CN210855357U - 对流式—i型蒸发冷凝单元及海水淡化装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种对流式—I型蒸发冷凝单元，海水淡化装置包括多个对流式—I型蒸发冷凝单元，对流式—I型蒸发冷凝单元包括加热层、蒸发层、绝热层、冷凝层以及进气层，加热层、蒸发层、绝热层、冷凝层以及进气层由上至下层叠设置，加热层供热水流过，蒸发层中供海水流过，冷凝层供冷却水流过，进气层开设有进气孔，位于下方的对流式—I型蒸发冷凝单元的加热层产生蒸汽，通过进气孔上升。本实用新型还公开了一种带有该对流式—I型蒸发冷凝单元的海水淡化装置。

Description

对流式—I型蒸发冷凝单元及海水淡化装置

技术领域

本实用新型涉及海水淡化技术领域，特别地，涉及对流式—I型蒸发冷凝单元及海水淡化装置。

背景技术

随着城市化的发展，工业与生活对淡水的需求日益增加，大规模高效低成本的从海水中获取淡水日益成为一种重要的发展途径。目前，蒸馏法海水淡化技术是最常使用的一种技术，但是，直接高温加热海水产生蒸汽，然后用冷水冷却得到蒸馏水，在加热和冷却的过程中均会消耗大量的能量，但是，整个装置只有一层，因而产生一吨淡水的成本较高，产能低。

实用新型内容

基于此，有必要提供一种成本低，产能高的对流式—I型蒸发冷凝单元及海水淡化装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种对流式—I型蒸发冷凝单元，用于海水淡化装置，所述海水淡化装置包括多个对流式—I型蒸发冷凝单元，所述对流式—I型蒸发冷凝单元纵向正反堆叠，所述对流式—I型蒸发冷凝单元包括加热层、蒸发层、绝热层、冷凝层以及进气层，所述加热层、所述蒸发层、所述绝热层、所述冷凝层以及所述进气层由上至下依次层叠设置，所述加热层、所述蒸发层、所述绝热层、所述冷凝层以及所述进气层均为波纹板结构，所述加热层用于供热水流过，所述蒸发层用于供冷海水流过，所述冷凝层用于供冷却水流过，所述加热层浸泡在所述蒸发层中，所述进气层上开设有进气孔，位于下方的所述对流式—I型蒸发冷凝单元的所述加热层产生的蒸汽，通过位于上方的所述对流式—I型蒸发冷凝单元的所述进气层的所述进气孔上升，附着在所述冷凝层，在所述冷凝层的下侧形成水珠。

进一步地，所述加热层包括热源管，所述热源管具有多个，多个所述热源管顺着沟槽方向依次排列后共同形成波纹板式结构，所述加热层的波纹起伏方向与所述热源管的轴向垂直。

进一步地，所述热源管的两侧分别设置有热源进口管和热源出口管，所述热源出口管与所述热源进口管相对设置，所述热源进口管与所述热源管连通，所述热源出口管与所述热源管连通，所述热水从所述热源进口管流入，流经所述热源管流向所述热源出口管流出。

进一步地，所述蒸发层的一个侧边设置有海水管，所述海水管上连通有多个并行的海水分管，一个所述海水分管与一个所述蒸发层的沟槽对应，所述海水分管远离所述海水管的一端伸入至对应的所述蒸发层的沟槽内，所述海水通过所述海水管，经所述海水分管流入所述蒸发层中，海水充满时从所述海水管的相对侧边溢出。

进一步地，所述冷凝层的两侧分别设置有冷却水进口管和冷却水出口管，所述冷却水进口管与所述冷却水出口管相对设置。

进一步地，所述冷却水进口管连通有多个并行的冷却水进口分管，一个所述冷却水进口分管与一个所述冷凝层的背脊对应，所述冷却水进口分管远离所述冷却水进口管的一端伸入至对应的所述冷凝层的背脊内，冷却水从所述冷却水进口管流经所述冷却水进口分管流入所述冷凝层中，然后经所述冷却水出口分管流向所述冷却水出口管，并从所述冷却水出口管流出。

进一步地，所述进气层的每个背脊上的所述进气孔具有多个，多个所述进气孔在背脊处呈一字型排列分布。

进一步地，所述进气层的一侧设置有蒸馏水管，所述蒸馏水管上连通有多个并行的蒸馏水收集管，一个所述蒸馏水收集管与一个所述进气层的沟槽相对应，所述蒸馏水收集管的一端伸入至对应的所述进气层的沟槽内。

一种海水淡化装置，所述海水淡化装置包括上述所述的对流式—I型蒸发冷凝单元，所述对流式—I型蒸发冷凝单元具有多个，所述对流式—I型蒸发冷凝单元纵向正反堆叠设置,热水从位于下方的所述对流式—I型蒸发冷凝单元向上流至位于上方的所述对流式—I型蒸发冷凝单元中，海水从位于上方的所述对流式—I型蒸发冷凝单元向下流至位于下方的所述对流式—I型蒸发冷凝单元中，冷却水从位于上方的所述对流式—I型蒸发冷凝单元依次向下流至位于下方的所述对流式—I型蒸发冷凝单元中。

本实用新型的有益效果是：本实用新型提供的对流式—I型蒸发冷凝单元或海水淡化装置，利用热水对每一个对流式—I型蒸发冷凝单元的蒸发层中的冷海水自下而上逐层加热，使每一个蒸发层中的冷海水形成自上而下温度梯度增加，位于下方的对流式—I型蒸发冷凝单元的蒸发层的冷海水产生蒸汽被位于上方的对流式—I型蒸发冷凝单元的冷凝层的冷却水冷却凝结成蒸馏水，使热量相互间得到充分利用，成本低，产能高。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

图1是本实用新型的海水淡化装置的结构示意图；

图2是图1所示海水淡化装置中A处的局部放大图；

图3是图1所示海水淡化装置中对流式—I型蒸发冷凝单元的结构示意图；

图4是图3所示对流式—I型蒸发冷凝单元中加热层与蒸发层的结构示意图；

图5是图3所示对流式—I型蒸发冷凝单元中绝热层与冷凝层的结构示意图；

图6是图3所示对流式—I型蒸发冷凝单元中进气层的结构示意图；

图7是图1所示海水淡化装置中海水淡化的过程示意图。

图中零部件名称及其编号分别为：

对流式—I型蒸发冷凝 加热层1 热源管11

单元100

热源进口管12 热源出口管13 蒸发层2

海水管21 海水分管22 绝热层3

冷凝层4 冷却水进口管41 冷却水进口分管42

冷却水出口管43 蒸馏水管53 进气层5

进气孔51 蒸馏水收集管52

具体实施方式

现在结合附图对本实用新型作详细的说明。此图为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。

请参阅图1至图7，本实用新型提供了一种海水淡化装置，其包括对流式—I型蒸发冷凝单元100，对流式—I型蒸发冷凝单元100具有多个，多个对流式—I型蒸发冷凝单元100纵向正反堆叠设置(所述纵向正反堆叠是指，参照图3，对流式—I型蒸发冷凝单元100的左侧为A端,对流式—I型蒸发冷凝单元100的右侧为B端，与它相邻的上下两个对流式—I型蒸发冷凝单元100的A端位于右侧，B端位于左侧)，对流式—I型蒸发冷凝单元100包括加热层1、蒸发层2、绝热层3、冷凝层4以及进气层5，加热层1、蒸发层2、绝热层3、冷凝层4以及进气层5由上至下依次层叠设置。工作时，位于下方的对流式—I型蒸发冷凝单元100的加热层1产生的蒸汽，通过位于上方的对流式—I型蒸发冷凝单元100的进气层5上升，附着在冷凝层4，在冷凝层4沟槽下侧形成水珠。

另外，加热层1、蒸发层2、绝热层3、冷凝层4以及进气层5均为波纹板结构，且沟槽和背脊的走向、形状及大小相互一致，使彼此趋于贴合在一起。加热层1与蒸发层2、冷凝层4与进气层5之间具有较小的间隔距离，有利于减小传热与蒸汽传递的距离。同时，位于下方的对流式—I型蒸发冷凝单元100的加热层1与位于上方的对流式—I型蒸发冷凝单元100的进气层5趋于贴合在一起，能够明显降低对流式—I型蒸发冷凝单元100的厚度，有效地增加了对流式—I型蒸发冷凝单元100的堆叠层数，并提高了纵向空间的利用率。

加热层1包括热源管11，热源管11具有多个，多个热源管11顺着沟槽方向依次排列后共同形成波纹板式结构，其波纹起伏方向与热源管11的轴向垂直。热源管11的两侧分别设置有热源进口管12与热源出口管13，热源进口管12与热源出口管13相对设置，热源管11设置在热源进口管12与热源出口管13之间，热源进口管12与热源管11连通，热源出口管13与热源管11连通。工作时，热水(热水的流动方向为实心粗箭头)从热源进口管12流入经过热源管11流向热源出口管13流出进入至位于上方的对流式—I型蒸发冷凝单元100的加热层1中。

在本实施方式中，流入热源管11中的热水为热蒸馏水，热蒸馏水能够防止产生积盐堵塞管道。其中，热蒸馏水可利用蒸馏水与热海水经热交换得到，或者通过太阳能以及工业余热制得。

蒸发层2为一个上端开口的容器，蒸发层2的其中一侧边高于与其相对的侧边，蒸发层2较高的一个侧边设置有海水管21，海水管21上连通有多个并行的海水分管22，一个海水分管22与一个蒸发层2的沟槽对应，海水分管22远离海水管21的一端伸入至对应的蒸发层2的沟槽内。工作时，海水(海水的流动方向为实心细箭头)通过海水管21，经海水分管22顺着沟槽流入蒸发层2，当海水充满时会从海水管21的相对侧边溢出，通过重力作用流向位于下方的对流式—I型蒸发冷凝单元100的蒸发层2中。

在本实施方式中，海水管21每工作一段预设的时间后提供一个高压海水，高压海水具有较快的流速，高压海水流经海水管21后从海水分管22中喷出，从而能够清洗蒸发层2中位于蒸发层2的上表面的积盐，同时，也能够冲洗掉加热层1下侧的盐垢，另外，喷水能够透过热源管11之间的缝隙对加热层1的上侧进行清洗。进一步地，由于多个热源管11组成的加热层1对高压脉冲水流具有一定的阻隔作用，高压脉冲水流的速度得到减弱，且蒸发层2的液面与位于上方的对流式—I型蒸发冷凝单元100的进气层5之间有一定的高度，因此，高压脉冲水流难以进入位于上方的对流式—I型蒸发冷凝单元100的进气层5，从而不会导致位于上方的对流式—I型蒸发冷凝单元100的冷凝层4上产生流到进气层5中生成的蒸馏水变咸。

进一步地，加热层1浸泡在蒸发层2的液面中，即，加热层1的顶部高度低于蒸发层2的液面高度，保证了蒸发层2中的海水与加热层1的热源管11中的热水进行高效率热量交换，流经蒸发层2中的冷海水在加热层1的加热作用下温度升高，进一步使得冷海水受热蒸发，从而产生大量蒸汽，产生的蒸汽向上流动进而至位于上方的一个对流式—I型蒸发冷凝单元100内。

绝热层3由隔热材料制成，能够防止蒸发层2与冷凝层4之间交换热量，同时，在蒸发层2与绝热层3之间具有一定的距离，这段距离之间具有一定的空气，空气可作隔热介质，使得其具有很好的隔热效果。在本实施方式中，隔热材料为橡塑或者聚氨酯材料。

冷凝层4为上端开口的空腔，冷凝层4的两侧分别设置有冷却水进口管41和冷却水出口管43，冷却水进口管41与冷却水出口管43相对设置，冷却水进口管41连通有多个并行的冷却水进口分管42，一个冷却水进口分管42与一个冷凝层4的背脊对应，冷却水进口分管42远离冷却水进口管41的一端伸入至冷凝层4的背脊内。冷却水出口管43连通有多个并行的冷却水出口分管(图未示)，一个所述冷却水出口分管对应一个冷凝层4的背脊，所述冷却水出口分管远离冷却水出口管43的一端伸入至对应的冷凝层4的背脊内。工作时，冷却水(冷却水的流动方向为空心粗箭头)从冷却水进口管41经冷却水进口分管42流入冷凝层4，然后经冷却水出口分管流向冷却水出口管43，并从冷却水出口管43流出，接着再流向位于下方的对流式—I型蒸发冷凝单元100的冷凝层4中。

进气层5的背脊处开设有进气孔51，每个背脊上的进气孔51具有多个，多个进气孔51在背脊处大致呈一字型排列分布。进气层5的一侧设置有蒸馏水管53，蒸馏水管53上连通有多个并行的蒸馏水收集管52，一个蒸馏水收集管52与一个进气层5的沟槽相对应，蒸馏水收集管52的一端伸入至对应的进气层3的沟槽的内。工作时，位于下方的对流式—I型蒸发冷凝单元100的加热层1产生的蒸汽，通过位于上方的对流式—I型蒸发冷凝单元100的进气孔51后继续上升，进而与冷凝层4接触，蒸汽进一步被流经冷凝层4的冷却水所冷却形成蒸馏水，蒸馏水能够顺着冷凝层4沟槽的下侧落到进气层5的沟槽中，然后蒸馏水顺着进气层5的沟槽的两端进入至蒸馏水收集管52中，最后蒸馏水通过蒸馏水收集管52汇集至蒸馏水管53后流出。

进一步地，蒸发层2、冷凝层4、进气层5以及绝热层3的板的厚度均为1.5-3mm，每一层之间的间隔为2-4mm，能够保证传热效率，减小整个对流式—I型蒸发冷凝单元的厚度。同时，蒸发层2需要容纳一定的海水量，且能够将加热层1完全浸在海水中，一般地，位于上方的对流式—I型蒸发冷凝单元100的进气层5与位于下方的对流式—I型蒸发冷凝单元100的蒸发层2的液面间隔为2-4mm。可以理解地，单个对流式—I型蒸发冷凝单元100的宽度与长度可根据实际需要设定，材质可以是玻璃等材质。

使用时，海水从顶层的海水管21进入至顶层的对流式—I型蒸发冷凝单元100的蒸发层2中，同时，海水能够清洗蒸发层2中的积盐，一部分海水受加热层1加热蒸发，另一部分海水在重力作用下向下依次流入位于下方的对流式—I型蒸发冷凝单元100的蒸发层2中，最后到达最底部的对流式—I型蒸发冷凝单元100的蒸发层2中从海水管21流出。同时，热水从底部的热源进口管12进入底部的对流式—I型蒸发冷凝单元100的加热层1中，加热冷海水后，通过泵作动力能够使热水向上逐次流入位于上方的对流式—I型蒸发冷凝单元100中，最后进入顶层的对流式—I型蒸发冷凝单元100中，从顶层的热源出口管13流出。

可以理解地，海水在向下流动时，海水在每一个对流式—I型蒸发冷凝单元100均会被加热层1加热，因此，海水由上至下温度逐层升高；热水在向上流动时，热水在加热层1将热量传递给冷海水，因此，热水的温度由下至上逐层降低。可以理解地，各对流式—I型蒸发冷凝单元100由上至下温度依次上升，形成了明显的梯度。

在本实施方式中，相邻的两个对流式—I型蒸发冷凝单元100中，加热层1浸泡在蒸发层2的海水中，位于下方的对流式—I型蒸发冷凝单元100中的蒸发层2的冷海水受加热层1加热产生的蒸汽上升进入位于上方的对流式—I型蒸发冷凝单元100中的进气层5，并被冷凝层4中的冷却水冷却，冷海水逐层下流过程中，受加热作用温度逐级升高，冷海水在每一个蒸发层2均会产生蒸汽，其产生蒸汽的量随温度的升高而增加。可以理解地，随着水分的蒸发，海水由上至下浓度逐层增加，直至底层流出时为浓海水。进一步地，将底层流出的浓海水贮存在透明的密封容器中，并置于太阳下摊晒，其蒸发的水分冷凝可以收集起来作蒸馏水，摊晒干后的盐分可进一步加工成化工原料或食用盐。

进一步地，冷却水在冷凝层4出水的温度不可能超过同层进气层5蒸汽温度，否则两者间不会存在热传递。蒸汽变为蒸馏水时，释放出巨大的相变潜热，能使得冷却水迅速加热，温度很快就接近蒸汽温度。这使得蒸汽只能少量甚至不能转化为蒸馏水，冷凝效率将显著下降。因此，要使每一个对流式—I型蒸发冷凝单元100的进气层5蒸汽均较好地转变为蒸馏水，则冷却水的流量要足够大。

需要说明的是，所述对流式—I型蒸发冷凝单元100指的是由上至下依次层叠设置的加热层1、蒸发层2、绝热层3、冷凝层4以及进气层5共同构成的结构。

本实用新型提供的对流式—I型蒸发冷凝单元或海水淡化装置，利用热水对每一个对流式—I型蒸发冷凝单元100的蒸发层2中的冷海水自下而上逐层加热，使每一个蒸发层2中的冷海水形成自上而下温度梯度增加，位于下方的对流式—I型蒸发冷凝单元100的蒸发层2的冷海水产生蒸汽被位于上方的对流式—I型蒸发冷凝单元100的冷凝层4的冷却水冷却凝结成蒸馏水，使热量相互间得到充分利用，成本低，产能高。

以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关的工作人员完全可以在不偏离本实用新型的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (9)

1.一种对流式—I型蒸发冷凝单元，用于海水淡化装置，其特征在于：所述海水淡化装置包括多个对流式—I型蒸发冷凝单元，所述对流式—I型蒸发冷凝单元纵向正反堆叠设置，所述对流式—I型蒸发冷凝单元包括加热层、蒸发层、绝热层、冷凝层以及进气层，所述加热层、所述蒸发层、所述绝热层、所述冷凝层以及所述进气层由上至下依次层叠设置，所述加热层、所述蒸发层、所述绝热层、所述冷凝层以及所述进气层均为波纹板结构，所述加热层用于供热水流过，所述蒸发层用于供海水流过，所述冷凝层用于供冷却水流过，所述加热层浸泡在所述蒸发层中，所述进气层上开设有进气孔，位于下方的所述对流式—I型蒸发冷凝单元的所述加热层产生的蒸汽，通过位于上方的所述对流式—I型蒸发冷凝单元的所述进气层的所述进气孔上升，附着在所述冷凝层，在所述冷凝层的下侧形成水珠。

2.如权利要求1所述的对流式—I型蒸发冷凝单元，其特征在于：所述加热层包括热源管，所述热源管具有多个，多个所述热源管顺着沟槽方向依次排列后共同形成波纹板式结构，所述加热层的波纹起伏方向与所述热源管的轴向垂直。

3.如权利要求2所述的对流式—I型蒸发冷凝单元，其特征在于：所述热源管的两侧分别设置有热源进口管和热源出口管，所述热源出口管与所述热源进口管相对设置，所述热源进口管与所述热源管连通，所述热源出口管与所述热源管连通，所述热水从所述热源进口管流入，流经所述热源管流向所述热源出口管流出。

4.如权利要求1所述的对流式—I型蒸发冷凝单元，其特征在于：所述蒸发层的一个侧边设置有海水管，所述海水管上连通有多个并行的海水分管，一个所述海水分管与一个所述蒸发层的沟槽对应，所述海水分管远离所述海水管的一端伸入至对应的所述蒸发层的沟槽内，海水通过所述海水管，经所述海水分管流入所述蒸发层中，海水充满后从所述海水管的相对侧边溢出。

5.如权利要求1所述的对流式—I型蒸发冷凝单元，其特征在于：所述冷凝层的两侧分别设置有冷却水进口管和冷却水出口管，所述冷却水进口管与所述冷却水出口管相对设置。

6.如权利要求5所述的对流式—I型蒸发冷凝单元，其特征在于：所述冷却水进口管连通有多个并行的冷却水进口分管，一个所述冷却水进口分管与一个所述冷凝层的背脊对应，所述冷却水进口分管远离所述冷却水进口管的一端伸入至对应的所述冷凝层的背脊内，冷却水从所述冷却水进口管流经所述冷却水进口分管流入所述冷凝层中，然后经所述冷却水出口分管流向所述冷却水出口管，并从所述冷却水出口管流出。

7.如权利要求1所述的对流式—I型蒸发冷凝单元，其特征在于：所述进气层的每个背脊上的所述进气孔具有多个，多个所述进气孔在背脊处呈一字型排列分布。

8.如权利要求7所述的对流式—I型蒸发冷凝单元，其特征在于：所述进气层的一侧设置有蒸馏水管，所述蒸馏水管上连通有多个并行的蒸馏水收集管，一个所述蒸馏水收集管与一个所述进气层的沟槽相对应，所述蒸馏水收集管的一端伸入至对应的所述进气层的沟槽内。

9.一种海水淡化装置，其特征在于：所述海水淡化装置包括权利要求1-8任一项所述的对流式—I型蒸发冷凝单元，所述对流式—I型蒸发冷凝单元具有多个，所述对流式—I型蒸发冷凝单元纵向正反堆叠设置,热水从位于下方的所述对流式—I型蒸发冷凝单元向上流至位于上方的所述对流式—I型蒸发冷凝单元中，海水从位于上方的所述对流式—I型蒸发冷凝单元向下流至位于下方的所述对流式—I型蒸发冷凝单元中，冷却水从位于上方的所述对流式—I型蒸发冷凝单元依次向下流至位于下方的所述对流式—I型蒸发冷凝单元中。

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