CN211676329U - 一种热泵系统和带有热泵系统的蒸发浓缩系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种热泵系统，包括蒸汽源和热泵机组，所述热泵机组包括蒸发器、冷凝器、压缩机和节流阀，冷凝器的制冷剂进气口与压缩机的出气口连接；冷凝器的冷物料进口与物料输送管连接；冷凝器的出液口与节流阀的进液口连接；所述节流阀的气液口与蒸发器连接，蒸发器的制冷剂出口与压缩机连接；冷凝器的热物料出口与蒸汽源的进料口连接；蒸汽源的蒸汽口与蒸发器的溶剂蒸汽进气口连接。本实用新型还公开了一种带有热泵系统的蒸发浓缩系统。采用上述结构，其有益效果是结构设计巧妙，系统高效节能。

Description

一种热泵系统和带有热泵系统的蒸发浓缩系统

技术领域

本实用新型属于热泵系统技术领域，具体的说，是关于一种热泵系统和带有热泵系统的蒸发浓缩系统。

背景技术

目前，常规的热泵机组都必须要给机组额外提供一个稳定的热源，如江河湖海、地下井、废热水等等，使用地点要求高，当与热泵机组连接时，其水泵管路系统复杂，需要设置复杂的泵组和管道阀门系统。而且，长期使用江河湖海、地下井、废热水等，会对当地的地质造成破坏。

另外，现有的蒸发浓缩系统，其热泵系统在制冷循环时，当供液量需要很大时，一般要选用很大容量的电子膨胀阀或者采用双膨胀阀节流。采用双膨胀阀节流，其控制复杂，两膨胀阀之间容易互相干扰。而采用大容量的电子膨胀阀，其供液量比较大，但是需要调节的范围不大，控制精度差。而且其成本高。因此有必要加以改进。

实用新型内容

本实用新型的第一个目的是提供一种热泵系统，以解决现有的热泵机组需要额外的热源、环境破坏大的问题。本发明的第二个目的是提供一种带有热泵系统的蒸发浓缩系统。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

作为本实用新型的第一个方面，一种热泵系统，包括蒸汽源和热泵机组，所述热泵机组包括蒸发器、冷凝器、压缩机和节流阀，

冷凝器的制冷剂进气口与压缩机的出气口连接，用于将高温高压的制冷剂气体换热冷凝成高压状态的液体；

冷凝器的冷物料进口与物料输送管连接，用于加热物料；

冷凝器的出液口与节流阀的进液口连接，用于将冷凝成高压状态的液体节流为低压状态的气液混合物，便于在后序的蒸发器中蒸发；所述节流阀的气液口与蒸发器连接，用于将低压液体输送至蒸发器内进行换热蒸发成制冷剂气体，蒸发器的制冷剂出口与压缩机连接，用于将制冷剂气体送回压缩机进行循环利用；

冷凝器的热物料出口与蒸汽源的进料口连接，用于将换热后的物料输送至蒸汽源内进行蒸发；

蒸汽源的蒸汽口与蒸发器的溶剂蒸汽进气口连接，用于与蒸发器内的低压液体进行换热，从而提高热能的利用率。

根据本实用新型，所述蒸汽源为需要加热浓缩物料且能够将物料中的部分或全部挥发组分蒸发形成蒸汽的设备。

进一步的，所述蒸汽源为蒸发浓缩室。

根据本实用新型，所述热泵机组还包括电磁阀，所述电磁阀与节流阀并联设置。当节流阀的供液量满足热泵系统的要求时，电磁阀关闭。当节流阀达到设定开度时，且设定值还不达标，电磁阀打开旁通供液。采用该结构，可以减小节流阀的负荷，使节流阀在一个相对较小的负荷区间内进行流量调节。因此可以减小节流阀的选型容量，同时，对系统供液量的调节更简单、更精确。

作为本实用新型的第二个方面，一种带有热泵系统的蒸发浓缩系统，包括上述所述的热泵系统和预热器，所述热泵系统的蒸汽源为蒸发浓缩室，

所述蒸发浓缩室还包括回料口和排料口；

所述蒸发浓缩室的回料口与所述热泵机组的冷凝器的冷物料进口连接，用于将物料输入热泵机组的冷凝器中进行再加热。

所述预热器的进料口与物料容器连接，用于加热物料，所述预热器与物料容器之间设有进料管；

所述热泵机组的冷凝器的冷物料进口通过物料输送管与预热器的出料口连接，用于将预热后的物料送入蒸发浓缩室中，或者用于对预热器输入的预热物料进行再次加热并送入蒸发浓缩室中。

根据本实用新型，所述蒸发浓缩系统还包括二次冷凝器和凝液罐，所述热泵机组的蒸发器的溶剂凝液出液口与二次冷凝器的进液口连接，用于将换热后的冷凝液送入二次冷凝器继续降温冷却；

所述二次冷凝器的出液口与凝液罐连接，所述凝液罐用于回收冷凝液。

进一步的，所述蒸发浓缩系统还包括真空泵，所述真空泵与凝液罐连接，用于使系统处于设定的负压值，并使溶剂在蒸发浓缩室里不断的蒸发。

进一步的，所述凝液罐的出液端设有出液管，所述出液管上设有凝液泵，通过凝液泵将凝液罐内的冷凝液泵出，所述凝液罐与溶剂存储容器连接，所述溶剂存储容器用于回收存储凝液泵泵出的溶剂。

根据本实用新型，所述蒸发浓缩室的回料口和热泵机组的冷凝器的冷物料进口通过回料管连接，所述回料管上设有循环泵，用于将蒸发浓缩室的未浓缩完全的物料输入热泵机组进行再加热。

进一步的，所述回料管和进料管之间连接一旁通管，用于将蒸发浓缩室的未浓缩完全的物料输入预热器进行再加热。

根据本实用新型，所述进料管上设有进料泵，通过进料泵将物料容器内的物料送至预热器内进行预热。

根据本实用新型，所述蒸发浓缩室的排料口连接有排放管，所述排放管上设有出料泵，用于快速将蒸发浓缩好的物料排出。

进一步的，所述蒸发浓缩室的排料口与浓缩液存储容器连接。

根据本实用新型，所述预热器的进气端与第二蒸汽源连接，用于输入蒸汽并对物料进行初步预热。

进一步的，所述第二蒸汽源为能够将物料中的部分或全部挥发组分蒸发形成蒸汽的设备。

根据本实用新型，所述二次冷凝器的进液端与冷却水水源连接，用于输入冷却水，并对热泵机组降温的冷凝液进行二次冷凝。

本实用新型的热泵系统，其有益效果是：

1、利用蒸汽源中的溶剂蒸汽作为热源，将这部分热量回收利用来给物料加热再进入蒸汽源，使热量在整个系统中循环利用，节能且环保；更具体的为：将蒸汽源中蒸发出来的蒸汽里的热量应用于蒸发器中，实现了制冷循环，压缩机不需要一直补充低压状态的制冷剂气体，节省资源；同时，物料将蒸汽源与热泵机组换热后产生的热量吸收，以加热物料，并将加热后的物料用于蒸汽源中，可以大大提高热能的利用率，替代了传统的蒸汽源直接给冷物料进行加热，使得整个系统更加高效节能；

2、溶剂蒸汽会在压差作用下自动在热泵机组中流动，省去了复杂的泵组和管道阀门系统；

3、热泵机组的制热能效高，可达到6.0，即1kw的耗电，可提供6kw的热量；

4、电磁阀和节流阀的并联设置，可以减小节流阀的选型容量，同时，对系统供液量的调节更简单、更精确。

本实用新型的带有热泵系统的蒸发浓缩系统，其有益效果是：

1、真空泵的设置，使得整个蒸发浓缩过程在负压状态下进行，使得蒸发浓缩室内的可以在一个较低的温度下进行蒸发浓缩，同时可以降低敏性物料的营养成分或活性成分的损失；而且，在负压环境中，溶剂蒸汽会在压差作用下自动在热泵机组中流动，省去了复杂的泵组和管道阀门系统；

2、热泵机组将蒸发浓缩室里蒸发出来的蒸汽里所带的热量回收起来，并直接给物料进行加热，替代了传统的蒸发浓缩系统直接提供蒸汽给物料加热，使得整个系统更加高效节能；同时，蒸汽的二次冷凝只需要很小的冷凝换热器和少量冷却水即可实现。

3、整机运行成本大大降低。

附图说明

图1为本实用新型的热泵系统的流程示意图。

图2为本实用新型的用于蒸发浓缩系统的蒸发器的结构示意图。

图3为本实用新型的用于蒸发浓缩系统的冷凝器的结构示意图。

图4为冷凝器上的第二挡气板的结构示意图。

图5为冷凝器上的第二挡气板的另一结构示意图。

图6为本实用新型的热泵机组的结构示意图。

图7为本实用新型的蒸发浓缩系统的结构示意图。

具体实施方式

以下结合具体附图，对本实用新型的热泵系统和带有热泵系统的蒸发浓缩系统作进一步详细说明。

实施例1

如图1所示，为本实用新型的一种热泵系统，包括蒸发浓缩室1和热泵机组2，所述热泵机组2包括蒸发器21、冷凝器22、压缩机23和节流阀24。所述热泵机组2内冲注有制冷剂，所述压缩机23用于将低压状态的制冷剂气体压缩成高压状态的气体。

如图2所示，为本实用新型的用于蒸发浓缩系统的蒸发器，包括蒸发器壳体210，所述蒸发器壳体210内设有若干根第一换热管211，所述第一换热管211相互平行且呈矩形阵列分布，所述蒸发器壳体210的上方和下方中部分别设有溶剂蒸汽进气口212和溶剂凝液出液口213，所述蒸发器壳体210的侧面设有封头214、制冷剂入口215和制冷剂出口216，所述封头214内设有均液板217，用于使气液混合物能均匀的进入第一换热管211，确保换热效果良好。

所述制冷剂入口215和制冷剂出口216设置在蒸发器壳体210的同一侧，且该侧的封头214内设有第一挡板219，将封头分为入液空间和出液空间。所述制冷剂入口215设于制冷剂出口216的下方，确保换热效果良好。下方的第一换热管211为制冷剂入口管，上方的第一换热管211为制冷剂出口管。

所述均液板217、挡板219与封头214的内壁之间形成均液空间，所述均液板217上设有若干均液孔。

最上方的第一换热管211的正上方设有第一挡气板218，以使溶剂蒸汽经过第一挡气板218后向四周散开，快速充满蒸发器壳体210，与第一换热管211内的制冷剂(即，气液混合物)均匀的换热，凝结为溶剂凝液，从溶剂凝液出液口213流出。

所述第一挡气板218为一平板，第一挡气板218的前后两端焊接在蒸发器壳体210的内壁上，确保溶剂蒸汽均匀分散；第一挡气板218的左右两端与蒸发器壳体210之间留有间隙，可以流通溶剂蒸汽。

如图3所示，为本实用新型的用于蒸发浓缩系统的冷凝器，包括冷凝器壳体220，所述冷凝器壳体220的上方和下方分别设有制冷剂进气口221和制冷剂出液口222，所述冷凝器壳体220的侧面设有封头225、冷物料进口223和热物料出口224，所述冷凝器壳体220内设有若干第二换热管226，所述第二换热管226相互平行且呈矩形阵列分布，用于流通待浓缩的物料溶液。

制冷剂进气口221和上层的第二换热管226之间设有第二挡气板227，以使制冷剂气体经过第二挡气板227后向四周散开，均匀的充满冷凝器壳体220，避免部分第二换热管226过热，从而防止物料产生焦糊，加热后的物料溶液从热物料出口224流出；如图4和图5所示，所述第二挡气板227上设有若干通气孔228，所述制冷剂进气口221设于所述第二挡气板227的中部的正上方，且所述第二挡气板227的中部不设置通气孔，避免制冷剂气体直接冲击第二换热管226。

所述第二挡气板227上的通气孔的流通面积从第二挡气板227的中部到两端逐渐增加，以确保制冷剂气体和所有的第二换热管226充分接触，从而达到更好的换热，并且可以避免部分换热管过热。例如，如图4所示，当通气孔228的孔径一致时，第二挡气板227的中部到两端的通气孔的数量逐渐增多。又如，如图5所示，当第二挡气板227的中部到两端的通气孔的数量数量一致时，第二挡气板227的中部到两端的通气孔的孔径逐渐增大。

所述冷物料进口223和热物料出口224设置在冷凝器壳体220的同一侧。所述冷物料进口设于热物料出口的下方，确保换热效果良好。下方的第二换热管为冷物料进口管，上方的第二换热管为热物料出口管。

所述第二挡气板227为一平板，所述第二挡气板227的前后两端焊接在冷凝器壳体220的内壁上。所述第二挡气板227的左右两端与冷凝器壳体220之间留有间隙，可以流通制冷剂气体。

如图1所示，冷凝器22的制冷剂进气口221与压缩机23的出气口连接，用于将高温高压的制冷剂气体换热冷凝成高压状态的液体；冷凝器22的冷物料进口与物料输送管25连接，用于加热物料；冷凝器22的制冷剂出液口与节流阀24的进液口连接，用于将冷凝成高压状态的液体节流为低压状态的气液混合物，便于在后序的蒸发器21中蒸发；所述节流阀24的气液口与蒸发器21连接，用于将低压液体输送至蒸发器21内进行换热蒸发成制冷剂气体，蒸发器21的制冷剂出口与压缩机23连接，用于将制冷剂气体送回压缩机23进行循环利用；冷凝器22的热物料出口与蒸发浓缩室1的进料口连接，用于将换热后的物料输送至蒸发浓缩室1内进行蒸发。

蒸发浓缩室1的蒸汽口与蒸发器21的溶剂蒸汽进气口连接，用于与蒸发器21内的低压液体进行换热，从而提高热能的利用率。

本实施例的热泵系统的工作过程如下：

低压状态的制冷剂气体在压缩机23被压缩成高压状态的气体，进入冷凝器22，在此换热器中，高温高压的制冷剂气体和物料进行换热，释放大量的热来加热物料，使物料达到足够的温度进入蒸发浓缩室1内进行蒸发。同时制冷剂冷凝成高压状态的液体，流动到节流阀24处节流膨胀为低压液体(含气液混合物)，进入到蒸发器21吸热蒸发，将溶剂蒸汽中的热量吸取到热泵系统中来，最后制冷剂气体又回到压缩机23压缩，整个循环完成。通过制冷剂的循环工作使热量在系统中循环利用，不需要额外的热源及泵组、阀门管道系统。

实施例2

如图6所示，为本实用新型的热泵机组的另一结构示意图。所述热泵机组2包括蒸发器21、冷凝器22、压缩机23、节流阀24和电磁阀26。其中，蒸发器21、冷凝器22、压缩机23、节流阀24的结构和连接关系均与实施例1相同。区别在于，该热泵机组2的电磁阀26与节流阀24并联设置。当节流阀24的供液量满足热泵系统的要求时(即，压力温度等指标达到要求)，电磁阀关闭。当节流阀24达到设定开度时，且设定值还不达标，电磁阀打开旁通供液。采用该结构，可以减小节流阀的负荷，使节流阀在一个相对较小的负荷区间内进行流量调节。因此可以减小节流阀的选型容量，同时，对系统供液量的调节更简单、更精确。

实施例3

如图7所示，为本实用新型的一种蒸发浓缩系统，包括预热器5、蒸发浓缩室1、以及实施例1或实施例2所述的热泵机组2，所述蒸发浓缩室1包括蒸汽口11、回料口12、排料口13和进料口14；所述蒸发浓缩室1的进料口14与所述热泵机组2的冷凝器22的热物料出口连接，用于对热泵机组2输入的物料进行蒸发浓缩；所述蒸发浓缩室1的蒸汽口11与所述热泵机组2的蒸发器21的溶剂蒸汽进气口连接，用于将物料中的部分或全部挥发组分蒸发形成蒸汽并输送至热泵机组2的蒸发器21内；所述蒸发浓缩室1的回料口12与所述热泵机组2的冷凝器22的冷物料进口连接，用于将物料输入热泵机组2的冷凝器22中进行再加热。所述预热器5的进料口与物料容器(图上未示出)连接，用于加热物料，所述预热器5与物料容器之间设有进料管18。

所述热泵机组2的冷凝器22的冷物料进口通过物料输送管25与预热器5的出料口连接，用于将预热后的物料送入蒸发浓缩室1中，或者用于对预热器输入的预热物料进行再次加热并送入蒸发浓缩室1中。

所述蒸发浓缩系统还包括二次冷凝器3和凝液罐4，所述热泵机组2的蒸发器21的溶剂凝液出液口与二次冷凝器3的进液口连接，用于将换热后的冷凝液送入二次冷凝器3继续降温冷却；所述二次冷凝器3的出液口与凝液罐4连接，所述凝液罐4用于回收冷凝液。

所述蒸发浓缩系统还包括真空泵6，所述真空泵6与凝液罐4连接，用于使系统处于设定的负压值，并使溶剂在蒸发浓缩室1里不断的蒸发。

所述凝液罐4的出液端设有出液管17，所述出液管17上设有凝液泵9，通过凝液泵9将凝液罐4内的冷凝液泵出，所述凝液罐4与溶剂存储容器(图上未示出)连接，所述溶剂存储容器用于回收存储凝液泵9泵出的溶剂。

所述蒸发浓缩室1的回料口12和热泵机组2的冷凝器21的冷物料进口通过回料管15连接，所述回料管15上设有循环泵7，用于将蒸发浓缩室1的未浓缩完全的物料输入热泵机组2进行再加热。

所述回料管15和进料管18之间连接一旁通管19，用于将蒸发浓缩室1的未浓缩完全的物料输入预热器5进行再加热。

所述进料管18上设有进料泵10，通过进料泵10将物料容器内的物料送至预热器5内进行预热。

所述蒸发浓缩室1的排料口13连接有排放管16，所述排放管16上设有出料泵8，用于快速将蒸发浓缩好的物料排出。所述排放管16的另一端可以与用于收集浓缩物料的浓缩液存储容器(图上未示出)连接。

所述预热器5的进气端与蒸汽源(所述蒸汽源为能够将物料中的部分或全部挥发组分蒸发形成蒸汽的设备，例如，加热水箱的蒸汽出口等)连接，用于输入蒸汽并对物料进行初步预热。由于热泵机组2直接与蒸发浓缩室1连接，可以对物料进行循环加热，因此本实施例的蒸发浓缩系统只需要很小的预热器，以及该预热器只需要少量的蒸汽。

所述二次冷凝器3的进液端与冷却水水源(例如，冷却水箱的进液口、自来水管等)连接，用于输入冷却水，并对热泵机组2降温的冷凝液进行二次冷凝。而且，由于热泵机组2已经对蒸发浓缩室1的蒸汽进行过一次降温冷却，因此本实施例的蒸发浓缩系统只需要很小的冷凝换热器和少量冷却水。

本实施例的蒸发浓缩系统的工作过程如下：

首先，打开进料泵10往蒸发浓缩系统里补充物料，物料被输入预热器5，通过预热器5对物料进行预加热，使物料达到设定的液位及温度。

接着，开启真空泵6，将系统抽至负压并达到设定的负压值，使溶剂在蒸发浓缩室1里不断的蒸发。此时，开启热泵机组2，持续的将溶剂蒸汽所含的热量回收利用来加热物料。同时，通过循环泵7将蒸发浓缩室1下方的物料送入热泵机组2进行换热，如此往复进行，通过循环泵7将热量带入蒸发浓缩室1使物料一直蒸发浓缩。和/或，回料管15内的物料通过旁通管19进入预热器5，进行再预热，然后再送入热泵机组2，如此往复运行。

当物料浓缩达到设定浓度时，出料泵8自动开启，将处理好的物料收集储存。而蒸发出来的溶剂经过热泵机组2提取热量后会降温并冷凝，然后进入到二次冷凝器3继续降温冷却到额定温度，并进入凝液罐4，当凝液罐4的液位升至设定值，凝液泵9开启将溶剂泵出回收储存。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种热泵系统，其特征在于，包括蒸汽源和热泵机组，所述热泵机组包括蒸发器、冷凝器、压缩机和节流阀，

冷凝器的制冷剂进气口与压缩机的出气口连接；冷凝器的冷物料进口与物料输送管连接；冷凝器的出液口与节流阀的进液口连接；所述节流阀的气液口与蒸发器连接，蒸发器的制冷剂出口与压缩机连接；冷凝器的热物料出口与蒸汽源的进料口连接；

蒸汽源的蒸汽口与蒸发器的溶剂蒸汽进气口连接。

2.如权利要求1所述的热泵系统，其特征在于，所述蒸汽源为需要加热物料且能够将物料中的部分或全部挥发组分蒸发形成蒸汽的设备。

3.如权利要求1或2所述的热泵系统，其特征在于，所述蒸汽源为蒸发浓缩室。

4.一种带有热泵系统的蒸发浓缩系统，其特征在于，包括权利要求1-3任一项所述的热泵系统和预热器，所述热泵系统的蒸汽源为蒸发浓缩室，

所述蒸发浓缩室还包括回料口和排料口；所述蒸发浓缩室的回料口与所述热泵机组的冷凝器的冷物料进口连接，

所述预热器的进料口与物料容器连接，所述预热器与物料容器之间设有进料管，所述进料管上设有进料泵；

所述热泵机组的冷凝器的冷物料进口通过物料输送管与预热器的出料口连接。

5.如权利要求4所述的蒸发浓缩系统，其特征在于，还包括二次冷凝器和凝液罐，所述热泵机组的蒸发器的溶剂凝液出液口与二次冷凝器的进液口连接；所述二次冷凝器的出液口与凝液罐连接。

6.如权利要求5所述的蒸发浓缩系统，其特征在于，还包括真空泵，所述真空泵与凝液罐连接。

7.如权利要求5所述的蒸发浓缩系统，其特征在于，所述凝液罐的出液端设有出液管，所述出液管上设有凝液泵，所述凝液罐与溶剂存储容器连接。

8.如权利要求4所述的蒸发浓缩系统，其特征在于，所述蒸发浓缩室的回料口和热泵机组的冷凝器的冷物料进口通过回料管连接，所述回料管上设有循环泵，用于将蒸发浓缩室的未浓缩完全的物料输入热泵机组进行再加热。

9.如权利要求8所述的蒸发浓缩系统，其特征在于，所述回料管和进料管之间连接一旁通管，用于将蒸发浓缩室的未浓缩完全的物料输入预热器进行再加热。

10.如权利要求4所述的蒸发浓缩系统，其特征在于，所述蒸发浓缩室的排料口连接有排放管，所述排放管上设有出料泵，用于快速将蒸发浓缩好的物料排出。

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