CN215691749U - 降膜式热泵蒸馏器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种降膜式热泵蒸馏器，涉及蒸馏器节能技术领域。本实用新型包括蒸发腔，蒸发腔的内部装设有蒸馏水暂储罐和布液环，蒸馏水暂储罐可由内桶体构成，蒸馏水暂储罐的上部周侧开设有多个通气孔，蒸馏水暂储罐的内部装设有热泵蒸发器，热泵蒸发器的上端连接热泵系统；蒸发腔的外壁设有热泵冷凝器，热泵冷凝器的周侧装设有保温层，蒸发腔的下侧装设有循环机构。本实用新型通过对液态水的蒸发温度、气态水的冷凝温度和对应的饱和压力调整，水在低于标准大气压的真空条件下低温蒸发和冷凝，实现水系统和冷媒系统间接换热时均为相变换热，强化了换热的过程同时实现小温差换热和系统节能。

Description

降膜式热泵蒸馏器

技术领域

本实用新型属于蒸馏器技术领域，特别是涉及一种降膜式热泵蒸馏器。

背景技术

蒸馏是一种热力学的分离工艺，它利用混合液体各组分沸点不同，使低沸点组分蒸发，再冷凝以分离整个组分的过程，是蒸发和冷凝两种单元操作的联合。液态蒸发为气态的过程需要向外界吸收热量，汽态冷凝为液态的过程需要向外界放出热量。热泵系统是利用卡诺循环原理，将低品味热源的热能转移到高品位热源的装置。热泵蒸馏器是蒸馏和热泵循环过程热量耦合的过程，实现了蒸馏系统的节能。

基于空调工况冷媒的热力学性质，热泵系统一般采用常用于空调系统工况应用的冷媒介质和空调系统工况应用的量产冷媒压缩机；

为了提高热泵系统的能效比，需要降低热泵系统冷媒的冷凝压力和蒸发压力之比，即尽量减少冷媒蒸发温度和冷凝温度相对于的外部气态水冷凝温度和液态水蒸发温度之间的换热温差来实现。

换热温差越小，则热泵系统能效比越好，节能性更优，冷媒系统和水系统的换热是间接换热，即传热不传质。同时，冷媒系统和水系统的换热均为相变强化换热。为了保障水系统相变换热，需要液态水的蒸发温度，气态水的冷凝温度对应的饱和压力低于标准大气压来实现。即在连续的蒸馏过程中，需要维持蒸发腔内真空环境，排除不凝结气体。

在设计的换热功率下，换热温差和换热面积、传热系数相关。一般蒸发腔内置热泵冷凝器的结构，由于液体静压强导致的沸点升高，导致需要增大换热温差才能实现相变换热。

通过降膜结构可实现热泵蒸馏系统的小温差换热，达到进一步节能目的。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种降膜式热泵蒸馏器，解决了热量回收利用的技术和蒸馏系统进一步节能问题。通过外置热泵冷凝器和内置降膜蒸发的结构解决了冷凝盘管结垢和维护的问题，又实现了小温差换热。

为解决上述技术问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种降膜式热泵蒸馏器，包括蒸发腔，蒸发腔的内部装设有蒸馏水暂储罐和布液环，蒸馏水暂储罐可由内桶体构成，蒸馏水暂储罐的上部周侧开设有多个通气孔，蒸馏水暂储罐的内部装设有热泵蒸发器，热泵蒸发器的上端连接热泵系统；

蒸发腔的外壁设有热泵冷凝器，热泵冷凝器的周侧装设有保温层，蒸发腔的下侧装设有循环机构。

可选的，蒸发腔的下侧还装设有电加热。

可选的，蒸馏水暂储罐的下侧连接有蒸馏水出口，蒸馏水出口的一端装设有蒸馏水出料泵。

可选的，蒸发腔的上侧装设有真空泵，真空泵的输出端为不凝气体出口，输入端位于蒸馏水暂储罐的内部。

可选的，蒸发腔的内部还装设有除沫器。

可选的，热泵系统包括连接在热泵蒸发器上端的辅助冷凝器和节流装置，和下端的冷媒压缩机。

可选的，循环机构包括连接在蒸发腔下侧的原料液入口，蒸发腔的一侧上部连接有浓缩液出口，原料液入口与浓缩液出口之间装设有原料液循环泵。

本实用新型的实施例具有以下有益效果：

本实用新型的一个实施例通过对液态水的蒸发温度、气态水的冷凝温度所对应饱和压力的调整，让液态水的饱和压力低于标准大气压，此时冷媒系统和水系统的换热过程均为相变换热，强化了换热的过程；通过降膜结构(非浸入原料液的冷凝器结构)，可有效改善液体静压造成的液体沸点温升，可有效降低3～8℃换热温差；热泵蒸馏系统连续运行前，抽真空时先对对热泵系统进行空载运行(关闭原料液循环泵)，热泵蒸发器的低温表面可冷凝掉蒸发腔内部空气中水蒸气，从而保护油密封润滑真空泵长期运行时，润滑油不乳化并稳定的长期运行。通过采用油密封润滑的真空泵替代水润滑密封的水环真空泵或循环水射流真空泵系统，可减少本系统造价和简化本系统结构部件；同时，热泵蒸发器和蒸馏水暂储罐放置于蒸发腔内桶体中，可使本系统结构紧凑，体积减小，通过上述过程，实现了对热量的充分回收再利用，减少了资源的浪费。

当然，实施本实用新型的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型一实施例的剖面结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

原料液入口1,蒸发腔2,热泵冷凝器201,保温层202,布液环203,内桶体204,热泵蒸发器205,节流装置206,除沫器207,蒸馏水暂储罐208,通气孔209,冷媒压缩机210,辅助冷凝器211,端盖212,原料液循环泵3,浓缩液出口4,真空泵5,蒸馏水出料泵6,蒸馏水出口7,不凝气体出口8,电加热9。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。

为了保持本实用新型实施例的以下说明清楚且简明，本实用新型省略了已知功能和已知部件的详细说明。

请参阅图1所示，在本实施例中提供了一种降膜式热泵蒸馏器，包括蒸发腔2，蒸发腔2的内部装设有蒸馏水暂储罐208和布液环203，蒸馏水暂储罐208的在内桶体204下部储存蒸馏水，内桶体204的上部周侧开设有多个通气孔209，蒸馏水暂储罐208的内部装设有热泵蒸发器205，具体的，热泵蒸发器205为蛇形盘状管、扁管微通道换热器或其他间壁式换热器，热泵蒸发器205的上端连接有节流装置206和辅助冷凝器211，热泵蒸发器205的下端连接有冷媒压缩机210和热泵冷凝器201；

蒸发腔2的外桶壁装设有热泵冷凝器201并和蒸发腔2外桶壁贴合。具体的，热泵冷凝器201采用外夹套蜂窝板、扁管微通道或铜管等贴壁方式安装的换热器。热泵冷凝器201外侧设有保温层202。

本实施例一个方面的应用为：在降膜式热泵蒸馏器使用的过程中，内桶体204将蒸发腔2内分隔成内、外两个区域。蒸发腔2外侧桶壁放置热泵系统的冷凝器201，通过桶壁间接加热原料液，原料液由布液环203布液为液体薄膜，沿蒸发腔2内侧桶壁壁淋下；原料液液体薄膜受热沸腾产生水蒸气，未蒸发的浓缩原料液受重力掉落至蒸发腔2内部的底部，经由原料液循环泵3进入入布液环203再次布液。过程中，通过调节阀门原料液由原料液入口1补充进入。当原料液浓度达到设定值，通过调节阀门浓缩原料液由浓缩液出口4排出。原料液蒸发产生的水蒸气经由除沫器207除去水蒸气内夹杂的液滴后，由通气孔209进入蒸发腔2的内桶体204内部，在热泵蒸发器205表面冷凝为液体态水，受重力作用掉落富集在蒸馏水暂储罐208。蒸发腔2和内桶体204由位于蒸发腔顶部的端盖212连接和固定。

热泵系统冷媒压缩机210，对来自热泵蒸发器205的气态冷媒进行压缩后升温升压，经过热泵冷凝器201和辅助冷凝器211向外部放热后冷凝为液态冷媒，再经过节流装置206成为降低压力的液态冷媒，进入热泵蒸发器205与外部吸热后蒸发为气态冷媒。这个过程中，冷媒系统的冷凝放热、蒸发吸热和原料液中水分的受热蒸发、放热冷凝相对应。辅助冷凝器211 用于平衡系统热泵系统富裕的热量。保温层202用于隔绝热泵冷凝器201 和外界空气的热量损失。

原料液初始进入蒸发腔2，电加热9将原料液升温至蒸发温度；蒸馏水出料泵6在蒸馏水暂储罐208液位满时，蒸发腔2恢复常压后对蒸馏水排空。

通过对液态水的蒸发温度、气态水的冷凝温度所对应饱和压力的调整，让液态水的饱和压力低于标准大气压，此时冷媒系统和水系统的换热过程均为相变换热，强化了换热的过程；通过降膜结构(非浸入原料液的冷凝器结构)，可有效改善液体静压造成的液体沸点温升，可有效降低3～8℃换热温差；热泵蒸馏系统连续运行前，抽真空时先对对热泵系统进行空载运行(关闭原料液循环泵3)，热泵蒸发器205的低温表面可冷凝掉蒸发腔2 内部空气中水蒸气，从而保护油密封润滑真空泵5长期运行时，润滑油不乳化并稳定的长期运行。通过采用油密封润滑的真空泵替代水润滑密封的水环真空泵或循环水射流真空泵系统，可减少本系统造价和简化本系统结构部件；同时，热泵蒸发器205和蒸馏水暂储罐208放置于蒸发腔2内桶体204中，可使本系统结构紧凑，体积减小，通过上述过程，实现了对热量的充分回收再利用，减少了资源的浪费。

本实施例的蒸馏水暂储罐208的底部连接有蒸馏水排出管道。蒸馏水出口7的连接有蒸馏水出料泵6，从蒸馏水暂储罐208底部排出蒸馏水。

本实施例的蒸发腔2的上侧装设有真空泵5。具体的，真空泵5为油密封润滑的真空泵，真空泵5的一端位于热泵蒸发器205盘管内侧，用于排出蒸发腔2内部的不凝气体。

本实施例的料液循环机构包括连接在蒸发腔2下侧的原料液入口1，蒸发腔2的一侧上部连接有浓缩液出口4，原料液入口1与浓缩液出口4之间装设有原料液循环泵3。

本实施例的热泵系统循环机构包括冷媒压缩机210、热泵冷凝器201、辅助冷凝器211、节流装置206和热泵蒸发器205构成，系统内部为冷媒 R134A、R410A、R407C、R245fa等法规许可的环保冷媒。

上述实施例可以相互结合。

需要注意的是，在本说明书的描述中，诸如“第一”、“第二”等的描述仅仅是用于区分各特征，并没有实际的次序或指向意义，本申请并不以此为限。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本实用新型优选实施例只是用于帮助阐述本实用新型。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本实用新型。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (8)

1.一种降膜式热泵蒸馏器，其特征在于，包括：蒸发腔(2)，蒸发腔(2)的内部装设有蒸馏水暂储罐(208)和布液环(203)，蒸馏水暂储罐(208)可由内桶体(204)构成，蒸馏水暂储罐(208)的上部周侧开设有多个通气孔(209)，蒸馏水暂储罐(208)的内部装设有热泵蒸发器(205)，热泵蒸发器(205)的上端连接热泵系统；

蒸发腔(2)的外壁设有热泵冷凝器(201)，热泵冷凝器(201)的周侧装设有保温层(202)，蒸发腔(2)的下侧装设有循环机构。

2.如权利要求1所述的一种降膜式热泵蒸馏器，其特征在于，蒸发腔(2)的下侧还装设有电加热(9)。

3.如权利要求1所述的一种降膜式热泵蒸馏器，其特征在于，蒸馏水暂储罐(208)的下侧连接有蒸馏水出口(7)，蒸馏水出口(7)的一端装设有蒸馏水出料泵(6)。

4.如权利要求1所述的一种降膜式热泵蒸馏器，其特征在于，蒸发腔(2)的上侧装设有真空泵(5)，真空泵(5)的输出端为不凝气体出口(8)，输入端位于蒸馏水暂储罐(208)的内部。

5.如权利要求1所述的一种降膜式热泵蒸馏器，其特征在于，蒸发腔(2)的内部还装设有除沫器(207)。

6.如权利要求1所述的一种降膜式热泵蒸馏器，其特征在于，热泵系统包括连接在热泵蒸发器(205)上端的辅助冷凝器(211)和节流装置(206)，和下端的冷媒压缩机(210)。

7.如权利要求1所述的一种降膜式热泵蒸馏器，其特征在于，循环机构包括连接在蒸发腔(2)下侧的原料液入口(1)，蒸发腔(2)的一侧上部连接有浓缩液出口(4)，原料液入口(1)与浓缩液出口(4)之间装设有原料液循环泵(3)。

8.如权利要求4所述的一种降膜式热泵蒸馏器，其特征在于，真空泵(5)为油润滑和密封的泵体。

Images