專利名稱：降膜蒸發(fā)與降膜凝結(jié)內(nèi)系統(tǒng)自平衡多效海水淡化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種新穎的海水淡化裝置，具體地說是一種利用太陽能或其它余熱生產(chǎn)淡水的裝置。
背景技術(shù)：
目前，海水淡化系統(tǒng)多為采用反滲透膜技術(shù)的大中型海水淡化系統(tǒng)，這種系統(tǒng)造價及使用費用(主要是其反滲透膜的使用壽命不長)高，一次性投資大、效率低等缺陷，難于推廣應(yīng)用。在利用熱能驅(qū)動的海水淡化裝置中，現(xiàn)有的裝置，特別是利用余熱或太陽能驅(qū)動的海水淡化裝置有下面3個明顯的缺陷(1)蒸汽凝結(jié)成淡水過程放出的潛熱未被重復(fù)利用，而是直接散發(fā)到環(huán)境中，致使裝置能效率不高；(2)現(xiàn)有裝置所采用的自然對流傳熱模式，傳熱系數(shù)不高，大大限制了裝置性能的改善。(3)裝置中待蒸發(fā)的海水熱溶量太大，限制了它的運(yùn)行溫度提高，減弱了蒸發(fā)過程的驅(qū)動力，從而也大大延緩了裝置的出水時間。因此，克服上述3個缺陷，是提高利用余熱或太陽能驅(qū)動的海水淡化裝置性能的主要方向。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有太陽能海水淡化裝置能量利用效率低、傳熱系數(shù)小和運(yùn)行溫度低的缺點，本實用新型提供了一種新的太陽能海水淡化裝置。該裝置能重復(fù)利用蒸汽凝結(jié)成淡水過程放出的潛熱，因而裝置的能量利用率提高。而且由于采用了降膜蒸發(fā)與降膜凝結(jié)等強(qiáng)化傳熱傳質(zhì)措施，因而具有傳熱速度快、產(chǎn)淡水量大的特點。裝置內(nèi)部采用了分組上下疊置的結(jié)構(gòu)，充分利用了系統(tǒng)內(nèi)部的壓差，使裝置內(nèi)的水蒸汽、淡水和鹽水能自由獨立地分開流動，具有自平衡功能。
本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是在裝置的外殼中，將蒸發(fā)器、蒸發(fā)-冷凝器、冷凝器和一些管道等部件采用從上至下分組疊置的結(jié)構(gòu)，并使每組結(jié)構(gòu)相互獨立。水蒸汽、淡水和鹽水只通過連通管相連。這種結(jié)構(gòu)可以使淡水和鹽水能借助重力從上至下自由流動，水蒸氣由下至上流動，形成自平衡功能。在下一級部件產(chǎn)生的蒸汽，上升到上級部件的外部凝結(jié)，形成淡水，同時將熱能傳給上級中的鹽水。上級部件中的鹽水受熱后又產(chǎn)生蒸汽，該蒸汽上升至更上一級部件凝結(jié)，又形成淡水，同時也將熱能傳給更上一級的鹽水，由此反復(fù)進(jìn)行，使蒸汽由下至上，不斷產(chǎn)生不斷凝結(jié)，從而使蒸汽的凝結(jié)潛熱得到重復(fù)利用，提高了熱能的使用效率。為了使各級更快地接受熱能和更快地產(chǎn)生蒸汽，裝置中蒸發(fā)器、蒸發(fā)-冷凝器、冷凝器等部件分別采用了橫管降膜蒸發(fā)、豎管和豎壁降膜凝結(jié)等強(qiáng)化傳熱傳質(zhì)措施，大大提高了傳熱效率，減少了傳熱溫差，使裝置具有產(chǎn)水快、效率高的特點。
本實用新型的有益效果是，可以利用太陽能或其他熱能穩(wěn)定地淡化海水生產(chǎn)淡水，同時具有能量利用效率高，產(chǎn)水快，單位時間產(chǎn)水量大的顯著特點。
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進(jìn)一步說明。


圖1是本實用新型具有三級結(jié)構(gòu)的一個實施例的運(yùn)行原理圖。
圖2是
圖1中蒸發(fā)器和冷凝器的一個實施例的結(jié)構(gòu)正視圖和俯視圖。
圖3是
圖1中第二級蒸發(fā)-冷凝器的一個實施例的結(jié)構(gòu)正視圖和俯視圖。
圖4是
圖1中第二級蒸發(fā)-冷凝器的另一個實施例的結(jié)構(gòu)正視圖和俯視圖。
圖1中，1.熱水出口閥；2.液位計；3.一級蒸發(fā)腔；4.淡水輸出閥；5.一級淡水收集盤；6.一級冷凝腔；7.一級降膜蒸發(fā)—冷凝器；8.隔板；9.海水噴淋器；10.溶液連通管；11.淡水和蒸汽連通管；12.二級降膜蒸發(fā)—冷凝器；13.海水噴淋器；14.三級淡水收集盤；15.進(jìn)海水管；16.冷凝器；17.冷卻水出口閥；18.裝置外殼；19.進(jìn)海水閥；20.真空泵；21.真空止回閥；22.進(jìn)海水盤管；23.三級冷凝腔；24.降膜凝結(jié)豎管；25.冷卻水進(jìn)口閥；26.支撐架；27.三級蒸發(fā)腔；28.二級冷凝腔；29.循環(huán)水泵；30.降膜蒸發(fā)橫管；31.溶液循環(huán)管；32.二級淡水收集盤；33.二級蒸發(fā)腔；34.循環(huán)水泵；35.溶液循環(huán)管；36.溶液連通管；37.氣液分離器；38.蒸發(fā)器豎管；39.蒸發(fā)器；40.熱水進(jìn)口閥；41.蒸發(fā)器支撐架；42.濃鹽水排除閥。
圖2中，43.進(jìn)水口接頭；44.出水口接頭；45.上底板；46.下底板；24.降膜凝結(jié)豎管；38.蒸發(fā)器豎管；47.蒸發(fā)器或冷凝器的側(cè)壁。
圖3中，8.隔板；10.溶液連通管；11.淡水和蒸汽連通管；26.支撐架；30.降膜蒸發(fā)橫管；31.溶液循環(huán)管；32.二級淡水收集盤；48.底板；49.后側(cè)板；50.前側(cè)板；51.左側(cè)板；52.右側(cè)板。
圖4中，8.隔板；10.溶液連通管；11.淡水和蒸汽連通管；31.溶液循環(huán)管；32.二級淡水收集盤；53.圓形側(cè)板；54.降膜凝結(jié)與蒸發(fā)豎管；55.儲液箱。
具體實施方式
在
圖1中，裝置的運(yùn)行原理可分步解釋如下由太陽能集熱器或其他余熱所產(chǎn)生的熱水經(jīng)閥(40)和相應(yīng)管道進(jìn)入裝置，并經(jīng)管道直接進(jìn)入蒸發(fā)器(39)中，在那里通過豎管(38)和蒸發(fā)器的外側(cè)壁和上下底板將熱量釋放并加熱管外和側(cè)壁外的海水。放熱后的熱水經(jīng)閥(1)和相應(yīng)管道輸出裝置。
用于使蒸汽最終冷凝的冷卻水經(jīng)閥(25)和相應(yīng)管道進(jìn)入裝置，并經(jīng)管道直接進(jìn)入冷凝器(16)中，在那里通過豎直管(24)和冷凝器的外側(cè)壁和上下底板吸收熱量使管內(nèi)和壁外的蒸汽凝結(jié)。吸熱后的冷卻水經(jīng)閥(17)和相應(yīng)管道輸出裝置。
海水經(jīng)海水進(jìn)口閥(19)進(jìn)入裝置，經(jīng)冷凝盤管(22)初步預(yù)熱后，進(jìn)入最上一級噴淋器(13)中，經(jīng)噴淋器(13)將海水與來自循環(huán)泵(29)的鹽水一起激淋至降膜蒸發(fā)—冷凝器(12)的橫管(30)的外壁上，在那里形成降膜并受熱蒸發(fā)。未蒸發(fā)的濃鹽水最終落至降膜蒸發(fā)—冷凝器的蒸發(fā)腔底部，并被循環(huán)泵(29)再循環(huán)至噴淋器(13)中進(jìn)行再噴淋降膜蒸發(fā)過程。多余的鹽水經(jīng)聯(lián)通管(10)流出該級降膜蒸發(fā)—冷凝器，進(jìn)入下級降膜蒸發(fā)—冷凝器的蒸發(fā)腔底部，在那里繼續(xù)被泵循環(huán)并進(jìn)行降膜蒸發(fā)，運(yùn)行方式與上級方式相同。
在最下一級降膜蒸發(fā)—冷凝器中多余的鹽水，經(jīng)鹽水連通管(36)溢流進(jìn)入裝置的最下級蒸發(fā)腔(3)中，在那里浸沒蒸發(fā)器(39)，與蒸發(fā)器(39)內(nèi)的加熱水換熱并蒸發(fā)。最后未蒸發(fā)的鹽水經(jīng)排除閥(42)排除。
裝置最下級蒸發(fā)腔中的鹽水與蒸發(fā)器(39)內(nèi)的加熱水換熱并蒸發(fā)，產(chǎn)生大量水蒸汽。該水蒸汽上升進(jìn)入降膜蒸發(fā)—冷凝器(7)的外部冷凝腔(6)中，一部分與降膜蒸發(fā)—冷凝器的外壁及底的外部換熱，形成冷凝淡水；另一部分蒸汽還進(jìn)入降膜蒸發(fā)—冷凝器的橫管內(nèi)，通過管壁與管外的降膜鹽水換熱，形成冷凝淡水。這兩部分冷凝淡水一起形成該級降膜蒸發(fā)—冷凝器的總淡水產(chǎn)量，滴落至該級淡水收集盤(5)中。
蒸汽冷凝所釋放出來的潛熱通過降膜蒸發(fā)—冷凝器(7)的側(cè)壁和它的橫管的壁傳遞給了在橫管外形成降膜蒸發(fā)的鹽水，使鹽水產(chǎn)生降膜蒸發(fā)并生成次級蒸汽。該次級蒸汽上升并進(jìn)入更上一級降膜蒸發(fā)—冷凝器(12)的外部冷凝腔(28)中，通過與降膜蒸發(fā)—冷凝器(7)中類似的傳熱傳質(zhì)過程，產(chǎn)生更次級蒸汽并上升至更上一級的降膜蒸發(fā)—冷凝器的外部冷凝腔中，重復(fù)類似的傳熱傳質(zhì)過程，最后達(dá)到冷凝器(16)的外部冷凝腔(23)中。
冷凝器(16)外部周圍的蒸汽，一部分與冷凝器(16)的外壁及上下底的外部換熱，形成冷凝淡水；另一部分蒸汽還進(jìn)入冷凝器(16)的豎管(24)內(nèi)，通過管壁與管外的冷卻水換熱，形成冷凝淡水。形成的淡水，滴落至該級淡水收集盤(14)中。
各淡水盤收集的淡水，經(jīng)管道(11)匯集再經(jīng)閥(4)輸出給用戶。
裝置內(nèi)的負(fù)壓由真空泵(20)維持。
在圖2中，當(dāng)作蒸發(fā)器使用時，加熱水經(jīng)進(jìn)水口接頭(43)進(jìn)入蒸發(fā)器，放熱后經(jīng)出水口接頭(44)輸出裝置。加熱管(38)分別與上底板(45)和下底板(46)焊接；上底板(45)和下底板(46)又與蒸發(fā)器側(cè)壁(47)焊接。
在圖2中，當(dāng)作冷凝器使用時，冷卻水經(jīng)進(jìn)水口接頭(43)進(jìn)入冷凝器，吸熱后經(jīng)出水口接頭(44)輸出裝置。冷凝管(24)分別與上底板(45)和下底板(46)；上底板(45)和下底板(46)又與冷凝器側(cè)壁(47)焊接。
在圖3中，橫管(30)分別與蒸發(fā)-冷凝器的側(cè)壁(49)、(50)、(51)和(52)焊接，側(cè)壁(49)、(50)、(51)和(52)又分別與底板(48)焊接，組成一個有橫管穿過的向上開口的腔體。蒸發(fā)-冷凝器中的多余鹽水從溢流管(10)輸送至下一級的蒸發(fā)-冷凝器。蒸發(fā)-冷凝器中的鹽水通過循環(huán)泵(29)經(jīng)循環(huán)管(31)進(jìn)入海水噴淋器(13)循環(huán)使用。在蒸發(fā)-冷凝器的橫管內(nèi)、側(cè)壁和底部產(chǎn)生的淡水滴落至淡水收集盤(32)中，經(jīng)淡水輸出管(11)輸出裝置。
在圖4中，豎管(54)分別與蒸發(fā)-冷凝器的上下底板(8)和(55)焊接，下底板(55)再與淡水收集盤(32)焊接，組成一個有許多豎管穿過的向上開口腔體。豎管式蒸發(fā)-冷凝器中的多余鹽水從溢流管(10)輸送至下一級的蒸發(fā)-冷凝器。蒸發(fā)-冷凝器中的鹽水通過循環(huán)泵(29)經(jīng)循環(huán)管(31)進(jìn)入海水噴淋器(13)循環(huán)使用。在蒸發(fā)-冷凝器的豎管外產(chǎn)生的淡水滴落至淡水收集盤(32)中，經(jīng)淡水輸出管(11)輸出裝置。
權(quán)利要求1.一種降膜蒸發(fā)與降膜凝結(jié)內(nèi)系統(tǒng)自平衡多效海水淡化裝置，其特征是在裝置外殼中，冷凝器、降膜蒸發(fā)—冷凝器和蒸發(fā)器自上而下依順序安裝在與殼體內(nèi)壁相接觸的承重支架上，并彼此經(jīng)隔板隔開，分離成1至20個相互獨立的工作區(qū)。冷凝器中產(chǎn)生的淡水通過淡水聯(lián)結(jié)管與降膜蒸發(fā)—冷凝器工作區(qū)的淡水盤相連，降膜蒸發(fā)—冷凝器通過鹽水聯(lián)結(jié)管與蒸發(fā)器工作區(qū)相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降膜蒸發(fā)與降膜凝結(jié)內(nèi)系統(tǒng)自平衡多效海水淡化裝置，其特征是在裝置的外殼中包含有1至20個由1至10000根直徑在2至200毫米的豎管與厚度在1至20毫米的板材焊接而成的蒸發(fā)器或冷凝器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降膜蒸發(fā)與降膜凝結(jié)內(nèi)系統(tǒng)自平衡多效海水淡化裝置，其特征是在外殼中包含有1至20個由1至10000根直徑在2至200毫米的橫管或豎管與厚度在1至20毫米的板材焊接而成的橫管降膜蒸發(fā)—冷凝器或豎管降膜蒸發(fā)—冷凝器。
專利摘要一種能夠利用熱能和少量電能高效淡化海水生產(chǎn)淡水的降膜蒸發(fā)與降膜凝結(jié)內(nèi)系統(tǒng)自平衡多效海水淡化裝置。它是在裝置外殼中，蒸發(fā)器、第一級降膜蒸發(fā)—冷凝器、第二級降膜蒸發(fā)—冷凝器、……和冷凝器自下而上依順序安裝在與殼體內(nèi)壁相接觸的承重支架上，并彼此經(jīng)隔板隔開，分離成相互獨立的工作區(qū)，各區(qū)通過鹽水聯(lián)結(jié)管和淡水聯(lián)結(jié)管相連接。利用蒸發(fā)器加熱海水，產(chǎn)生第一級蒸汽，然后利用降膜蒸發(fā)與降膜冷凝的機(jī)理，對此第一級蒸汽所包含的潛熱進(jìn)行多次利用，使系統(tǒng)的單位能耗產(chǎn)水率得到提高。裝置分組疊置的結(jié)構(gòu)，可以使淡水和鹽水能借助重力從上至下自由流動，水蒸氣由下至上流動，形成自平衡功能。
文檔編號C02F103/08GK2825618SQ20042005064
公開日2006年10月11日 申請日期2004年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月8日
發(fā)明者鄭宏飛, 楊英俊 申請人:北京理工大學(xué)