TWI568680B - 造水裝置及造水方法 - Google Patents

Description

造水裝置及造水方法 發明領域

本發明係有關於一種造水裝置及造水方法。

背景技術

迄今，在從蒸氣得到動力之蒸氣渦輪設備中，係利用從渦輪群排出並在復水器冷凝之蒸氣冷凝水而進行造水。例如，專利文獻1所揭示之蒸氣渦輪設備係如第5圖所示，由渦輪91導入復水器92之蒸氣藉由與冷海水93進行熱交換，成為冷凝水94而導入冷凝器95。存積於冷凝器95之蒸氣冷凝水在再度作為鍋爐供水而使用的過程中作為造水裝置之冷卻水而使用，藉此可達到熱回收的效果，並且可作為渦輪系統而達成省能源化。在第5圖之構造中，冷海水93在復水器92成為溫海水96而一部份導入至蒸發器97，所生成之蒸氣被導入冷凝器95與冷凝水94進行熱交換，藉此產生淡水98。

先行技術文獻 專利文獻

專利文獻1：日本專利公報特開昭61-161189號

但是，對於如今之蒸氣渦輪設備而言，由於因應更上一層的省能源化潮流需求，須要求因蒸氣條件之高壓化而導致之高效率化，導入至冷凝器95而利用於蒸氣冷凝之冷凝水94的溫度會高溫化、且蒸氣冷凝水會有減量化的傾向。因此，在上述習知構造中，並無法處理適用於所需造水量之冷凝水溫度與流量，習知之造水裝置由於蒸發溫度等限制，會有難以確保所需造水量之虞。

因此，本發明之目的在於提供一種可達到省能源化並且可提升造水效率之造水裝置及造水方法。

本發明之前述目的可藉由下述之造水裝置來達成，該造水裝置具有：加熱器，係加熱原料水而生成水蒸氣者；及復水器，係冷卻所生成之水蒸氣而生成蒸餾水者，且前述復水器具有將水蒸氣與冷卻水進行熱交換的第1熱交換器、及將水蒸氣與原料水進行熱交換的第2熱交換器，並構造成使通過前述第2熱交換器之原料水可導入前述加熱器。

在該造水裝置中，前述第1熱交換器及第2熱交換器可構造成一體化而使冷卻水及原料水不會混合。

前述復水器可構造成具有積層配置於2個端板之間的複數個傳熱板，複數個前述傳熱板由***其中之分隔構件分離成2個板群。在該構造中，前述第1熱交換器係構成為從一方之前述端板導入冷卻水，透過一方之前述板群進行與水蒸氣之熱交換，將熱交換後之冷卻水從一方之前述端板排出；而前述第2熱交換器係構成為從另一方之前述端板導入原料水，透過另一方之前述板群進行與水蒸氣之熱交換，將熱交換後之原料水從另一方之前述端板排出。根據該構成，可達到小型化且可提升復水器的能力。

又，更具備蒸氣渦輪設備，該蒸氣渦輪設備係構成有循環路徑而可使鍋爐所產生之蒸氣在渦輪驅動後以渦輪冷凝器冷凝而流回前述鍋爐，藉此，使前述第1熱交換器介於前述循環路徑中而可使前述渦輪冷凝器所生成之渦輪冷凝水成為冷卻水。

又，本發明之前述目的可藉由下述之造水方法來達成，該造水方法包含以下步驟：加熱步驟，以加熱器加熱原料水而生成水蒸氣；及冷凝步驟，藉由冷卻水及原料水冷卻所生成之水蒸氣而生成蒸餾水，且前述加熱步驟將前述冷凝步驟中與水蒸氣熱交換後之原料水導入前述加熱器。

根據本發明，可提供一種可達到省能源化並且可提升造水效率之造水裝置及造水方法。

圖式簡單說明

第1圖係本發明之一實施型態之造水裝置的系統圖。

第2圖係第1圖所示之造水裝置的重要部份系統圖。

第3圖係第1圖所示之造水裝置的重要部份立體圖。

第4圖係本發明之其他實施型態之造水裝置的重要部份立體圖。

第5圖係習知之造水裝置的系統圖。

用以實施發明之形態

以下，參照附加圖式說明本發明之一實施形態。第1圖係本發明之一實施型態之造水裝置的系統圖。如第1圖所示，造水裝置1係於蒸氣渦輪設備50之系統組裝造水裝置本體100而構成。蒸氣渦輪設備50之一例為具備鍋爐51、渦輪群52、渦輪冷凝器53、基礎冷凝器(ground condenser)54、供水加熱器55及脫氣機56，且該等構成要素係藉由循環路徑60而連接。

鍋爐51使重油、液化天然氣等燃料燃燒而由供給水產生蒸氣，並供給至渦輪群52。渦輪群52係由例如高壓渦輪及低壓渦輪所構成之蒸氣渦輪群，可產生用以使船舶之推進器等旋轉的動力。渦輪冷凝器53可藉由海水等來冷卻從渦輪群52排出之蒸氣而生成渦輪冷凝水。所生成之渦輪冷凝水藉由泵61的動作，通過基礎冷凝器54及供水加熱器55，利用導入於渦輪群52之蒸氣的一部份進行加熱後，導入至脫氣器56而除去氧等。貯存在脫氣器56之渦輪冷凝水藉由泵62的動作，供給至鍋爐51再成為蒸氣，並循環於循環路徑60。蒸氣渦輪設備50宜舉例如搭載於蒸氣渦輪船者，但用途並無特別限定，例如也可為發電用。

造水裝置本體100在具備上述構造之蒸氣渦輪設備50中，經過分歧路徑63而夾在泵61與基礎冷凝器54之間的循環路徑60，並如後所述，將通過循環路徑60之渦輪冷凝水作為造水用之冷卻水來使用。供給至造水裝置本體100之渦輪冷凝水的流量可藉由操作設置於循環路徑60之調整閥64而進行調整。造水裝置本體100也可直接安插在循環路徑60中間，來代替如本實施形態之從循環路徑60分流者。

第2圖係造水裝置本體100的系統圖。如第2圖所示，造水裝置本體100具備：加熱器10，係將做為原料水之海水加熱而生成水蒸氣者；蒸發器20，係將水蒸氣與鹽水(濃縮海水)等濃縮原料水分離者；及復水器30，係冷卻水蒸氣而生成蒸餾水者。

加熱器10具有可分別導入及排出原料水之原料水導入口11及水蒸氣‧鹽水出口12、及分別導入及排出船舶用引擎水套冷卻水等溫水之溫水導入口13及溫水排出口14，從原料水導入口11所導入之原料水藉由從溫水導入口13所導入之溫水加熱而蒸發，再從水蒸氣‧鹽水出口12排出。加熱器10宜舉例如與後述之復水器30同樣具有板式熱交換器者，但熱交換器之種類並無特別限定。又，水蒸氣之加熱源也無限定須為溫水，例如也可為蒸氣、燃燒式加熱器或電熱器等。

蒸發器20具有：加熱原料水導入口21，係可導入由水蒸氣‧鹽水出口12所排出之加熱後的原料水者；蒸氣排出口22，係排出由原料水所生成之水蒸氣者；及鹽水排出口23，係排出殘留之鹽水者。

復水器30包含有：蒸氣導入口31，係導入由蒸氣排出口22所排出之水蒸氣者；蒸餾水排出口32，係排出冷卻水蒸氣所得之蒸餾水者；分別導入及排出用以冷卻蒸氣之冷卻水的冷卻水導入口33及冷卻水排出口34；及分別導入及排出同樣可冷卻蒸氣之原料水的原料水導入口35及原料水排出口36。

在冷卻水導入口33，將第1圖所示之蒸氣渦輪設備50之渦輪冷凝水導入而作為冷卻水，由冷卻水排出口34排出之冷卻水再度回到蒸氣渦輪設備50之循環路徑60。成為冷卻水之渦輪冷凝水通常為高純度的清水，故在復水器30設有分隔構件37以使冷卻水與原料水不會混合。復水器30藉由該分隔構件37，分離成將水蒸氣與冷卻水進行熱交換之第1熱交換器310、及將水蒸氣與原料水進行熱交換之第2熱交換器320。冷卻水不一定須為清水，也可為與原料水不同之其他冷卻液。

又，在原料水導入口35，藉由其他系統或噴射泵41的動作，導入海水作為原料水，由原料水排出口36排出之原料水導入至加熱器10之原料水導入口11。原料水除了本實施型態之海水外，可使用自來水、雨水、地下水、河水、工業排水、生活排水等。由噴射泵41所供給之原料水也可利用為水噴射器40之驅動水，蒸發器20及復水器30藉由連接於水噴射器40之最大負壓部而使非冷凝氣體被吸引，而維持真空狀態。由蒸餾水排出口32排出之蒸餾水則藉由蒸餾水泵42導入清水槽(未圖示)。

本實施型態之復水器30係由板式熱交換器所構成。如第3圖之重要部分立體圖所示，復水器30在2個端板111、112之間，構成為分別複數交互地積層配置2種傳熱板113a、113b，而邊緣部藉由連結棒30a、30b結合。另外，在第3圖中，為了容易理解構造，以虛線顯示一方之端板111。各傳熱板113a、113b形成為矩形，在鄰接配置於積層方向之中央附近之2片傳熱板113b、113b之間，設有上述之分隔構件37。各傳熱板113a、113b由該分隔構件37分離成2個板群。本實施型態之分隔構件37係構成為藉由口栓37a密封住較傳熱板113a、113b之厚度厚的板之開口，即使是冷卻水為高壓之渦輪冷凝水的情況下，也可發揮高度的耐壓性能，可確實地防止冷卻水與原料水混合。但是，分隔構件37之構成並不限定於本實施型態者，例如，可如第4圖所示，也可藉由鄰接配置之2片傳熱板113a、113b構成分隔構件37。構成第4圖所示之分隔構件37的2個傳熱板113a、113b具有後述之蒸餾流通口114、115，另一方面，該等以外的開口皆藉由口栓37a密封住。另外，在第4圖中，對於第4圖中與第1圖同樣的構成部分，附加同樣符號。

蒸氣導入口31及蒸餾水排出口32分別形成於一方之端板111中之一方之對角。各傳熱板113a、113b在對應於蒸氣導入口31及蒸餾水排出口32的位置分別形成有蒸餾流通口114、115，於藉由各蒸餾流通口114而形成之流路連接有蒸氣導入口31，於藉由各蒸餾流通口115而形成之流路則連接有蒸餾水排出口32。

冷卻水導入口33及冷卻水排出口34分別形成於一方之端板111中之另一方之對角。構成配置於一方之端板111與分隔構件37之間之一方之板群的各傳熱板113a、113b，在對應於冷卻水導入口33及冷卻水排出口34的位置，分別形成有冷卻水流通口116、117，於藉由各冷卻水流通口116而形成之流路連接有冷卻水導入口33，於藉由各冷卻流通口117而形成之流路則連接有冷卻水排出口34。

原料水導入口35及原料水排出口36分別形成於另一方之端板112中之另一方之對角。構成配置於另一方之端板112與分隔構件37之間之另一方之板群的各傳熱板113a、113b，在對應於原料水導入口35及原料水排出口36的位置，分別形成有原料水流通口118、119，於藉由各原料水流通口118而形成之流路連接有原料水導入口35，於藉由各原料流通口119而形成之流路則連接有原料水排出口36。分隔構件37具有蒸餾流通口114、115，另一方面則如上所述，藉由口栓37a密閉住對應於冷卻水流通口116、117及原料水流通口118、119的開口。

各傳熱板113a、113b皆於一方面形成有溝部120a、120b，傳熱板113a之溝部120a連通2個蒸餾流通口114、115間，另一方面，2個冷卻水流通口116、117間或2個原料水流通口118、119間則係隔離。又，傳熱板113b之溝部120b隔離2個蒸餾流通口114、115間，另一方面，2個冷卻水流通口116、117間或2個原料水流通口118、119間則係連通。鄰接之各傳熱板113a、113b之間，藉由墊片(未圖示)而密封。另外，在第3圖中為了易於理解，形成於傳熱板113a、113b之積層方向的流路，以虛線顯示與溝部120a、120b連通的部分，以實線顯示與溝部120a、120b隔離的部分。

藉由復水器30之上述構造，在一方之端板111與分隔構件37之間，由蒸氣導入口31及冷卻水導入口33所導入之水蒸氣及冷卻水分別流通於傳熱板113a之溝部120a及傳熱板113b之溝部120b，因此，以傳熱板113a、113b之積層方向來看，水蒸氣及冷卻水交互通過鄰接之傳熱板113a、113b間。結果，在水蒸氣與冷卻水之間，透過傳熱板113a、113b進行熱交換，此部分作為第1熱交換器310而產生機能。結束熱交換而生成之蒸餾水及冷卻水分別由蒸餾水排出口32及冷卻水排出口34排出。

在復水器30之另一方之端板112與分隔構件37之間，由原料水導入口35所導入之原料水流通於傳熱板113b之溝部120b，因此，以傳熱板113a、113b之積層方向來看，水蒸氣及原料水交互通過鄰接之傳熱板113a、113b間。結果，在水蒸氣與原料水之間，透過傳熱板113a、113b進行熱交換，此部分作為第2熱交換器320而產生機能。結束熱交換而被加熱之原料水由原料水排出口36排出。

根據具備上述構造之造水裝置1，從復水器30之一方之端板111透過冷卻水導入口33所導入的冷卻水、與從另一方之端板112透過原料水導入口35所導入的原料水，分別在第1熱交換器310及第2熱交換器320與水蒸氣進行熱交換，藉此，構成為可生成蒸餾水，因此，較習知之僅使冷卻水與水蒸氣進行熱交換之構造更易於進行水蒸氣的冷凝，可提高復水器30的效率。又，由於在加熱器10，導入在第2熱交換器320中因為與水蒸氣之熱交換而升溫的原料水，故可使導入加熱器10之原料水在初期階段蒸發而提升熱交換效率，可達到省能源化。導入加熱器10之原料水的溫度可藉由選擇設置於復水器30之傳熱板113a、113b片數、或分隔構件37的位置來進行適當調整。

造水裝置1可達成之上述效果，在如本實施型態般將蒸氣渦輪設備50之渦輪冷凝水作為冷卻水的情況下會特別顯著，即使隨著蒸氣條件之高溫化而使渦輪冷凝水較為高溫，也可易於確保所需之造水量。但是，導入復水器30之冷卻水並不一定須限定於蒸氣渦輪設備50之渦輪冷凝水，例如，也可使用其他蒸氣循環系統所生成之冷凝水、或藉由使用蒸氣作為熱源或動力源而生成、保持高溫而利用於其他用途的***水等。

又，在本實施型態中，由於第1熱交換器310及第2熱交換器320係一體化以使冷卻水及原料水不會產生混合，故可達成構造之小型化，並且可提升復水器30之效率。具體而言，可將第1熱交換器310及第2熱交換器320沿著傳熱板113a、113b之積層方向並列配置。本實施型態之構成係導入於復水器30之水蒸氣最初其一部份會導入至第1熱交換器310，然後，剩下的水蒸氣會導入至第2熱交換器320。但是，第1熱交換器310及第2熱交換器320之配置並不限定於本實施型態者，例如，也可構成為將冷卻水導入口33及冷卻水排出口34設置於另一方之端板112，將原料水導入口35及原料水排出口36設置於一方之端板111。

並且，第1熱交換器310及第2熱交換器320宜如本實施型態般藉由板式熱交換器而形成，但也可使用殼管式等之其他熱交換器。又，第1熱交換器310及第2熱交換器320也無須一定要一體化，也可為互相分離的構造。第1熱交換器310及第2熱交換器320也可構成為使水蒸氣氣流分歧而分別導入至第1熱交換器310及第2熱交換器320。

1．．．造水裝置

10．．．加熱器

11．．．原料水導入口

12．．．水蒸氣‧鹽水出口

13．．．溫水導入口

14．．．溫水排出口

20．．．蒸發器

21．．．加熱原料水導入口

22．．．蒸氣排出口

23．．．鹽水排出口

30．．．復水器

30a、30b．．．連結棒

31．．．蒸氣導入口

32．．．蒸餾水排出口

33．．．冷卻水導入口

34．．．冷卻水排出口

35．．．原料水導入口

36．．．原料水排出口

37．．．分隔構件

37a．．．口栓

40．．．水噴射器

41．．．噴射泵

42．．．蒸餾水泵

50．．．蒸氣渦輪設備

51．．．鍋爐

52．．．渦輪群

53．．．渦輪冷凝器

54．．．基礎冷凝器

55．．．供水加熱器

56．．．脫氣機

60．．．循環路徑

61、62．．．泵

91．．．渦輪

92．．．復水器

93．．．冷海水

94．．．冷凝水

95．．．冷凝器

96．．．溫海水

97．．．蒸發器

98．．．淡水

100．．．造水裝置本體

111、112．．．端板

113a、113b．．．傳熱板

114、115．．．蒸餾流通口

120a、120b．．．溝部

310．．．第1熱交換器

320．．．第2熱交換器

第1圖係本發明之一實施型態之造水裝置的系統圖。

第2圖係第1圖所示之造水裝置的重要部份系統圖。

第3圖係第1圖所示之造水裝置的重要部份立體圖。

第4圖係本發明之其他實施型態之造水裝置的重要部份立體圖。

第5圖係習知之造水裝置的系統圖。

10．．．加熱器

11．．．原料水導入口

12．．．水蒸氣‧鹽水出口

13．．．溫水導入口

14．．．溫水排出口

20．．．蒸發器

21．．．加熱原料水導入口

22．．．蒸氣排出口

23．．．鹽水排出口

30．．．復水器

31．．．蒸氣導入口

32．．．蒸餾水排出口

33．．．冷卻水導入口

34．．．冷卻水排出口

35．．．原料水導入口

36．．．原料水排出口

37．．．分隔構件

40．．．水噴射器

41．．．噴射泵

42．．．蒸餾水泵

100．．．造水裝置本體

310．．．第1熱交換器

320．．．第2熱交換器

Claims (3)

1. 一種造水裝置，具有：加熱器，係加熱原料水而生成水蒸氣者；及復水器，係冷卻所生成之水蒸氣而生成蒸餾水者，且前述復水器具有將水蒸氣與冷卻水進行熱交換的第1熱交換器、及將水蒸氣與原料水進行熱交換的第2熱交換器，並且使通過前述第2熱交換器之原料水可導入前述加熱器，前述復水器具有積層配置於2個端板之間的複數個傳熱板，複數個前述傳熱板由***其中之分隔構件分離成2個板群，前述第1熱交換器係構成為從一方之前述端板導入冷卻水，透過一方之前述板群進行與水蒸氣之熱交換，將熱交換後之冷卻水從一方之前述端板排出，前述第2熱交換器係構成為從另一方之前述端板導入原料水，透過另一方之前述板群進行與水蒸氣之熱交換，將熱交換後之原料水從另一方之前述端板排出。
2. 如申請專利範圍第1項之造水裝置，其中更具備蒸氣渦輪設備，該蒸氣渦輪設備係構成有循環路徑而可使鍋爐所產生之蒸氣在渦輪驅動後以渦輪冷凝器冷凝而流回前述鍋爐，且使前述第1熱交換器介於前述循環路徑中而使前述渦輪冷凝器所生成之渦輪冷凝水成為冷卻水。
3. 一種造水方法，係使用如申請專利範圍第1項之造水裝置，前述造水方法包含以下步驟：加熱步驟，以前述加熱器加熱原料水而生成水蒸氣；及冷凝步驟，以前述復水器藉由冷卻水及原料水冷卻所生成之水蒸氣而生成蒸餾水，且前述加熱步驟將前述冷凝步驟中與水蒸氣熱交換後之原料水導入前述加熱器。