一种基于蒸汽梯级利用的溶液浓缩装置的制作方法

本实用新型涉及制冷空调系统的设计和制造技术领域，特别是应用于制冷空调系统中的一种溶液浓缩装置，具体地说是一种基于蒸汽梯级利用的溶液浓缩装置。

背景技术：

热源塔热泵系统是在充分考虑夏热冬冷地区气候环境和现有三种供冷/热方式优缺点的基础上产生的一种新型热泵系统，其夏季能够实现高效供冷，冬季能够实现高效供热，且不受地理环境限制，初投资较低，是夏热冬冷地区较为理想的空调系统。但受夏热冬冷地区冬季湿冷的气候特点影响，热源塔溶液从空气中换热过程中不可避免存在溶液从空气中吸收水分的现象。如何高效的将热源塔中溶液的水分剥离出来，实现溶液浓缩，成为热源塔热泵系统中最关键的问题之一。

同时溶液除湿作为一种新型的温湿度独立控制系统的关键部分，在制冷空调系统中应用的越来越广泛。然后溶液除湿后除湿性溶液存在变稀释的现象，如何实现稀释后的溶液变浓同时尽可能的减少能耗，成为溶液除湿空调系统广泛推广的关键问题之一。

此外，在船舶出海时，往往需要补充淡水。对于在海上长期工作，且对淡水需求量比较大的场合，船舶中自带的淡水则无法满足要求。因此在船舶中设置一台高效的海水淡化装置对船舶出海长期可靠性运行则非常重要。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术现状，提供在真空环境下通过沸腾冷凝使稀溶液中的水分高效剥离实现溶液浓缩的一种基于蒸汽梯级利用的溶液浓缩装置。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：

一种基于蒸汽梯级利用的溶液浓缩装置，包括多个用于将稀溶液中多余的水分分离出来的浓缩罐，多个浓缩罐共联有通过抽真空使每一个浓缩罐内均营造出真空环境的真空泵，并且多个浓缩罐中以前一个浓缩罐的排液口通过连通管连接后一个浓缩罐的进液口的连通方式依次相连接；多个浓缩罐中排在第一的浓缩罐的进液口连接有用于泵入稀溶液的第一水泵；排在第一的浓缩罐内安装有通过加热使罐内稀溶液中的水分在真空环境下沸腾变为水蒸汽的加热装置；排在第一的浓缩罐之后的每一个浓缩罐内均安装有利用前一个浓缩罐内产生的水蒸汽加热其罐内溶液的热交换管，每一热交换管的进气口均通过蒸汽管道连接前一个浓缩罐的蒸汽出口，前一个浓缩罐的水蒸汽在下一个浓缩罐的热交换管中换热后转变为冷凝水，每一热交换管的出气口均连接有一个用于存放冷凝水的储水器，储水器连接有用于排出储水器中冷凝水的第三水泵；排在最后的一个浓缩罐的排液口连接有第二水泵。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

进入排在第一的浓缩罐内的稀溶液为经过预加热后的热稀溶液，排在第一的浓缩罐的进液口通过进液管连接有用于将第一水泵泵入的稀溶液进行预加热的加热罐，加热罐的底部进液口与第一水泵相连接，第一水泵的进水端的管道上安装有第一水流开关，进液管上安装有用于控制管路通断的第十二电磁阀，并且进液管上在位于第十二电磁阀和加热罐间的管路上旁通有溶液排出管，溶液排出管上安装有第十三电磁阀；加热罐中设置有蒸汽加热管，蒸汽加热管的进气端通过蒸汽管道与排在最后的一个浓缩罐的蒸汽出口相连接，该蒸汽加热管的出气端连接有一个用于存放冷凝水的蓄水器，蓄水器的排液口与第三水泵相连接。

多个浓缩罐和加热罐均处于同一水平面，热交换管在浓缩罐内、以及蒸汽加热管在罐内均为螺旋状设置；每一个浓缩罐的储水器均设置有用于排气的储水器回气管，储水器回气管的出气端连通在前一个浓缩罐的上端，每一浓缩罐上均安装有用于显示该罐内真空度的真空表和用于显示该罐内液位高度的液位计。

基于蒸汽梯级利用的溶液浓缩装置包括四个依次连接设置的浓缩罐，四个浓缩罐依次为一号浓缩罐、二号浓缩罐、三号浓缩罐和四号浓缩罐；加热装置为电加热器，该电加热器安装在一号浓缩罐中；蒸汽加热管的进气端通过蒸汽管道与四号浓缩罐的蒸汽出口相连接；加热罐的蓄水器上安装有用于排气的蓄水器回气管，蓄水器回气管的出气端连通在四号浓缩罐的上端。

上述的一号浓缩罐与二号浓缩罐间连接的连通管上安装有第九电磁阀；二号浓缩罐与三号浓缩罐间连接的连通管上安装有第十电磁阀；三号浓缩罐与四号浓缩罐间连接的连通管上安装有第十一电磁阀。

上述的一号浓缩罐与真空泵连接的管道上安装有第一电磁阀，二号浓缩罐与真空泵连接的管道上安装有第二电磁阀，三号浓缩罐与真空泵连接的管道上安装有第三电磁阀，四号浓缩罐与真空泵连接的管道上安装有第四电磁阀；真空泵的排气管道上安装有第十五电磁阀。

上述的四号浓缩罐与第二水泵连接的管路上依次安装有第二水流开关和第十四电磁阀；蓄水器与第三水泵连接的管路上依次安装有第八水流开关和第八电磁阀。

上述二号浓缩罐的热交换管连接的储水器为二号储水器，该二号储水器与第三水泵连接的管道上依次安装有第五水流开关和第五电磁阀；三号浓缩罐的热交换管连接的储水器为三号储水器，该三号储水器与第三水泵连接的管道上依次安装有第六水流开关和第六电磁阀；四号浓缩罐的热交换管连接的储水器为四号储水器，该四号储水器与第三水泵连接的管道上依次安装有第七水流开关和第七电磁阀。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型通过能源梯级利用能实现稀溶液的高效浓缩。

2、本实用新型可以利用低品位能源作为驱动力，如太阳能，渔船发动机废热，废蒸汽等。

3、本实用新型产生的冷凝水能用于各个环节的软水补水或者渔船军舰的人员用水。

4、本实用新型结构紧凑，占地面积小，运行时运动部件少，可靠度极高。

附图说明

图1是本实用新型的连接结构示意图；

图2是本实用新型四个浓缩罐的连接示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的实施例作进一步详细描述。

其中的附图标记为：第一水泵B1、第二水泵B2、第三水泵B3、第一电磁阀F1、第二电磁阀F2、第三电磁阀F3、第四电磁阀F4、第五电磁阀F5、第六电磁阀F6、第七电磁阀F7、第八电磁阀F8、第九电磁阀F9、第十电磁阀F10、第十一电磁阀F11、第十二电磁阀F12、第十四电磁阀F14、第十五电磁阀F15、进液管G、真空表J、第一水流开关K1、第二水流开关K2、第五水流开关K5、第六水流开关K6、第七水流开关K7、第八水流开关K8、液位计Y、浓缩罐1、一号浓缩罐11、二号浓缩罐12、三号浓缩罐13、四号浓缩罐14、真空泵2、加热罐3、蒸汽加热管31、蓄水器32、蓄水器回气管33、热交换管4、蒸汽管道5、储水器6、储水器回气管61、电加热器7。

图1至图2为本实用新型的连接结构示意图。如图所示，本实用新型公开了一种基于蒸汽梯级利用的溶液浓缩装置，该溶液浓缩装置包括有多个浓缩罐1，浓缩罐1用于将稀溶液中多余的水分分离出来，使稀溶液转变为浓缩液，即浓溶液。多个浓缩罐1共联有一个真空泵2，真空泵2用于抽取浓缩罐1内的空气，使每一个浓缩罐1内均营造出真空环境，在真空环境下稀溶液中的水分沸点低，因此溶液中的水分才能更好地被高效地分离出来。多个浓缩罐1中以前一个浓缩罐1的排液口通过连通管连接后一个浓缩罐1的进液口的连通方式依次相连接。多个浓缩罐1中排在第一的浓缩罐1的进液口与第一水泵B1相连接，第一水泵B1用于向排在第一的浓缩罐1内泵入稀溶液。为了能将稀溶液中多余的水分分离出来，排在第一的浓缩罐1内安装有加热装置；加热装置可以利用低品位能源作为驱动力，如太阳能，渔船发动机废热，废蒸汽等。在这里本实用新型的加热装置优选为采用电加热的电加热器7，电加热器7的优点是控制简单方便。电加热器7通过加热使罐内的稀溶液在真空环境下沸腾，使稀溶液中多余的水分转变为水蒸汽。排在第一的浓缩罐1之后的每一个的浓缩罐1内均安装有热交换管4，热交换管4利用前一个浓缩罐1内产生的高温水蒸汽将其所在的罐内的溶液加热至沸腾，从而实现了本实用新型对蒸汽梯级利用的核心设计理念，构成了蒸汽梯级利用的溶液浓缩结构。热交换管4的连接方法是：每一热交换管4的进气口均通过蒸汽管道5连接前一个浓缩罐1的蒸汽出口。前一个浓缩罐1的高温水蒸汽通过蒸汽管道5和热交换管4进入下一级的浓缩罐1中，在热交换管4中流动的高温水蒸汽与浓缩罐1中的溶液通过热交换管4的管壁发生冷热交换，冷热交换后的高温水蒸汽在热交换管4中冷凝转变为冷凝水，每一热交换管4的出气口均连接有一个用于存放冷凝水的储水器6，冷凝水通过自重滴入储水器6暂存。储水器6连接有用于将储水器6中的冷凝水排出的第三水泵B3；第一水泵B1泵入的稀溶液在溶液中的水分被分离后形成浓缩液即浓溶液，排在最后的一个浓缩罐1的排液口连接有第二水泵B2，第二水泵B2用于泵出分离水分后的浓溶液。

本实用新型使稀溶液中的水分在真空环境下被分离出来，水分离效率高、速度快，并且采用蒸汽梯级利用热能利用率高、运行成本低，溶液浓缩装置产出的冷凝水能用于各个环节的软水补水，当本实用新型应用于渔船或军舰上时，冷凝水还能作为渔船和军舰上的人员用水。

为了提高稀溶液在浓缩罐中的加热速度，提高热量利用率。本实用新型进入排在第一的浓缩罐1内的稀溶液为经过预加热后的热稀溶液，排在第一的浓缩罐1的进液口通过进液管G连接有用于将第一水泵B1泵入的稀溶液进行预加热的加热罐3，第一水泵B1泵入的稀溶液首先进入加热罐3中，加热罐3通过底部开有的进液口与第一水泵B1的排水口相连接，第一水泵B1的进水端的管道上安装有第一水流开关K1，进液管G上安装有用于控制管路通断的第十二电磁阀F12，并且进液管G上在位于第十二电磁阀F12和加热罐3间的管路上旁通有溶液排出管，溶液排出管上安装有第十三电磁阀F13；加热罐3中设置有利用蒸汽对罐内泵入的稀溶液进行预加热的蒸汽加热管31，蒸汽加热管31的进气端通过蒸汽管道5与排在最后的一个浓缩罐1的蒸汽出口相连接，该蒸汽加热管31的出气端连接有一个用于存放冷凝水的蓄水器32，蓄水器32的排液口也与第三水泵B3相连接，利用第三水泵B3将蓄水器32中的冷凝水排出。

实施例中，本实用新型的多个浓缩罐1以及加热罐3均处于同一水平面上，热交换管4在浓缩罐1内为螺旋状设置，同样蒸汽加热管31在加热罐3内也为螺旋状设置；螺旋状设置能延长蒸汽在罐内热交换的时间。为了排出储水器6中热交换后的剩余低温气体，每一个浓缩罐1的储水器6上均设置有用于排气的储水器回气管61，储水器回气管61的出气端连通在前一个浓缩罐1的上端。

本实用新型基于蒸汽梯级利用的溶液浓缩装置包括四个依次连接设置的浓缩罐1，当然浓缩罐1的数量可以根据需要增加或减少，设置有四个浓缩罐1仅为本实用新型的一个优选实施例。为了方便对本实用新型的理解，四个依次连接的浓缩罐1由前向后依次分为一号浓缩罐11、二号浓缩罐12、三号浓缩罐13和四号浓缩罐14；即一号浓缩罐11的排液口通过连通管连接二号浓缩罐12的进液口，二号浓缩罐12的排液口通过连通管连接三号浓缩罐13的进液口，三号浓缩罐13的排液口通过连通管连接四号浓缩罐14的进液口。电加热器7安装在一号浓缩罐11中；蒸汽加热管31的进气端通过蒸汽管道5与四号浓缩罐14的蒸汽出口相连接；加热罐3的蓄水器32上安装有用于排气的蓄水器回气管33，蓄水器回气管33的出气端连通在四号浓缩罐14的上端。

实施例中，本实用新型的每一个浓缩罐1上均安装有用于显示该罐内真空度的真空表J和用于显示该罐内液位高度的液位计Y；真空表J安装在一号浓缩罐11上的一号真空表、安装在二号浓缩罐12上的二号真空表、安装在三号浓缩罐13上的三号真空表和安装在四号浓缩罐14上的四号真空表。液位计Y包括安装在一号浓缩罐11上的一号液位计、安装在二号浓缩罐12上的二号液位计、安装在三号浓缩罐13上的三号液位计和安装在四号浓缩罐14上的四号液位计。

实施例中，一号浓缩罐11与二号浓缩罐12间连接的连通管上安装有第九电磁阀F9；二号浓缩罐12与三号浓缩罐13间连接的连通管上安装有第十电磁阀F10；三号浓缩罐13与四号浓缩罐14间连接的连通管上安装有第十一电磁阀F11。

实施例中，一号浓缩罐11与真空泵2连接的管道上安装有第一电磁阀F1，二号浓缩罐12与真空泵2连接的管道上安装有第二电磁阀F2，三号浓缩罐13与真空泵2连接的管道上安装有第三电磁阀F3，四号浓缩罐14与真空泵2连接的管道上安装有第四电磁阀F4；真空泵2的排气管道上安装有第十五电磁阀F15。

实施例中，四号浓缩罐14与第二水泵B2连接的管路上依次安装有第二水流开关K2和第十四电磁阀F14；蓄水器32与第三水泵B3连接的管路上依次安装有第八水流开关K8和第八电磁阀F8。

实施例中，二号浓缩罐12的热交换管4连接的储水器6为二号储水器，该二号储水器与第三水泵B3连接的管道上依次安装有第五水流开关K5和第五电磁阀F5；三号浓缩罐13的热交换管4连接的储水器6为三号储水器，该三号储水器与第三水泵B3连接的管道上依次安装有第六水流开关K6和第六电磁阀F6；四号浓缩罐14的热交换管4连接的储水器6为四号储水器，该四号储水器与第三水泵B3连接的管道上依次安装有第七水流开关K7和第七电磁阀F7。

本实用新型还提供了一种基于蒸汽梯级利用的溶液浓缩装置的实现方法；该方法包括以下步骤：

1.1 抽真空：

打开第一电磁阀F1，第二电磁阀F2，第三电磁阀F3，第四电磁阀F4和第十五电磁阀F15,打开真空泵2开始抽真空，当一号浓缩罐11、二号浓缩罐12、三号浓缩罐13和四号浓缩罐14上的真空表J均显示罐内的真空度小于-0.8bar时，关闭第一电磁阀F1，第二电磁阀F2，第三电磁阀F3，第四电磁阀F4和第十五电磁阀F15，关闭真空泵2，抽真空过程结束；

1.2 进稀溶液：

关闭第十三电磁阀F13，打开第十二电磁阀F12、第十电磁阀F10和第十一电磁阀F11，关闭第九电磁阀F9，打开第一水泵B1进稀溶液，稀溶液经加热罐3和第十二电磁阀F12进入一号浓缩罐11内；当一号浓缩罐11上的液位计Y显示罐内液位达到设计高度值时，关闭第一水泵B1，关闭第十二电磁阀F12，打开电加热器7使一号浓缩罐11内的稀溶液在真空状态下沸腾浓缩，当电加热器7达到设定温度时，关闭电加热器7，然后打开第九电磁阀F9, 3min后，关闭第九电磁阀F9；

再次打开第十二电磁阀F12，打开第一水泵B1进稀溶液，当一号浓缩罐11上的液位计Y显示罐内液位达到设计高度值时，关闭第一水泵B1，关闭第十二电磁阀F12，打开电加热器7，当电加热器7达到设定温度时，关闭电加热器7，依次循环，直到四号浓缩罐14上的液位计Y显示罐内液位达到设定高度值时，进稀溶液过程结束；

1.3再次抽真空

打开第一电磁阀F1，第二电磁阀F2，第三电磁阀F3，第四电磁阀F4和第十五电磁阀F15,打开真空泵F2开始抽真空，当一号浓缩罐11、二号浓缩罐12、三号浓缩罐13和四号浓缩罐14上的真空表J均显示罐内的真空度小于-0.9bar时，关闭第一电磁阀F1，第二电磁阀F2，第三电磁阀F3，第四电磁阀F4和第十五电磁阀F15，关闭真空泵2；

1.4 再生运行

打开电加热器7，当四号浓缩罐14上的真空表J显示压力高于-0.7bar时，打开第十三电磁阀F13，关闭第十二电磁阀F12，打开第一水泵B1；

1.5 排浓缩液与排冷凝水

当一号浓缩罐11、二号浓缩罐12、三号浓缩罐13、四号浓缩罐14的液位低于设定低液位时，分别打开第五电磁阀F5、第六电磁阀F6、第七电磁阀F7、第八电磁阀F8，5s内判断第五水流开关K5、第六水流开关K6、第七水流开关K7、第八水流开关K8是否开启，开启则第三水泵B3正常，当第五水流开关K5、第六水流开关K6、第七水流开关K7、第八水流开关K8无法开启时，关闭第三水泵B3；当冷凝水排完后，再向浓缩罐1内补充溶液，四号浓缩罐14通过打开第十一电磁阀F11补充，三号浓缩罐13通过打开第十电磁阀F10补充，二号浓缩罐12通过打开第九电磁阀F9补充，一号浓缩罐11通过打开第十二电磁阀F12补充；

当基于蒸汽梯级利用的溶液浓缩装置运行超过2小时，且检测到第七电磁阀F7打开并关闭后，打开第十四电磁阀F14，打开第二水泵B2排出浓缩液，第二水泵B2开启5分钟后关闭第二水泵B2。

本实用新型的实现方法还包括关机步骤，关机的顺序为先关闭电加热器7，1s后关闭第一水泵B1、第二水泵B2、第三水泵B3和真空泵2，2秒后关闭所有电磁阀。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。