受很大的破坏，可用于直接饮用或者工农业生产的淡水越来越少。同时很多地区或国家也主要依赖淡化海水。很多大型的化工行业也需要有蒸馏装置来从原料中分离所需的产品。 

现有的溶液分离方法主要由蒸馏法和反渗透法。其中蒸馏法海水淡化技术是最早投入工业化应用的溶液分离技术，包括多级闪蒸技术和低温蒸馏技术。蒸馏法具有可利用太阳能以及电厂和其他低品位热源，对原料液的要求低，装置的生产能力大等优点，是当前海水淡化的主流技术。但是它对热源的利用率不高，对环境温度的依赖性较大，往往需要耗费大量的火力或电力资源来实现加热目的。反渗透法分离技术则存在操作压力高，预处理要求高，运行费用高等不足。 

热泵技术是目前发展快速的一种高效利用低品位热能的技术。热泵的供热量远远大于它所消耗的机械能，采用热驱动热泵，CO₂排放量亦明显降低。 

真空蒸馏是蒸馏方法的一种。在减压下进行，一般用于分离在常压下加热至沸点时易于分解的物质，或与其它蒸馏方法(如蒸汽蒸馏)结合以降低蒸馏温度并提高分离效率。真空蒸馏也用于某些品种特种气体的深度提纯。 

实用新型内容

本实用新型公开一种热泵低压蒸馏装置，其目的在于克服现有的普通蒸馏方法利用太阳能效率不高，真空蒸馏法维持蒸发器内真空需要消耗大量能源，运行费用高的弊端。 

本实用新型涉及一种热泵低压蒸馏装置，具体涉及两套相互耦合的子系统：热泵子系统和低压子系统。 

其中热泵系统在运行时呈现为冷热分区状态，热区由介于压缩机(9)和膨胀阀(11)之间的在压缩机(9)的作用下冷凝器(10)构成主要工作单元，通过从环境中吸收聚集低品位 热能并对加热舱(8)中的原液放热来实现加热的目的；冷区则通过由介于膨胀阀(11)和蒸发器(2)之间的蒸发器(12)构成主要工作单元，在冷却舱(4)中从高温蒸汽吸热而实现快速冷却的目的，这个急冷的特点可以有效遏制因蒸汽饱和而导致的系统压力升高，使得系统运行时能够保持适当的低压氛围。 

其中低压系统主要由连通的密闭容器加热舱(8)，冷却舱(4)，储液舱(15)和低压舱(26)通过必要的管道和阀门配合相连构成。低压舱(26)通过真空泵(28)的间断运行结合管道上的阀门系统来保持系统的低压氛围。特别地，低压系统中的储液舱(15)在阀门系统的配合下可以实现隔离舱的作用，能在排液时隔离低压和常压环境，有效降低系统排液时气压波动并降低真空泵(28)运行的能量损耗。 

本实用新型可以用于海水淡化，工农业污水的净化，饮用水净化。主要能源来自于环境，比如太阳能或者废热，余热等。其中的压缩机和真空泵可以由电力、风力或者潮汐来驱动，有较强的环境适应性。 

本实用新型充分结合了真空蒸馏和热泵技术的优点：热泵技术的高热效率让热能的获得变得方便经济；低压的环境降低了液体蒸发时所需的热能需求；同时本实用新型采用了隔离舱的方式能够确保系统在排出净化液和浓缩液的时候将低压环境的压力波动控制在一个合理范围，并有效降低真空泵开机频次和时间。 

附图说明

附图为本实用新型一种热泵低压蒸馏装置结构示意图： 

1.原液池，2.蒸发器，3.热泵管道，4.冷却舱，5.管道，6.阀门，7.管道，8.加热舱，9.压缩机，10.冷凝器，11.膨胀阀，12.蒸发器，13.阀门，14.管道，15.储液舱，16.分液板，17.阀门，18.管道，19.阀门，20.管道，21.阀门，22.阀门，23.管道，24.阀门，25.管道，26.低压舱，27.阀门，28.真空泵。 

具体实施方式

以下结合说明书附图对本实用新型一种热泵低压蒸馏装置作进一步说明： 

1)加热舱(8)首次加液： 

关闭其他阀门，打开阀门(6)、阀门(13)和阀门(19)。原液池(1)中的溶液在重力作用下流入加热舱(8)中，待到溶液液面高度达到额定值后关闭阀门(6)和阀门(19)，至此首次加液结束。 

2)系统减压准备： 

关闭其他阀门，打开阀门(13)、阀门(21)和阀门(27)。在电力、风力或水力等动力源作用下启动真空泵(28)，待到低压舱(26)内压力达到额定值后关闭阀门(21)和阀门(27)，至此系统减压准备结束。 

3)系统运行： 

步骤1)、2)完成后，关闭其他阀门，打开阀门(13)。在电力、风力或水力等动力源作用下启动压缩机(9)。热泵管道(3)中的工质(以下简称工质)经过蒸发器(2)和蒸发器(12)分别从冷却舱(4)和原液池(1)中吸热汽化，然后被压缩机(9)压缩为高温高压的气态，流经冷凝器(10)并向加热舱(8)中的溶液放热。溶液被加热至沸腾并产生蒸汽，蒸汽通过管道(5)流向冷却舱(4)。同时工质继续经膨胀阀(11)流向蒸发器(12)并从冷却舱(4)的蒸汽中吸热。蒸汽随之被冷却为液态并在重力作用下直接经管道(14)流入储液舱(15)中。如此工质在压缩机(9)的作用下循环，溶液也从加热舱(8)的蒸汽状态到冷却舱(4)的冷却状态连续运转。 

4)加热舱(8)补液： 

关闭其他阀门，打开阀门(6)和阀门(13)。溶液从原液池(1)受重力和内外压力差作用自动流入加热舱(8)。待到液面达到额定高度后，关闭阀门(6)。至此热舱(8)补液完成。 

5)加热舱(8)排液： 

暂停压缩机(9)关闭其他阀门，打开阀门(17)。浓缩液在重力作用下流入储液舱(15)待到加热舱(8)液面达到额定高度后，关闭阀门(17)。至此加热舱(8)排液完成。 

6)储液舱(15)排液： 

关闭其他阀门，先后打开阀门(19)、阀门(22)和阀门(24)。待到排液完成后关闭上述阀门至此储液舱(15)排液完成。 

7)低压氛围维持： 

低压舱(26)内部压强到达最大额定值后，关闭其他阀门，保持打开阀门(27)和阀门(21)，启动真空泵(28)直到压强达到标准值后先后关闭上述阀门和真空泵(28)。 

Claims (9)

1.一种热泵低压蒸馏装置包括：由压缩机(9)、冷凝器(10)、膨胀阀(11)、蒸发器(12)、蒸发器(2)和热泵管道(3)构成的热泵子系统和由真空泵(28)、低压舱(26)、储液舱(15)、冷却舱(4)、加热舱(8)、原液池(1)、

管道(5，7，14，18，20，23，25)和阀门(6，13，17，19，21，22，24，27)构成的低压子系统，其特征在于：

A)冷却舱(4)内部或者外部布置有蒸发器(12)起到吸热的作用；

B)原液池(1)内部或者外部布置有蒸发器(2)起到吸热的作用；

C)加热舱(8)内部或者外部布置有冷凝器(10)起到放热的作用；

2.根据权利要求1所述的一种热泵低压蒸馏装置，其特征在于：

压缩机(9)，冷凝器(10)，膨胀阀(11)，蒸发器(12)和蒸发器(2)通过热泵管道(3)依次连接成封闭环路；

3.根据权利要求1所述的一种热泵低压蒸馏装置，其特征在于：

加热舱(8)的上部通过管道(7)连接至原液舱(1)的下部，且管道(7)中间布置有阀门(6)；

4.根据权利要求1所述的一种热泵低压蒸馏装置，其特征在于：

加热舱(8)的上部通过管道(5)连接至冷却舱(4)的上部；

5.根据权利要求1所述的一种热泵低压蒸馏装置，其特征在于：

加热舱(8)的下部通过管道(18)连接至储液舱(15)的上部，且管道(18)中间布置有阀门(17)；

6.根据权利要求1所述的一种热泵低压蒸馏装置，其特征在于：

冷却舱(4)的下部通过管道(14)连接至储液舱(15)的上部，且管道(14)中间布置有阀门(13)；

7.根据权利要求1所述的一种热泵低压蒸馏装置，其特征在于：

储液舱(15)的上部通过管道(20)连接至低压舱(26)；

8.根据权利要求1所述的一种热泵低压蒸馏装置，其特征在于：

储液舱(15)内部布置有分液板(16)将储液舱(15)分为下部相隔上部相通的容器，下部两侧分别与管道(23)和管道(25)连接；管道(23)上布置有阀门(22)，管道(25)上布置有阀门(24)；

9.根据权利要求7所述的一种热泵低压蒸馏装置，其特征在于：

管道(20)有连通至大气的支路且该支路上布置有阀门(19)，有连通至真空泵(28)的支路上布置有阀门(27)，在连接储液舱(15)和低压舱(26)的支路上布置有阀门(21)；