蒸馏式海水谈化设备

摘要

本发明涉及海水谈化设备。其包括设有蒸馏水储存室的安装室，内置于按照室的设有加热室与蒸发室的蒸发装置、同蒸发室相连通的冷凝叶轮和具有换热作用的海水输入管、加热装置、将蒸馏水储存室内的蒸馏水输送到加热室的蒸馏水循环泵；冷凝叶轮设有同步转动的同叶片表面连通的进液通道，冷凝叶轮同真空室之间形成同蒸馏水储存室相连通的第一换热室，输入管依次穿过第一换热室和蒸馏水储存室后同蒸发室相连通。本发明提供了一种能将蒸汽冷凝时所释放出的热量用于蒸发的蒸馏式海水淡化设备，解决了现有的海水淡化设备由于不能够对冷凝时所释放的热量进行回收利用而导致的能耗大、海水淡化成本高的问题。

说明书

技术领域

    本发明涉及海水谈化设备，尤其涉及一种通过蒸馏的方法使海水谈化的设备。

背景技术

对海水进行淡化的方法有两种：一种为渗透法，另一种为蒸馏法。

在中国专利授权公告号为201978517U、授权公告日为2011年9月21日、名称为“一种卤水浓缩蒸发系统用蒸发室”的专利文献中公开了一种可对海水进行谈化的设备。该专利中的设备包括真空容器、加热腔和使料液在真空容器和加热腔之间循环的循环泵。使用时在真空容器上部设置气体凝结装置，将料液装在真空容器内，循环泵使料液在真空容器与加热腔之间进行循环，料液在加热腔中被加热，热的料液回到真空容器内时产生蒸发现象形成气体，气体在气体凝结装置的作用下重新变成液体。

在中国专利申请号为2003101071932、公开日为2005年6月8日、名称为“喷淋热交换式海水淡化机”的专利文献中公开了另一种海水淡化设备。该专利中的蒸发设备包括蒸发室和位于蒸发室内的冷媒冷凝器，使用过程中海水喷淋到冷媒冷凝器上，冷凝冷凝器内的冷媒冷凝时释放出热量对海水进行加热使海水产生蒸发。蒸汽流到冷凝室内冷凝为水。

以上海水淡化设备因海水蒸发时的热量全部由外部提供，而蒸汽冷凝时所释放出的热量完全得不到再利用，因此存在热量利用率低（能效低）的问题。

为了使热量得到回收利用，设计出多效（多级）蒸发系统，即将多过热交换器串联连接在一起，第一级热交换器通过外部热源进行加热，使得交换器内的料液蒸发，蒸发所产生的蒸汽再作为下一个换热器的热源，蒸汽对下一级换热器内的料液进行加热时使得自身温度下降，既有利于蒸汽的冷凝，同时起到热能再利用的作用，从而降低了能耗和提高了蒸发效率。考虑到料液蒸发而形成的蒸汽温度会依次下降，温度达不到大气压下料液的蒸发温度，因此对各级换热器依次进行减压（抽真空）来使料液的气化温度同上一级流入的蒸汽的温度相匹配。由于受抽真空难度的制约，多效蒸发系统的级数不能太多。为克服上述不足，在中国专利号为2005800335343、名称为“在具有水平板型热交换器室的多效蒸发系统中通过再热蒸汽来蒸馏或蒸发盐水或某种流体的方法和设备”的专利文献在公开了一种级数不属限制的蒸发系统。该系统是在料液蒸发而形成的蒸汽进入下一级热交换器之前，对该具有高于室温的蒸汽进行加热到能使料液在常压下气化的温度，从而不需要对换热器进行抽真空，从而使得级数可以按照需要任意设计。

多级蒸发用于海水淡化设备时，虽然对蒸汽的热量实现了小部分回收，但是仍旧需要不断地提供蒸发所需的热量，且仍旧需要耗费外部能量去对蒸汽进行冷凝。

为降低冷凝时的能耗，在中国专利号为ZL2010102700217、申请公布日为2011年2月16日、名称为“闪蒸冷凝一体化海水谈化装置”的专利文献中公开了一种海水淡化设备。该专利文献中的海水淡化设备是通过虹吸法将深层的海水（温度较低）吸气用于给蒸汽冷凝用，从而不需要外部通过能量去使蒸汽冷凝。

现有的海水淡化设备无论采取哪种方式，都只能顾及蒸发或冷凝二者中的一者的能耗降低，而在冷凝过程中所释放出的热量都是被冷凝介质带走的，因此存在能量的回收利用率低、需要不断地从外部获取热量才能够使海水蒸发、导致海水淡化时的能耗大、生产成本高。这也是虽然蒸馏法对海水进行淡化时所得的淡水纯净度最高但是蒸馏法的海水淡化设备在实际应用中使用得较少而渗透法的海水淡化设备使用得多的一个原因所在。

发明内容

本发明提供了一种对蒸汽冷凝时所释放出的热量进行回收以用于海水的蒸发、使得热量在蒸发与冷凝之间进行循环利用的蒸馏式海水淡化设备，解决了现有的海水淡化设备由于不能够对冷凝时所释放的热量进行回收利用而导致的能耗大、海水淡化成本高的问题。

以上技术问题是通过下列技术方案解决的：一种蒸馏式海水谈化设备，包括设有蒸发室的蒸发装置、安装室、加热装置、海水输入管、内置于安装室的冷凝装置、给蒸发室抽真空用的气管、蒸馏水循环泵、蒸馏水储存室和第一蒸馏水排出口，所述蒸发装置还包括环绕在蒸发室外的加热室，所述冷凝装置包括冷凝叶轮，所述冷凝叶轮包括同步转动的冷凝叶轮转轴、冷凝叶轮叶片、输送蒸馏水到冷凝叶轮叶片表面上的进液通道和冷凝叶轮外壳，相邻的冷凝轮叶片之间形成蒸汽通道，冷凝叶轮外壳设有进气口、出气口和同冷凝叶轮叶片的外端对齐的出液通道，进气口同蒸发室相对接，气管设置在安装室朝向出气口的壁上，冷凝叶轮外壳同安装室之间形成第一换热室，第一换热室同蒸馏水储存室相连通，输入管为换热管，输入管依次穿过第一换热室和蒸馏水储存室后同蒸发室相连通，蒸馏水循环泵用于将蒸馏水储存室内的蒸馏水输送到加热室，进液通道的进口端同加热室相连通，第一蒸馏水排出口用于将加热室内的蒸馏水排出。使用时，蒸发室内的海水蒸发时吸收加热室内的蒸馏水的热量，使得加热室内的蒸馏水的温度下降，加热室内的温度下降后的蒸馏水（以下称为低温蒸馏水，其温度比刚进入安装室时的海水的温度要高）一部分作为产品水经第一蒸馏水排放口输出、另一部分经流入到进液通道后到达冷凝叶轮叶片的表面上，冷凝叶轮连续转动所产生的离心力使经进液通道流入的低温的蒸馏水散开在冷凝叶轮叶片的表面上，蒸发室内的蒸汽流经蒸汽通道的过程中同低温蒸馏水直接接触产生热交换而冷凝，冷凝所得的蒸馏水和冷凝叶轮叶片上的低温蒸馏水混合在一起形成高温蒸馏水，高温蒸馏水从冷凝叶轮叶片的远离冷凝叶轮转轴的一端（即外端）经出液通道进入第一换热室，高温蒸馏水进入第一换热室的过程中被抛洒到海水输入管上，对流经海水输入管的海水进行喷淋式加热，海水从海水输入管内前行到蒸馏水储存室内，高温蒸馏水在重力的作用下汇聚到蒸馏水储存室内将海水输入管位于蒸馏水储存室内的部分淹没住、对流经海水输入管的海水进行浸渍式加热到同蒸馏水储存室内的蒸馏水的温度相等，最后海水输入管内的海水进入到蒸发室内被蒸发掉形成蒸汽，蒸馏水储藏室内的蒸馏水被蒸馏水循环泵输送到加热室内，至此即围成一个热量的循环过程。

本发明还包括设置在海水输入管的出口端上的储存桶，储存桶内设有驱动冷凝叶轮用的驱动马达，所述蒸馏水循环泵位于所述储存桶内，海水输出管通过储存桶同蒸发室相连通。将驱动马达和蒸馏水循环泵都设置在储存桶内，驱动马达和蒸馏水循环泵运行时所释放的热量起到对海水补充热量的作用，反之海水对驱动马达和蒸馏水循环泵起到降温作用。驱动马达和蒸馏水循环泵产生的热能得到回收利用，不但能够降低蒸发时补充的热量，还无需附加机构给驱动马达和蒸馏水循环泵降温。

作为优选，储存桶位于蒸馏水储存室内，加热装置位于蒸馏水储存室中。“储存桶位于蒸馏水储存室内”的有益效果为：结构紧凑，能防止储存桶内海水的热量的流失。“加热装置位于蒸馏水储存室中”的有益效果为，在将海水加热到蒸发所需的温度的同时，将蒸馏水储存室内的蒸馏水加热，使得进入加热室的蒸馏水能够提供海水蒸发时所需的热量。能够快速启动蒸发过程。

作为优选，蒸发装置悬空设置在安装室内，蒸馏水储存室由蒸发装置的外壁和安装室围成，蒸馏水储存室设有第二蒸馏水排放口。能防止加热室内的蒸馏水的热量流失掉，热量回收利用效果好。当进入蒸发室的海水温度高于蒸发时所需要的温度时，开启第二蒸馏水排放口即将热的蒸馏水当产品水排放掉，使进入蒸发室的海水温度回归到蒸发时所需要的温度，防止海水在蒸发室内产生沸腾，以保证蒸馏水的纯净度。

所述冷凝装置位于所述蒸发装置的上方，所述蒸发室为上端敞开的室，冷凝叶轮竖直设置，冷凝叶轮外壳下端完全敞开而形成进气口，进气口同蒸发室的开口端密封对接在一起。结构紧凑，蒸汽及蒸馏水的行走路线短，散失到安装室外的热量少，使得设备启动后需要补充去用于蒸发的热量少。蒸汽流动时的通畅性好。

作为优选，冷凝叶轮和蒸发室之间设有导向栅格。使得蒸汽以竖直上升的运行方向进入蒸汽通道，冷凝效果好。

本发明还包括位于所述出气口的出口端的排气叶轮，排气叶轮包括若干排气叶轮叶片和驱动排气叶轮叶片转动的排气叶轮转轴，安装室的内表面上设有由安装室的壁向外凸起而形成的凹坑，所述排气叶轮容置在所述凹坑内，所述气管设置在凹坑的壁上。排气叶轮起到将不凝气体和没有被冷凝的蒸汽驱离蒸汽通道的出口端而在该端产生负压，以引导蒸汽沿蒸汽通道流动，有利于冷凝效率的提升。

本发明还包括第二换热室，所述进液通道通过所述第二换热室同加热室相连通，海水输入管穿过所述第二换热室后进入第一换热室，第一蒸馏水排放口设置在第二换热室上。在第二换热室内蒸馏水和刚进入时的海水进行的换热，使得经第一蒸馏水排放口排出的产品水温度同海水温度相等，也即冷凝时所释放出的热量被完全回收用于海水的蒸发，热量回收利用率达到最佳。

作为优选，凹坑壁的外表面为第二换热室的内表面的一部分，气管穿过所述第二换热室。凹坑的壁对流出蒸汽通道的蒸汽（没有被冷凝掉的蒸汽）起到进一步冷凝的作用，一方面使得排出安装室的基本上全为不凝气体，冷凝进行得更为彻底，另一方面使得蒸汽通道外的压力下降，有利用于蒸汽在蒸汽通道内流动。气管穿过所述第二换热室能使排出的气体的温度同刚进入安装室时的海水温度相等，排出气体时不会造成热量流失，热量回收效果得到进一步提高。

作为优选，所述排气叶轮转轴和冷凝叶轮转轴同轴且固接在一起。结构紧凑，驱动使方便，便于驱动时所产生的热量的回收。

本发明具有下述优点，通过使低温的蒸馏水同蒸汽直接接触换热以促使蒸汽冷凝而形成高温的蒸馏水，故冷凝时所释放的热量储存在高温的蒸馏水中，然后使高温的蒸馏水同海水进行热交换，使海水的温度达到蒸发温度，并通过高温的蒸馏水去对蒸发室加热、提供海水蒸发时所需要的热量，使得排出的蒸馏水的温度比刚进入时的海水的温度高得较少、热量大部分在蒸发与冷凝之间循环，故蒸发时需要外部补充的热量较少、降低了海水淡化过程中的能耗，冷凝时的热量得到了有效的回收利用；在设置了第二换热室后，使得产品水的排出不会带走热量，对驱动马达、蒸馏水循环泵工作时产生的热量进行回收，使得系统启动后，只需补充少量甚至无需补充能量就能实现蒸发冷凝的自动循环，蒸馏时的能耗进一步降低，使得蒸馏式海水淡化设备能够被大量推广得以实现。

附图说明

图1为本发明的示意图。

图2为图1的A—A剖视示意图。

图3为图2的B出的局部放大示意图。

图4为图1的C—C剖视示意图。

图中：安装室1，蒸馏水储存室11，第二蒸馏水排放口12，储存桶13，第一换热室14，第二换热室15，第一蒸馏水排放口151，气管16，海水输入管17，抽真空口18，海水进口19，蒸发装置2，蒸发室21，加热室22，喷嘴221，输出管222，转盘23，真空液膜形成结构24，叶片241，组合成膜器242，配水管2421，成膜杆2422，浓缩液吸管243，真空源25，浓液收集槽26，浓缩液排放口261，冷凝装置3，冷凝叶轮31，冷凝叶轮转轴311，储液腔3111，冷凝叶轮叶片312，叶片部进液孔3121，折边3122，冷凝叶轮叶片的位于冷凝叶轮转动方向的前侧的表面3123，夹缝3124，冷凝叶轮外壳313，排液通道3131，进气口3132，出气口3133，蒸汽通道314，进液通道315，排气叶轮32，排气叶轮转轴321，排气叶轮叶片322，加热装置4，驱动马达5，蒸馏水循环泵6，配液管7，配液管部进液孔71，导向栅格8，凹坑9。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明。

实施例一，参见图1，一种蒸馏式海水谈化设备，包括安装室1、蒸发装置2和冷凝装置3。

蒸发装置2悬置在安装室1内。安装室1和蒸发装置2的外壁围成蒸馏水储存室11。蒸馏水储存室11上设有第二蒸馏水排放口12和加热装置4。加热装置4为电热管。蒸馏水储存室11内安装有储存桶13。储存桶13内设有驱动马达5和蒸馏水循环泵6。蒸馏水循环泵6的进口通过管道同蒸馏水储存室11相连通。

蒸发装置2包括上端敞开的蒸发室21、环绕在蒸发室外21的加热室22和转盘23。转盘23通过驱动马达5驱动。加热室22内设有多个喷嘴221。喷嘴221的进口通过管道同蒸馏水循环泵6的出口相连通。喷嘴221的出口朝向蒸发室21的外周壁（外周壁是指将蒸发室21和加热室22隔开的壁）。蒸发室21为环形槽结构。

蒸发室21的上部设有浓液收集槽26。浓液收集槽26上设有伸出安装室1的浓缩液排放口261。蒸发室21内设有真空液膜形成结构24。真空液膜形成结构24通过转盘23驱动着沿蒸发室21的周向转动。真空液膜形成结构24包括叶片241、浓缩液吸管243和组合成膜器242。组合成膜器242包括配水管2421和若干沿上下方向分布的连接在配水管2421上的成膜杆2422。成膜杆2422沿水平方向延伸。配水管2421沿竖直方向延伸。配水管2421的上端固定在转盘23上。转盘23内设有连通储存桶13和配水管2421的通道。转盘23上设置有真空源25。浓缩液吸管243沿上下方向延伸。浓缩液吸管243的上端即出口端同真空源44的进口端对接在一起，真空源25的出口位于浓液收集槽26的上方。

冷凝装置3位于安装室1内且位于蒸发装置2的上方。冷凝装置3包括冷凝叶轮31和排气叶轮32。

冷凝叶轮31包括同步转动的冷凝叶轮转轴311、冷凝叶轮叶片312和冷凝叶轮外壳313。冷凝叶轮外壳313和安装室1围成第一换热室14。冷凝叶轮转轴311通过驱动马达5驱动。

冷凝叶轮转轴311内设置有储液腔3111。冷凝叶轮叶片312的内端穿设到储液腔3111内。冷凝叶轮叶片312和冷凝叶轮转轴311密封固接连接在一起。冷凝叶轮叶片312和冷凝叶轮转轴311通过焊接的方式密封固接在一起。冷凝叶轮叶片312的内端设有多个叶片部进液孔3121。叶片部进液孔3121沿冷凝叶轮转轴311的轴向分布。冷凝叶轮叶片311的外端焊接在冷凝叶轮外壳313的内表面上。相邻的冷凝轮叶片312之间形成沿冷凝叶轮转轴的轴向延伸的蒸汽通道314。冷凝叶轮外壳313下两端敞开而形成进气口3132、上端敞开而形成出气口3133。冷凝叶轮外壳313设有排液通道3131。冷凝叶轮外壳313同蒸发室21的外侧壁密封对接在一起。冷凝叶轮外壳313可相对于蒸发室21转动。冷凝叶轮31和蒸发室21之间设有导向栅格8。

安装室1的顶壁向外凸起而形成位于内表面上的凹坑9。凹坑9的底壁上设有气管16。排气叶轮32内置在凹坑9内。排气叶轮32位于冷凝叶轮31的上方。排气叶轮32包括排气叶轮转轴321和固接在排气叶轮转轴321上的若干排气叶轮叶片322。排气叶轮转轴321和冷凝叶轮转轴322同轴且为一体结构。

排气叶轮转轴321内穿设有配液管7。配液管7的下端伸到储液腔3111内。

安装室1的顶上设有第二换热室15。第二换热室15和第一换热室14通过安装室1的底壁隔开。配液管7的上端伸到第二换热室15内。配液管7同第二换热室15的壁部之间密封固接在一起。配液管7上设有连通第二换热室15和配液管7内部的配液管部进液孔71。第二换热室15同第一换热室14隔开。第二换热室15和加热室22之间通过输出管222连通在一起。第二换热室15上设有第一蒸馏水排放口151。

安装室1内还设有海水海水输入管17。气管16的出口端通过抽真空口18同安装室1的外部相连通。气管16穿过第二换热室15。海水输入管17为换热管。海水输入管17的进口通过海水进口19同安装室1的外部相连通。海水输入管17自上而下依次穿过第二换热室15、第一换热室14和蒸馏水储存室11。海水输入管17的出口同储存桶13相连通。

为了减小环境温度对蒸馏循环时稳定性的影响和减少热量的流失：在安装室1和输出管222位于安装室1的外部部分上都设有隔热层。隔热层在图中没有画出。

参见图2，冷凝叶轮叶片312沿冷凝叶轮转轴311的周向分布。冷凝叶轮叶片312的内端设有沿冷凝叶轮转动方向即图中D向向前弯折的折边3122。冷凝叶轮外壳313通过冷凝叶轮叶片312同冷凝叶轮转轴311固接在一起。冷凝叶轮叶片的位于冷凝叶轮转动方向的前侧的表面3123同排液通道3131的进口端对齐。排液通道3131沿冷凝叶轮转动方向向后倾斜。排气叶轮叶片322沿排气叶轮转轴321的周向分布。排气叶轮叶片322的外端超出冷凝叶轮外壳313的外表面。排气叶轮叶片322同冷凝叶轮叶片312错开。

第一换热室14为环形，海水输入管17有16根。海水输入管17沿冷凝叶轮外壳313的周向分布在第一换热室14内。

参见图3，折边3122和冷凝叶轮叶片312之间形成夹缝3124。夹缝3124和叶片部进液孔3121构成进液通道315。

参见图4，真空液膜形成结够24有四个。四个真空液膜形成结够24对称分布在蒸发室21内。均匀设置使得无需配重，即能保证转动时的平稳性。叶片241、浓缩液吸附管243和组合成膜器242按照使用时的转动方向即图中E向从前向后依次设置。成膜杆2422为圆锥杆，成膜杆2422垂直于蒸发室21的侧壁并穿设在配液管421内。浓缩液吸附管243位于蒸发室21的外侧上。喷嘴221沿加热室22的周向均匀分布。

使用时，参见图1：通过相应的抽真空设备经抽真空口18对蒸发室21抽真空到所需真空度，驱动马达5驱动冷凝叶轮31和排气叶轮32按照图2中的D向转动。配液管7内的低温蒸馏水在离心力的作用下经进液通道214（参见图3）配送并摊开在冷凝叶轮叶片位于冷凝叶轮叶片转动方向的前方的表面3123（参见图2）上。蒸发室21内的蒸汽进入到蒸汽通道214内、同冷凝叶轮212表面的低温蒸馏水直接接触而冷凝并混合为高温的蒸馏水，高温蒸馏水从冷凝叶轮叶片312的外端经排液通道313被抛洒到第一换热室14内，高温蒸馏水对海水输入管17起到喷淋式加热的作用，海水输入管17内的海水温度上升。在重力作用下，高温蒸馏水集聚到蒸馏水储存室11内而将海水输入管17淹没，海水输入管17内的海水和蒸馏水储存室11内的蒸馏水热交换到温度相等，海水再经储存桶13进入蒸发室21内而蒸发，蒸发所得的浓液在吸附泵25的作用下经浓缩液吸管243集聚到浓缩液收聚槽26内，浓缩液收聚槽26内的浓缩液经浓缩液排放口261排出。蒸馏水储存室11内的蒸馏水在蒸馏水循环泵6的作用下进入加热室22内、提供热量供蒸发室21内的海水蒸发，加热室22内的蒸馏水被吸热后温度下降（温度会高于刚进入安装室1内时的海水的温度）。加热室22内的蒸馏水经输出管222进入到第二换热室15内同刚经海水进入口19进入到海水输入管17内的海水进行热交换到温度相等，第二换热室15内的蒸馏水一部分经第一蒸馏水排放口151排放出安装室1、另一部分依次经配液管部进液孔71、配液管7进入进液通道315（参见图3）内。整个过程如此循环。

储存桶13内的海水是在安装室1内的负压吸附作用下经转盘23内的通道进入配水管2421，在离心力的作用下以膜状铺开在成膜杆2422上并流到蒸发室21的外侧壁内表面上，在此过程中完成蒸发。叶片241起到清洁蒸发室11的外侧壁内表面和形成更低的负压环境以加速蒸发和降低蒸发温度的作用。

为便于阅读与理解，对海水和蒸馏水的流动路径总结如下，蒸馏水的流动路径为：第一换热室14→蒸馏水储存室11→蒸馏水循环泵6→喷嘴221→加热室22→输出管222→第二换热室15，开始分路行走，一部分经第一蒸馏水排放口151排出，另一边分→配液管部进入孔71→配液管7→储液腔3111→叶片部进液孔3121→夹缝3124→冷凝叶轮叶轮312→第一换热室14。海水的流动路径为：海水进入口19→海水输入管17→储存桶13→转盘23→喷水管2422→成膜杆2421→蒸发室1的外侧壁内表面蒸发。系统刚驱动时，需要开启加热装置4以使蒸发过程驱动，然后通过检测储存桶13内的海水的温度来判断是否需要补充热量来维持蒸发过程，如果储存桶内的海水的温度低于蒸发所需的温度，表示热量流失量大于纯液循环泵6和驱动马达5所释放出的热量，此时通过启动加热装置4来提高海水和蒸馏水储存室11内的蒸馏水的温度到符合要求（因实际使用中，安装室3的壁部和第二管道124都会流失掉一部分热量）。如果储存桶13内的海水的温度高于蒸发所需的温度，表示热量流失量小于纯液循环泵6和驱动马达5所释放出的热量，此时通过开启第二纯液排放口12排放掉一部分热的蒸馏水来降低待蒸发液的温度到符合要求，设计时，通过使海水输入管17内的海水和蒸馏水充分换热到经第一蒸馏水排放口151排出的蒸馏水的温度同刚进入的海水的温度相等，则设备启动后，只需要加热装置4补充少量甚至无需补充热量，蒸发冷凝过程能够连续进行。