专利名称：热泵增温闪发式蒸发器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种热泵增温闪发式蒸发器，属于化学工业中溶液中溶质浓缩、溶剂提纯以及海水淡化、稀溶液浓缩等易产生结垢场合的闪发式蒸发器。
闪发式蒸发器(又名扩容式蒸发器)将溶液预热至要求温度后，引入压力低于此温度所对应的饱和蒸发汽压的空室内迅速蒸发，称为闪发(扩容蒸发即表示容积扩大，导至蒸发迅速发生。)公知的闪发式蒸发器是将室内的蒸汽压逐渐下降，充分利用蒸汽的冷凝热来预热溶液，达到节能的目的。在大型海水淡化装置上所用的闪蒸室的级数多达40多级，其节能效果虽然显著，但随着级数的增多，设备的结构越来越复杂，造价也就越大。
本实用新型的目的是克服现有技术的上述问题而提供一种降低能耗、简化设备、体积小、成本低、易于制造的热泵增温单级和五级以下的闪发式蒸发器。
本实用新型的目的是通过下列技术措施来达到的。
本实用新型包括有内有喷淋头和具有进口(4)和与喷淋头相接的进口(7)的闪蒸室(3)以及循环泵。
闪蒸室3经其出口4和管路5依次与具有进口(18和20)和出口(17和21)的冷凝预热器19、管路31、两端分别具有进口(40和41)的集管41-5和具有出口(1和2)的集管(41-4)、下有进水口上有出水口的排放液预热器连接，在闪蒸室与冷凝预热器的连接管路5上设有热泵，冷凝预热器的出口17经管路16与闪蒸室的进口7连接，冷凝预热器的进口20经管路36与排放液预热器的集管进口40连接，管路36上设有循环泵，闪蒸室的出口33经管路34与管路36连接，管路36经管路37与排放液预热器上的集管进口39连接，排放液预热器的出口集管与浓水排出管和产水排出管连接。
采用一个闪蒸室和冷凝预热器为单级闪蒸，单级闪蒸为本实用新型的第1技术方案。
所述冷凝预热器19由壳体、壳体两端的端面板、两端具有弯头、面上有斜形压纹的板片组成，每两片板片相对，其上、下弯头焊接形成两端开口的扁袋形板片对，形成板程(袋内)通道，各具有斜形压纹的板片对靠紧焊接形成壳程(袋外)通道，其左、右两端与壳体两端的端面板焊接构成用于预热的板壳式换热器。斜形压纹板片适用于″蒸汽-液″和″蒸汽-蒸汽″有相变换热的场合，即换热板片的一侧是蒸汽冷凝(相变)，另一侧是液流。液流一侧在低雷诺数下形成湍流，有利于提高换热系数，大容积壳程能适应蒸汽侧密度中的要求。
设置在闪蒸室与冷凝预热器的连接管路上的热泵的作用是热泵的吸口能″制冷″，使闪蒸室液体温度降低，其出口能″增温″，使液体温度提高。这样，依靠热泵获得低温点和高温点，使循环活动不断进行，而不用像传统方法那样设置多级闪蒸室才能降温；依靠向外界排放热量才能达到低温点；提供高温热源才能达到高温点，因此，其节能效果和简化结构的效果明显。
所述的排放液预热器由壳体、壳体两端的端面板、该两端面板上的具有进口(40和41)的集管(42-5)和具有出口(1和2)的集管(42-4)和两端具有弯头、面上具有凸缘和断续斜形压纹的板片组成，每两板片的凸缘相对，形成两端开口的″扁袋″形板程(袋内)通道(42-6)，各板片对靠紧焊接形成壳程(袋外)通道(42-7)，其左、右两端与壳体两端的端面板焊接。在壳体上、下边与板片之间设有隔板(43)，使进水在板程通道(42-6)中形成回流。
板片上的凸缘和断续斜形压纹起隔板作用，相当于管式换热器的折流板，适合于液-液热交换的场合。
进水从排放液预热器的进口进入其中，与其进口(40和41)进入排放液预热器的产水和浓水进行热交换，升温后的进水经其出口(39)出去与闪蒸室3出口(33)出的循环水会合后进入循环泵吸口，经加压后进冷凝预凝器进口(20)和板程通道(19-5)冷凝预热器19壳程通道得到从其进口18进入的、从闪蒸室吸取的热泵增温后的高温蒸汽，循环水经预热后进入闪蒸室3进行喷淋蒸发，产出的蒸汽从闪蒸室3进入热泵增温，而其溶液经出口(33)分两路一路作为浓水进入排放液预热器，另一路作为循环水进行再循环。排放液预热器中的浓水和产水(冷凝水)与补充进水热交换后经其出口，排放浓水和收集产品水。以上热泵增温单级闪蒸式蒸发器适用于小型海水淡化或蒸溜水制取及浓缩溶质的场合。
对于大型的设备则采用本实用新型的第2技术方案。即在冷凝预热器(19)或称2#冷凝预热器和闪蒸室(3)或称2级闪蒸室之间设有内有喷淋头具有进口和出口的且用管路与其连接的闪蒸室(10)或称1级闪蒸室，在冷凝预热器19和排放液预热器(42)之间设有内有喷淋头和进口和出口的冷凝预热器(27)，根据需要增减形成不大于五级的多级闪蒸室和冷凝预热器。其流程的连接关系是冷凝预热器(19)的进口(20)和出口(21)分别与冷凝预热器(27)或称1#冷凝预热器的出口(25)和进口(26)连接，该冷凝预热器(27)的进口(30)和出口(29)分别与管路(36)和管路(31)连接，闪蒸室(10)的出口(14)经管路(15)与冷凝预热器(27)的进口(24)连接。
上述第2技术方案适用于海水淡化及蒸溜水制备场合。
进水从进口(44)进入排放液预热器与从进口(40和41)进入排放液预热器的产水和浓水进行热交换，升温后的进水经出口(39)与从二级闪蒸室3出口(33)出的循环水会合后进入循环泵吸口，经循环泵加压后经进口(30)进入1#冷凝预热器，得到从一级闪蒸室产出的从出口(14)经管路(15)和进口(24)蒸汽的冷凝热，使温度进一步提高后出1#冷凝预热器(27)进2#冷凝预热器19，在2#冷凝预热器得到从进口(18)进入的由热泵从出口(4)吸取二级闪蒸室的蒸汽，经热泵增温后的高温蒸汽的加热后，从出口(17)出2#冷凝预热器，此时，循环液的温度达到了要求温度。从进口(13)进入一级闪蒸室，其产生的蒸汽从出口(14)出，由进口(24)进入1#冷凝预热器，而闪蒸后的溶液从出口(9)进入二级闪蒸室再次蒸发。产出的蒸汽从出口(4)进入热泵增强。而溶液从出口(33)出，在连接处(35)分为两路，一种作为浓水从进口(40)进入排放液预絷器，另一路进入1#冷凝预热器，在1#冷凝预热器里放出热量后和1#冷凝预热器中的冷凝水一同从出口(29)排出。此冷凝水即为产品水，从进口(41)进入排放液预热器放出热量从出口(1)排出。从其出口(2)排出的为浓水。当用于浓缩溶质为目的场合时，排出浓水就是浓缩产品。
本实用新型的第3技术方案是多热泵多级闪发式蒸发器。为了适应大型海水淡化的需要。其结构方案是在上述第2技术方案的基础上，在二级闪蒸室(3)和1#冷凝预热器(27)之间用管路(18)连接，该管路(48)上设有热泵(47)，在一级闪蒸室(10)的出口(10-1)和2#冷凝预热器(19)之间用管路(5)连接，该管路(5)上设有热泵(11)。
补充进水从进口(44)进入排放液预热器与从其进口(40和41)进入的浓水和产水进行热交换，升温后的进水从其出口(39)进入管路(37)，在与连接二级闪蒸室(3)的管路(34)的会合处与循环水会合后进入循环泵，经循环泵升压后从进口(29-1)进入1#冷凝预热器(27)，得到从进口(24)进入的经1#热泵(47)增温的蒸汽冷凝热，温度升高后从出口(25)出1#冷凝预热器(27)，从进口(20)进入2#冷凝预热器(19)，得到从进口(18)进入的经2#热泵(11)增温的蒸汽冷凝热，温度升高后从出口(16)出，这时，循环水的水温达到本流程的最高点，经进口(13)进入一级闪蒸室(10)，产出的蒸汽经出口10-1和2#热泵增温后从进口(18)进入2#冷凝预热器与循环水热交换，放出热量冷凝为冷凝水从出口(21)出去。一级闪蒸室(10)中的循环水闪蒸后温度降低经其出口(9)和进口(7)进入二级闪蒸室(3)闪蒸，产出蒸汽经出口(44)和1#热泵(47)增温后从进口(24)进入1#冷凝预热器(27)，放出热量与从进口(29)进入的循环水热交换的冷凝水从出口(29-1)出去。同时，2#冷凝预热器的冷凝水经出口(21)进入1#冷凝预热器(27)放出多余热量后从出口(29)出去。这样，从1#冷凝预热器(27)出的冷凝水是两个冷凝预热器(19和27)的冷凝水，经管路(31)和进口(40)进入排放液预热器(42)、而从进口(7)进入的循环水在二级闪蒸室(3)放出热量冷却后从其出口(33)和管路会合分两股一股在与管路(37)中的补充进水会合后成为下一轮的循环水，另一股作为浓水从进口(40)进入排放液预热器(42)，从进口(40和41)进入的浓水和产水一冷凝水与其中的补充进水热交换后从其出口(2和1)排放，其中，溶液浓缩时，收集浓水，排放冷凝水，海水淡化时浓水排放，冷凝水为产品水。
本实用新型与现有技术相比具有下列优点1、本实用新型适用于单级或五级以下的多级闪蒸，可以满足小型和大型设备的需要。
2、本实用新型充分利用蒸汽的冷凝热来预热溶液，具有明显的节能效果。
3、本实用新型的闪蒸室内不设换热器，采用冷凝预热器和排放液预热器预热，因而没有沸腾和汽化现象，也就不会在预热器中产生会人头痛的垢层，保证了传热效果。
4、本实用新型在单级和多级闪蒸的基础上回收排放液的热量，经热泵增温后成为可用热量。这样，由向闪蒸室直接供热改为向热泵供热，热泵技术本身是节能技术，耗能小于原有换热管的能耗，因此，具有降低能耗和简化设备的特点。
附图图面说明。
图1为本实用新型实施例1结构示意图。
图2为本实用新型实施例2结构示意图。
图3为本实用新型实施例3结构示意图。
图4为斜形压纹板片形状主视图。
图5为图4的侧视图。
图6为图4的俯视图。
图7为具有凸缘和断续斜形压纹板片的主视图。
图8为图7的侧视图。
图9为图7的俯视图。
图10为冷凝预热器结构示意图。
图11为
图10的A-A剖视图。
图12为
图10中的B-B剖视图。
图13为排放液预热器结构示意图。
图14为
图13的右视图。
图15为
图13的左视图。
图16为
图13的A-A剖视图。
图17为
图13中的B-B剖视图。
以下本实用新型将(结合附图)对实施例进行详述。
实施例1(见
图1)，适用于小型海水淡化或蒸馏水或浓液制剂制取。本实用新型包括有内有喷淋头6和具有出口(4)和喷淋头6相接的进口7的闪蒸室3和循环泵30。
闪蒸室3经出口和管路5依次与具有进口(18和20)和出口(17和21)的冷凝预热器19、管路31、两端分别具进口(40和41)的集管41-5和具有出口(1和2)的集管41-4、下有进水管44上有出水口39的排放液预热器41连接，在闪蒸室3与冷凝预热器19连接管路5上设有热泵11，冷凝预热器19的出口19经管路16与闪蒸室3的进口7连接，冷凝预热器19的进口20经管路36与排放液预热器42的集管进口41连接，该管路36上设有循环泵30，闪蒸室3的出口33经管路34与管路36连接，管路36经管路37与排放液预热器42上的集管进口40连接，排放液预热器42的集管出口(1和2)分别与浓水排出管46和产水排出管45连接。
所述的冷凝预热器19(见
图1、10、11和12)由壳体19-3、壳体19-3两端的端面板(19-1和19-2)、两端具有弯头(48和49)、面上有斜形压纹50的板片47组成(见图4、5和6)，每两片板片47相对，其上、下弯头(48和49)焊接形成两端开口的扁袋形板片对，形成壳程通道19-4，各具有斜形压纹50的板片对靠紧焊接形成板程通道19-5，其左、右两端分别与壳体19-3端面板(19-1和19-2)焊接。
所述的排放液预热器42(见
图1、13、14、15、16和17)由壳体42-1、壳体42-1两端的端面板(42-2和42-3)、该两端面板(42-2和242-3)上的具有进口(40和41)的集管42-5和具有出口(1和2)的集管42-4、两端具有弯头(52和53)面上具有凸缘54和断续斜形压纹55的板片51组成(见图7、8和9)，每两片板片凸缘54相对，其上、下弯头(52和53)靠合焊接形成两端开口的扁袋形板片对形成壳程通道42-7，各具有凸缘54和断续斜形压纹55的板片对靠紧焊接形成板程通道42-6，其左、右两端分别与壳体端面板(41-2和41-3)焊接，在壳体42-1，下边与板片51之间设有隔板43。
补充进水从排放液预热器42的进口44进入其板程通道42-4因隔板43作用的回流中，与经进口(40和41)进入其中的壳程通道42-7中的产水和浓水进行热交换，升温后的进水经其出口39出去与闪蒸室3出口33出的循环水会合后进入循环泵30吸口，经其加压后进冷凝预热器19的进口20和板程通道19-5。冷凝预热器19壳程通道19-4得到从其进口18进入的从闪蒸室3吸取的热泵11增温后的高温蒸汽，循环水经预热后进入闪蒸室3喷淋蒸发，产出的蒸汽从闪蒸室3进入热泵11增温，而其溶液经其出口33分两路，一路作为浓水进入排放液预热器42，另一路作为循环水进行再循环。排放液预热器中的浓水和产水(冷凝水)与补充进排热交换后经其出口(1和2)达到排放浓水和收集产品水的目的。
实施例2适合于大型海水淡化和蒸馏水制取场合。实施例2是在冷凝预热器19和闪蒸室3之间增加一个闪蒸室10，有冷凝预热器19和排放液预热器42之间增一个冷凝预热器27，根据需要增减闪蒸室和冷凝预热器的数量，增加至五级以下的闪蒸。实施例2是二级闪蒸一个热泵的实施例。实施例2中的闪蒸室10的结构、冷凝预热器27的结构以及排放液预热器42的结构与实施例1的完全相同。为了更便于说清楚，在实施例2中将闪蒸室10称为一级闪蒸室，将闪蒸室3称为二级闪蒸室，将冷凝预热器27和19分别称为1#和2#冷凝预热器。
实施例2的结构关系是在实施例1的基础上，在2#冷凝预热器19和二级闪蒸室3之间设有内有喷淋头12具有进口13和出口(14和9)且用管路(16和8)与其连接的一级闪蒸室10，在2#冷凝预热器19和排放液预热器42之间设有内有喷淋头28具有进口(24、26和30)和出口29的1#冷凝预热器27，2#冷凝预热器19的进口20和出口21分别经管路(21和23)与1#冷凝预热器27的出口25和进口26连接，1#冷凝预热器27的进口29-1和出口29分别与管路36和管路31连接，一级闪蒸室10的出口14经管路15与1#冷凝预热器27的进口24连接。
实施例2与实施例1的流程基本相同，增加的闪蒸室和冷凝预热器，实现两次蒸发两次增温，从两个冷凝预热器中排出产水(冷凝水)。
实施例3用于大型海水淡化，为两热泵两级闪发式蒸发器(见图3)。即在实施例2结构的基础上，在二级闪蒸室3的出口44和1#冷凝预热器27的进口之间用管路56连接，在该管路56上设有热泵57，在一级闪蒸室10出口10-1和2#冷凝预热器19之间用管路5连接，该管路5上设有热泵11。
如同实施例1和2，补充进水从进口44进入排放液预热器42，板程通道42-5与其进口(40和41)进入壳程通道42-4的浓水和产水进行热交换，升温后的进水从其出口39进入管路37，在与连接二级闪蒸室3的管路34的会合处与循环水会后后进入循环泵30，经循环泵30升压后从进口29-1进入1#冷凝预热器27，得到从进口24进入的经热泵47增温的蒸汽冷凝热，温度升高后从出口25出1#冷凝预热器27，从进口20进入2#冷凝预热器19，得到从进口18的经热泵11增温的蒸汽冷凝热，温度升高后从出口16出，这时，循环水的水温达到本流程的最高点，经进口13进入一级闪蒸室10，产出的蒸汽经出口10-1和热泵11增温后从进口18进入2#冷凝预凝器19与循环水热交换，放出热量冷凝为冷凝水从出口21出去。一级闪蒸室10中的循环水闪蒸后温度降低经其出口9和进口7进入二级闪蒸室3闪蒸，产出蒸汽经出口44和热泵47增温后从进口24进入1#冷凝预热器27，放出热量与从进口29-1进入的循环水热交换后的冷凝水从出口29出去。同时，2#冷凝预热器19的冷凝水经出口21进入1#冷凝预热器27放出多余热量后从出口29出去。这样，从1#冷凝预热器27出的冷凝水是两个冷凝预热器(19和21)的冷凝水，经管路32和进口40进入排放液预热器42，而从进口7进入的循环水在二级闪蒸室3入出热量冷却后从其出口33和管路会合分两股一股在与管路37中的补充进水会合后成为下一轮的循环水，另一股作为浓水从进口40进入排放液预热器42，从进口(40和41)进入的浓水和产水(冷凝水)与其中的补充进水热交换后从其出口(2和1)排放，溶液浓缩时，收集浓水，排放冷凝水，海水淡化时，排放浓水，冷凝水为产水。
权利要求1.一种热泵增温闪发式蒸发器，包括有内有喷淋头[6]和具有出口[4]和与喷淋头[6]相接的进口[7]的闪蒸室[3]和循环泵[30]，其特征是a)闪蒸室[3]经其出口[4]和管路[5]依次与具有进口[18和20]和出口[17和21]的冷凝预热器[19]、管路[31]、两路分别具有进口[40和41]的集管[41-5]和具有出口[1和2]的集管[41-4]、下有进水口[44]上有出水口[39]的排放液预热器[41]连接，在闪蒸室[3]与冷凝预热器[19]的连接管路[5]上设有热泵[11]，冷凝预热器[19]的出口[17]经管路[16]与闪蒸室[3]的进口[7]连接，冷凝预热器[19]的进口[20]经管路[36]与排放液预热器[42]的集管进口[41]连接，该管路[36]上设有循环泵[30]，闪蒸室[3]的出口[33]经管路[34]与管路[36]连接，管路[36]经管路[37]与排放液预热器[42]上的集管进口[40]连接，排放液预热器[42]的集管[41-4]的出口[1和2]分别与浓水排出管[46]和产水排出管[45]连接，b)所述的冷凝预热器[19]由壳体[19-3]、壳体[19-3]两端的端面板[19-2和19-1]、两端具有弯头[48和49]面上有斜形压纹[50]的板片[47]组成，每两片板片[47]相对，其上、下弯头[48和49]焊接形成两端开口的扁袋形板片对，形成壳程通道[19-4]，各具有斜形压纹的板片对靠紧焊接形成板程通道[19-5}，其左、右两端分别与壳体端面板[19-1和19-2]焊接，c)所述的排放液预热器[42]由壳体[42-1]、壳体[42-1]两端的端面板[42-2和42-3]、该两端成板[42-2和42-3]上的具有进口[41和41]的集管[42-5]和具有出口[1和2]的集管[42-4]、两端具有弯头[52和53]面上具有凸缘[54]和断续斜形压纹[55]的板片[51]组成，每两片板片凸缘[54]相对，其上、下弯头[52和53]靠合焊接形成两端开口的扁袋形板片对形成壳程通道[42-7]，各具有凸缘[54]和断续斜形压纹[55]的板片对靠紧焊接形成板程通道[42-7]，各具有凸缘[54]和断续斜形压纹[55]的板片对靠紧焊接形成板程通道[42-6]，其左、右两端与壳体端面板[41-3和41-2]焊接，在壳体[42-]]上、下边与板片[51]之间设有隔板[54]。
2.根据权利要求1所述的热泵增温闪发式蒸发器，其特征是在冷凝预热器[19]和闪蒸室[3]之间设有内有喷淋头[12]具有进口[13]和出口[14和9]，且用管路[16和8]与其连接的闪蒸室[10]，在冷凝预热器[19]和排放液预热器[42]之间设有内有喷淋头[28]和具有进口[24、26和30]和出口[29]的冷凝预热器[27]，冷凝预热器[19]的进口[20]和出口[21]分别经管路[21和23]与冷凝预热器[27]的出口[25]和进口[26]连接，该冷凝预热器[27]的进口29-1和出口[29]分别与管路[36]和管路[31]连接，闪蒸室[10]的出口[14]经管路[15]与冷凝预热器[27]的进口[24]连接，闪蒸室[3[和与其连接的闪蒸室[10]以及冷凝预热器[19]和与其连接的冷凝预热器[27]根据需要增减形成不大于五级的多级形式的闪蒸室和冷凝预热器。
3.根据权利要求1和2所述的热泵增温闪发式蒸发器，其特征是在闪蒸室[3]的出口[33]和冷凝预热器[27]的进口[24]之间用管路[56]连接，该管路[56]上设有热泵[57]，在闪蒸室[10]出口[10-1]和冷凝预热器[19]之间用管路[5]连接，该管路[5]上设有热泵[11]。
专利摘要一种热泵增温闪发式蒸发器,属于化学工业中溶液中溶质浓缩、溶剂提纯以及海水淡化、稀溶液浓缩等易产生结垢场合的闪发式蒸发器,采用板壳式预热器的单级或五级以下的闪发式蒸发器本体,换热板片具有适用于液－液交换的凸缘和断续斜纹和适用于蒸汽－液和蒸汽－蒸汽相变转换的斜形纹两种,在单级和多级闪蒸的基础上回收排放的热量,采用热泵增温后成为可用热量,具有结构显示简化和节能效果显著等优点。
文档编号B01D1/00GK2395769SQ9922950
公开日2000年9月13日 申请日期1999年9月24日 优先权日1999年9月24日
发明者刘博渊 申请人:刘博渊