CN105333692A - 一种可以制备液态空气的蒸汽发生方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可以制备液态空气的蒸汽发生方法和装置。本发明通过采用热泵技术或者加压膨胀作为热量来源,并利用热泵两级压缩,通过电磁阀进行选择,在初始阶段仅使用低温压缩机,而在高温阶段同时使用低温压缩机和高温压缩机,从而有效提高了能效比。其次本发明内置汽水分离器,避免了气体中含有水的问题。并且能够提供清洁无污染的蒸汽、沸水和热水以及液态空气,回收再利用冷却热制备液态空气,可以实现节能减排,有效利用能源。
Description
技术领域
本发明涉及制备液态空气技术领域,具体涉及一种可以制备液态空气的蒸汽发生方法和装置。
背景技术
空气是由78.01%的氮、20.9%的氧以及氩、氖、氙、氪等稀有气体组成的混合物。液态空气就是将空气经过液化而成的。液态空气为淡青色液体。密度约0.9。沸点-192℃(101.3千帕,760毫米汞柱)。可用钢筒贮存和运输。广泛用作氧气的来源。将空气压缩,并冷却至低温,再使之膨胀而得。现有的液化气体的方法及装置很多,不论使用哪一种方式或装置,都会产生大量热量,这些热都被冷却水带走和散失了,不能实现节能减排。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷,本发明提供一种可以制备液态空气的蒸汽发生方法和装置,回收再利用冷却热制备液态空气,可以实现节能减排,有效利用能源。
为实现上述目的,本发明提供了一种可以制备液态空气的蒸汽发生装置,包括空气及液体储罐、回热器、低压膨胀阀、高温膨胀阀、电磁阀、低温压缩机、蒸发器、高温压缩机、蒸汽水罐和液态空气罐,所述热水罐和蒸汽水罐内部设置有冷凝加热器和冷凝加热器,所述蒸发器上设置有热源液入口和热源液出口,所述蒸发器和低温压缩机、热水罐内部冷凝加热器、高温压缩机、蒸汽水罐内部冷凝加热器、空气及液体储罐、回热器通过管道依次连接形成回路。
作为优选,所述热水罐上设置有热水出口,底部设置有补水泵和软化水补水入口,所述蒸汽水罐上部设置有开水出口和蒸汽出口,底部通过管道和泵与热水罐连接。
作为优选,所述的液态空气罐与热水罐并联,且液态空气罐底部设置有补气泵和空气补入口,液态空气罐上还开有液态空气出口和高压空气出口。
作为优选,所述低压膨胀阀设置在回热器和蒸发器之间,所述高温膨胀阀4设置在低压膨胀阀和回热器之间,所述回热器上部设置有管道和高温压缩机相连。
一种可以制备液态空气的蒸汽发生方法,其具体步骤为:提供热源的热源液及热源空气从热源入口进入蒸发器中,在蒸发器中和冷媒接触,将热量传递给冷媒,然后从热源出口流出蒸发器,由于冷媒在低温压缩机的作用下压力降低,因此很容易吸收热量变为气体,当气体通过低温压缩机进入到热水罐的冷凝加热器中,同样由于压缩机的作用其内部压力增大,因此气体放出热量变为液体,并将热量传递给热水罐中的软化水使其温度升高,由于此时蒸汽水罐中的水温度较低,因此此时可以打开电磁阀,使得从热水罐的冷凝加热器中出来的部分为液化的气体通过电磁阀进入到蒸汽水罐中的冷凝加热器中,继续液化将热量传递给其中的软水。这样可以在低温下仅仅使用低温压缩机从而保持高的能效比,当蒸汽水罐中的软水温度升高到一定温度(例如根据需要当温度达到40-80摄氏度时),此时能效比下降,关闭电磁阀,从而使高温压缩机开水工作,在高温压缩机作用下,使得蒸汽水罐中的温度进一步升高,最终可以达到100-150摄氏度,从而使得其中热水蒸汽化,压强增加到2-4个大气压,并从蒸汽出口提供高温高压蒸汽,从热水出口提供高温热水,而热水罐的热水出口可以提供温度在40-80摄氏度之间的热水,同样通过上述过程可以使得液态空气罐能够产生液态空气及高压空气。
本发明的有益效果:回收再利用冷却热制备液态空气,可以实现节能减排,有效利用能源。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明,以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
参照图1,本具体实施方式采用以下技术方案:一种可以制备液态空气的蒸汽发生装置,包括空气及液体储罐1、回热器2、低压膨胀阀3、高温膨胀阀4、电磁阀5、低温压缩机6、蒸发器7、高温压缩机10、蒸汽水罐11和液态空气罐23,所述热水罐18和蒸汽水罐11内部设置有冷凝加热器21和冷凝加热器22,所述蒸发器7上设置有热源液入口8和热源液出口9,所述蒸发器7和低温压缩机6、热水罐18内部冷凝加热器21、高温压缩机、蒸汽水罐11内部冷凝加热器22、空气及液体储罐1、回热器2通过管道依次连接形成回路。
值得注意的是,所述热水罐18上设置有热水出口17,底部设置有补水泵14和软化水补水入口20,所述蒸汽水罐11上部设置有开水出口16和蒸汽出口15,底部通过管道和泵12与热水罐18连接。
值得注意的是,所述的液态空气罐23与热水罐18并联,且液态空气罐23底部设置有补气泵25和空气补入口24,液态空气罐23上还开有液态空气26出口和高压空气出口27。
此外,所述低压膨胀阀3设置在回热器2和蒸发器7之间,所述高温膨胀阀4设置在低压膨胀阀3和回热器2之间,所述回热器2上部设置有管道和高温压缩机10相连。
本具体实施方式一种可以制备液态空气的蒸汽发生方法,其具体步骤为:提供热源的热源液及热源空气从热源入口8进入蒸发器7中,在蒸发器7中和冷媒接触,将热量传递给冷媒,然后从热源出口9流出蒸发器7,由于冷媒在低温压缩机6的作用下压力降低,因此很容易吸收热量变为气体,当气体通过低温压缩机6进入到热水罐18的冷凝加热器21中,同样由于压缩机的作用其内部压力增大,因此气体放出热量变为液体,并将热量传递给热水罐18中的软化水13使其温度升高,由于此时蒸汽水罐11中的水温度较低,因此此时可以打开电磁阀5,使得从热水罐18的冷凝加热器21中出来的部分为液化的气体通过电磁阀5进入到蒸汽水罐11中的冷凝加热器22中,继续液化将热量传递给其中的软水。这样可以在低温下仅仅使用低温压缩机从而保持高的能效比,当蒸汽水罐中的软水温度升高到一定温度(例如根据需要当温度达到40-80摄氏度时),此时能效比下降,关闭电磁阀,从而使高温压缩机开水工作,在高温压缩机作用下,使得蒸汽水罐中的温度进一步升高,最终可以达到100-150摄氏度,从而使得其中热水蒸汽化,压强增加到2-4个大气压,并从蒸汽出口15提供高温高压蒸汽,从热水出口提供高温热水,而热水罐18的热水出口17可以提供温度在40-80摄氏度之间的热水,同样通过上述过程可以使得液态空气罐23能够产生液态空气及高压空气。
从蒸汽水罐11中的冷凝加热器22放出热量后的冷媒通过管道进入到空气及液体储罐1中,在空气及液体储罐1中通过管道进一步进入到回热器2中,然后一部分通过低温膨胀阀再次进入到蒸发器7中继续吸收热源液中热量,另一部分通过高温膨胀阀计入到高温压缩机10中并再次进入蒸汽水罐11中的冷凝加热器22中,放出热量。
其中上述的空气及液体储罐1主要起到储存从蒸汽水罐11中排出的高温冷媒,防止冷媒因没有存储空间而直接进入压缩机造成对压缩机的损害,而回热器2的设置是由于回到空气及液体储罐的冷媒温度较高,如果直接再次进入蒸发器7,不利于从环境中吸收热量,因此通过回热器2来降低温度。而电磁阀5在锅炉刚启动时保持通路,从而使高温压缩机不起作用,仅仅通过低温压缩机使蒸汽水罐11和热水罐18中的水温度升高,当温度达到基本要求后,例如事先设定为40-80摄氏度,电磁阀断开,高温压缩机开始工作,进一步提高蒸汽水罐11中的软水温度。而蒸发器7是整个系统从外界获得热量的主要来源,其中包括冷媒回路和热源介质回路,热源介质将热量传递给冷媒回路,冷媒回路再通过低温压缩机6和高温压缩机10将热量传递给蒸汽水罐11和热水罐18中。
泵12是当蒸汽水罐11中液体下降不足时将热水罐18的热水补充到蒸汽泵中,而当热水罐18中水量不足是,则通过补水泵14和软化补水入口20向其中补充软水。同时,当液态空气罐23内的气体不足时,可以通过补气泵25和空气补入口24补充空气。
对于本发明的热源为环境热源包括空气和水等,可以采用例如通过太阳能热水、冷却塔中的热水、地下水、污水源、回收热水、江河湖泊的水、环境中的各种废水废液、工厂排污、环境热水、通过污水源换热器带来建筑物城市污水,通过地下水、地面打井带来土壤中的热能的液态物质等。由于本发明采用了压缩机以及冷媒气化吸收热量,因此对于热源液的温度并没有特别的限定,热源液的温度要求很宽泛,只要含有能量就可以,但是热量越高越好。其温度优选为10-80摄氏度。可以根据热源液温度适当调解热源液进入蒸发器速度来调整其热量总量,如果热源液温度较低,可以加快热源液进入速度,如果热源液温度较高,就可以降低热源液进入速度。除了这些热源外,本发明的热泵电汽水锅炉也可以采用气体作为热源,只要气体温度足够、其中含有热量,也可以从热源液入口进入,并从热源液入口排出。
本发明的蒸发器中的冷媒并没有特别限定,其使用热泵领域常用冷媒,只要其能够起到在负压下气化吸热,并且在压力增大后液化放出热量,达到传递运输热源液及热源空气中热量的效果即可。
由于本发明采用热泵技术作为唯一热量来源,其中一部分是热泵设备自身消耗的能量转换的热能,另一部分是热泵从其它介质中“搬运来”的热能,因此可以利用其它介质中的能量,特别是自然界已经存在于空气、土壤、水系热量,以及人类生产生活中产生的污水热、废水热等,其能效比远大于其它锅炉,实现大比例节能,获得较大的节能减排增效的效果。并且本发明利用热泵两级压缩,由于热泵效率和温差有很大关系,温差越大,效率越差,因此用两级压缩使得低温段和高温段分开,有效降低了每个阶段的温差,提高了热效率。并且通过设置电磁阀,从而使得锅炉在刚运行时可以仅仅使用低温压缩机进行加热,当温度升高到设置的预定温度再进一步使用低温压缩机和高温压缩机同时进行加热,从而更进一步提高了能效比。并且本发明的锅炉还可以输出沸水、水蒸气、热水等产品,可以满足采暖、淋浴、提供能源等多种用途。此外热泵的压缩机冷凝加热器升温有限,达到一定上限温度就会不得不停止继续工作,因此不可能造成压力无限上升而爆炸,从而杜绝了以前的锅炉在发生干烧或者异常状况的情况下,热能持续不断供给发生爆炸。因此本发明彻底消除锅炉过压爆炸。其次本发明内置汽水分离器,避免了气体中含有水的问题。并且在整个加热升温过程中无污染、不会混入机油等有机物质,可以提供高清洁度的热水、沸水以及蒸汽,满足人们各种用途的需要。最后其低温高温分离,有缓冲空间,在低温区域进行补水,因此补水过程中不会有压力和温度波动。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解,本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此,凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案,皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (5)
1.一种可以制备液态空气的蒸汽发生装置,包括空气及液体储罐(1)、回热器(2)、低压膨胀阀(3)、高温膨胀阀(4)、电磁阀(5)、低温压缩机(6)、蒸发器(7)、高温压缩机(10)、蒸汽水罐(11)和液态空气罐(23),所述热水罐(18)和蒸汽水罐(11)内部设置有冷凝加热器(21)和冷凝加热器(22),所述蒸发器(7)上设置有热源液入口(8)和热源液出口(9),所述蒸发器(7)和低温压缩机(6)、热水罐(18)内部冷凝加热器(21)、高温压缩机、蒸汽水罐(11)内部冷凝加热器(22)、空气及液体储罐(1)、回热器(2)通过管道依次连接形成回路。
2.根据权利要求1所述的一种可以制备液态空气的蒸汽发生装置,其特征在于,所述热水罐(18)上设置有热水出口(17),底部设置有补水泵(14)和软化水补水入口(20),所述蒸汽水罐(11)上部设置有开水出口(16)和蒸汽出口(15),底部通过管道和泵(12)与热水罐(18)连接。
3.根据权利要求1所述的一种可以制备液态空气的蒸汽发生装置,其特征在于,所述的液态空气罐(23)与热水罐(18)并联,且液态空气罐(23)底部设置有补气泵(25)和空气补入口(24),液态空气罐(23)上还开有液态空气(26)出口和高压空气出口(27)。
4.根据权利要求1所述的一种可以制备液态空气的蒸汽发生装置,其特征在于,所述低压膨胀阀(3)设置在回热器(2)和蒸发器(7)之间,所述高温膨胀阀(4)设置在低压膨胀阀(3)和回热器(2)之间,所述回热器(2)上部设置有管道和高温压缩机(10)相连。
5.一种可以制备液态空气的蒸汽发生方法,其特征在于,提供热源的热源液及热源空气从热源入口进入蒸发器中,在蒸发器中和冷媒接触,将热量传递给冷媒,然后从热源出口流出蒸发器,由于冷媒在低温压缩机的作用下压力降低,因此很容易吸收热量变为气体,当气体通过低温压缩机进入到热水罐的冷凝加热器中,同样由于压缩机的作用其内部压力增大,因此气体放出热量变为液体,并将热量传递给热水罐中的软化水使其温度升高,由于此时蒸汽水罐中的水温度较低,因此此时可以打开电磁阀,使得从热水罐的冷凝加热器中出来的部分为液化的气体通过电磁阀进入到蒸汽水罐中的冷凝加热器中,继续液化将热量传递给其中的软水,这样可以在低温下仅仅使用低温压缩机从而保持高的能效比,当蒸汽水罐中的软水温度升高到一定温度,此时能效比下降,关闭电磁阀,从而使高温压缩机开水工作,在高温压缩机作用下,使得蒸汽水罐中的温度进一步升高,最终可以达到100-150摄氏度,从而使得其中热水蒸汽化,压强增加到2-4个大气压,并从蒸汽出口提供高温高压蒸汽,从热水出口提供高温热水,而热水罐的热水出口可以提供温度在40-80摄氏度之间的热水,同样通过上述过程可以使得液态空气罐能够产生液态空气及高压空气。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20160217 |