CN209060589U - 一种真空升华蒸发冷热能分离装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种真空升华蒸发冷热能分离装置，其包含一个密封的容器，在该容器上设有液体进口、气体出口和固体或固液混合物出口，在该气体出口上连接一真空升华蒸发机组，为密封容器提供设定的压力，所述容器中设置一搅拌装置。在本实用新型提供的装置中对于液体进行真空升华蒸发的冷热能分离，利用真空技术和水的物理性质，实现冷能和热能分离以及进一步的储存并使用，能够在现有制冷、制热技术的基础上大大提高系统效率和COP值。

Description

一种真空升华蒸发冷热能分离装置

技术领域

本实用新型属于制冷与热泵技术领域，提供一种采用真空升华蒸发的手段进行冷能和热能分离的方法中使用的装置。

背景技术

制冷或制热技术是指用人工的方法在一定时间和一定空间内对某物体或对象进行冷却或加热，使其温度降到环境温度以下，或者升到环境温度以上，即是利用制冷或制热设备加入能量，使热量从低温物体向高温物体转移的一种属于热力学过程的单元操作。现有技术中应用的制冷或制热技术，是利用压缩机做功使制冷或制热设备内的介质升压，然后再减压，从而进行冷、热能量的吸收和释放并转移至使用地点的一种操作技术。

目前的制冷和制热是基于压缩机技术来实现冷、热能量的转移和使用操作，由于受设备原理和工作环境的限制，压缩机制冷设备的制冷能效比(简称COP值)，长期徘徊于6左右。我国一级能耗的家用空调COP在3.4左右，国外虽有报道搞出了COP＞6且＜8的制冷机组，但因设备价格很高，效率实际提高幅度不够大，造成设备性价比较低。

现有制冷制热技术的高能耗使得集中空调成为耗电大户，并大大增加了夏季国家电网峰值期的负荷压力；而冬季供暖由于电费相对高昂，只能烧煤，增加了大气污染。为治理大气，国家推行煤改气，但因天然气资源供应偏紧、价格较高等问题，推广中也存在一定困难。

寻求一种低耗能的技术来部分替代传统的压缩机制冷制热技术，以实现节能降耗是当前亟待解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种真空升华蒸发的冷热能分离装置，该装置用于一种真空升华蒸发的冷热能分离方法，其利用真空技术和水的物理性质，实现冷能和热能分离以及进一步的储存并使用，能够在现有制冷、制热技术的基础上大大提高系统效率和COP值。本实用新型的目的是这样实现的：

一种真空升华蒸发的冷热能分离装置，包含一个密封的容器，在该容器上设有液体进口、气体出口和固体或固液混合物出口，在该气体出口上连接一真空升华蒸发机组，为密封容器提供设定的压力，所述容器中设置一搅拌装置。

分离方法是：

步骤1：在容器中建立真空环境，该真空环境为：令由所述液体进口进入所述人造环境液体：

其中的一部分蒸发，一部分凝固为固体，或者，

其中的一部分蒸发，一部分凝固为固体，部分固体升华为蒸汽；

同时和/或之前和/或在后，通过液体进口向人造环境输入液体；

步骤2：蒸汽与固体进行分离，启动搅拌装置，使得凝固的固体破碎，固体或者固体和液体的混合物从所述固体或固液混合物出口排出成为冷能输出，蒸汽从所述气体出口被真空升华蒸发机组抽出成为热能输出；

步骤1和步骤2交替和/或同时进行，使得液体进入所述容器，固体或固液混合物排出固体或固液混合物出口，蒸汽从气体出口被抽出，此过程连续进行，实现冷能和热能的分离。

进一步地，所述方法还包括步骤3：将固体或固液混合物从容器排到一与容器等压的固体储罐中。

优选地，在步骤1中就启动搅拌装置。

具体地，所述人造环境的压力为600Pa以下。

进一步地，所述人造环境中的温度，成为272K以下。

优选地，所述人造环境的压力为600-100Pa。

进一步地，所述人造环境中的温度，成为272-253K。

进一步地，在所述容器中设置的搅拌装置，在步骤2中，实施搅拌，保证容器中的固体不会封住整个液面，且使得固体破碎而从固体或固液混合物出口排出。

所述方法中使用的装置是这样的：优选地，所述搅拌装置中的搅拌桨位于所述容器中设定液位处或低于设定液位50mm以内的高度上。

进一步地，还包括一个固体储罐，该固体储罐与所述容器连通，构成与容器同等压力，所述容器中的固体或固液混合物出口与该固体储罐上的进口连通，该固体储罐进口和所述容器的固体或固液混合物出口之间设有截止装置而能够使得两者连通或截止；在该固体储罐上设置固体物质或固液混合物排放口，还设有放空口与大气连通，该放空口上设置放空阀。

进一步地，所述固体储罐和所述容器之间设置连通管路，在该连通管路上设置输送装置。

所述输送装置优选为泥浆泵。

进一步地，所述真空升华蒸发机组的吸气口分别连接所述容器的气体出口和所述固体储罐上的一出气口，使得通过同一真空升华蒸发机组即多级真空泵机组对所述容器和固体储罐作用，形成同样的压力。

进一步地，所述真空升华蒸发机组的排气口连接一对抽出的蒸汽进行换热的蒸汽换热器的气体进口，利用从所述容器中抽出升压后而升温的蒸汽的热能加热低温介质。

在所述蒸汽换热器的气体出口上连接一真空泵，用于抽吸经过换热后的蒸汽排出蒸汽换热器。

所述真空升华蒸发机组是多级真空泵，优选是罗茨真空泵机组。

所述容器可以是一结晶器，其结构是：结晶器为一罐体，在罐体内设置一个包括下底和侧壁的盆状隔板，成为结晶盘，该结晶盘将罐体的内部空间分成上部空间和下部空间，气体出口设置在罐体顶部的罐壁上，通过管路连接真空升华蒸发机组；搅拌装置从罐体的顶部密封地穿入置于所述上部空间的结晶盘里；连接液体进口的液体输送管从罐体的下部空间的侧壁密封地插入罐体，再从结晶盘的侧壁偏下的位置连通结晶盘内；在结晶盘的下底上设置废水出口，其上连接废水排放管，废水排放管向下延伸，从罐体的底部密封穿出罐体。在结晶罐的罐底还设置一排泄口，用于下部空间的废水排出；结晶盘的侧壁靠上的部分设置出冰口，在罐体的下部空间的侧壁上设置的固液混合物出口。

该容器的结构也可以是：所述容器为一结晶器，其结构为：结晶器为一罐体，气体出口设置在罐体顶部的罐壁上，通过管路连接真空升华蒸发机组；搅拌装置从罐体的顶部密封地穿入罐体；液体进口设置在罐体侧壁上，在罐体的侧壁上设置固体或固液混合物出口，液体进口低于固液混合物出口；在结晶罐4的罐底设置一排泄口，用于下部空间的废水排出。

所述搅拌装置中的搅拌桨位于结晶盘中设定液位处或低于设定液位50mm以内的高度上；或者，所述搅拌装置中的搅拌桨位于结晶罐中设定液位处或低于设定液位50mm以内的高度上。

本实用新型提供的真空升华蒸发冷热能分离方法，是利用真空技术和水的物理性质，实现冷能和热能分离、储存并使用的技术。由于采用与压缩机技术不同的高效真空升华蒸发技术，在不使用其他制冷介质和配套的制冷介质循环系统前提下，减少了能量传递的环节，提高了系统效率，COP值可以大幅度提高，而且制冷或者制热量越大，COP值也越大，以至于能够突破8，甚至能够达20以上。同时，本实用新型利用液体的相变形态物(蒸汽和冰)作为能量的载体和储存、应用的介质，使得冷热能量分离和使用更为方便，效能大辐提高。从而使得系统整体效率大大提高。

下面通过附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

附图说明

图1为本实用新型提供的真空升华蒸发冷热能分离方法中使用的装置的结构示意图。

图1a为图1中结晶器的结构示意图。

图1b为另一种结构的结晶器的结构示意图。

图2为本实用新型提供的真空升华蒸发冷热能分离方法中使用的装置的控制系统的示意图，该图2中还显示出在图1所述装置中各种流体的流动运行方向。

图3为水的平衡相图。

图4为工况与COP关系图线，其中显示现有压缩制冷或制热时的COP状况，其中横坐标为人造环境和流体温差不同的状态点，纵坐标为各种状态点对应的COP值。

图5为工况与COP关系图线，其中显示本实用新型的方法在制冷或制热时的COP状况。

具体实施方式

作为真空升华蒸发冷热能分离方法的举例，给出如图1和图1a所示的一种装置。

该装置一个密封的容器称为结晶器4，结晶器4内构成一人造环境，结晶器4中设有液体进口44、气体出口42和固液混合物出口49，在该气体出口42上连接一真空升华蒸发机组 2，在结晶器4中还设有搅拌器43。分离方法是：

步骤1：在结晶器4中建立真空的人造环境，通过真空升华蒸发机组，也就是一个真空泵机组3连接结晶器4上的气体出口42，对于结晶器4抽真空，使得结晶器4中的压力降低到600-100Pa，例如是128Pa，在结晶器4中，通过液体进口44输入原水。在该真空环境的工况下，从如图4所示的水平衡相图可知，水处于气固平衡线与b-a-o组成的一个三角形区域中，该结晶器4的温度处于这样一个区域中，温度可以从272降低到253K，即从-1℃降低到-20℃，即在气固两相区且偏于气态区。在这样的人造环境中，一部分水会蒸发成蒸汽，被真空泵机组3抽走，一部分水会凝固为冰，冰的一部分还会通过升华成为蒸汽，同时，还会存有一定量的水。

步骤2：对蒸汽和冰进行分离，在结晶器4中设置的搅拌器43，将凝结的冰打碎，冰和一部分水形成冰浆，从所述固液混合物出口49排出成为冷能输出，蒸汽则被真空升华蒸发机组从所述气体出口42抽出人造环境而成为热能输出。搅拌器还有两个作用，其一是可保证容器中的冰不会封住整个液面，以保证液面上固液的蒸发和升华速度，其二是能够把结晶器液面上面人造环境中的冷能导入液体中，加速结冰。为此，搅拌器可以在步骤1中就启动起来。

起始时，可以先在结晶器4中加入液体，然后启动真空泵机组3，随后液体即开始蒸发，蒸汽被抽走，结冰也就开始了，搅拌器可以从一开始就启动，将结晶器4内液面上方的冷能导入液体，随着液体表面结冰，凝结的冰被搅拌器的浆液打碎，从固液混合物出口49排出，与此同时，原水也不断地进入结晶器。

这样，步骤1和步骤2就是交替地，也是同时地进行着，水陆续进入结晶器，维持结晶器4内环境压力的真空升华蒸发机即真空泵机组3则不断地将蒸汽从气体出口42抽出，冰浆陆续排出固液混合物49出口，从而实现冷能和热能连续的分离。

本方法是使用高效真空升华蒸发机组对冷能和热能进行分离并加以利用的技术。是基于热力学第二定律基础上的新技术应用。

从图3中可看出，将人造环境，也就是水所在的空间压力从101.3KPa(大气压)降到128Pa 以下时，水的汽化温度平衡点将沿气-液(C-O)线，三相点(O点)，气-固(O-A)线向下移动。即从373K降到253K以下(从100摄氏度到零下20摄氏度以下)。

为实现冷、热能量分离并便于利用，本的方法是将热能以蒸汽的形式抽走，冷能以冰的形式分离并储存。工艺区间放在：温度：272K—253K(或以下)(见图3中a-b线)，压力：600Pa—100Pa(见图3中o-a)。从如图3所示的水平衡相图可看到，此区间为固-气两相区。而该气相区是一个o-a-b-o的封闭三角形区域。在此区域内，水的固态形式(冰)可直接升华为蒸汽。由于压力大大低于液态水的饱和蒸汽压(参见表1)，在非平衡状态下，表层的水仍然可以液态形式存在，并可直接通过蒸发变为蒸汽。从冰升华的蒸汽与由水蒸发的蒸汽通过真空机组抽出，冰浆通过冰浆泵抽出。实现了冷热能量的分离和输送。

表1：水的温度和饱和水蒸汽压对照表

温度(K)	温度(℃)	饱和蒸汽压(Pa)
			253	-20	128
258	-15	193
			263	-10	288
268	-5	423
			270.5	-2.5	498
273	0	611

本方法之所以可以突破目前以气体压缩技术为基础的热泵和制冷系统效率较低的瓶颈，使现有主流技术的能耗比COP＜8的极限值，成倍提高。原因分析如下：由热力学第二定律可知，一个理想的制冷循环的熵增等于零，即Qa/Ta＝Q0/Tc。(Qa为环境传热量；Q0为目标流体的传热量；Ta为环境的温度；Tc为目标流体的温度)，代入Q0+W＝Qa，则得(Q0+W) /Ta＝Q0/Tc，推导得Q0/W＝1/(Ta/Tc-1)＝εc，εc称之为制冷系数，该系数与业内所称的能效比 COP相同。从式中可以看出，制冷量和输入功率的大小只与目标流体温度Tc及环境温度Ta 有关。运用以上公式，通过计算可以得出当环境温度Ta＝35℃，Tc＝-119℃时，Ta/Tc＝2。这时，制冷量＝功率，即εc＝1，或业内所称的能效比COP＝1。当温差Ta-Tc开始减小时，COP值开始＞1。由于COP＝1/(Ta/Tc-1)，故随温差的减小，COP值呈加速上升走势。如图4所示，截取了当Ta＝35℃，从Ta-Tc＝44℃,COP＝6开始，至Ta-Tc＝1的COP数据图形。

Ta＝35℃时，COP与Ta-Tc的关系图如下：

随温差的减少(近似于平线上的点的横坐标)，COP值呈现加速升高。(横坐标为序列数，纵坐标为COP数值)

以目前主流压缩技术为例，当环境温度为Ta＝35℃，制冷端目标温度Tc为0℃时，此时的Ta-Tc＝35℃，COP值可达7.8(见图中横坐标的点10对应纵坐标上的数值)。实际使用中，需考虑传热的温差需要，设传热温差为5℃，此时制冷端温度需达到-5℃，才可以满足使用需要。此时的Ta-Tc＝40℃，COP值就仅能达到6.7(见图中横坐标的点5对应纵坐标上的数值)。即温差扩大了，COP值降低了。再考虑到系统效率系数问题，与现在市场上的主流设备COP ＜6左右的状况是相符的。由此可知，压缩制冷技术的能效比水平由于受系统结构；环境温度和使用要求的限制，再有大的突破已无可能。

以本实用新型的实施例为例，同样运用上述原理和计算公式，通过计算可以得出，当环境温度Ta＝272K，与目标流体即结晶器内冰水表面温度Tc的温度差Ta-Tc＝10度时，液体向环境散热，实现结冰。制冷量＞＞功率。COP值即可达26(见图中点30对应纵坐标上的数值)。由于在本实用新型中，工作环境即人造环境，也就是所述容器与目标流体即结晶器中的水所处空间是高度重合的，即在一个空间中。因此，环境温度与目标流体的温度差，可以被控制在一个较窄的范围内。根据热力学第二定律，COP值可达很高的水平。

可以这样理解，现有技术中的压缩制冷制热，要强行将热量从低温处搬到高温处，是一种逆自然的过程，而本方法，是一种顺自然的过程，将环境抽真空，在一定的真空压力下，其中的液体就会自然蒸发和凝固，凝固后的固体也可以进行升华产生蒸汽。再将产生的蒸汽和固体分别移出该环境，冰就是冷能，可以使用，蒸汽升压后温度提高，可以作为热能使用。本过程消耗的能量只是构成一个设定压力的真空环境和将固体打碎移出。所以必然消耗能量要少，COP值要高！

图5截取了当Ta＝0℃，(从Ta-Tc＝39℃(Tc＝234K)),COP＝6开始，至Ta-Tc＝1℃的COP 数据图形。Ta＝0℃时，COP与Ta-Tc的关系图如图5所示：

当Tc＝263K，即-10度时(点30对应纵坐标上的数值)，COP＝26.3。

下面以一个实验的数据和规模生产效率推算说明本实用新型的优越性。

本实验采用以实验室条件，小实验设备数据为起点，按类比法推算工业生产规模的产量和能耗的办法，以部分代替中试。但全部工艺参数将以中试数据为准。

表1是在实验1抽真空的各个阶段盐水的状态以及最后蒸发量与结冰量(产能)的关系的实验数据。

表1

表2是在实验2抽真空的各个阶段盐水的状态以及最后蒸发量与结冰量(产能)的关系的实验数据。

表2

以4L/s真空设备实验，开机2分钟内升华蒸发量分别为39.6g和38.65g。制冰量分别为263.86g和226.23g，平均245g。制冰量与蒸发量之比分别为6.66和5.85。由于0℃水的蒸发热是2501KJ/Kg，0℃的水结成为0℃的冰,需放出的热量为：334.4KJ/Kg，可得出蒸发热是结冰潜热的7.48倍左右。考虑到实验设备对冷能的损耗，实验结果中的汽化吸热与结冰潜热的比值6.25是很接近的。即每抽走1Kg的水蒸气，可冻结7.48Kg的冰

方法与现有技术设备能效比的对比：

以4L/s(功率0.55KW)真空设备实验，按每分钟制冰250g计算，每小时可制冰15Kg。根据1kwh＝1000w×3600s＝3600000J,每冻结1吨冰需要334400KJ(即92.89KWH)的冷能。经计算本实验装置每吨冰耗能36.67KWH,COP值已达2.53(即92.89/36.67＝2.53)。已与市面上成熟的冰浆设备能效比相当。以某厂生产的SF100冰浆机为例，该机单产是本实验设备的28倍(420Kg/15Kg＝28)，但效率按安装功率计算，COP仅为1.94。如按运行功率计算，COP 也仅达2.76，与本实验数据接近。

某厂生产的冰浆机参数如表3：

表3

某厂生产的冰块机参数见表4：(效率更是大大低于冰浆机)

表4

在上述两个实验基础上，如将真空机组抽气量扩大2500倍，每小时可制冰37.5吨以上。本机组安装容量135KW,计算得知：吨冰耗电3.6度，COP值至少可达26，较目前的压缩机技术应提高5倍以上。

以真空机组抽气效率计算：

由于产冰的效率主要依赖于真空机组的抽气效率。还以4L/s(功率0.55KW)真空机组扩大2500倍(功率135KW)进行比较，计算结果见表5：

表5

与上述计算方法所得结果(COP＝26)基本相同。从另外一个角度证明了可通过扩大真空机组规模的方式，提高系统效率。实际上，由于实验所用的真空泵形式与大型真空机组有很大不同，规模生产的设备效率还会有较大提高。

一个具体操作为：首先在水结晶器内制造真空蒸发工作环境所需的真空度600-100Pa。使水结晶器内部分低温原料水发生蒸发，水蒸气带走热量，并使部分剩余的水开始冻结成冰。随真空度按工艺要求的提高，水结晶器工作空间内的压力继续按工艺参数要求下降，进入冰的升华区即本工艺的正常生产压力参数区。由于冰是生成在水面上，即开始升华反应。此时，利用水结晶器内的搅拌器将冰陆续排离本空间。部分冰层的排除，为冰层下面的水提供继续蒸发的条件，而继续蒸发的水蒸气又为冰层的升华提供了良好的传热条件。此时，水结晶器内升华、蒸发同时进行，不断有水蒸气溢出并带走大量热量，并使低温新原料水不断在水结晶器内冻结成冰。再通过固-液分离设备排出成品冰，完成整个制冰和蒸汽生产流程。

本方法利用水的相变原理、蒸汽分压等物理特性，使得耗能较大的制冷和制热过程可以在能耗相对很小的情况下进行。究其原因，是由于本方法使用以顺应自然规律的方式，使冰和液态水在蒸汽分压很低，即在真空度较高的环境中升华、蒸发，并随即将水蒸气抽走。即可用较少的能量完成冷、热能量的分离。本技术在制冷的同时制热，并将冷能以冰(固态) 的形式，热能以(气态)蒸汽的形式分开，并加以利用。

产生的冰可作为冷能储存。融化时可作为集中空调的冷能供应。利用冰是单矿岩，不能和其他物质共处，水在结晶过程中，会自动排除杂质，以保持其纯净的特性(例如海冰)。本方法的制冰过程还可为海水淡化提供新的低能耗的新技术方案，使海水淡化成本大幅降低。可在海水淡化领域开创一种新的技术途径，实现海水淡化技术的低成本广泛应用。

如图1和图1a所示提供了一种结晶器的结构的实施例。

结晶器4的结构是：结晶器4为一罐体，在罐体内设置一个包括下底和侧壁的盆状隔板，成为结晶盘41，该结晶盘41将罐体的内部空间分成上部空间和下部空间，抽真空接口42设置在罐体顶部的罐壁上，通过管路连接多级罗茨真空泵3。搅拌器43从罐体的顶部密封地穿入置于所述上部空间的结晶盘41里，位于结晶盘41中液位处或低于液位50mm以内的高度上；连接液体进口44的液体输送管45从罐体的下部空间的侧壁密封地插入罐体，再从结晶盘41 的侧壁偏下的位置连通结晶盘41内。将原水引入结晶盘41；在结晶盘41的下底上设置废水出口46，其上连接废水排放管47，废水排放管47向下延伸，从罐体的底部密封穿出罐体。在结晶罐4的罐底还设置一排泄口47a，用于下部空间的废水排出。

结晶盘41的侧壁靠上的部分设置出冰口48，碎冰连通一部分水混合起来的冰浆从出冰口落入罐体的下部空间，从侧壁上设置的冰浆出口49排出罐体。

在罐体上还设一观察孔40。

还包括一个冰浆储罐6，冰浆储罐6与结晶器4连通，使得并将储罐6内的压力与结晶罐4中的压力相对。在冰浆储罐的冰浆进口上设置截止阀61。本实施例中，冰浆储罐6的顶部设置的抽真空口62同样连接多级罗茨真空泵的真空泵机组3，由此就可以方便地使得冰浆储罐6中的压力与结晶罐4中压力相等。冰浆储罐和结晶罐4之间设有的管路上设置泥浆泵 5，驱动冰浆从结晶器4进入冰浆储罐6。在冰浆储罐6的顶部还设有放空阀63使得冰浆储罐可以与大气连通。冰浆储罐6的底部设置冰浆排放口64。实际使用中，结晶器4中的结晶盘41中不断凝结的冰被搅拌器43破碎，冰浆落入下部空间，有泥浆泵5送入冰浆储罐6，待冰浆储罐6盛满后，关闭截止阀61，开启放空阀63，使得冰浆储罐6中的压力与大气压平衡，然后，打开下面的冰浆排放口64上的阀门，冰浆被排出，然后，可以通过冰水分离。获得固体冰。一个结晶罐4可以并联几个冰浆储罐6，当一个冰浆储罐6排放冰浆时，开启另外的冰浆储罐，使得结晶罐4的过程能够连续进行。

当然，还可以设置若干个结晶罐组成一个系统，以增加冷热能分离的产量。

本装置中还可以包括两个换热器，其一是利用蒸汽热能的蒸汽换热器2，另一个是对于进入结晶罐4的原水进行预先冷却，令其降温到1-4摄氏度的原水换热器2’。

使用时，原水通过一个原水换热器2’，利用冰浆排出后其中的冰水，对于原水冷却，降温到1-4℃，降温后的原水进入结晶罐4的下部空间，再进入结晶盘41，在高真空度下结的冰，通过搅拌器43打碎，含水的碎冰从结晶盘41上部侧壁上的出冰口48排到结晶罐4的下部空间，然后从冰浆出口49通过泥浆泵5输送到冰浆储罐6中，冰浆从冰浆储罐6中作为冷能输出使用。而结晶罐通过多级罗茨真空泵3的抽吸获得设定的压力，同时，抽出的蒸汽输送到蒸汽换热器2中，增压之后，蒸汽的温度上升，在换热器2中与25℃的供热用水进行换热，可以使得供热用水的温度提升到大约70℃，由此输出了热能。蒸汽换热器2的蒸汽通道的出口蒸汽，由另一真空泵1抽出排放到大气中。

如图1b所示，结晶器还可以是这样的结构，取消图1和图1a所示结晶器4中的结晶盘 41以及相关的结构。结晶器4内为一个整体空间，在图1b所示的结晶器4’中，液体进口44的高度低于冰浆出口49，冰浆出口49在设定液面之下的50mm之内。而搅拌叶43的位置最好是使其一半在液面之上，另一半在液面之下。这样的设计，可以使得搅拌器的作用得到很好的发挥。

图1b所示的结晶器比较适合于纯水或含杂质较少的液体，因为这样的液体在冷热能分离时，结冰较硬，这样结构的结晶器，冰浆比较容易排出。而图1a所示的结晶器，则适合杂质含量较高的液体，这样的液体，冰比较软，冰浆一般会如同软泥，使用带有结晶盘的结晶器，软泥一般的冰浆从结晶盘落到下部空间，与液体分开，再由冰浆出口排出比较方便。

本实用新型提供的真空升华蒸发冷热能分离装置，还包括一集中控制系统，如图2所示，集中控制系统控制着如下装置的运行：1.真空升华蒸发机组即多级罗茨真空泵的启闭，速度而控制结晶器内的压力，2.结晶器内搅拌器的启闭和转速，还控制各个进出口上阀门的启闭和开启度，3.冰浆储罐上的各个进出口上阀门的启闭和开启度。图2中的较大箭头显示集中控制系统对于装置中各部分的控制关系，较小箭头显示本装置中物流方向。

由实施例可知，本方法的输出热能即多级罗茨真空泵抽出的蒸汽可直接生产60℃-70℃的热水，每生产1吨冰的同时，即可生产2吨左右的60℃热水。如仅按本技术实际制冷COP＝12 计算，每生产1吨冰，耗电将少于7.75度，制冷能耗至少降低一半。加上生产的热水，总能耗可降低75％，即为COP＝6时能耗的25％(而目前市场上销售的制冰机COP值普遍低于3)。可在一定范围内提供集中供暖和洗澡热水。

本实用新型节能效果非常明显，开发潜力巨大。可实现设备制冷的COP大于12甚至更高。另外，本实用新型的设备成本较低，设备投资回收期将大幅度缩减。

Claims (4)

1.一种真空升华蒸发冷热能分离装置，其特征在于：包含一个密封的容器，在该容器上设有液体进口、气体出口和固体或固液混合物出口，在该气体出口上连接一真空升华蒸发机组，为密封容器提供设定的压力，所述容器中设置一搅拌装置。

2.根据权利要求1所述的真空升华蒸发冷热能分离装置，其特征在于：还包括一个固体储罐，该固体储罐与所述容器连通，构成与容器同等压力，所述容器中的固体或固液混合物出口与该固体储罐上的进口连通，该固体储罐进口和所述容器的固体或固液混合物出口之间设有截止装置而能够使得两者连通或截止；在该固体储罐上设置固体物质或固液混合物排放口，还设有放空口与大气连通，该放空口上设置放空阀；

和/或，

所述搅拌装置中的搅拌桨位于所述容器中设定液位处或低于设定液位50mm以内的高度上；和/或，

所述真空升华蒸发机组的排气口连接一对抽出的蒸汽进行换热的蒸汽换热器的气体进口，利用从所述容器中抽出的升压后而升温的蒸汽的热能加热低温介质；和/或，

所述真空升华蒸发机组是多级罗茨真空泵；和/或，

所述容器为一结晶器，其结构是：结晶器为一罐体，在罐体内设置一个包括下底和侧壁的盆状隔板，成为结晶盘，该结晶盘将罐体的内部空间分成上部空间和下部空间，气体出口设置在罐体顶部的罐壁上，通过管路连接真空升华蒸发机组；搅拌装置从罐体的顶部密封地穿入置于所述上部空间的结晶盘里；连接液体进口的液体输送管从罐体的下部空间的侧壁密封地插入罐体，再从结晶盘的侧壁偏下的位置连通结晶盘内；在结晶盘的下底上设置废水出口，其上连接废水排放管，废水排放管向下延伸，从罐体的底部密封穿出罐体；在结晶罐的罐底还设置一排泄口，用于下部空间的废水排出；结晶盘的侧壁靠上的部分设置出冰口，在罐体的下部空间的侧壁上设置的固液混合物出口；或者，

所述容器为一结晶器，其结构为：结晶器为一罐体，气体出口设置在罐体顶部的罐壁上，通过管路连接真空升华蒸发机组；搅拌装置从罐体的顶部密封地穿入罐体；液体进口的液体输送管从罐体的下部空间的侧壁密封地插入罐体，再从结晶盘的侧壁偏下的位置连通结晶盘内；在结晶盘的下底上设置废水出口，其上连接废水排放管，废水排放管向下延伸，从罐体的底部密封穿出罐体；在结晶罐4的罐底还设置一排泄口，用于下部空间的废水排出。

3.根据权利要求2所述的真空升华蒸发冷热能分离装置，其特征在于：所述固体储罐和所述容器之间设置连通管路，在该连通管路上设置输送装置；和/或，

所述真空升华蒸发机组的吸气口分别连接所述容器的气体出口和固体储罐上的一出气口，使得通过同一所述真空升华蒸发机组即多级真空泵机组对所述容器和所述固体储罐作用，形成同样的压力；和/或，

所述搅拌装置中的搅拌桨位于结晶盘中设定液位处或低于设定液位50mm以内的高度上；或者，所述搅拌装置中的搅拌桨位于结晶罐中设定液位处或低于设定液位50mm以内的高度上；和/或，

所述固体储罐的排出口上连接一接管，该接管连接一原水换热器，使得固体储罐中的固液混合物中的液体对于进入结晶器的液体进行降温；和/或，

在所述蒸汽换热器的气体出口上连接一真空泵，用于抽吸经过换热后的气体排出换热器。

4.根据权利要求3所述的真空升华蒸发冷热能分离装置，其特征在于：所述输送装置为泥浆泵。