CN212440075U - 一种节能热泵蒸发浓缩自动控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种节能热泵蒸发浓缩自动控制系统，包括蒸发浓缩室、热泵机组和控制系统，所述热泵机组包括蒸发器、冷凝器、压缩机、主节流阀和经济器，蒸发浓缩室与冷凝器的热物料出口连接；蒸发浓缩室的回料口与冷凝器的冷物料进口连接；所述蒸发浓缩室的蒸汽口与蒸发器连接；冷凝器的热物料出口设有温度传感器，蒸发浓缩室内设有温度传感器和压力传感器，压缩机上设有温度传感器，各温度传感器和压力传感器均与控制系统的PLC控制器进行通信，PLC控制器分别与加载阀、卸载阀、冷却阀、真空调节阀进行通信。采用上述结构，其有益效果是：蒸发浓缩室与热泵机组之间的配合更加密切，控制更加精确，维护方便。

Description

一种节能热泵蒸发浓缩自动控制系统

技术领域

本实用新型属于蒸发浓缩系统技术领域，具体的说，是关于一种节能热泵蒸发浓缩自动控制系统。

背景技术

目前，节能热泵蒸发浓缩系统还是处于起步阶段，系统功能以及配合都不够完善，有的是半自动控制，有的基本完全靠人工判断手动来操作，给操作者带来极大的不便。

另外，现有的热泵蒸发浓缩系统包括热泵系统和蒸发浓缩系统，据了解，目前还没有把两个系统集成在一起控制的案列，两个系统独立，操作麻烦。这是由于现有的热泵系统和蒸发浓缩系统，各自包含一个独立的控制系统，即PLC控制器和控制面板各一套。有的甚至是分两个不同厂家制作，然后拼装在一起，这样对操作和控制系统的升级改善都会带来不利。例如，现有的热泵蒸发浓缩系统主要是要完成原料的蒸发浓缩，热泵是起到一个提供能源，产生热量的辅助设备，但是浓缩的工艺有很多种，热泵的工况也有很多种，要做到热泵的工况能够匹配热泵的工况，对系统设计有一些不同，控制软件则也要有所调整，才能更好的使系统稳定运行。因此，现有的热泵蒸发浓缩系统的控制方式有可能存在通信信息错误的风险，而且两个系统相互独立，维护起来也比较麻烦。而且，现有的热泵蒸发浓缩系统几乎是半自动控制的，全程需要多人干预操作，人力成本高。

此外，现有的热泵蒸发浓缩系统，其蒸发浓缩室需要先与汽水换热器连接，利用冷却水对物料蒸汽进行降温冷却，再与蒸发器连接。现有的蒸发浓缩系统主要存在如下问题：

1、使用时，需要不断的向汽水换热器内通入冷却水，浪费大量的水资源，而且蒸汽的能量没有得到合理的利用，浪费能量。

2、现有的蒸发浓缩系统的热泵系统中的冷凝器，其管程里面走的是中药溶液等需要浓缩的溶液，壳程里面走的是制冷剂气体，其在进气口没有挡气板，或者只是设置一个简易的小板挡一下制冷剂气体。因此，在节能蒸发热泵机组中，会导致气体分布不均，换热器效率差，并且会导致中部的部分管路被气体直冲，换热管受热不均，导致管内的物料溶液过热产生焦糊，降低了换热效率并且增加了清洗难度，一旦清洗不彻底就会污染下一批物料。

3、现有的蒸发浓缩系统的热泵系统中的蒸发器，其第一进液口与汽水换热器的高温液体出口连接，第二进液口与节流阀连接，节流阀出口端的低温低压的气液混合物进入蒸发器产生制冷剂气体。其气液混合物进入蒸发器的折流板的过程中，气液分布不均，导致上层为气体，下层为液体，换热不均匀，换热效果差。

4、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。

5、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。

6、常规的热泵机组内设有压缩机，通过压缩机将低压状态的制冷剂气体压缩成高压状态的气体，与热泵机组内的冷凝器和蒸发器之间形成制冷循环。压缩机在工作过程中，其冷冻油会不断升温，因此系统内通常会设置冷却水进行冷却。目前压缩机的油冷却工艺通常都是采用冷却水冷却，一般与冷却塔进行连接，在冷却过程中，热量被冷却水带走排放到空气中，热能利用率低。

因此有必要加以改进。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种节能热泵蒸发浓缩自动控制系统，以解决现有的热泵系统和蒸发浓缩系统之间的配合相互独立，控制精度差，维护不方便的问题。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种节能热泵蒸发浓缩自动控制系统，包括蒸发浓缩室、热泵机组和控制系统，所述控制系统包括PLC控制器和控制面板，控制面板和PLC控制器进行通信，

所述蒸发浓缩室包括蒸汽口、回料口、出料口和进料口；

蒸发浓缩室的进料口与热泵机组的冷凝器的热物料出口连接，用于对热泵机组输入的物料进行蒸发浓缩；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；所述蒸发浓缩室的蒸汽口与所述热泵机组的蒸发器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的蒸发器内，

所述冷凝器的热物料出口设有冷凝器出口温度传感器，用于检测冷凝器出口温度，冷凝器出口温度传感器与PLC控制器进行通信，PLC控制器与压缩机的加载阀和卸载阀进行通信，用于控制压缩机的加载或卸载，从而控制控制热泵机组的冷凝器的出口温度；

所述蒸发浓缩室内设有蒸发浓缩室温度传感器，用于检测蒸发浓缩室内的温度，所述蒸发浓缩室温度传感器与PLC控制器进行通信，PLC控制器与压缩机的加载阀和卸载阀进行通信，用于控制压缩机加载或卸载，从而控制控制热泵机组的冷凝器的出口温度，确保蒸发浓缩室的温度在设定范围内；

所述蒸发浓缩室内设有蒸发浓缩室压力传感器，用于检测蒸发浓缩室内的压力，所述蒸发浓缩室压力传感器与PLC控制器进行通信，PLC控制器与真空调节阀进行通信，用于调节真空调节阀的开度；保证蒸发浓缩室的真空度在设定的范围内；

所述热泵机组包括蒸发器、冷凝器、压缩机、主节流阀和经济器，

冷凝器的制冷剂进气口与压缩机的排气口连接，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；

冷凝器的制冷剂出液口与经济器的进液口连接，经济器的出液口通过主管道与主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；所述主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，蒸发器的出气口与压缩机的吸气口连接，用于将制冷剂气体送回压缩机进行循环利用；

所述压缩机上设有压缩机温度传感器，用于检测压缩机的温度，所述压缩机温度传感器与PLC控制器进行通信，所述PLC控制器与冷却阀进行通信，用于控制压缩机的冷却阀的开度，当压缩机温度过高，则打开压缩机的冷却阀，冷却压缩机。

根据本实用新型，所述冷凝器的冷物料进口设有冷凝器进口温度传感器，用于检测冷凝器进口温度，冷凝器进口温度传感器与PLC控制器进行通信，配合冷凝器进口温度传感器的数据，精确控制压缩机的加载或卸载，从而控制控制热泵机组的冷凝器的出口温度。

根据本实用新型，所述主管道上设有第一旁通管，用于旁通一部分高压状态的液体，所述第一旁通管上设有第一节流阀，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，便于在后序的经济器中汽化成低温低压状态的制冷剂气体，所述第一旁通管与经济器的气液口连接，用于将低压状态的气液混合物与高温高压制冷剂液体进行换热；

所述热泵机组还包括油冷却装置，所述油冷却装置的进油口与压缩机的出油口连接，所述油冷却装置的出油口与压缩机的进油口连接，所述油冷却装置的热气出口与压缩机的进气口连接，用于回收热量，最终在热泵机组的冷凝器中释放给物料，所述油冷却装置的冷气进口与经济器的出气口连接，用于将低温低压的制冷剂气体与热的冷冻油进行换热。

根据本实用新型，所述蒸发浓缩室内还设有密度传感器，用于检测蒸发浓缩室内的物料的密度，所述密度传感器与PLC控制器进行通信，所述PLC控制器与出料泵、出料阀进行通信，用于控制出料泵的启停以及出料阀的开度，浓缩运行中，当密度值达到设定值，则可以进行出料控制；

所述蒸发浓缩室上设有液位传感器，用于检测蒸发浓缩室的液位，所述液位传感器与PLC控制器进行通信，用于控制进料泵的频率以及进料阀的开度，确保蒸发浓缩室的液位在正常范围内。

根据本实用新型，所述压缩机的排气口设有排气温度传感器，用于检测压缩机的出气口的气体温度，所述排气温度传感器与PLC控制器进行通信，所述PLC控制器分别与报警器和停机按钮进行通信，当温度过高或过低，报警器进行报警处理，并停机，以便于及时观察和检修；

所述压缩机的排气口还设有排气压力传感器，用于检测压缩机排气口的压力，所述排气压力传感器与PLC控制器进行通信，所述PLC控制器分别与报警器和停机按钮进行通信，当排气压力过高或过低，报警器进行报警处理，并停机，以便于及时观察和检修；

所述压缩机的吸气口设有吸气温度传感器，用于检测压缩机吸气口的温度，所述吸气温度传感器与PLC控制器进行通信，所述PLC控制器分别与报警器和停机按钮进行通信，当温度过高或过低，报警器进行报警处理，并停机，以便于及时观察和检修；

所述压缩机的吸气口设有吸气压力传感器，用于检测压缩机吸气口的压力，所述吸气温度传感器与PLC控制器进行通信，所述PLC控制器与电子膨胀阀进行通信，用于控制电子膨胀阀的开度，来控制吸气压力在设定范围内。

根据本实用新型，所述蒸发器的溶剂蒸汽进气口设有蒸发器进口温度传感器，用于检测蒸发器的溶剂蒸汽的进口温度，所述蒸发器进口温度传感器与PLC控制器进行通信，所述PLC控制器分别与报警器和停机按钮进行通信，当温度过高或过低，报警器都会进行报警处理，并停机，以便于及时观察和检修。

根据本实用新型，所述热泵机组还包括电磁阀，所述电磁阀与主节流阀并联设置。当主节流阀的供液量满足热泵系统的要求时，电磁阀关闭。当主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，可以减小主节流阀的负荷，使主节流阀在一个相对较小的负荷区间内进行流量调节。因此可以减小主节流阀的选型容量，同时，对系统供液量的调节更简单、更精确。

根据本实用新型，所述蒸发器包括蒸发器壳体，所述蒸发器壳体内设有若干根第一换热管，所述第一换热管相互平行且呈矩形阵列分布，所述蒸发器壳体的上方和下方中部分别设有溶剂蒸汽进气口和溶剂凝液出液口，所述蒸发器壳体的侧面设有封头、制冷剂入口和制冷剂出口，所述封头内设有均液板，用于使气液混合物能均匀的进入第一换热管，确保换热效果良好，所述均液板上设有若干均液孔；

溶剂蒸汽进气口与上层的第一换热管之间设有第一挡气板，以使溶剂蒸汽经过第一挡气板后向四周散开，快速充满蒸发器壳体，与第一换热管内的制冷剂均匀的换热，凝结为溶剂凝液，从溶剂凝液出液口流出。

根据本实用新型，所述制冷剂入口和制冷剂出口设置在蒸发器壳体的同一侧，且该侧的封头内设有第一挡板，将封头分为入液空间和出液空间。所述制冷剂入口设于制冷剂出口的下方，确保换热效果良好。下方的第一换热管为制冷剂入口管，上方的第一换热管为制冷剂出口管。

根据本实用新型，所述冷凝器包括冷凝器壳体，所述冷凝器壳体内设有若干第二换热管，所述第二换热管相互平行且呈矩形阵列分布，用于流通待浓缩的物料，所述冷凝器壳体的上方和下方分别设有制冷剂进气口和制冷剂出液口，所述冷凝器壳体的侧面设有冷物料进口和热物料出口，

制冷剂进气口和上层的第二换热管之间设有第二挡气板，以使制冷剂气体经过第二挡气板后向四周散开，均匀的充满冷凝器壳体，避免部分第二换热管过热，从而防止物料产生焦糊，经冷凝器换热后的物料溶液从热物料出口流出；

所述第二挡气板上设有若干通气孔，所述制冷剂进气口设于所述第二挡气板的中部的正上方，且所述第二挡气板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。

根据本实用新型，所述第二挡气板上的通气孔的流通面积从第二挡气板的中部到两端逐渐增加，确保制冷剂气体和所有的第二换热管充分接触，以达到更好的换热，并且避免部分换热管过热。

根据本实用新型，所述经济器为板式换热器。

根据本实用新型，所述节能热泵蒸发浓缩自动控制系统，还包括预热器，所述预热器的进料口与给料罐连接，用于加热物料，所述预热器与给料罐之间设有进料管；

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；

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。

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。

根据本实用新型，所述蒸发浓缩系统还包括二次冷凝器、凝液罐和真空泵，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；

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。

进一步的，所述回料管和进料管之间连接有第二旁通管，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，通过进料泵将给料罐内的物料送至预热器内进行预热。

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

进一步的，所述蒸发浓缩室的出料口与出料罐连接。

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。

本实用新型的节能热泵蒸发浓缩自动控制系统，其有益效果是：

1、热泵机组和蒸发浓缩室只有一个总控制系统控制，负责数据采集、运算、并输出控制信号等功能，使得两者之间的配合更加密切，控制更加精确，维护方便。

2、使用时，可以通过一个控制面板进行参数设定和操作各个控制按钮，其控制方便，节约了一块PLC控制器和一块控制面板(例如触摸屏等)，降低成本；同时，可以根据需要选择全自动控制、半自动控制或手动控制，其控制灵活。

3、采用全自动控制，可以节省人力，提高生产效率。

4、控制面板上设有浓缩主界面按钮，可以用于打开浓缩主界面，可以直观显示蒸发浓缩室、预热器、热泵机组、凝液罐等的状态，方便客户的操作和观察运行等。

5、利用热泵机组中的经济器循环产生的较低温度状态的制冷剂蒸汽来冷却压缩机的冷冻油，使机油降温的同时把制冷剂循环的这部分热量继续留在热泵机组中，热能利用率高；同时，不需要额外提供冷却塔等冷却设备，省去了复杂的泵组和管道阀门系统，更加节能环保。

6、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，同时可以降低热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；

7、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。

8、该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；而且整机运行成本最低可降至传统浓缩工艺的25％，成本大大降低。

9、利用蒸发浓缩室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发浓缩室，使热量在整个系统中循环利用，节能且环保；更具体的为：将蒸发浓缩室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，物料将蒸发浓缩室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，替代了传统的蒸发浓缩室直接给冷物料进行加热，使得整个系统更加高效节能；

11、蒸发器的均液板和挡气板的设置，可以提高换热效果。

12、冷凝器的挡气板的设置，使制冷剂气体尽量均匀的向壳程的四周散开，不会直冲第二换热管的中部，因此可以避免第二换热管局部过热而产生焦糊的问题，提高清洗效率，避免下一批物料污染，同时，可以提高换热效率。

附图说明

图1为本实用新型的节能热泵蒸发浓缩自动控制系统的结构示意图。其中，图1中的TC为温度传感器，PC为压力传感器，LC为液位传感器，ρC为密度传感器，FIC为流量传感器。

图2为本实用新型的节能热泵蒸发浓缩自动控制系统的模块图示意图。

图3为本实用新型的热泵机组的蒸发器的结构示意图。

图4为本实用新型的热泵机组的冷凝器的结构示意图。

图5为冷凝器上的第二挡气板的结构示意图。

图6为冷凝器上的第二挡气板的另一结构示意图。

图7为本实用新型的热泵机组的另一结构示意图。

其中，附图中的箭头方向为液体或气体的流动方向。

具体实施方式

以下结合具体附图，对本实用新型的节能热泵蒸发浓缩自动控制系统作进一步详细说明。

实施例1

如图1和图2所示，为本实用新型的一种能热泵蒸发浓缩自动控制系统，包括热泵系统和控制系统，包括PLC控制器和控制面板，控制面板和PLC控制器进行通信，所述热泵系统包括蒸发浓缩室1和热泵机组2，所述蒸发浓缩室1包括蒸汽口11、回料口12、出料口13和进料口14；所述热泵机组2包括蒸发器21、冷凝器22、压缩机23、主节流阀24、经济器26和油冷却装置27，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。所述蒸发浓缩室1内设有蒸发浓缩室温度传感器，用于检测蒸发浓缩室内的温度，浓缩运行中，需要根据此温度的值，来判断蒸发浓缩室1的情况，所述蒸发浓缩室温度传感器与PLC控制器进行通信，PLC控制器与压缩机的加载阀和卸载阀进行通信，用于控制压缩机加载或卸载，从而控制控制热泵机组的冷凝器的出口温度，确保蒸发浓缩室的温度在设定范围内。所述蒸发浓缩室1内设有蒸发浓缩室压力传感器，用于检测蒸发浓缩室内的压力。所述蒸发浓缩室压力传感器与PLC控制器进行通信，PLC控制器与真空调节阀61进行通信，用于调节真空调节阀61的开度。浓缩运行中，需要根据此压力的值，调节蒸发浓缩室1的真空度，保证蒸发浓缩室1的真空度在设定的范围内。

所述蒸发浓缩室1内设有密度传感器，用于检测蒸发浓缩室1内的物料的密度，所述密度传感器与PLC控制器进行通信，所述PLC控制器与出料泵8、出料阀81进行通信，用于控制出料泵8的启停以及出料阀81的开度，浓缩运行中，当密度值达到设定值，则可以进行出料控制。

所述蒸发浓缩室1上设有液位传感器，用于检测蒸发浓缩室1的液位，所述液位传感器与PLC控制器进行通信，PLC控制器分别与进料泵10和进料阀101进行通信，用于控制进料泵10的频率以及进料阀101的开度。运行中，需控制此液位在正常范围内。例如，浓缩运行中，需根据此液位值和设定值的差值，控制进料泵10的频率和进料阀101的开度，来确保蒸发浓缩室1的液位控制在设定值范围内。

如图1所示，所述蒸发浓缩室1上还设有放空阀100，起到放空真空的作用，初始进料时，可以打开放空阀100，方便进料；当排放最后一批物料时，打开放空阀100也可以起到快速出料的作用。

如图3所示，为本实用新型的节能热泵蒸发浓缩自动控制系统的蒸发器21，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214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4所示，为本实用新型的节能热泵蒸发浓缩自动控制系统的冷凝器，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5和图6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5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6所示，当第二挡气板227的中部到两端的通气孔的数量一致时，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223设于热物料出口224的下方，确保换热效果良好。下方的第二换热管226为冷物料进口管，上方的第二换热管226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的制冷剂进气口与压缩机23的排气口连接，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，所述压缩机23的排气口设有排气温度传感器，用于检测压缩机的出气口的气体温度，所述排气温度传感器与PLC控制器进行通信，所述PLC控制器分别与报警器和停机按钮进行通信，当温度过高或过低，报警器进行报警处理，并停机，以便于及时观察和检修问题；

所述压缩机23的排气口还设有排气压力传感器，用于检测压缩机排气口压力，所述排气压力传感器与PLC控制器进行通信，所述PLC控制器分别与报警器和停机按钮进行通信，当排气压力过高或过低，报警器进行报警处理，并停机，以便于及时观察和检修；

所述压缩机23上设有压缩机温度传感器，用于检测压缩机23的温度，所述压缩机温度传感器与PLC控制器进行通信，所述PLC控制器与压缩机23的冷却阀进行通信，用于控制压缩机的冷却阀的开度，当压缩机温度过高，则打开压缩机冷却阀，冷却压缩机。

冷凝器22的制冷剂出液口222与经济器26的进液口连接，经济器26的出液口通过主管道28与主节流阀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；所述主节流阀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的吸气口连接，用于将制冷剂气体送回压缩机23进行循环利用，所述压缩机23的吸气口设有吸气温度传感器，用于检测压缩机吸气口的温度，所述吸气温度传感器与PLC控制器进行通信，所述PLC控制器分别与报警器和停机按钮进行通信，当温度过高或过低，报警器进行报警处理，并停机，以便于及时观察和检修；所述压缩机23的吸气口设有吸气压力传感器，用于检测压缩机吸气口的压力，所述吸气温度传感器与PLC控制器进行通信，所述PLC控制器与电子膨胀阀进行通信，根据此压力可以计算出吸气过热度，根据过热度来控制电子膨胀阀的开度，来控制吸气过热度在设定范围内。

所述主管道28上设有第一旁通管29，用于旁通一部分高压状态的液体，所述第一旁通管29上设有第一节流阀20，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，便于在后序的经济器26中汽化成低温低压状态的制冷剂气体，所述第一旁通管29与经济器26的气液口连接，用于将低压状态的气液混合物与高温高压制冷剂液体进行换热。

所述油冷却装置27的进油口与压缩机23的出油口连接，所述油冷却装置27的出油口与压缩机23的进油口连接，所述油冷却装置27的热气出口与压缩机23的进气口连接，用于回收热量，最终在热泵机组2的冷凝器22中释放给物料，所述油冷却装置27的冷气进口与经济器26的出气口连接，用于将低温低压的制冷剂气体与热的冷冻油进行换热。应当说明，本实施例的经济器26优选为板式换热器。本实施例的油冷却装置优选为油冷却换热器。

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224连接，用于对热泵机组2输入的物料进行蒸发浓缩，所述冷凝器22的热物料出口224设有冷凝器出口温度传感器，用于检测冷凝器出口温度，冷凝器出口温度传感器与PLC控制器进行通信，用于控制压缩机的加载或卸载，从而控制控制热泵机组的冷凝器的出口温度，例如此温度高于设定值，压缩机做卸载处理，此温度低于设定值，压缩机做加载处理。

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212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，所述蒸发器21的溶剂蒸汽进气口212设有蒸发器进口温度传感器，用于检测蒸发器21的溶剂蒸汽的进口温度，所述蒸发器进口温度传感器与PLC控制器进行通信，所述PLC控制器分别与报警器和停机按钮进行通信，当温度过高或过低，报警器都会进行报警处理，并停机，以便于及时观察和检修；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223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，所述冷凝器22的冷物料进口223设有冷凝器进口温度传感器，用于检测冷凝器进口温度，冷凝器进口温度传感器与PLC控制器进行通信，配合冷凝器进口温度传感器的数据，精确控制压缩机的加载或卸载，从而控制控制热泵机组的冷凝器的出口温度。

所述蒸发浓缩系统还包括预热器5，所述预热器5的进料口与给料罐(图上未示出)连接，用于加热物料，所述预热器5与给料罐之间设有进料管18。

所述热泵机组2的冷凝器22的冷物料进口223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，所述蒸发器21的溶剂凝液出液口213设有蒸发器出口温度传感器，用于检测蒸发器的溶剂凝液的出口温度，所述蒸发器21的溶剂凝液出液口与PLC控制器进行通信，所述PLC控制器分别与报警器和停机按钮进行通信，当温度过高或过低，报警器都会进行报警处理，并停机，进行观察和检修等。

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。

所述凝液罐4上设有凝液罐液位传感器，用于检测凝液罐4的液位，所述凝液罐液位传感器与PLC控制器进行通信，PLC控制器分别与凝液泵9、凝液阀91通信，用于控制凝液泵9的启停及凝液阀91的开度。浓缩运行中，根据此液位值来控制凝液泵的频率。

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223通过回料管15连接，所述回料管15上设有循环泵7和开关阀71，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，所述循环泵7和开关阀71均与PLC控制器进行通信，通过PLC控制器控制循环泵7的启停以及开关阀71的开度。

所述回料管15和进料管18之间连接有第二旁通管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将给料罐内的物料送至预热器5内进行预热。

所述蒸发浓缩室1的出料口13连接有出料管16，所述出料管16上设有出料泵8，用于快速将蒸发浓缩好的物料排出。所述出料管16的另一端可以与用于收集浓缩物料的出料罐(图上未示出)连接。

所述预热器5的进气端与第二蒸汽源(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，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。所述预热器5的进气端设有预热器温度传感器，用于检测蒸汽预热阀出口的温度，预热器温度传感器与PLC控制器进行通信，PLC控制器与预热阀51进行通信，根据此温度，来控制预热阀51的开度大小，用来控制预热温度在设定的范围内。

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。

所述预热器5的进料口设有进料流量传感器，进料流量传感器与PLC控制器进行通信，用于检测进料的流量以及累计流量，用来记录实时流量，累积流量，以及单次累积流量，能和出料流量、凝液流量综合对比，观察设备性能。

蒸发浓缩室1的出料口设有出料流量传感器，出料流量传感器与PLC控制器进行通信，用于检测出料的流量以及累计流量，用来记录实时流量，累积流量，以及单次累积流量，能和进料流量、凝液流量综合对比，观察设备性能。

凝液泵9的出料口设有凝液流量传感器，凝液流量传感器与PLC控制器进行通信，用于检测凝液的流量以及累计流量，用来记录实时流量，累积流量，以及单次累积流量，能和进料流量、出料流量综合对比，观察设备性能。

所述控制面板上还设有USB或蓝牙数据接口，可以通过通信电缆传输历史数据等至终端设备。

所述控制面板为一触摸屏，所述触摸屏上设有浓缩主界面按钮，用于打开浓缩主界面，所述浓缩主界面上显示有蒸发浓缩室、预热器、热泵机组、凝液罐、以及各开关阀的流程图示意图及状态图。可以用于直观显示蒸发浓缩室、预热器、热泵机组、凝液罐等的状态。

所述浓缩主界面上设有热泵机组的手动控制按钮、手动启动按钮、手动停止按钮、热泵状态按钮等；所述浓缩主界面上设有全自动停止按钮和全自动启动按钮，分别用于控制蒸发浓缩系统的全自动启动或全自动停止，其按钮操作简便。因此，浓缩主界面的设置，方便用户的操作和观察运行情况。

实施例2

如图7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、主节流阀24和电磁阀26。其中，蒸发器21、冷凝器22、压缩机23、主节流阀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与主节流阀24并联设置。当主节流阀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。当主节流阀24达到设定开度时，且设定值还不达标，电磁阀26打开旁通供液。采用该结构，可以减小主节流阀24的负荷，使主节流阀24在一个相对较小的负荷区间内进行流量调节。因此可以减小主节流阀24的选型容量，同时，对系统供液量的调节更简单、更精确。

本实施例的节能热泵蒸发浓缩自动控制系统具有手动控制、半自动控制、全自动控制等多种控制模式。当系统配套完善时，可以全自动运行，一键启动，中间完全自动运行，给操作者极大的便利；当系统配套的不是很完善，也可以半自动控制或者全手动控制，以最大程度方便客户的调试和工艺控制要求。以下对各个系统进行详细描述。

实施例3节能热泵蒸发浓缩自动控制系统的手动控制

节能热泵蒸发浓缩自动控制系统内的各阀门和各水泵都可以单个手动操作，热泵机组2可以单独手动开启或者停止，系统内的各阀门和各水泵均与PLC控制器进行通信。在调试或者特殊工艺控制时可以采用手动控制。手动控制需要对工艺了解熟练，并且运行中，需要一直观察运行数据，根据数据情况，人为确认去执行一些操作。

实施例4节能热泵蒸发浓缩自动控制系统的半自动控制

节能热泵蒸发浓缩自动控制系统的半自动控制包括：进料控制、预热控制、真空控制、凝液控制、出料控制、热泵控制和循环控制。其中，PLC控制器分别与进料控制按钮、预热控制按钮、真空控制按钮、凝液控制按钮、出料控制按钮、热泵控制按钮和循环控制按钮进行通信。

(1)进料控制的过程如下：点击控制面板上的进料控制按钮，进料泵10打开、进料阀101打开、预热器5的进料口的进料阀52打开、蒸发浓缩室1的进料口的进料阀141打开，开始进料；同时，进料流量传感器开始与PLC控制器进行通信；当点击控制面板上的进料控制停止按钮，进料泵10关闭、预热器5的进料口的进料阀52关闭，停止进料。

(2)预热控制的过程如下：点击控制面板上的预热控制按钮，预热器5的预热阀51打开，开始进气，控制预热器5的预热温度；同时，预热器温度传感器与PLC控制器进行通信；点击控制面板上的预热控制停止按钮，预热器5的预热阀51关闭，停止进气。

(3)真空控制的过程如下：点击控制面板上的真空控制按钮，真空泵6开启，真空开关阀62开启，凝液罐4的进液口的进液阀41开启、二次冷凝器3的进液口的进液阀31开启、热泵机组2上的蒸发器21的溶剂凝液出液口的出液阀2130打开、以及蒸发浓缩室1的蒸汽口的蒸汽阀110开启；点击控制面板上的真空控制停止按钮，真空泵6停止，真空开关阀62关闭，凝液罐4的进液口的进液阀41关闭、二次冷凝器3的进液口的进液阀31关闭、热泵机组2上的蒸发器21的溶剂凝液出液口的出液阀关闭、以及蒸发浓缩室1的蒸汽口的蒸汽阀110关闭。

(4)出料控制的过程如下：点击控制面板上的出料控制按钮，出料泵8开启、蒸发浓缩室1的出料口的出料阀81开启，同时，密度传感器与PLC控制器进行通信，出料流量传感器与PLC控制器进行通信；点击控制面板上的出料控制停止按钮，出料泵8停止、蒸发浓缩室1的出料口的出料阀81关闭。

(5)热泵控制的过程如下：点击控制面板上的热泵控制按钮；冷凝器22、蒸发器21、压缩机23、油冷却装置27，主节流阀24、第一节流阀20开启，同时，排气温度传感器、排气压力传感器、吸气温度传感器、吸气压力传感器、压缩机温度传感器、蒸发器进口温度传感器、蒸发器出口温度传感器、冷凝器出口温度传感器、冷凝器进口温度传感器分别与PLC控制器进行通信；点击控制面板上的热泵控制停止按钮；冷凝器22、蒸发器21、压缩机23、油冷却装置27，主节流阀24、第一节流阀20关闭。

(6)循环控制的过程如下：点击控制面板上的循环控制按钮，启动循环泵7，开关阀71打开；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。点击控制面板上的循环控制停止按钮，循环泵7停止，开关阀71关闭。

实施例5节能热泵蒸发浓缩系自动控制系统的全自动控制

本实用新型的节能热泵蒸发浓缩系自动控制系统的全自动控制过程如下：

点击控制面板上的一键启动按钮，完全自动运行，操作人员只需要注意给料罐、出料罐的料装卸即可。首先，进料泵10开启，根据蒸发浓缩室1内的液位，调节进料泵10的频率和进料阀101的开度，使蒸发浓缩室1的液位达到设定值；应当说明，首次进料时，由于原料的温度可能太低，低于热泵机组2的启动条件，这时预热器5的蒸汽预热阀51开启，把原料通过预热器5的蒸汽预热快速升温，使蒸发浓缩室1的原料温度快速达到满足热泵的启动温度；

当蒸发浓缩室1内的液位达到设定要求，则启动循环泵7；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内的物料通过第二旁通管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。

待蒸发浓缩室1内的预热温度和液位都达到设定要求时，打开真空泵6和真空开关阀62，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。同时，蒸发浓缩室压力传感器通过检测蒸发浓缩室1的压力，调节真空调节阀61的开度，使蒸发浓缩室1的压力保持在设定范围内；

待蒸发浓缩室1的压力达到开启热泵机组2的压力条件，则自动开启热泵机组运行，预热器5的预热阀51关闭，开始用热泵机组2进行供热浓缩；

热泵运行中，通过冷凝器出口温度，来控制压缩机23的加载或卸载，通过吸气过热度控制压缩机23的电子膨胀阀的开度，通过排气温度、吸气温度、排气压力、吸气压力等判断热泵运行否正常；

接着，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。同时，物料在蒸发浓缩室1内自动浓缩运行中，实时监测凝液罐4的液位，控制凝液泵9的频率；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。与此同时，物料在蒸发浓缩室1内自动浓缩运行中，实时检测蒸发浓缩室1的密度数据，当密度达到设定的出料要求，则给出出料命令，停止热泵机组2和其他各阀门和各水泵，打开出料泵8和出料阀81，自动出料，将处理好的物料收集储存。出料完成，关闭出料泵和出料阀，回到进料控制，如此循环控制。

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)

1.一种节能热泵蒸发浓缩自动控制系统，其特征在于，包括蒸发浓缩室、热泵机组和控制系统，所述控制系统包括PLC控制器和控制面板，控制面板和PLC控制器进行通信，

所述蒸发浓缩室包括蒸汽口、回料口、出料口和进料口；

蒸发浓缩室的进料口与热泵机组的冷凝器的热物料出口连接；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；所述蒸发浓缩室的蒸汽口与所述热泵机组的蒸发器的溶剂蒸汽进气口连接；

所述冷凝器的热物料出口设有冷凝器出口温度传感器，用于检测冷凝器出口温度，冷凝器出口温度传感器与PLC控制器进行通信，PLC控制器与压缩机的加载阀和卸载阀进行通信；

所述蒸发浓缩室内设有蒸发浓缩室温度传感器，所述蒸发浓缩室温度传感器与PLC控制器进行通信；

所述蒸发浓缩室内设有蒸发浓缩室压力传感器，所述蒸发浓缩室压力传感器与PLC控制器进行通信，PLC控制器与真空调节阀进行通信；

所述热泵机组包括蒸发器、冷凝器、压缩机、主节流阀和经济器，

冷凝器的制冷剂进气口与压缩机的排气口连接；

冷凝器的制冷剂出液口与经济器的进液口连接，经济器的出液口通过主管道与主节流阀的进液口连接；所述主节流阀的气液口与蒸发器连接，蒸发器的出气口与压缩机的吸气口连接；

所述压缩机上设有压缩机温度传感器，所述压缩机温度传感器与PLC控制器进行通信，所述PLC控制器与压缩机的冷却阀进行通信。

2.如权利要求1所述的节能热泵蒸发浓缩自动控制系统，其特征在于，所述冷凝器的冷物料进口设有冷凝器进口温度传感器，冷凝器进口温度传感器与PLC控制器进行通信。

3.如权利要求1所述的节能热泵蒸发浓缩自动控制系统，其特征在于，所述主管道上设有第一旁通管，所述第一旁通管上设有第一节流阀，所述第一旁通管与经济器的气液口连接；

所述热泵机组还包括油冷却装置，所述油冷却装置的进油口与压缩机的出油口连接，所述油冷却装置的出油口与压缩机的进油口连接，所述油冷却装置的热气出口与压缩机的进气口连接，所述油冷却装置的冷气进口与经济器的出气口连接。

4.如权利要求1所述的节能热泵蒸发浓缩自动控制系统，其特征在于，所述蒸发浓缩室内还设有密度传感器，所述密度传感器与PLC控制器进行通信，所述PLC控制器与出料泵、出料阀进行通信；

所述蒸发浓缩室上设有液位传感器，所述液位传感器与PLC控制器进行通信，所述PLC控制器分别与进料泵和进料阀进行通信。

5.如权利要求1所述的节能热泵蒸发浓缩自动控制系统，其特征在于，所述压缩机的排气口设有排气温度传感器，所述排气温度传感器与PLC控制器进行通信；

所述压缩机的排气口还设有排气压力传感器，所述排气压力传感器与PLC控制器进行通信；

所述压缩机的吸气口设有吸气温度传感器，所述吸气温度传感器与PLC控制器进行通信，所述PLC控制器分别与报警器和停机按钮进行通信；

所述压缩机的吸气口设有吸气压力传感器，所述吸气压力传感器与PLC控制器进行通信，所述PLC控制器与电子膨胀阀进行通信。

6.如权利要求1所述的节能热泵蒸发浓缩自动控制系统，其特征在于，所述蒸发器的溶剂蒸汽进气口设有蒸发器进口温度传感器，所述蒸发器进口温度传感器与PLC控制器进行通信，所述PLC控制器分别与报警器和停机按钮进行通信。

7.如权利要求1所述的节能热泵蒸发浓缩自动控制系统，其特征在于，所述热泵机组还包括电磁阀，所述电磁阀与主节流阀并联设置。

8.如权利要求1所述的节能热泵蒸发浓缩自动控制系统，其特征在于，所述节能热泵蒸发浓缩自动控制系统，还包括预热器，所述预热器的进料口与给料罐连接，所述预热器与给料罐之间设有进料管；

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；

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；

所述蒸发浓缩室的出料口连接有出料管，所述出料管上设有出料泵，用于快速将蒸发浓缩好的物料排出。

9.如权利要求1所述的节能热泵蒸发浓缩自动控制系统，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。

10.如权利要求1所述的节能热泵蒸发浓缩自动控制系统，其特征在于，所述节能热泵蒸发浓缩自动控制系统还包括二次冷凝器、凝液罐和真空泵，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，所述凝液罐用于回收冷凝液；

所述真空泵与凝液罐连接。

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