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梯级高效热回收冷凝系统
申请号	CN202311861535.3	申请日	2023-12-29	公开(公告)号	CN117804245A	公开(公告)日	2024-04-02
申请人	贵州中能投科技有限公司;			发明人	汪发增; 汪成浩;
摘要	本申请涉及冷却及余热回收利用技术领域，具体公开了一种梯级高效热回收冷凝系统，包括梯级冷却系统和热回收系统，梯级冷却系统包括梯级冷凝器、低温冷却塔和高温冷却塔，所述梯级冷凝器包括壳体以及设置在壳体内部的高温水腔、低温水腔，高温水腔通过管道与高温冷却塔串联构成高温冷却回路，低温水腔通过管道与低温冷却塔串联构成低温冷却回路；所述热回收系统包括串联在低温冷却回路的低温换热器，以及串联在高温冷凝器的高温换热器，低温换热器的吸热管路的出水端与高温换热器的吸热管路的进水端通过升温管连接。本专利的目的在于解决现有酒厂制酒用冷却水完全通过冷却塔进行冷却，夏季高温气候难以降温至需要的冷却水温度的问题。
权利要求	1.一种梯级高效热回收冷凝系统，其特征在于：包括梯级冷却系统和热回收系统，梯级冷却系统包括梯级冷凝器、低温冷却塔和高温冷却塔，所述梯级冷凝器包括壳体以及设置在壳体内部的高温水腔、低温水腔，高温水腔通过管道与高温冷却塔串联构成高温冷却回路，低温水腔通过管道与低温冷却塔串联构成低温冷却回路；所述热回收系统包括串联在低温冷却回路的低温换热器，以及串联在高温冷凝器的高温换热器，低温换热器的吸热管路的出水端与高温换热器的吸热管路的进水端通过升温管连接。 2.根据权利要求1所述的梯级高效热回收冷凝系统，其特征在于：所述热回收系统还包括主补水管，主补水管道通过供水三通阀分别连接低温循环供水管、高温循环连通管，低温循环供水管与低温换热器的吸热管路入水端连接，高温循环连通管一端与升温管连通；高温换热器的吸热管路的出水端通过高温循环回水管连接有保温水箱，保温水箱通过次补水管与主补水管连通，次补水管设有补热阀门；所述主补水管、低温循环供水管、低温换热器、升温管、高温换热器、高温循环回水管构成高温气候热回收循环回路；所述主补水管、次补水管、高温循环连通管、升温管、高温换热器、高温循环回水管和保温水箱构成低温气候热回收循环回路，所述供水三通阀控制两条回路切换。 3.根据权利要求2所述的梯级高效热回收冷凝系统，其特征在于：所述高温冷却回路设有次高温冷却管，次高温冷却管与高温换热器并连，所述高温水腔的出水端连接高温冷却出水管，高温冷却出水管通过冷却三通阀分别与次高温冷却管和高温换热器连接；所述高温冷却出水管设有温度传感器，温度传感器电连接有控制器，控制器的输出端与冷却三通阀电连接。 4.根据权利要求2所述的梯级高效热回收冷凝系统，其特征在于：所述主补水管通过第一补水三通阀连接有水箱补水管，水箱补水管一端与保温水箱内部连通。 5.根据权利要求2所述的梯级高效热回收冷凝系统，其特征在于：所述高温循环回水管通过回水三通阀分别连接供热出水管和水箱回水管，保温水箱通过水箱出水管与供热出水管连接，水箱出水管设有出水阀。 6.根据权利要求1所述的梯级高效热回收冷凝系统，其特征在于：所述梯级冷凝器低温水腔的出水依次经过低温冷却塔、低温换热器后回流至低温水腔。 7.根据权利要求1所述的梯级高效热回收冷凝系统，其特征在于：所述梯级冷凝器高温水腔的出水依次经过高温换热器、高温冷却塔后回流至高温水腔。 8.根据权利要求1所述的梯级高效热回收冷凝系统，其特征在于：所述梯级冷凝器还包括设于高温水腔上方的分汽室，设于低温水腔下方的液体收集室，所述分汽室、高温水腔、低温水腔和液体收集室通过上部隔板、中部隔板、下部隔板将壳体分隔而成；所述上部隔板密封连接有多个换热管，换热管一端与分汽室连通，另一端穿过高温水腔、低温水腔与第三隔板密封连接并与液体收集室连通。 9.根据权利要求2所述的梯级高效热回收冷凝系统，其特征在于：所述主补水管通过第二补水三通阀分别连接有水箱补水管和低温给水管，水箱补水管一端保温水箱内部连通，低温给水管另一端与低温循环供水管连通，次补水管与高温循环连通管连通，高温气候热回收循环回路包括主高温回路和副高温回路，主补水管、低温循环供水管、低温换热器、升温管、高温换热器、高温循环回水管、保温水箱构成主高温回路；保温水箱、次补水管、高温循环连通管、升温管、高温换热器、高温循环回水管构成副高温回路。
说明书全文	梯级高效热回收冷凝系统技术领域 [0001] 本发明涉及冷却及余热回收利用技术领域，特别涉及梯级高效热回收冷凝系统。背景技术 [0002] 蒸馏酒技术是一种用于酿造高度酒精饮料的传统方法。虽然这种方法已经有几百年的历史，但是它依然受到很多酒类制造商和酒类爱好者的喜爱。蒸馏酒技术的基本原理是利用蒸汽的物理特性将液体分离成酒精和水两部分。这种方法是基于酒精的沸点比水低的原理，当液体被加热时，酒精先沸腾并转化为蒸汽，然后通过冷凝器冷却并转化回液体。这个过程会使酒精的浓度增加，直到达到所需的水平。 [0003] 现有制酒使用的冷却装置主要使用封闭的单腔冷却装置，为了保证制酒的出水温度，送入冷却装置的冷却水温度较低，从而经过换热升温后的温水温度也比较低，主要为50℃左右的温水；而酒厂制酒产量大则导致冷却水用量大，但冷却水升温后的温水主要为低品位热能，可利用范围小；为了实现冷却水的循环利用，通常将升温后的冷却水再送入冷却塔中进行冷却，通过冷却塔将温水降至30℃以下通常需要消耗大量电能。尤其在夏季温度较高时，冷却塔周围环境温度通常大于等于30℃，因此无法通过风冷将水降温至30℃以下，从而导致再次进入换热器与酒蒸汽换热的温度较高，导致出酒温度过高，无法达到合格的出酒品质。发明内容 [0004] 针对现有技术不足，本发明解决的技术问题是提供梯级高效热回收冷凝系统，解决现有酒厂制酒用冷却水完全通过冷却塔进行冷却，夏季高温气候难以降温至需要的冷却水温度，以及而酒厂制酒产量大则导致冷却水用量大，但冷却水升温后的温水主要为低品位热能，可利用范围小的问题。 [0005] 为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案是:一种梯级高效热回收冷凝系统，包括梯级冷却系统和热回收系统，梯级冷却系统包括梯级冷凝器、低温冷却塔和高温冷却塔，所述梯级冷凝器包括壳体以及设置在壳体内部的高温水腔、低温水腔，高温水腔通过管道与高温冷却塔串联构成高温冷却回路，低温水腔通过管道与低温冷却塔串联构成低温冷却回路；所述热回收系统包括串联在低温冷却回路的低温换热器，以及串联在高温冷却回路的高温换热器，低温换热器的吸热管路的出水端与高温换热器的吸热管路的进水端通过升温管连接。 [0006] 本方案产生的有益效果是： [0007] 通过采用梯级冷凝器，将冷却装置内部分隔为高温水腔和低温水腔，分别向两个水腔通入不同的温度的冷却水，从而对换热管内的酒蒸汽进行梯级降温；通过低温换热器与低温冷却塔配合实现对低温冷却水进行二次降温，从而可在高温环境将换热后的低温冷却水降温至30℃以下，以满足低温水腔回水温度要求，从而保证酒液的出酒温度达标，保证出酒品质；通过梯级冷却，从而可将低温换热器升温后的热水送至高温换热器进行二次升温，从而使得回收的热水温度可达70℃，从而提高热水品位，高品位热水使用范围更广，而有效减少50℃温水存积量；减少热能浪费。 [0008] 通过利用低温换热器、高温换热器对分别对高温冷却水、低温冷却水进行辅助降温，从而降低低温冷却塔、高温冷却塔对冷却水降温的负荷，既实现了酒蒸汽热能的回收，同时降低了冷却塔的能耗。 [0009] 进一步，所述热回收系统还包括主补水管，主补水管道通过供水三通阀分别连接低温循环供水管、高温循环连通管，低温循环供水管与低温换热器的吸热管路入水端连接，高温循环连通管一端与升温管连通；高温换热器的吸热管路的出水端通过高温循环回水管连接有保温水箱，保温水箱通过次补水管与主补水管连通，次补水管设有补热阀门；所述主补水管、低温循环供水管、低温换热器、升温管、高温换热器、高温循环回水管构成高温气候热回收循环回路；所述主补水管、次补水管、高温循环连通管、升温管、高温换热器、高温循环回水管和保温水箱构成低温气候热回收循环回路，所述供水三通阀控制两条回路切换。 [0010] 通过设置两条热回收回路，使得热回收系统可根据不同工况工作在不同的回路，当气温较高时，工作在高温气候热回收循环回路，利用两个换热器辅助降温，可保证低温水腔和高温水腔的回水温度，进而保证酒液出酒温度。当气温较低时，工作在低温气候热回收循环回路，避免低温换热器进行二次降温则会导致冷却水温度过低，从而导致梯级冷凝器出酒温度较低，影响酒液品质；并通过次级补水管使得保温箱内热水与主补水管温水混合，提高高温换热器进水温度，防止高温换热器入水温度过低，影响高温冷却水回水温度。 [0011] 进一步，所述高温冷却回路设有次高温冷却管，次高温冷却管与高温换热器并连，所述高温水腔的出水端连接高温冷却出水管，高温冷却出水管通过冷却三通阀分别与次高温冷却管和高温换热器连接；所述高温冷却出水管设有温度传感器，温度传感器电连接有控制器，控制器的输出端与冷却三通阀电连接。 [0012] 酒厂一般都是多台冷凝器同时工作，各冷凝器的生产工况有别，当某冷凝器高温出水口当温度传感器检测到高温冷却出水管水温低于50℃，控制器控制冷却三通阀切换，使得高温冷却出水管与次高温冷却管连通，从而可使得高温冷却水绕开高温换热器进入高温冷却塔进行冷却后送回至高温水腔，同时也不会影响高温换热器热回收后的水温，避免高温冷却水出水温度较低影响热回收的水温品位。 [0013] 进一步，所述主补水管通过补水三通阀连接有水箱补水管，水箱补水管一端与保温水箱内部连通。在高温气候时，容易导致保温水箱内温度过高，通过设置水箱补水管可将冷水补充至保温水箱内，降低保温水箱内水温。 [0014] 进一步，所述高温循环回水管通过回水三通阀分别连接供热出水管和水箱回水管，保温水箱通过水箱出水管与供热出水管连接，水箱出水管设有出水阀。通过回水三通阀控制高温循环回水管直接供热或者送入保温水箱内进行储存，当需要供热温度较高时可直接对热用户供热。 [0015] 进一步，所述梯级冷凝器低温水腔的出水依次经过低温冷却塔、低温换热器后回流至低温水腔。通过利用低温换热器进行二次降温，将低温冷却水降温至30℃以下，从而解决低温冷却塔周围环境温度高于30℃，无法将低温冷却水降温至30℃以下的问题。 [0016] 进一步，所述梯级冷凝器高温水腔的出水依次经过高温换热器、高温冷却塔后回流至高温水腔。通过高温换热器进行一次降温，可提升高温换热器回收热能温度，提高吸热管路出水温度。 [0017] 进一步，所述梯级冷凝器还包括设于高温水腔上方的分汽室，设于低温水腔下方的液体收集室，所述分汽室、高温水腔、低温水腔和液体收集室通过上部隔板、中部隔板、下部隔板将壳体分隔而成；所述上部隔板密封连接有多个换热管，换热管一端与分汽室连通，另一端穿过高温水腔、低温水腔与第三隔板密封连接并与液体收集室连通。 [0018] 进一步，所述主补水管通过第二补水三通阀分别连接有水箱补水管和低温给水管，水箱补水管一端保温水箱内部连通，低温给水管另一端与低温循环供水管连通，次补水管与高温循环连通管连通；高温气候热回收循环回路包括主高温回路和副高温回路，主补水管、低温循环供水管、低温换热器、升温管、高温换热器、高温循环回水管、保温水箱构成主高温回路；保温水箱、次补水管、高温循环连通管、升温管、高温换热器、高温循环回水管构成副高温回路。 [0019] 在高温气候时，补水三通阀使得低温给水管与主补水管连通，自来水经过主补水管、低温给水管、低温循环供水管进入低温换热器，在低温换热器处吸热升温后流向升温管；保温水箱内水经过次补水管高温循环连通管和流向升温管，低温换热器和保温水箱流出的水在升温管处汇合后流向高温换热器，在经过高温换热器处再次吸热升温后经过高温循环回水管进入水箱。由于在高温气候时，不需要供暖，保温水箱内用水量相对低温气候显著降低；因此在副高温回路中将水箱内水抽出与低温换热器流出的水进行混合，使得水箱内的水进高温气候热回收循环回路，从而降低水箱的储水压力。附图说明 [0020] 图1为本发明实施例1示意图。 [0021] 图2为梯级冷凝器示意图。 [0022] 图3为本发明实施例3示意图。具体实施方式 [0023] 下面通过具体实施方式进一步详细说明： [0024] 说明书附图中的附图标记包括：梯级冷凝器1、高温水腔11、低温水腔12、液体收集室13、分汽室14、换热管15、低温冷却塔2、低温换热器21、低温循环供水管22、高温冷却塔3、高温换热器31、高温循环回水管32、次高温冷却管33、冷却三通阀34、温度传感器35、水箱4、次补水管41、补热阀门411、水箱出水管42、水箱补水管43、主补水管5、高温循环连通管51、升温管52、供水三通阀53、第一补水三通阀54、回水三通阀55、第二补水三通阀56、低温给水管57。 [0025] 实施例1本如附图1所示： [0026] 一种梯级高效热回收冷凝系统，包括梯级冷却系统和热回收系统，梯级冷却系统包括梯级冷凝器1、低温冷却塔2和高温冷却塔3，梯级冷凝器1包括壳体以及设置在壳体内部的高温水腔11、低温水腔12，高温水腔11通过管道与高温冷却塔3串联构成高温冷却回路；低温水腔12通过管道与低温冷却塔2串联构成低温冷却回路；热回收系统包括串联在低温冷却回路的低温换热器21，以及串联在高温冷凝器的高温换热器31，低温换热器21的吸热管路的出水端与高温换热器31的吸热管路的进水端通过升温管52连接，梯级冷凝器1的低温水腔12的出水依次经过低温冷却塔2、低温换热器21后回流至低温水腔12，梯级冷凝器1的高温水腔11的出水依次经过高温换热器31、高温冷却塔3后回流至高温水腔11。 [0027] 热回收系统还包括主补水管5，主补水管5通过供水三通阀53分别连接低温循环供水管22、高温循环连通管51，低温循环供水管22与低温换热器21的吸热管路入水端连接，高温循环连通管51一端与升温管52连通；高温换热器31的吸热管路的出水端通过高温循环回水管32连接有保温水箱4，保温水箱4通过次补水管41与主补水管5连通，次补水管41设有补热阀门411；主补水管5、低温循环供水管22、低温换热器21、升温管52、高温换热器31、高温循环回水管32构成高温气候热回收循环回路；主补水管5、次补水管41、高温循环连通管51、升温管52、高温换热器31、高温循环回水管32和保温水箱4构成低温气候热回收循环回路，供水三通阀53控制两条回路切换。 [0028] 当设备工作在高温气候时，如工作在夏季，工作时酒蒸汽送入冷凝器进行冷却，高温水腔11流出的74℃的高温冷却水先经过高温换热器31换热实现一次降温至50℃，然后再经过高温冷却塔3进行二次降温，将高温冷却水降温至45℃后送回高温水腔11，通过高温换热器31进行一次降温，可提升高温换热器31回收热能温度，提高吸热管路出水温度；低温水腔12流出的42℃的低温冷却水通过低温冷却塔2进行一次降温至33℃，再通过低温换热器21降温29℃后送回低温水腔12，通过利用低温换热器21进行二次降温，将低温冷却水降温至30℃以下，从而解决低温冷却塔2周围环境温度高于30℃，无法将低温冷却水降温至30℃以下的问题，同时通过设置低温换热器21可减小低温冷却塔2能耗,利用低温换热器水冷换热的方式，将冷却水与25℃的常温水进行换热，实现降温至30℃以下，同时实现冷却水的热回收。此时热回收系统工作在高温气候热回收循环回路进行换热，供水三通阀53使得主补水管5与低温循环供水管22连通，水流从主补水管5依次流经低温换热器21、升温管52、高温换热器31、高温循环回水管32后进入保温箱存储或直接泵送给用热单位。 [0029] 当设备工作在低温气候时，高温水腔11流出的74℃的高温冷却水先经过高温换热器31换热实现一次降温至50℃，然后再经过高温冷却塔3进行二次降温，将高温冷却水降温至48℃后送回高温水腔11，通过高温换热器31进行一次降温，可提升高温换热器31回收热能温度，提高吸热管路出水温度；由于环境温度较低，此时通过低温冷却塔2可比较容易地将温度降低至30℃以下，若再通过低温换热器21进行二次降温则会导致冷却水温度过低，从而导致梯级冷凝器1出酒温度较低；因此低温水腔12的冷却水仅通过低温冷却塔2进行冷却至29℃后送回低温水腔12。此时热回收系统工作在低温气候热回收循环回路，保温水箱4内的水通过次级补水管流向主补水管5，与主补水管5内低温水混合，混合后水温提升至30℃，此时供水三通阀53使得主补水管5与高温循环连通管51连通，混合后的温水送入高温换热器31进行热回收，升温后的高温水进入保温箱存储或直接泵送给用热单位。 [0030] 主补水管5通过第一补水三通阀54连接有水箱补水管43，水箱补水管43一端与保温水箱4内部连通。高温循环回水管32通过回水三通阀55分别连接供热出水管和水箱回水管，保温水箱4通过水箱出水管与供热出水管连接，水箱出水管设有出水阀。在高温气候时，容易导致保温水箱4内温度过高，通过设置水箱4补水管可将冷水补充至保温水箱4内，降低保温水箱4内水温。同时在低温气候时，热回收系统工作在低温气候热回收循环回路，当水箱内水量不足时，通过水箱补水管43对水箱内部进行补水。 [0031] 供水三通阀53、第一补水三通阀54和回水三通阀55均采用电动三通阀。采用电动三通阀便于后续智能化控制。 [0032] 如附图2所示，梯级冷凝器1包括壳体，壳体内通过上部隔板、中部隔板、下部隔板将壳体分隔为分汽室14、高温水腔11、低温水腔12和液体收集室13；上部隔板密封连接有多个换热管15，换热管15一端与分汽室14连通，另一端穿过高温水腔11、低温水腔12与第三隔板密封连接并与液体收集室13连通，高温水腔11处的壳体侧壁分别设有高温进水口、高温出水口，低温水腔12处的壳体侧壁分别设有低温进水口、低温出水口。壳体焊接成一体，上部隔板、中部隔板和下部隔板分别与壳体内壁固定连接，换热管15的两端分别与上部隔板、下部隔板焊接；焊接成整体，无需安装，便于使用。 [0033] 通过将冷却装置内部分隔为高温水腔和低温水腔，分别向两个水腔通入不同的温度的冷却水，从而对换热管内的酒蒸汽进行梯级降温；向高温水腔通入48℃的温水，经过换热后可输出70℃的温水，相对原有冷却系统输出50℃温水提高了20℃，有效提高了换热后热水温度，高温热水使用范围更广，从而有效减少50℃温水存积量；减少热能浪费；其次，再对低温水腔送入27℃‑29℃的冷却水，对换热管进一步降温吸热，从而保证对酒液的冷却效果。 [0034] 实施例2与实施例1相同之处不再赘述，其不同之处在于；高温冷却回路设有次高温冷却管33，次高温冷却管33与高温换热器31并连，高温水腔11的出水端连接高温冷却出水管，高温冷却出水管通过冷却三通阀34分别与次高温冷却管33和高温换热器31连接；高温冷却出水管设有温度传感器35，温度传感器35电连接有控制器，控制器的输出端与冷却三通阀34电连接。冷却三通阀34为电动三通阀。 [0035] 当在严寒天气时，高温水腔11的高温冷却水出水温度较低，经过高温换热器31换热回收的热量有限，且在经过高温冷却塔3冷却则会导致高温水腔11回水温度低于45℃，影响酒液出酒温度。因此当温度传感器35检测到高温冷却出水管水温低于50℃，控制器控制冷却三通阀34切换，使得高温冷却出水管与次高温冷却管33连通，从而可使得高温冷却水绕开高温换热器31进入高温冷却塔3进行冷却后送回至高温水腔11，同时也不会影响高温换热器31热回收后的水温，避免高温冷却水出水温度较低影响热回收的水温品位。 [0036] 实施例3如图3所示，与实施例1、实施例2相同之处不再赘述，其不同之处在于，主补水管通过第二补水三通阀56分别连接水箱补水管42和低温给水管，低温给水管另一端与低温循环供水管连通，次补水管41与高温循环连通管连通。高温气候热回收循环回路，包括主高温回路和副高温回路，主补水管5、低温循环供水管22、低温换热器21、升温管52、高温换热器31、高温循环回水管32、保温水箱构成主高温回路；保温水箱4、次补水管41、高温循环连通管51、升温管52、高温换热器31、高温循环回水管32构成副高温回路。 [0037] 在高温气候时，第二补水三通阀56使得低温给水管57与主补水管5连通，自来水经过主补水管5、低温给水管57、低温循环供水管22进入低温换热器21，在低温换热器21处吸热升温后流向升温管52；保温水箱4内水经过次补水管41高温循环连通管51和流向升温管52，低温换热器21和保温水箱4流出的水在升温管52处汇合后流向高温换热器31，在经过高温换热器31处再次吸热升温后经过高温循环回水管32进入水箱4。由于在高温气候时，不需要供暖，保温水箱4内用水量相对低温气候显著降低；因此在副高温回路中将水箱4内水抽出与低温换热器21流出的水进行混合，使得水箱4内的水进高温气候热回收循环回路，从而降低水箱4的储水压力。 [0038] 在低温气候时，保温水箱4内温水经过次补水管41、高温循环连通管51、升温管52进入高温换热器31进行升温，升温后的水再流入保温水箱4或直接向用热单位进行供热，保温水箱4内用水不足时通过主补水管5、水箱补水管43向水箱4内补水。 [0039] 以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。