一种基于高温水源热泵机组的溶液浓缩系统及溶液浓缩方法与流程

1.本发明涉及工业用热技术领域，具体为一种基于高温水源热泵机组的溶液浓缩系统及溶液浓缩方法。


背景技术：

2.热泵机组，是现代工业中常见的工业设备之一。在溶液浓缩过程中，通常采用热泵对溶液进行蒸发和浓缩。但是，由于热泵机组热转换效率通常不高，同时，整个溶液浓缩热泵机组的余热损耗也较高。大量的余热能未被充分利用就白白浪费了。
3.因此，急需一种新技术来解决上述问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种能充分回收余热的基于高温水源热泵机组的溶液浓缩系统。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于高温水源热泵机组的溶液浓缩系统。
6.在第一方面中，本技术提供一种基于高温水源热泵机组的溶液浓缩系统，其特征在于，所述基于高温水源热泵机组的溶液浓缩系统包括高温水源热泵机组、热水循环系统、溶液脱水系统以及空气循环系统。所述溶液脱水系统用于将稀溶液浓缩成浓溶液，所述热水循环系统用于为所述溶液脱水系统提供热量，所述高温水源热泵机组用于为所述热水循环系统提供热量，所述空气循环系统用于脱除稀溶液中的水分。
7.在第一方面的一种实施方式中，所述高温水源热泵机组包括压缩机、冷凝器、节流装置和蒸发器，所述压缩机、所述冷凝器、所述节流装置和所述蒸发器依次连通并形成流体流动回路。所述热水循环系统包括第二换热器和所述冷凝器，第二换热器包括第二放热管和第二加热管，所述冷凝器包括冷凝器换热管，所述冷凝器换热管与所述第二换热器的第二放热管相连通并形成流体回路。在该实施方式中，所述溶液脱水系统包括稀溶液来源、第一换热器、所述第二换热器、浓缩塔以及浓溶液收集装置，其中第一换热器包括第一放热管和第一加热管，所述浓缩塔包括稀溶液入口、浓溶液出口、浓缩塔空气入口和浓缩塔空气出口，其中所述稀溶液来源、所述第一加热管、第二加热管、稀溶液进口、浓溶液出口、第一放热管和所述浓溶液收集装置依次连通形成溶液浓缩通路。在该实施方式中，所述空气循环系统包括所述浓缩塔和除湿装置，所述除湿装置包括箱体、过滤器和风机，所述箱体上设置有箱体空气入口和箱体空气出口，所述箱体空气入口与所述浓缩塔空气出口相连通，所述箱体空气出口与所述浓缩塔空气入口相连通，所述过滤器设置于所述箱体内靠近所述箱体空气入口处，所述风机设置于所述箱体内靠近所述箱体空气出口处，所述风机的出风口与所述箱体空气出口相连，所述蒸发器设置于所述箱体内。
8.在第一方面的一种实施方式中，所述空气循环系统还包括冷凝水箱，所述除湿装置的箱体底部设置有排水口，所述排水口与所述冷凝水箱相连通。
9.在第一方面的一种实施方式中，所述除湿装置进一步包括集水盘，所述集水盘设置于所述箱体对应所述过滤器和所述蒸发器的底部，所述集水盘包括出水口，所述集水盘的出水口与所述箱体底部的排水口相连。
10.在第一方面的一种实施方式中，所述浓缩塔进一步包括含通孔的挡液装置，所述挡液装置与所述浓缩塔的内壁相连，且设置在所述浓缩塔内部靠近浓缩塔空气出口处。
11.在第一方面的一种实施方式中，所述溶液脱水系统还包括第一泵，所述第一泵设置在所述稀溶液来源和所述第一换热器之间，用于将稀溶液输入第一换热器的加热管。
12.在第一方面的一种实施方式中，所述高温水源热泵机组还包括第三换热器，所述第三换热器包括第三放热管和第三加热管，所述排水口、所述第三换热器的第三加热管与所述冷凝水箱依次连通并形成流体通路，所述浓缩塔的浓溶液出口、所述第一换热器的第一放热管、所述第三换热器的第三放热管和所述浓溶液收集装置依次连通并形成流体通路。
13.在第一方面的一种实施方式中，所述浓缩塔还包括设置在其内部的除湿层。
14.在第一方面的一种实施方式中，浓缩塔和/或浓溶液桶内设置有温度传感器，浓缩塔的浓溶液出口与第一换热器的第一放热管之间的流体通路上，和/或第一换热器的第一放热管与浓溶液桶之间的流体通路上设置有节流阀，节流阀与温度传感器相连。
15.在第一方面的一种实施方式中，浓溶液桶中设置有液体浓度传感器，稀溶液桶与浓溶液桶连通并形成二次浓缩流体通路，二次浓缩流体通路上设置有第二泵，第二泵与液体浓度传感器相连。
16.在第二方面中，本技术提供一种使用如第一方面所述的基于高温水源热泵机组的溶液浓缩系统进行溶液浓缩的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
17.s1：启动高温水源热泵机组，向所述热水循环系统提供热量，加热热水循环系统中的热工质；
18.s2：通过第一换热器的第一加热管向溶液脱水系统中加入稀溶液，经过浓缩塔浓缩之后，将得到的浓溶液收集到浓溶液收集装置；
19.其中，在步骤s2中，同时启动空气循环系统，冷空气从所述箱体空气出口排出并所述过滤装置，并通过所述浓缩塔空气入口进入所述浓缩塔，进一步脱除浓缩塔中稀溶液的水分。
20.在第二方面的一种实施方式中，所述浓缩塔还包括除湿层，在步骤s2中，通过所述除湿层脱除稀溶液中的水分。
21.与现有技术相比，本技术的有益效果在于：该基于高温水源热泵机组的溶液浓缩系统通过设置第一换热器和第二换热器，充分利用热泵机组中的余热。此外，在浓缩过程中，可通过蒸发和除湿层的双重脱水作用对稀溶液进行浓缩，浓缩效率高。因此，该基于高温水源热泵机组的溶液浓缩系统节能高效，利于环保，且有助于降低生产所需能耗，提高能源利用效率。
附图说明
22.图1为本发明的实施例中的一种基于高温水源热泵机组的溶液浓缩系统的结构示意图。
23.图中的附图标记及名称如下：
24.110、压缩机；120、冷凝器；121、冷凝器换热管；130、节流装置；140、蒸发器；150、稀溶液桶；160、第一泵；170、浓缩塔；171、稀溶液入口；172、浓溶液出口；173、浓缩塔空气入口；174、浓缩塔空气出口；175、挡液装置；180、浓溶液桶；190、第一换热器；191、第一放热管；192、第一加热管；200、第二换热器；201、第二放热管；202、第二加热管；210、除湿装置；211、箱体；2111、箱体空气入口；2112、箱体空气出口；2113、排水口；212、过滤器；213、风机；214、集水盘；220、冷凝水箱。
具体实施方式
25.除非另作定义，在本说明书和权利要求书中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。
26.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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发明和简化描述，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，因此不能理解为对本发明的限制。
27.此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，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”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
28.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是相连，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
29.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
30.本技术的实施例涉及一种如图1所示的基于高温水源热泵机组的溶液浓缩系统。
31.在图1所示的实施方式中，基于高温水源热泵机组的溶液浓缩系统包括压缩机110、冷凝器120、节流装置130和蒸发器140。压缩机110、冷凝器120、节流装置130和蒸发器140依次连通并形成制冷剂换热回路。在一些实施例中，制冷剂液体在制冷剂换热回路中循环。具体地说，制冷剂液体流经蒸发器140时吸收热量并蒸发成为过热气体。随后，该过热气体进入压缩机110并被压缩成为高温、高压的过热气体，并流入冷凝器120。在冷凝器120内，过热气体降温、冷凝并向外释放热量，冷凝为具有一定过冷度的液态制冷剂。该具有一定过冷度的液态制冷剂随后进入节流装置130被降温、降压至两相制冷剂，并重新进入蒸发器140继续吸收热量。
32.高温水源热泵机组还包括稀溶液桶150、第一泵160、浓缩塔170、浓溶液桶180、第
一换热器190和第二换热器200。浓缩塔170包括稀溶液入口171、浓溶液出口172、浓缩塔空气入口173和浓缩塔空气出口174。第一换热器190包括第一放热管191和第一加热管192。第二换热器200包括第二放热管201和第二加热管202。稀溶液桶150、第一泵160、第一换热器190的第一加热管192、第二换热器200的第二加热管202和浓缩塔170的稀溶液入口171依次连通并形成流体通路，浓缩塔170的浓溶液出口172、第一换热器190的第一放热管191和浓溶液桶180依次连通并形成流体通路。
33.在一些实施例中，第一泵160驱动稀溶液桶150中的稀溶液经过第一泵160后流入第一换热器190的第一加热管192，稀溶液吸收第一换热器190的第一放热管191释放的热量并被加热。随后，稀溶液流入第二换热器200的第二加热管202并吸收第二换热器200的第二放热管201释放的热量并被再次加热成为高温稀溶液，随后经过浓缩塔170的稀溶液入口171进入浓缩塔170。含水份的高温稀溶液经浓缩塔170内的除湿层去除多余水份，进而形成浓溶液。随后，浓溶液从浓缩塔170的浓溶液出口172流出，并流经第一换热器190的第一放热管191并且向第一换热器190的第一加热管192释放热量，从而加热第一换热器190的第一加热管192内的流体。在一些实施例中，即，加热第二换热器200的第二加热管202内的稀溶液。最后，浓溶液流入浓溶液桶180。
34.在一些具体的实施例中，常温的稀溶液经过第一换热器190的第一加热管192被加热至约50摄氏度，随后经过第二换热器200的第二加热管202被加热至约85摄氏度。随后，约85摄氏度的稀溶液进入浓缩塔170被除湿降温处理后成为约60至70摄氏度的浓溶液。约60至70摄氏度的浓溶液经过第一换热器190的第一放热管191后降温至约30摄氏度，并最终进入浓溶液桶。
35.冷凝器120内进一步设置有冷凝器换热管121，冷凝器换热管121与第二换热器200的第二放热管201相连通并形成流体回路。在一些实施例中，冷凝器换热管121内的介质可以吸收制冷剂液体在冷凝器120内释放的热量并被加热，随后，在流经第二换热器200的第二放热管201时向外释放热量，从而加热第二换热器200的第二加热管202内的流体。在一些实施例中，即，加热第二换热器200的第二加热管202内的稀溶液。在一些实施例中，冷凝器换热管121内的介质，即水，在冷凝器换热管121内被加热至约90摄氏度，随后进入第二换热器200的第二放热管201，降温至约80摄氏度，并再次循环至冷凝器换热管121内。
36.高温水源热泵机组还包括除湿装置210，除湿装置210包括箱体211、过滤器212和风机213。箱体211上设置有箱体空气入口2111和箱体空气出口2112，箱体空气入口2111与浓缩塔空气出口174相连通，箱体空气出口2112与浓缩塔空气入口173相连通，过滤器212设置于箱体211内靠近箱体空气入口2111处，风机213设置于箱体211内靠近箱体空气出口2112处，风机213的出风口与箱体空气出口2112相连，蒸发器140设置于箱体211内。
37.在一些实施例中，风机213的出风口吹出的低温低湿空气经过箱体空气出口2112流入浓缩塔空气入口173。随后，低温低湿空气在流经浓缩塔170内部的除湿层时与稀溶液进行热交换，并带走稀溶液中的水份，成为湿热空气。湿热空气流经浓缩塔空气出口174，并通过箱体空气入口2111进入除湿装置210。湿热空气流经箱体211内靠近空气入口处的过滤器212，被过滤空气中的杂质。随后，经过滤的湿热空气流经箱体211内的蒸发器140做热交换，从而形成液化的水汽和低温低湿空气。低温低湿空气通过风机213进入下一次循环。在具体的实施例中，约15摄氏度的低温低湿空气经过风机213的出风口和箱体空气出口2112
流入浓缩塔空气入口173，并在浓缩塔170内部的除湿层内与稀溶液进行热交换，成为约50摄氏度的湿热空气。
38.在一些实施例中，浓缩塔170进一步包括含通孔的挡液装置175，挡液装置175与浓缩塔170的内壁相连，且设置在浓缩塔170内部靠近浓缩塔空气出口174处。挡液装置175可以用于防止浓缩塔170内的溶液随着空气大量进入除湿装置210，从而减少溶液的损耗。
39.在一些实施例中，高温水源热泵机组包括冷凝水箱220，除湿装置210的箱体211底部设置有排水口2113，排水口2113与冷凝水箱220相连通。经过滤的湿热空气流经箱体211内的蒸发器140做热交换而形成液化的水汽可以经过排水口2113流入冷凝水箱220。
40.在一些实施例中，除湿装置210进一步包括集水盘214，集水盘214设置于箱体211对应过滤器212和蒸发器140的底部，集水盘214包括出水口，集水盘214的出水口与箱体211底部的排水口2113相连。集水盘214可以帮助收集液化的水汽，并将液化的水汽送入冷凝水箱220。
41.在一些实施例中，高温水源热泵机组还包括第三换热器，第三换热器包括第三放热管和第三加热管，排水口2113、第三换热器的第三加热管与冷凝水箱220依次连通并形成流体通路，浓缩塔170的浓溶液出口172、第一换热器190的第一放热管191、第三换热器的第三放热管和浓溶液桶180依次连通并形成流体通路。在一些实施例中，浓溶液在经过第一换热器190的第一放热管191释放热量后仍然过热，此时，浓溶液可以在第三换热器的第三放热管中进一步释放热量，从而降至目标温度。而这部分热量被第三换热器的第三加热管中的液化的水汽吸收。
42.在一些实施例中，浓缩塔170和/或浓溶液桶180内设置有温度传感器，浓缩塔170的浓溶液出口172与第一换热器190的第一放热管191之间的流体通路上，和/或第一换热器190的第一放热管191与浓溶液桶180之间的流体通路上设置有节流阀，节流阀与温度传感器相连。温度传感器可以用于测量浓缩塔170和/或浓溶液桶180内的温度。通过设置节流阀与温度传感器，并将节流阀与温度传感器相连，可以根据温度传感器测量的浓缩塔170和/或浓溶液桶180内的温度，控制节流阀的开度。从而控制浓溶液在第一换热器190的第一放热管191放热量。
43.在一些实施例中，浓溶液桶180中设置有液体浓度传感器，稀溶液桶150与浓溶液桶180连通并形成二次浓缩流体通路，二次浓缩流体通路上设置有第二泵，第二泵与液体浓度传感器相连。液体浓度传感器可以用于测量浓溶液桶180中浓溶液的浓度。如果浓溶液桶180中浓溶液的浓度不达标，可以通过第二泵驱动浓溶液桶180中的浓溶液，使其再次进入浓缩塔170被再次浓缩。
44.在一种实施方式中，本文所述的基于高温水源热泵机组的溶液浓缩系统的用于水溶液浓缩的工艺流程如下所述：
45.首先，高温水源热泵机组的高温热水90℃进入第二换热器2温度降至80℃，回热泵循环加热；
46.其次，常温的稀溶液经第一换热器预加热到50℃左右后进入第二换热器与热泵供应的90℃热水进行换热，成为约85℃高温溶液，进入浓缩塔上部；
47.接下来，85℃高温溶液经除湿层降温除湿处理后得到的60℃-70℃浓溶液进入第一换热器换热降温至30℃左右收集至浓溶液桶内，水分由除湿层吸附。
48.同时，从浓缩塔除湿层下部进入的约15℃左右的低温干空气经过除湿层时与稀溶液进行热交换升温，并带走水汽，成为约50℃湿热空气经浓缩塔顶部进入空气源热泵机组吸风口与蒸发器进行热交换，热空气降温后水汽凝结收集，冷干空气从浓缩塔下部进入下个循环。
49.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。