热泵式蒸发器及蒸发处理系统的制作方法

1.本技术涉及蒸发处理设备领域，尤其涉及一种热泵式蒸发器。此外，本技术还涉及一种蒸发处理系统。


背景技术：

2.工业生产中会产生大量的废水，如电镀废水、清洗废水、乳化废水等。工业废水比普通废水的处理难度更高，它具有种类多，成分复杂、性质波动大、cod浓度高、生物降解性差等特点。常规的处理方式如化学处理法、生化处理法，工艺链较长，需要大量耗材和人工，运行成本高，普适性差。
3.热泵式蒸发器采用热泵压缩的原理，在两端输出高温冷媒和低温冷媒分别对物料进行蒸发和对蒸汽进行冷凝，与此同时通过高真空度来保证物料能在极低的温度下进行蒸发。采用热泵式蒸发技术具有高效、节能、环保的特点。然而，将现有的热泵式蒸发器直接应用于工业废水处理，分离效果仍有待提高。


技术实现要素：

4.为解决上述技术问题，本技术提供一种新的热泵式蒸发器，该蒸发器的气液分离效果较好，非常适用于工业废水处理。
5.本技术的第一方面提供一种热泵式蒸发器，包括分离器，其中，所述分离器的一侧设置有物料入口，所述物料入口用于向所述分离器输入待分离原液；所述分离器的顶部设置有第一出口，所述第一出口用于从所述分离器输出分离后的气体；所述分离器的底部设置有第二出口，所述第二出口用于从所述分离器排出分离后的液体；在所述分离器内设置有涡轮除沫器，所述涡轮除沫器设置于所述物料入口的上方。
6.在第一方面的一种可选的实现方式中，所述涡轮除沫器包括气体加速件、颈管以及涡轮；所述颈管设置于所述气体加速件上方，所述涡轮安装于所述颈管中。
7.在第一方面的一种可选的实现方式中，所述气体加速件内设置有气体流道，所述气体流道的截面沿着气体的流动方向逐渐缩小。
8.在第一方面的一种可选的实现方式中，所述涡轮包括多个叶片，所述多个叶片的排布方向与所述气体的旋转流动方向一致。
9.在第一方面的一种可选的实现方式中，所述涡轮能够在所述气体的带动下转动。
10.在第一方面的一种可选的实现方式中，所述涡轮除沫器的上方还设置有填料除沫器。
11.在第一方面的一种可选的实现方式中，在所述分离器内还设置有导气板，所述导气板设置于所述物料入口的上方以及所述涡轮除沫器下方，并且沿着所述分离器的局部筒壁倾斜向上设置。
12.在第一方面的一种可选的实现方式中，沿着所述导气板的头部至所述导气板的尾部的方向，所述导气板的面积逐渐增大。
13.在第一方面的一种可选的实现方式中，所述第一导液板的头部的设置高度处于所述物料入口的设置高度以及所述导气板的尾部的设置高度之间。
14.在第一方面的一种可选的实现方式中，在所述分离器内还设置有第一导液板，所述第一导液板的头部处于所述导气板的尾部的下方，并且所述第一导液板沿着所述分离器的局部筒壁倾斜向下设置。
15.在第一方面的一种可选的实现方式中，在所述分离器内还设置有第二导液板，所述第二导液板设置于所述第一导液板上方，并且沿着所述分离器的局部筒壁倾斜向下设置。
16.在第一方面的一种可选的实现方式中，所述热泵式蒸发器还包括倒置的u型管，所述u型管的一端与所述第一出口连通，另一端用于与冷凝换热器连通。
17.本技术的第二方面提供一种蒸发处理系统，该系统包括第一方面的任一种热泵式蒸发器。
18.当采用上述实现方式中的热泵式蒸发器来处理待处理原液时，待处理原液在被加热到一定程度，发生沸腾气化。夹杂着蒸汽的待处理原液从物料入口被输入到分离器中。在分离器的作用下，气化部分和液态部分被分离。气化的部分在分离器内向上流动，经过涡轮除沫器，可以带动涡轮除沫器旋转起来。这一方面可以阻挡气化部分中夹杂的、未被导气板阻挡的泡沫和小液滴等，另一方面也可以通过涡轮除沫器对泡沫进行机械剪切，从而起到离心除沫的作用。采用这样的实现方式，有助于分离器更好地分离原液，使得整个热泵式蒸发器更加适合应用于工业废水等的处理。而液态部分则聚集到分离器的底部，从第二出口离开分离器，从而实现气液分离，达到较好的分离效果。
附图说明
19.为了更清楚地说明本技术的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1为本技术的热泵式蒸发器的其中一个实施例的结构示意图；
21.图2为本技术的热泵式蒸发器的另一个实施例的结构示意图；
22.图3为本技术的热泵式蒸发器的另一个实施例的局部剖视结构示意图；
23.图4为本技术的热泵式蒸发器的其中一个实施例中涡轮的局部结构示意图；
24.图5为本技术的热泵式蒸发器的其中一个实施例的局部结构俯视示意图；
25.图6为本技术的蒸发处理系统的其中一个实施例的结构示意图。
26.附图标记说明：
27.分离器100；物料入口101；分离器的第一出口102；分离器的第二出口103；筒壁104；导气板110；导气板的头部111；导气板的尾部112；第一导液板120；第一导液板的头部121；第一导液板的尾部122；第二导液板130；第二导液板的头部131；第二导液板的尾部132；涡轮除沫器140；气体加速件141；颈管142；涡轮143；叶片1431；填料除沫器150；压力传感器160；液位传感器170；温度传感器180；
28.循环泵200；循环泵的入口201；循环泵的出口202；
29.蒸发换热器300；蒸发换热器的入口301；蒸发换热器的出口302；
30.冷凝换热器400；冷凝换热器的入口401；冷凝换热器的出口402；
31.u型管901；第一管路902。
具体实施方式
32.下面对本实用新型的实施例作详细说明，本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。
33.本技术提供了一种热泵式蒸发器，该蒸发器的气液分离效果较好。将该蒸发器应用在蒸发处理系统，尤其是工业废水处理系统中，能够较好地分离工业废水中的水和污染物。
34.参见图1至图4，本技术的一个实施例中提供一种热泵式蒸发器，其包括分离器100。
35.本技术实施例中的分离器的筒体可以呈圆柱状、多边棱柱状等规则的形状，或者不规则的形状，本技术对于分离器的筒体的具体形状不作限定。示例性地，如图1至图3所示，分离器的筒体100的主体呈圆柱状，顶部呈半圆状或碟形，底部呈圆锥状。
36.分离器100的一侧设置有物料入口101，物料入口101用于向分离器100输入待分离原液。这里的原液，可以是工业生产中产生的废水，例如电镀废水、清洗废水、乳化废水等，也可以是其他可能的物料。这些废水可以在经过加热之后被输入到分离器中。
37.分离器100的顶部设置有第一出口102，第一出口102用于从分离器100输出分离后的气体。分离器100的底部设置有第二出口103，第二出口103用于排出在分离器100中分离后的液体。
38.当采用该热泵式蒸发器来处理待处理原液时，在蒸发模式下，待处理原液在被加热到一定程度，发生沸腾气化。夹杂着蒸汽的待处理原液从物料入口被输入到分离器中。在分离器的作用下，气化部分和液态部分被分离。气化的部分向上流动，通过设置在分离器顶部的第一出口离开分离器。而液态部分则聚集到分离器底部，从第二出口离开分离器。
39.应理解，这里的气化部分中可能完全为气体，也可能携带了部分小液滴、泡沫等。
40.还应理解，当采用该热泵式蒸发器来处理待处理原液时，在进入蒸发模式之前，还可能存在进液、加热等模式。后文将在热泵式蒸发系统中对这些模式作示例性说明。
41.在分离器100内设置有涡轮除沫器140，涡轮除沫器140设置于物料入口101的上方。
42.气化部分在分离器100内向上流动，经过涡轮除沫器140，可以带动涡轮除沫器140旋转起来。这一方面可以阻挡气化部分中夹杂的、未被导气板110阻挡的泡沫和小液滴等，另一方面也可以通过涡轮除沫器140对泡沫进行机械剪切，从而起到离心除沫的作用。采用这样的实现方式，有助于分离器更好地分离原液，使得整个热泵式蒸发器更加适合应用于工业废水等的处理。
43.在其中一种实现方式中，涡轮除沫器140包括气体加速件141、颈管142以及涡轮143；颈管142设置于气体加速件141上方，涡轮143安装于颈管142中。
44.气体加速件141可以对气化部分起到加速的作用。可选地，气体加速件内可以设置有气体流道，该气体流道的截面沿着气体的流动方向逐渐缩小，从而加速气流流速。示例性
地，如图1至3所示，气体加速件141可以是一个顶面与底面贯通的圆台状结构，中间形成一个气体流道。当气化部分经过圆台状结构向上流动时，随着气体流道逐渐收缩，使气体旋流加速。应理解，气体加速件还可以以其他现有技术中可能的实现方式来实现。
45.颈管142设置于气体加速件141上方。示例性地，如图1至3所示，圆台状结构的顶面边缘可以与颈管142的底部边缘连接。
46.涡轮143则被安装在颈管142中，可以在向上流动的气化部分的推动下旋转，即，涡轮143可以随着旋流的气体转动。大部分现有的涡轮是不能旋转的，本技术实施例采用能够转动的涡轮，可以获得更好的除沫效果。涡轮143可以包括若干按照预设方向排布的叶片1431，如图4所示。经过气体加速件141加速的气体可以给涡轮的叶片1431更大的推力，从而更好地推动涡轮143转动，进而更好地阻挡液滴和飞沫，更好地对气体导流作，以及更好地对泡沫起到机械剪切作用。
47.可选地，叶片1431的排布方向可以与气体的旋转流动方向一致或者大体一致，即叶片1431的排布方向顺着气化部分的旋流方向。采用这样的实现方式可以进一步增加涡轮的转速，从而更好地起到离心除沫的作用。
48.可选地，导气板110上方还设置有填料除沫器150。填料除沫器150能够对泡沫和更小的飞沫、小液滴等进一步进行过滤。采用这样的实现方式，填料除沫器150能够对被涡轮除沫器140剪切击破的泡沫、更细小的飞沫和液滴进行进一步过滤，以便得到更加纯净的气体，从而进一步提高气液分离效果。从第一出口102离开分离器100的气体可以被冷凝得到冷凝水，因此采用上述实现方式也可以提高后续得到的蒸馏水的洁净程度。
49.在分离器100内还设置有导气板110，导气板110设置于物料入口101的上方以及涡轮除沫器140下方，并且沿着分离器100的局部筒壁104倾斜向上设置。
50.导气板110的局部可以与分离器的局部筒壁贴合设置。示例性地，如图3所示，导气板110的一侧可以与该局部筒壁104贴合。
51.为便于说明，本实施例将导气板110的相对靠近物料入口101的一端或其附近的位置，称为导气板的头部111，将导气板110的相对远离物料入口101的一端或其附近的位置，称为导气板的尾部112。导气板的尾部112的设置高度高于导气板的头部111的设置高度，从而使得导气板110整体呈现沿着局部筒壁104倾斜向上设置的状态。示例性地，如图2和3所示，导气板110可以沿着导气板的头部111至导气板的尾部112的方向逐渐向上倾斜。又示例性地，导气板110也可以沿着导气板的头部111至导气板的尾部112的方向呈阶梯状或者其他可能的形态倾斜向上设置。
52.采用这样的实现方式，在蒸发模式下，分离器内原液的气化部分能够沿着筒壁螺旋向上流动，从而更好地推动涡轮除沫器转动，进一步提高气液分离效果。此外，导气板也可以较好地起到阻挡液体的作用，防止液体溅射到分离器的上部。
53.可选地，沿着导气板的头部111至导气板的尾部112的方向，导气板110的面积逐渐增大。在蒸发模式下，随着原液的气化部分向上流动，气化部分分布的面积也会增大。采用这样的实现方式，可以更好地对气化部分起到导流作用，有利于对原液的分离。
54.可选地，在分离器100内还可以设置有若干导液板，例如第一导液板120。
55.第一导液板的头部121处于导气板的尾部122的下方，并且第一导液板120沿着分离器100的局部筒壁104倾斜向下设置。
56.第一导液板120的局部可以与分离器100的局部筒壁104贴合设置。示例性地，如图2所示，第一导液板120的一侧可以与该局部筒壁104贴合。
57.为便于说明，本实施例将第一导液板120的相对靠近导气板的尾端112的一端或其附近的位置，称为第一导液板的头部121，将第一导液板120的相对远离导气板的尾端112的一端或其附近的位置，称为第一导液板的尾部122。第一导液板的头部121的设置高度可以低于导气板的尾部112的设置高度，即处于导气板的尾部112的下方。
58.第一导液板的尾部122的设置高度低于第一导液板的头部121的设置高度，从而使得第一导液板120沿着分离器的局部筒壁倾斜向下设置。示例性地，如图1和2所示，第一导液板120可以沿着第一导液板的头部121至第一导液板的尾部122的方向逐渐向下倾斜。又示例性地，第一导液板120也可以沿着第一导液板的头部121至第一导液板的尾部122的方向呈阶梯状或者其他可能的形态倾斜向下设置。
59.采用这样的实现方式，在蒸发模式下，分离器内原液的液态部分在导气板的阻挡和重力作用下，能够沿着筒壁向下流动，聚集到分离器的底部。除了对液态部分进行导流之外，第一导液板还可以避免液态部分直接下落引起液体飞溅，从而产生泡沫和飞沫。
60.通过共同设置导气板和导液板，进一步有助于分离器更好地分离原液，使得整个热泵式蒸发器更加适合应用于工业废水等的处理。
61.可选地，第一导液板的头部121的设置高度可以处于物料入口101的设置高度以及导气板的尾部112的设置高度之间。采用这样的实现方式，第一导液板可以更好地承接被导气板阻挡下来的液体。
62.可选地，在分离器100内可以设置类似于第一导液板120的多个导液板。示例性地，如图1和2所示，在分离器100内还可以设置有第二导液板130，第二导液板130设置于第一导液板120上方，并且沿着分离器100的局部筒壁104倾斜向下设置。
63.与第一导液板120类似的，为便于说明，本实施例将第二导液板130的相对靠近导气板的尾端112的一端或其附近的位置，称为第二导液板的头部131，将第二导液板130的相对远离导气板的尾端112的一端或其附近的位置，称为第二导液板的尾部132。第二导液板的头部131的设置高度可以低于导气板的尾部112的设置高度，即处于导气板的尾部112的下方。
64.第二导液板的尾部132的设置高度低于第二导液板的头部131的设置高度，从而使得第二导液板130沿着分离器100的局部筒壁104倾斜向下设置。示例性地，如图2和3所示，第二导液板可以沿着第二导液板的头部至第二导液板的尾部的方向逐渐向下倾斜。又示例性地，第二导液板130也可以沿着第二导液板的头部131至第二导液板的尾部132的方向呈阶梯状或者其他可能的形态倾斜向下设置。
65.第二导液板的头部131的设置高度可以高于第一导液板的头部121的设置高度，第二导液板的尾部132的设置高度可以高于第一导液板的尾部122的设置高度。这就使得第二导液板130整体设置于第一导液板120上方。
66.应理解，第二导液板130的倾斜方向，可以与第一导液板120的倾斜方向完全一致，也可以不一致，本技术对此不作限定。
67.通过设置例如第一导液板、第二导液板等多个导液板，可以更好更充分地对原液的液态部分起到导流作用，进一步有利于分离器更好地分离原液。
68.应理解，分离器100内可以同时设置填料除沫器150以及导流板。导流板可以是前述的导气板、导液板或其组合。
69.可选地，热泵式蒸发器还包括倒置的u型管901，u型管901的一端与第一出口102连通，另一端用于与冷凝换热器连通。采用这样的实现方式，一方面可以对进入u型管的气体进行折流，从而进一步减少进入冷凝换热器中飞沫和液滴，另一方面可以防止冷凝换热器中的冷凝物流回分离器中。
70.可选地，第二出口103可以用于与循环泵的入口连通，循环泵的出口可以用于与蒸发换热器以及物料入口101连通。聚集到分离器100底部的液态部分从第二出口103排出后，在循环泵的作用下，以更快的流速进入到蒸发换热器中，从而经过蒸发换热器的加热之后以较快的流速重新从物料入口101进入到分离器100中，再进行气液分离。采用这样的实现方式，被强制加速后的原液一方面可以提高蒸发换热器的换热效率(一般可增加50-100％)和均匀性，另一方面还可以对蒸发换热器起到冲刷作用，降低蒸发换热面结垢的风险。此外，被强制加速后的原液在分离器的作用下还可以获得更好的气液分离和消泡效果。将这样的强制循环方式应用到蒸发处理系统中，可以提高蒸发处理系统的处理效率，减少能耗。
71.可选地，如图2和5所示，物料入口101连接有第一管路902，第一管路902的一端与分离器的筒壁104相切。示例性地，蒸发换热器和物料入口101可以通过第一管路902连通，第一管路902的一端与物料入口101连接，另一端则与蒸发换热器的出口连接。
72.第一管路902的一端与分离器的筒壁104相切，即第一管路902的一端管口的径向方向与筒壁104相切。
73.采用这样的实现方式，可以利用气液混合体从第一管路中流出时的速度，在分离器的筒壁上形成旋流，利用旋流的离心力进行气液分离。具体来说，在蒸发模式下，第一管路中充满了气液混合体。由于第一管路与筒壁相切，气液混合体从物料入口射流入分离器后，液态部分由于密度较大，会相对更贴近筒壁，然后受到重力的作用逐渐往下落。气化部分则由于密度较小，其进入分离器后可以到达距离物料入口更远的位置，会相对更贴近分离器的中心。气化部分受到外部真空抽吸作用，逐渐向上方流动。这样，进入分离器的气液混合体中的气体可以快速地从气液混合体中分离，获得更好的气液分离效果。
74.此外，当共同采用第一管路的一端与分离器的筒壁相切的实现方式，与前述的循环泵的实现方式时，二者还可以起到协同作用。分离了气化部分后的原液，由于除去了气体，经过循环泵的加速再次进入蒸发换热器后，能获得更好的换热效果；而气化部分在分离器的作用下，快速从气液混合体中中分离，也提高了整个蒸发处理系统的蒸发效率。
75.可选地，第一管路902和筒壁104上的物料入口101的连接处，可以采用缩颈管的连接方式。采用这样的实现方式，可以提高出液速度，减少气液混合体进入分离器后的宽度，从而进一步获得更好的分离效果。
76.应理解，该热泵式蒸发器还可以包括其他必要的组成部件或元器件。示例性地，如图1所示，分离器100内部还可以设置有压力传感器160、温度传感器180、液位传感器170等传感器，以便检测蒸发器内部的压力、温度，以及原液的液位。又示例性地，该热泵式蒸发器还可以设置有通气口、清洗组件等。
77.本技术实施例还提供一种蒸发处理系统，其包括前述任一种热泵式蒸发器。
78.应理解，该蒸发处理系统中还可以包括其他必要的组成部件或元器件。
79.示例性地，如图6所示，该系统中还可以包括循环泵200、蒸发换热器300、冷凝换热器400、真空系统等。循环泵的入口201与热泵式蒸发器的第二出口103连通，循环泵的出口202与蒸发换热器的入口301连通。蒸发换热器的出口302可以与物料入口101连通。冷凝换热器的入口401可以与热泵式蒸发器的第一出口102连通，冷凝换热器的出口402可以与真空系统连通，以使得分离器100中的气化部分在真空抽吸作用下，向第一出口102的方向流动。
80.在其中一种可能的实现方式中，本技术实施例中的蒸发换热器300和/或冷凝换热器400可以采用外置列管式换热器，非常便于机械清洗和维护。
81.应理解，对于蒸发换热器而言，其中具有冷媒管道，用于输入高温冷媒，从而加热输入其中的物料。对于冷凝换热器而言，其中具有冷媒管道，用于输入低温冷媒，从而冷却输入其中的物料。
82.又示例性地，分离器100内部还可以设置有压力传感器160、温度传感器180、液位传感器170等传感器，以便检测蒸发器内部的压力、温度，以及原液的液位。各个连接管路上还可以设置有必要的阀门。采用这样的实现方式，从而更加智能地控制原液的进液、加热、蒸发和排液。
83.在进液模式下，可以启动真空系统，对蒸发器内的气体进行抽吸，形成一定的负压环境。然后将原液输入管路上的阀门打开，通过负压，将待处理原液通过物料入口101输入到蒸发器内。当蒸发器内的原液到达预定的液位时，例如到达液位传感器170所在的高度时，关闭相应阀门，结束进液。接下来可以进入加热模式。
84.在加热模式下，可以启动循环泵200。在循环泵200的作用下，物料以较快的速度在蒸发器、循环泵200、蒸发换热器300之间循环流动。通过蒸发换热器300的加热，提高待处理原液的温度。当待处理原液的温度在设定的压力下达到了蒸发温度，或者达到蒸发温度一段时间之后，系统可以进入蒸发模式。
85.在蒸发模式下，在蒸发换热器300的加热下待处理原液沸腾气化，进入到分离器100之后进行气液分离。气化部分在真空系统的真空抽吸作用下，沿着导气板110螺旋向上流动，通过涡轮除沫器140并带动涡轮除沫器140转动，最终通过第一出口102离开分离器100。之后气体被冷凝换热器400冷凝，得到冷凝水。液态部分则在第一导液板120和第二导液板130的引导下聚集到分离器100底部，最终通过第二出口103离开分离器100。经过循环泵200的加速之后，重新进入蒸发换热器300进行换热，形成气液混合体，再进入热泵式蒸发器进行气液分离。
86.随着蒸发的进行，原液的浓度不断升高，水分不断减少，当达到设定浓度后，或者达到原液的最大浓缩浓度后，停止蒸发系统，进入排放模式。在排放模式下，真空系统停止真空抽吸，打开通气口相应的阀门，使得整个蒸发处理系统，包括热泵式蒸发器内部恢复到常压，然后将浓缩后的原液排出。
87.采用这样的蒸发处理系统，通过热泵系统制热进行废水蒸发的方式，可以实现水和污染物的分离，工艺简洁紧凑、运行成本低、浓缩率高、适应性强。
88.应理解，在本实用新型及实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方
位、以特定的方位构造和操作。
89.还应理解，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
90.还应理解，在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
91.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。