专利名称：一种界面渐进冷冻浓缩方法
技术领域：
本发明专利涉及一种冷冻浓缩方法，尤其是一种应用封闭式热泵循环技术实现低成本、高效节能的界面渐进冷冻浓缩方法，该方法特别适用于热敏性或含挥发性成分的水溶液的浓缩过程，如中药水及果蔬汁的浓缩过程等。
背景技术：
浓缩过程是中药水及果蔬汁等水溶液的重要加工工艺之一，只有完成浓缩过程，中药水及果蔬汁才能形成产品或进入下一道工序。中药水及果蔬汁等水溶液属于热敏性物质，而且内部常含有易挥发的成分，不允许采用高温处理。目前采用的较先进的方法是真空蒸发浓缩法，尽管该方法与普通蒸发浓缩法相比，已降低了浓缩过程的温度，但一方面实际操作温度仍较高(60℃到90℃)，使部分热敏性成分因受热而变性，另一方面，易挥发性成分在减压操作中被真空泵抽出，造成了成分损失。为解决这一问题，人们对超临界萃取、膜分离技术及冷冻浓缩等方法进行了多年的研究，力争彻底解决该问题。迄今为止，超临界萃取方法成本很高，难以全面推广应用；膜分离方法用于富含糖类、蛋白质、果胶等成分的物质时，存在浓缩终点低、运行周期短、操作成本高、低分子成分难以分离等问题。
冷冻浓缩被认为是有广泛前途的重要方法。冷冻浓缩又分悬浮结晶法(也称分散结晶法)和渐进冷冻法(也称层状结晶法)两种。悬浮结晶法的特征是无数自由悬浮于母液中的小冰晶，在带搅拌的低温罐中长大并不断排除，使母液浓度增加而实现浓缩。由于此法的种晶生成、结晶成长、固液分离三个主要过程分别在三个不同的装置中完成，为有效回收微小悬浮结晶表面附着的浓缩液，对洗净塔上部的气相状态、分离面等需进行有效控制，对再结晶罐过冷却度也要进行有效控制，以避免二次晶核的生成，有时还需降低结晶成长速度，以求得到大冰晶，利于固液分离。另外，大量清洗液回收再浓缩，增加了能耗。这些原因，使得系统相对复杂，造成装置的投资大、成本高，限制了其实际应用范围。
界面渐进冷冻法是一种沿冷却面形成并成长为整体冰晶的冻结方法。随着冰层在冷却面上的生成并成长，在固液相界面，溶质从固相侧被排除到液相侧。界面渐进冷冻法可以避免悬浮结晶浓缩时水溶液中的纤维素等作为触媒形成不均质核，使纤维素等成分被包在冰晶中而造成损失，另外，该方法是从固体壁面逐渐向溶液内部形成冰晶，冷量是从壁面通过冰层传向溶液，故溶液的过冷度最小(控制合理，过冷度甚至为零)，这样，最大限度地避免了各种有效成分进入冰晶，保证了浓缩产品的质量。但是，由于界面渐进冷冻法的固液界面小，结冰后冷传递过程慢，浓缩速度受到限制，难以大规模应用；此外，从固体壁面上去除冰层也是技术难题。迄今为止，界面渐进冷冻浓缩法仍未商业化应用。
发明内容
本发明的目的在于通过利用高效节能的热泵技术，提出一种能够解决好界面渐进冷冻法中存在的各种问题，实现低成本、低能耗、低运行费用的界面渐进冷冻浓缩新方法。该方法尽可能简化水溶液冷冻浓缩装置的结构，降低水溶液冷冻浓缩装置的成本，同时，应用高效节能技术，尽可能降低冷冻浓缩过程的能耗与运行成本。
为了实现上述目的，本发明提出了一种将热泵节能技术应用于水溶液界面渐进冷冻浓缩系统的新方法，将封闭式循环热泵系统的蒸发器、冷凝器与界面渐进冷冻浓缩系统有机结合起来；并通过封闭式热泵循环系统的四通阀，实现蒸发器与冷凝器的功能互换，既去除固体壁面冰层，还回收利用了冰层融化过程中放出的冷量，大幅度降低了冷冻浓缩过程的能耗。
本发明的界面渐进冷冻浓缩系统设有二个结冰水箱，整体系统包括进料水溶液、浓溶液输送与排放、融化水输送与排放、冰层洗涤、热泵循环、辅助制冷及中央控制七个工作步骤并分别组成七个子系统，与两个结冰水箱相互连通构成实现水溶液界面渐进冷冻浓缩的系统装置；其总体技术方案是二个结冰水箱上下布置，构成高位结冰水箱和低位结冰水箱，封闭式热泵循环系统的蒸发器与冷凝器分别放置在二个结冰水箱中，辅助制冷子系统的蒸发器与高位结冰水箱的换热器有机组合为一个换热器，按照设定的运行工序往复循环形成水溶液浓缩系统。其中的高位结冰水箱和低位结冰水箱内分别安装有结冰过程所需要的带肋片的换热器，该肋片结构将结冰面积扩大了几十倍，解决了界面渐进冷冻浓缩难以实现商业化的关键问题；进料水溶液依次通过浓溶液箱及融化水箱内的冷量回收换热器实现冷量回收，使供水溶液的温度降低；辅助制冷子系统的蒸发器与高位结冰水箱中的热泵循环用换热器共用相同的换热肋片，其冷凝器为风冷式或水冷式；在部分排放水或水溶液的位置加装相应的水泵或水溶液泵，全部水平布置可形成卧式布置形式，而部分立式布置、部分卧式布置可构成混合布置形式。
系统启动时，先将要浓缩的水溶液加入高位结冰水箱，打开辅助制冷子系统，通过该系统的蒸发器将高位结冰水箱内的水溶液中的溶剂水形成冰层而浓缩该水溶液，待冰层达到一定厚度后，关闭辅助制冷子系统，打开高位结冰水箱的浓溶液排放阀，让未结冰的浓溶液靠重力作用从高位结冰水箱自动流入低位结冰水箱；待浓溶液流完后，启动冰层洗涤子系统，用少量水将冰层表面的浓溶液冲洗一段时间，待冲洗液全部流出高位结冰水箱、排放到低位结冰水箱后，关闭高位结冰水箱的浓溶液排放阀，启动热泵循环子系统，该系统将从流入到低位结冰水箱的浓溶液中吸收热量，使其溶剂水形成冰层而进一步浓缩该溶液，同时将获得的热量送到高位结冰水箱的换热器中，使高位结冰水箱的冰层融化，形成融化水；在高位结冰水箱的冰层全部融化后，关闭热泵循环子系统，同时打开高位结冰水箱的融化水阀、低位结冰水箱的浓溶液排放阀，融化水流入融化水箱，浓溶液排到浓溶液箱；待低位结冰水箱的浓溶液流完后，启动冰层洗涤子系统，用少量水将冰层表面的浓溶液冲洗干净，待冲洗液全部流出低位结冰水箱、排放到浓溶液箱(若浓溶液箱的溶液为最终产品，该冲洗液应排放到待浓缩的水溶液容器中)后，关闭高位结冰水箱的融化水阀及低位结冰水箱的浓溶液排放阀；接着，打开进料水溶液泵，进料水溶液经浓溶液箱和融化水箱吸收浓溶液与融化水的冷量，实现预冷后进入高位结冰水箱，达到要求的液位高度后，关闭进料水溶液泵，让热泵循环子系统的四通阀改变方向，再次启动热泵循环子系统，高位结冰水箱内的换热器转变为热泵系统的蒸发器，从高位结冰水箱的水溶液中吸收热量，形成冰层而浓缩该水溶液，同时，低位结冰水箱内的换热器作为热泵系统的冷凝器，将热量传递给低位结冰水箱的冰层，使其融化产生融化水；在低位结冰水箱的冰层全部融化后，关闭热泵循环子系统，打开低位结冰水箱的融化水排放阀，让融化水从低位结冰水箱流入融化水箱；低位结冰水箱的融化水全部流出后，关闭融化水排放阀，打开高位水箱的浓溶液排放阀，让未结冰的浓溶液靠重力作用从高位结冰水箱自动流入低位结冰水箱；待浓溶液流完后，启动冰层洗涤子系统，用少量水将高位结冰水箱冰层表面的浓溶液冲洗一段时间，待冲洗液全部流出高位水箱后，关闭高位水箱的浓溶液排放阀，让热泵循环子系统的四通阀改变方向，启动热泵循环子系统，该系统将从低位结冰水箱的浓溶液中吸收热量，形成冰层而进一步浓缩其中的水溶液，同时将获得的热量送到高位结冰水箱的换热器，使高位结冰水箱的冰层融化，形成融化水；如此循环往复，不断产生浓缩液。若浓溶液箱中的溶液浓度还不满足要求，可再次送入高位结冰水箱中，再次进一步浓缩。
本发明中二个结冰水箱内分别安装有结冰过程所需要的带肋片的换热器，换热器的肋片大幅度扩大了有效换热面积(结冰面积)，解决了原界面渐进冷冻浓缩方法中不宜扩大换热面及无法快速除去热量，尽快形成冰层的难题。
本发明方法系统中的进料水溶液，依次通过浓溶液箱及融化水箱内的冷量回收换热器，实现了高效的冷量回收，使供给水溶液的温度尽可能低，最大限度地节约能量。
本发明与现有技术相比，具有以下优点一是与真空浓缩相比，实现了更低温的浓缩过程，避免了部分热敏性成分受热变性，易挥发性成分在减压操作中被真空泵抽出，造成成分损失等问题；二是与真空浓缩相比，大幅度降低了设备的运行能耗，减少了运行成本；三是与真空浓缩相比，无需特殊设计、加工的真空容器和抽真空系统，降低了设备的初投资，简化了设备的加工过程；四是与悬浮结晶冷冻浓缩相比，系统结构简单，易实现自动控制，具有初投资低的优势；五是与悬浮结晶冷冻浓缩相比，热泵循环系统全部回收利用了冰层的冷量，大幅度降低了冷冻浓缩过程的能耗，具有运行费用低的优势；六是与现有的界面渐进冷冻浓缩系统相比，通过换热器的肋片结构，将结冰面扩大，解决了界面渐进冷冻浓缩难以实现商业化的关键问题，同时，渐进冷冻过程，保证水溶液的过冷度最小，最大限度地避免了有效成分的损失；七是与现有的界面渐进冷冻浓缩系统相比，通过热泵循环系统的四通阀，使二个结冰水箱内的换热器完成了结冰和融化过程的有机组合，该热泵循环的温差很小，循环效率很高，大幅度降低了冷冻浓缩过程的能耗；八是辅助制冷子系统既能保证整个冷冻浓缩系统顺利启动运行，也能在循环一定时间后，短时间启动该辅助制冷系统，及时补充损失的冷量，保证浓溶液产量恒定。
图1为应用本发明实现界面渐进冷冻浓缩过程的第1种工作流程图。
图2为应用本发明实现界面渐进冷冻浓缩过程的第2种工作流程图。
图3为高位结冰水箱的结构原理示意图。
图4为低位结冰水箱的结构原理示意图。
具体实施例方式本发明实施中涉及的热泵循环系统、高位结冰水箱与低位结冰水箱为实现界面渐进冷冻浓缩的必备部分。整个系统的主要部件包括高位结冰水箱1，高位结冰水箱洗涤喷淋器2，高位结冰水箱水溶液进口3，辅助制冷系统节流膨胀阀4，辅助制冷系统干燥过滤器5，辅助制冷系统冷凝器6；高位结冰水箱洗涤控制阀7，热泵循环系统压缩机8，热泵循环系统四通阀9，热泵循环系统干燥过滤器10，高位结冰水箱换热器11，热泵循环系统节流膨胀阀12，低位结冰水箱水溶液进口13，高位结冰水箱浓溶液排放阀14，高位结冰水箱融化水排放阀15，辅助制冷系统压缩机16，低位结冰水箱洗涤控制阀17，热泵循环系统干燥过滤器18，低位结冰水箱洗涤喷淋器19，低位结冰水箱换热器20，低位结冰水箱21，水溶液进入管22，水溶液供给泵23，浓溶液箱24，浓溶液箱内换热器25，低位结冰水箱浓溶液排放阀26，低位结冰水箱融化水排放阀27，融化水箱换热器28，融化水箱29，浓溶液排放口30，融化水排放口31，洗涤用水泵32，高位结冰水箱水溶液进口接管33，高位水箱顶板(带保温)34，高位水箱喷射器35，热泵循环系统管道接口36、37，高位结冰水箱换热管肋片38，高位结冰水箱侧板(有保温层)39，高位结冰水箱换热器工质管40，换热器支撑件41，高位结冰水箱底板(有保温层)42，高位结冰水箱浓溶液排出口43，排液管安装向下倾斜方向44，高位水箱溶化水排出口45，底板安装向下倾斜方向46，辅助制冷系统换热器接管47、48，洗涤水接管49，低位结冰水箱水溶液进口50，低位结冰水箱顶盖(有保温层)51，低位结冰水箱洗涤喷淋管52，热泵循环系统换热器接管53、54，低位结冰水箱侧板(有保温层)55，低位结冰水箱换热管肋片56，低位结冰水箱换热器工质管57，换热器支撑件58，低位水箱底板(有保温层)59，低位水箱浓溶液排出口60，排液管安装向下倾斜方向61，低位水箱溶化水排出口62，底板安装向下倾斜方向63，低位结冰水箱洗涤水接管64。
本发明涉及的七个子系统的工作原理及功效分别为进料水溶液子系统经过初步处理的水溶液由水溶液供给泵23送入系统，首先经过浓溶液箱24内的换热器25冷却，再经过融化水箱29内的换热器28进一步冷却，最后进入高位结冰水箱1中；其功效是将进料水溶液送入高位结冰水箱，同时回收浓溶液和融化水的冷量。
浓溶液输送与排放子系统高位结冰水箱1中的浓溶液通过浓溶液排出阀14排放到低位结冰水箱21中，通过结冰过程实现进一步浓缩；低位结冰水箱21中仍未结冰的浓溶液通过浓溶液排出阀26排放到浓溶液箱24中；其功效是将两个结冰水箱的浓溶液顺利排出。
融化水输送与排放子系统高位结冰水箱1与低位结冰水箱21的融化水都通过各自的融化水排出阀15或27，流入融化水水箱29中；其功效是将两个结冰水箱的融化水顺利送到融化水水箱。
冰层洗涤子系统融化水水箱29中的融化水经洗涤水泵升压后，通过洗涤子系统控制阀7或17分别送入高位结冰水箱1或低位结冰水箱21中，由喷淋器2或19将少量水均匀地喷到冰层表面；其功效是回收冰层表面的浓溶液，减少有效成分的损失。
热泵循环子系统通过改变四通阀9的方向，有两种不同的循环方式。当高位结冰水箱1内为水溶液，低位结冰水箱21内为冰层时，按图2所示的方式运行，高位结冰水箱1内的换热器11为蒸发器，低位结冰水箱21的换热器20为冷凝器，压缩机8启动后，高位结冰水箱1中换热器11中的热泵工质从高位结冰水箱中吸热，使水溶液中溶剂水结冰的同时热泵工质由液态转变为气态，从压缩机8的吸气侧进入，经压缩机8提高压力后，被送到低位结冰水箱21的冷凝换热器20中，在低位结冰水箱21中放出热量，使冰层融化的同时热泵工质由气态转变为液态，在高压作用下，液态工质流经干燥过滤器18和节流膨胀阀12，再次进入高位结冰水箱1的换热器11中，形成一种热泵循环过程；当低位结冰水箱21内为水溶液，高位结冰水箱1内为冰层时，按图1所示的方式运行，低位结冰水箱21内的换热器20为蒸发器，高位结冰水箱1内的换热器11为冷凝器，压缩机8启动后，低位结冰水箱21内的换热器20中的热泵工质从低位结冰水箱的水溶液中吸热，使水溶液中的溶剂水结冰的同时热泵工质由液态转变为气态，从压缩机8的吸气侧进入，经压缩机8提高压力后，被送到高位结冰水箱1的换热器11中，在高位结冰水箱1中放出热量，使冰层融化的同时热泵工质由气态转变为液态，在高压作用下，液态工质流经干燥过滤器10和节流膨胀阀12，再次进入低位结冰水箱21内的换热器20中，形成另外一种热泵循环过程。该子系统的功效是通过热泵系统的蒸发器实现水溶液中的溶剂水结冰而使水溶液浓缩，同时利用其冷凝器实现冰层的融化-形成融化水，再利用四通阀的换向作用，使高位结冰水箱与低位结冰水箱的冷冻浓缩过程有机结合起来，实现高效节能的冷冻浓缩过程。
辅助制冷子系统高位结冰水箱1的换热器11为该制冷子系统的蒸发器，当高位结冰水箱1中进行结冰浓缩过程时，可启动辅助制冷子系统，高位结冰水箱1内的换热器11中的液态制冷工质从水溶液中吸热，使水溶液中的溶剂水结冰的同时制冷工质由液态转变为气体，从压缩机16的吸气侧进入，经压缩机16提高压力后，被送到辅助制冷子系统的冷凝换热器6中，放出热量后由气态转变为液态，在高压作用下，液态工质流经干燥过滤器5和节流膨胀阀4，再次进入高位结冰水箱1内的换热器11中，形成制冷循环过程。该子系统的功效是在系统启动时，使用该系统在高位结冰水箱中第一次形成冰层，完成第一次浓缩过程，使热泵循环子系统的水溶液冷冻浓缩过程得以开始；另外，在热泵循环子系统工作一定时间后，也需要使辅助制冷子系统短时间工作，以补充损失的冷量，使水溶液冷冻浓缩量基本稳定。
中央控制子系统包括辅助制冷子系统的启动与关机控制，热泵循环子系统的四通阀9的方向控制及系统启动与关机控制，冰层洗涤子系统的水泵32与阀门7、17的开启与关闭控制，融化水输送与排放子系统的阀门控制，浓溶液输送与排放子系统的阀门控制，进料水溶液子系统的进液量控制等部分。该子系统的功效是使各子系统或步骤按时间顺序有机组合，同时控制热泵循环系统及辅助制冷系统的蒸发温度，保证海水淡化过程顺利进行。
实施例1一种实现本发明方法的设备装置，其主要部件包括由高位结冰水箱1内的换热器11、四通阀9、压缩机8、低位结冰水箱21内的换热器20、干燥过滤器10、18、节流膨胀阀12及连接管道等构成的热泵循环子系统；由高位结冰水箱1内的换热器11、压缩机16、冷凝器6、干燥过滤器5、节流膨胀阀4等构成的辅助制冷子系统；由进料水溶液泵23、进料水溶液冷却器25、28及相关连接管道构成的进料水溶液子系统；由高、低位结冰水箱的浓溶液排出阀14、26、浓溶液水箱24及相关连接管道构成的浓溶液输送与排放子系统；由高、低位结冰水箱的融化水排出阀15、27、融化水箱29及相关连接管道构成的融化水输送与排放子系统；由水泵32、控制阀7、17、喷淋器2、19及相关连接管道构成的冰层洗涤子系统；另外，中央控制子系统将上述六个子系统有机联系起来，实现冷冻浓缩过程。
该系统装置的启动与运行过程如下先将高效节能的界面渐进冷冻浓缩装置安装完毕；通过水溶液供给泵23，将欲浓缩的水溶液加入高位结冰水箱1中；启动辅助制冷子系统，使高位结冰水箱1中的水溶液中的溶剂水在其换热面上形成冰层，待冰层达到一定厚度后，关闭辅助制冷子系统，打开高位结冰水箱1的浓溶液排放阀14，让浓溶液靠重力作用从高位结冰水箱1自动流入低位结冰水箱21；待浓溶液流完后，打开冰层洗涤子系统的控制阀7和水泵32，通过喷淋器2，用少量水将冰层表面的浓溶液冲洗干净，冲洗一定时间后，关闭冰层洗涤子系统；待冲洗液全部流出高位水箱1后，关闭连管上的浓溶液排放阀14，启动热泵循环子系统，该系统按图1所示的方式运行，热泵工质从低位结冰水箱21内的水溶液中吸收热量，使其中的溶剂水形成冰层，同时将获得的热量送到高位结冰水箱1中的换热器11，使高位结冰水箱1中的冰层融化，形成融化水；在所有的冰层都融化后，关闭热泵循环子系统，同时打开高位结冰水箱的融化水阀15、低位水箱的浓溶液排放阀26，融化水进入融化水水箱29中，浓溶液进入浓溶液箱24中；待低位结冰水箱的浓溶液流完后，打开冰层洗涤子系统的控制阀17和水泵32，通过喷淋器19，用少量水将冰层表面的浓溶液冲洗干净，冲洗一定时间后，关闭冰层洗涤子系统；待冲洗掖全部流出低位结冰水箱21(若浓溶液箱的溶液为最终产品，该冲洗液应排放到待浓缩的水溶液容器中)、高位结冰水箱中的融化水排放完毕后，关闭高位结冰水箱1的融化水阀15、低位结冰水箱21的浓溶液排放阀26；接着，打开进料水溶液泵23，进料水溶液经浓溶液箱24中的冷却换热器25和融化水箱29中的冷却换热器28，吸收浓溶液与融化水的冷量，实现预冷后进入高位结冰水箱1中；然后，让热泵循环子系统的四通阀9改变方向，再次启动热泵循环子系统，该系统按图2所示的方式运行，高位结冰水箱1内的换热器11转变为该热泵系统的蒸发器，从高位结冰水箱1内的水溶液中吸收热量，使其溶剂水形成冰层，同时，低位结冰水箱21内的换热器20作为热泵系统的冷凝器，将热量传递给低位结冰水箱21内的冰层，使其融化产生融化水；在低位结冰水箱21的冰层全部融化后，关闭热泵循环子系统，打开低位结冰水箱21的融化水排放阀27，让融化水从低位结冰水箱21进入融化水水箱29中，待低位结冰水箱21的融化水全部流出后，关闭融化水排放阀27，打开高位结冰水箱1的水溶液排放阀14，让高位结冰水箱1中的浓溶液靠重力作用从高位结冰水箱1自动流入低位结冰水箱21中；待浓溶液流完后，打开冰层洗涤子系统的控制阀7和水泵32，通过喷淋器2，用少量水将冰层表面的浓溶液冲洗干净，冲洗一定时间后，关闭冰层洗涤子系统；待冲洗液全部流出高位结冰水箱1后，关闭连管上的浓溶液排放阀14，将热泵循环子系统四通阀9换向，开启压缩机8，该系统按图1所示的方式运行，从流入到低位结冰水箱21的浓溶液中吸收热量，使其溶剂水形成冰层而进一步浓缩，同时将获得的热量送到高位结冰水箱1的换热器11，使高位结冰水箱1中的冰层融化，形成融化水；……；如此循环往复，不断产生浓缩溶液。若浓溶液箱24中的溶液浓度还不满足要求，可再次送入高位结冰水箱1中，再次进一步浓缩。
本实施例采用立式布置的形式，在部分排放水的位置加装相应的水泵或溶液泵，可以全部水平布置形成卧式布置形式，或部分立式布置、部分卧式布置而构成混合布置形式。
若被处理的水溶液为废水溶液，则所得的融化水便是从废水中获得的净化水，即本发明方法还可直接应用于废水回收领域，从各类废水中提取回收净化水，实现水资源重复多次使用。
权利要求
1.一种界面渐进冷冻浓缩方法，将热泵节能技术应用于水溶液界面渐进冷冻浓缩系统，其特征在于包括进料水溶液、浓溶液输送与排放、融化水输送与排放、冰层洗涤、热泵循环、辅助制冷及中央控制七个工作步骤并分别构成七个子系统，与两个结冰水箱相互连通构成实现水溶液界面渐进冷冻浓缩的系统装置；两个结冰水箱上下布置，构成高位结冰水箱和低位结冰水箱，封闭式热泵循环系统的蒸发器与冷凝器分别放置在二个结冰水箱中，辅助制冷子系统的蒸发器与高位结冰水箱的换热器有机组合为一个换热器，按照设定的运行工序往复循环形成水溶液浓缩系统。
2.根据权利要求1所述的界面渐进冷冻浓缩方法，其特征在于将封闭式热泵循环系统的蒸发器、冷凝器与界面渐进冷冻浓缩系统有机结合，通过四通阀实现蒸发器与冷凝器的功能互换，去除固体壁面冰层并回收冷量。
3.根据权利要求1所述的界面渐进冷冻浓缩方法，其特征在于二个结冰水箱内分别安装有结冰过程所需要的带肋片的换热器，肋片结构将结冰面积扩大。
4.根据权利要求1所述的界面渐进冷冻浓缩方法，其特征在于进料水溶液依次通过浓溶液箱及融化水箱内的冷量回收换热器，实现冷量回收，使供给水溶液的温度降低。
5.根据权利要求1所述的界面渐进冷冻浓缩化方法，其特征在于辅助制冷子系统的蒸发器与高位结冰水箱中的热泵循环用换热器共用相同的换热肋片，其冷凝器是风冷式或水冷式。
6.根据权利要求1所述的界面渐进冷冻浓缩方法，其特征在于在排放水或水溶液的位置加装水泵或水溶液泵，水平布置形成卧式布置形式或部分立式布置、部分卧式布置构成混合布置形式。
7.根据权利要求1所述的界面渐进冷冻浓缩方法，其特征在于进料水溶液将水溶液送入高位结冰水箱，同时回收排出系统的浓溶液和融化水的冷量；浓溶液输送与排放将两个结冰水箱的浓溶液排出；融化水输送与排放将两个结冰水箱的融化水送到融化水箱；冰层洗涤回收冰层表面的浓溶液；热泵循环通过热泵系统的蒸发器实现水溶液中溶剂水结冰而浓缩溶液，同时利用其冷凝器实现冰层的融化形成融化水，再利用四通阀的换向作用，使高位结冰水箱与低位结冰水箱的冷冻浓缩过程有机结合起来，实现高效节能的冷冻浓缩过程；辅助制冷在高位结冰水箱中形成冰层，完成第一次浓缩过程，使热泵循环子系统的冷冻浓缩过程开始，而在热泵循环子系统工作后，使辅助制冷子系统工作，补充损失的冷量，使冷冻浓缩量稳定；中央控制使各子系统或步骤按时间顺序有机组合，同时控制热泵循环系统及辅助制冷系统的蒸发温度。
8.根据权利要求1所述的界面渐进冷冻浓缩方法，其特征在于应用于废水回收领域，从各类废水中提取回收净化水，实现水资源重复多次使用。
全文摘要
本发明涉及一种用封闭式热泵循环技术实现高效节能的界面渐进冷冻浓缩方法，包括进料水溶液、浓溶液输送与排放、融化水输送与排放、冰层洗涤、热泵循环、辅助制冷及中央控制七个工作步骤，构成七个子系统与两个结冰水箱相互连通构成实现水溶液界面渐进冷冻浓缩的系统装置；按设定工序往复循环实现水溶液冷冻浓缩；将封闭式热泵循环系统的蒸发器、冷凝器与界面渐进冷冻浓缩系统有机结合，通过四通阀实现蒸发器与冷凝器的功能互换，实现从换热器表面去除冰层和回收冷量；其工艺过程简单可靠，使用装置结构简单，节能效果好，运行成本低，易于实现商业化生产，可广泛应用于各种水溶液的浓缩过程，特别适用于热敏性或含挥发性成分的水溶液浓缩过程。
文档编号A23L2/02GK1849937SQ200610044229
公开日2006年10月25日 申请日期2006年5月23日 优先权日2006年5月23日
发明者田小亮, 孙晖 申请人:青岛大学