CN2825618Y - 降膜蒸发与降膜凝结内***自平衡多效海水淡化装置 - Google Patents

降膜蒸发与降膜凝结内***自平衡多效海水淡化装置 Download PDF

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Abstract

一种能够利用热能和少量电能高效淡化海水生产淡水的降膜蒸发与降膜凝结内***自平衡多效海水淡化装置。它是在装置外壳中，蒸发器、第一级降膜蒸发—冷凝器、第二级降膜蒸发—冷凝器、……和冷凝器自下而上依顺序安装在与壳体内壁相接触的承重支架上，并彼此经隔板隔开，分离成相互独立的工作区，各区通过盐水联结管和淡水联结管相连接。利用蒸发器加热海水，产生第一级蒸汽，然后利用降膜蒸发与降膜冷凝的机理，对此第一级蒸汽所包含的潜热进行多次利用，使***的单位能耗产水率得到提高。装置分组叠置的结构，可以使淡水和盐水能借助重力从上至下自由流动，水蒸气由下至上流动，形成自平衡功能。

Description

降膜蒸发与降膜凝结内***自平衡多效海水淡化装置
所属技术领域
本实用新型涉及一种新颖的海水淡化装置，具体地说是一种利用太阳能或其它余热生产淡水的装置。
背景技术
目前，海水淡化***多为采用反渗透膜技术的大中型海水淡化***，这种***造价及使用费用(主要是其反渗透膜的使用寿命不长)高，一次性投资大、效率低等缺陷，难于推广应用。在利用热能驱动的海水淡化装置中，现有的装置，特别是利用余热或太阳能驱动的海水淡化装置有下面3个明显的缺陷：(1)蒸汽凝结成淡水过程放出的潜热未被重复利用，而是直接散发到环境中，致使装置能效率不高；(2)现有装置所采用的自然对流传热模式，传热系数不高，大大限制了装置性能的改善。(3)装置中待蒸发的海水热溶量太大，限制了它的运行温度提高，减弱了蒸发过程的驱动力，从而也大大延缓了装置的出水时间。因此，克服上述3个缺陷，是提高利用余热或太阳能驱动的海水淡化装置性能的主要方向。
发明内容
为克服现有太阳能海水淡化装置能量利用效率低、传热系数小和运行温度低的缺点，本实用新型提供了一种新的太阳能海水淡化装置。该装置能重复利用蒸汽凝结成淡水过程放出的潜热，因而装置的能量利用率提高。而且由于采用了降膜蒸发与降膜凝结等强化传热传质措施，因而具有传热速度快、产淡水量大的特点。装置内部采用了分组上下叠置的结构，充分利用了***内部的压差，使装置内的水蒸汽、淡水和盐水能自由独立地分开流动，具有自平衡功能。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：在装置的外壳中，将蒸发器、蒸发-冷凝器、冷凝器和一些管道等部件采用从上至下分组叠置的结构，并使每组结构相互独立。水蒸汽、淡水和盐水只通过连通管相连。这种结构可以使淡水和盐水能借助重力从上至下自由流动，水蒸气由下至上流动，形成自平衡功能。在下一级部件产生的蒸汽，上升到上级部件的外部凝结，形成淡水，同时将热能传给上级中的盐水。上级部件中的盐水受热后又产生蒸汽，该蒸汽上升至更上一级部件凝结，又形成淡水，同时也将热能传给更上一级的盐水，由此反复进行，使蒸汽由下至上，不断产生不断凝结，从而使蒸汽的凝结潜热得到重复利用，提高了热能的使用效率。为了使各级更快地接受热能和更快地产生蒸汽，装置中蒸发器、蒸发-冷凝器、冷凝器等部件分别采用了横管降膜蒸发、竖管和竖壁降膜凝结等强化传热传质措施，大大提高了传热效率，减少了传热温差，使装置具有产水快、效率高的特点。
本实用新型的有益效果是，可以利用太阳能或其他热能稳定地淡化海水生产淡水，同时具有能量利用效率高，产水快，单位时间产水量大的显著特点。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1是本实用新型具有三级结构的一个实施例的运行原理图。
图2是图1中蒸发器和冷凝器的一个实施例的结构正视图和俯视图。
图3是图1中第二级蒸发-冷凝器的一个实施例的结构正视图和俯视图。
图4是图1中第二级蒸发-冷凝器的另一个实施例的结构正视图和俯视图。
图1中，1.热水出口阀；2.液位计；3.一级蒸发腔；4.淡水输出阀；5.一级淡水收集盘；6.一级冷凝腔；7.一级降膜蒸发—冷凝器；8.隔板；9.海水喷淋器；10.溶液连通管；11.淡水和蒸汽连通管；12.二级降膜蒸发—冷凝器；13.海水喷淋器；14.三级淡水收集盘；15.进海水管；16.冷凝器；17.冷却水出口阀；18.装置外壳；19.进海水阀；20.真空泵；21.真空止回阀；22.进海水盘管；23.三级冷凝腔；24.降膜凝结竖管；25.冷却水进口阀；26.支撑架；27.三级蒸发腔；28.二级冷凝腔；29.循环水泵；30.降膜蒸发横管；31.溶液循环管；32.二级淡水收集盘；33.二级蒸发腔；34.循环水泵；35.溶液循环管；36.溶液连通管；37.气液分离器；38.蒸发器竖管；39.蒸发器；40.热水进口阀；41.蒸发器支撑架；42.浓盐水排除阀。
图2中，43.进水口接头；44.出水口接头；45.上底板；46.下底板；24.降膜凝结竖管；38.蒸发器竖管；47.蒸发器或冷凝器的侧壁。
图3中，8.隔板；10.溶液连通管；11.淡水和蒸汽连通管；26.支撑架；30.降膜蒸发横管；31.溶液循环管；32.二级淡水收集盘；48.底板；49.后侧板；50.前侧板；51.左侧板；52.右侧板。
图4中，8.隔板；10.溶液连通管；11.淡水和蒸汽连通管；31.溶液循环管；32.二级淡水收集盘；53.圆形侧板；54.降膜凝结与蒸发竖管；55.储液箱。
具体实施方式
在图1中，装置的运行原理可分步解释如下：
由太阳能集热器或其他余热所产生的热水经阀(40)和相应管道进入装置，并经管道直接进入蒸发器(39)中，在那里通过竖管(38)和蒸发器的外侧壁和上下底板将热量释放并加热管外和侧壁外的海水。放热后的热水经阀(1)和相应管道输出装置。
用于使蒸汽最终冷凝的冷却水经阀(25)和相应管道进入装置，并经管道直接进入冷凝器(16)中，在那里通过竖直管(24)和冷凝器的外侧壁和上下底板吸收热量使管内和壁外的蒸汽凝结。吸热后的冷却水经阀(17)和相应管道输出装置。
海水经海水进口阀(19)进入装置，经冷凝盘管(22)初步预热后，进入最上一级喷淋器(13)中，经喷淋器(13)将海水与来自循环泵(29)的盐水一起激淋至降膜蒸发—冷凝器(12)的横管(30)的外壁上，在那里形成降膜并受热蒸发。未蒸发的浓盐水最终落至降膜蒸发—冷凝器的蒸发腔底部，并被循环泵(29)再循环至喷淋器(13)中进行再喷淋降膜蒸发过程。多余的盐水经联通管(10)流出该级降膜蒸发—冷凝器，进入下级降膜蒸发—冷凝器的蒸发腔底部，在那里继续被泵循环并进行降膜蒸发，运行方式与上级方式相同。
在最下一级降膜蒸发—冷凝器中多余的盐水，经盐水连通管(36)溢流进入装置的最下级蒸发腔(3)中，在那里浸没蒸发器(39)，与蒸发器(39)内的加热水换热并蒸发。最后未蒸发的盐水经排除阀(42)排除。
装置最下级蒸发腔中的盐水与蒸发器(39)内的加热水换热并蒸发，产生大量水蒸汽。该水蒸汽上升进入降膜蒸发—冷凝器(7)的外部冷凝腔(6)中，一部分与降膜蒸发—冷凝器的外壁及底的外部换热，形成冷凝淡水；另一部分蒸汽还进入降膜蒸发—冷凝器的横管内，通过管壁与管外的降膜盐水换热，形成冷凝淡水。这两部分冷凝淡水一起形成该级降膜蒸发—冷凝器的总淡水产量，滴落至该级淡水收集盘(5)中。
蒸汽冷凝所释放出来的潜热通过降膜蒸发—冷凝器(7)的侧壁和它的横管的壁传递给了在横管外形成降膜蒸发的盐水，使盐水产生降膜蒸发并生成次级蒸汽。该次级蒸汽上升并进入更上一级降膜蒸发—冷凝器(12)的外部冷凝腔(28)中，通过与降膜蒸发—冷凝器(7)中类似的传热传质过程，产生更次级蒸汽并上升至更上一级的降膜蒸发—冷凝器的外部冷凝腔中，重复类似的传热传质过程，最后达到冷凝器(16)的外部冷凝腔(23)中。
冷凝器(16)外部周围的蒸汽，一部分与冷凝器(16)的外壁及上下底的外部换热，形成冷凝淡水；另一部分蒸汽还进入冷凝器(16)的竖管(24)内，通过管壁与管外的冷却水换热，形成冷凝淡水。形成的淡水，滴落至该级淡水收集盘(14)中。
各淡水盘收集的淡水，经管道(11)汇集再经阀(4)输出给用户。
装置内的负压由真空泵(20)维持。
在图2中，当作蒸发器使用时，加热水经进水口接头(43)进入蒸发器，放热后经出水口接头(44)输出装置。加热管(38)分别与上底板(45)和下底板(46)焊接；上底板(45)和下底板(46)又与蒸发器侧壁(47)焊接。
在图2中，当作冷凝器使用时，冷却水经进水口接头(43)进入冷凝器，吸热后经出水口接头(44)输出装置。冷凝管(24)分别与上底板(45)和下底板(46)；上底板(45)和下底板(46)又与冷凝器侧壁(47)焊接。
在图3中，横管(30)分别与蒸发-冷凝器的侧壁(49)、(50)、(51)和(52)焊接，侧壁(49)、(50)、(51)和(52)又分别与底板(48)焊接，组成一个有横管穿过的向上开口的腔体。蒸发-冷凝器中的多余盐水从溢流管(10)输送至下一级的蒸发-冷凝器。蒸发-冷凝器中的盐水通过循环泵(29)经循环管(31)进入海水喷淋器(13)循环使用。在蒸发-冷凝器的横管内、侧壁和底部产生的淡水滴落至淡水收集盘(32)中，经淡水输出管(11)输出装置。
在图4中，竖管(54)分别与蒸发-冷凝器的上下底板(8)和(55)焊接，下底板(55)再与淡水收集盘(32)焊接，组成一个有许多竖管穿过的向上开口腔体。竖管式蒸发-冷凝器中的多余盐水从溢流管(10)输送至下一级的蒸发-冷凝器。蒸发-冷凝器中的盐水通过循环泵(29)经循环管(31)进入海水喷淋器(13)循环使用。在蒸发-冷凝器的竖管外产生的淡水滴落至淡水收集盘(32)中，经淡水输出管(11)输出装置。

Claims (3)

1.一种降膜蒸发与降膜凝结内***自平衡多效海水淡化装置，其特征是：在装置外壳中，冷凝器、降膜蒸发—冷凝器和蒸发器自上而下依顺序安装在与壳体内壁相接触的承重支架上，并彼此经隔板隔开，分离成1至20个相互独立的工作区。冷凝器中产生的淡水通过淡水联结管与降膜蒸发—冷凝器工作区的淡水盘相连，降膜蒸发—冷凝器通过盐水联结管与蒸发器工作区相连接。
2.根据权利要求1所述的降膜蒸发与降膜凝结内***自平衡多效海水淡化装置，其特征是：在装置的外壳中包含有1至20个由1至10000根直径在2至200毫米的竖管与厚度在1至20毫米的板材焊接而成的蒸发器或冷凝器。
3.根据权利要求1所述的降膜蒸发与降膜凝结内***自平衡多效海水淡化装置，其特征是：在外壳中包含有1至20个由1至10000根直径在2至200毫米的横管或竖管与厚度在1至20毫米的板材焊接而成的横管降膜蒸发—冷凝器或竖管降膜蒸发—冷凝器。
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