一种基于废热利用的微型海水淡化装置的制作方法

本实用新型涉及一种水处理淡化装置，尤其是涉及一种基于废热利用的微型海水淡化装置。

背景技术：

海水淡化是一种重要的解决水资源短缺和在独立环境下获得淡水的重要方法。按分离方法不同，海水淡化可分为膜法和热法。当具有廉价易得的低品位废热来源时，热法具有成本低廉、工艺可靠的优势，因而在化工、热电、船舶等领域得到广泛的应用。热法又可分为单效蒸馏、多效蒸馏、多级闪蒸等。

与单效蒸馏相比，多效蒸馏和多效闪蒸具有热量利用效率高、单位能耗低的优点，但工艺复杂，流程较长，不利于在小型场合应用。因而在小型海水淡化场合，多采用单效蒸馏工艺。

目前单效蒸馏装置多采用低温真空沸腾蒸馏工艺，使海水在蒸发器内进行真空沸腾蒸发，蒸发产生的蒸汽通过除沫器分离大部分夹带的液沫，在冷凝器冷凝产生淡水，部分蒸汽和不凝气体通过真空泵排出系统。单效蒸发装置结构简单，可靠性高，但同时也存在以下问题：

一、沸腾蒸发的蒸汽夹带大量液沫，液沫中盐分较高，带入冷凝器中影响淡水水质。

二、由于沸腾蒸发过程海水蒸发比例较高，海水浓度升高，易在蒸发器表面发生结垢，因此对海水的预处理要求较高且清洗频繁，维护工作量大。

三、采用真空泵维持负压，需消耗较多机械能。若不计废热成本，维持负压是海水淡化装置运行的主要能耗。

中国专利CN102336450A中公开了一种基于柴油机余热利用的蒸馏海水淡化装置，本发明公开了一种基于柴油机余热利用的蒸馏海水淡化装置，包括设置在一壳体内的蒸发器和冷凝器，蒸发器连接有给料海水接管、热水进口接管、热水出口接管和浓海水排水接管，热水进口接管上设有一热水泵，热水泵与柴油机缸套冷却水出口相连，热水出口接管与柴油机缸套冷却水入口相连；通过一水射式喷射真空泵来保持蒸馏淡化所需的负压条件，利用蒸发器加热并蒸发海水，所产生的蒸汽经汽液分离后进入冷凝器，并由原海水冷凝成为淡水。该装置虽然实现了低品位热能的回收利用和淡水供给，但装置本身设有水射式喷射真空泵，装置复杂，耗能多。

技术实现要素：

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种利用自然对流和强制风机作为蒸汽流动动力的基于废热利用的微型海水淡化装置。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于废热利用的微型海水淡化装置，包括蒸发器、冷凝器、布水器、隔板和壳体，所述的隔板设置在壳体内，将壳体分割为两个腔体，所述的冷凝器和蒸发器分别位于两个腔体内，在隔板两端设有用于蒸汽在蒸发器和冷凝器间循环的孔道，所述的冷凝器入口连接新鲜海水进料管，所述的冷凝器出口与布水器入口相连，所述的布水器安装在所述蒸发器顶部并与蒸发器外侧相通，所述的蒸发器连接有热源流体进水管和热源流体出水管。

所述的隔板中至少一个孔道内设有促使蒸汽流动的强制风机。强制风机用于促进蒸发器产生蒸汽流向冷凝器，并推动冷凝后的气体进入蒸发器，如此循环往复。

新鲜海水首先进入冷凝器预热，预热后的海水经布水器在蒸发器上形成液膜，并与蒸发器内的热源流体换热，部分海水蒸发，所的蒸汽在强制风机或自然对流作用下被带至冷凝器一侧冷凝，同时蒸汽冷凝释放的热量对冷凝器内的海水进行预热，冷凝后的淡水流至淡水槽，蒸发后的浓海水流至浓海水槽并排出。在冷凝器内经过预热的新鲜海水在蒸发器表面进行低温非饱和蒸发。

所述的隔板上端孔道内设有强制风机，下端孔道内设有百叶窗。

所述的强制风机和百叶窗的一侧或两侧装有阻止蒸汽中夹带的液滴通过的除沫网。

百叶窗的作用是阻止溅水的液滴飞往冷凝器一侧，除沫网的作用是过滤掉夹带在蒸汽中的细小液滴。

所述的强制风机为防水风机。

所述的蒸发器和冷凝器中的换热单元为竖直且相互平行的一组矩形金属换热板，所述换热板压力较低的一侧或两侧设有支撑物。

所述的支撑物为板状，采用螺旋扭带拼接而成。其作用是平衡板内外压差和扰流强化传热。

所述的布水器包括入口、箱体、底板和布水槽，所述的入口与箱体相连，所述的底板设在箱体底部，所述的布水槽呈条状，并通过焊接或粘接与底板连接为一体，所述的布水槽与蒸发器的换热板相间排列。

所述底板上设有一系列底板布水孔，所述布水槽上部设有与底板布水孔位置对应的布水槽布水孔，所述的布水槽侧壁设有一系列细小布水槽出水孔。

所述的布水槽侧壁边缘与蒸发器换热板外壁接触，其中布水槽侧壁出水孔周围区域设有下沉面，与蒸发器换热板形成间隙，从布水孔喷出的海水在这个间隙中形成液膜并向下流动实现海水液膜的铺展。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

一、以热虹吸效应和强制风机作为推动蒸汽由蒸发器向冷凝器流动的动力，相对于以真空泵产生压差作为蒸汽流动动力而言，动力消耗大幅降低。本装置中的真空泵仅作为抽出系统中的不凝气体，即使真空泵不运行，也能够维持系统的运行(不凝气体排大气)。

二、以平直板片作为蒸发器的蒸发表面，实现海水的均匀铺展，相对于现有的横管和竖管降膜蒸发，结构更紧凑，蒸发面积更大，且液膜分布更薄和均匀，蒸发效果更好。且平直板片在有结垢产生时，更易清洗。

三、本实用新型将海水在非饱和状态下进行蒸发，过程温和，在蒸汽中基本不夹带液沫，因此淡水盐度低，水质更好。

附图说明

图1为本实用新型基于废热利用的微型海水淡化装置工艺流程图；

图2为本实用新型基于废热利用的微型海水淡化装置结构示意图(无壳体)；

图3为蒸发器结构示意图；

图4为蒸发器支撑物结构图；

图5为布水器结构俯视图；

图6为布水器结构分解图；

图7为布水器结构仰视图；

图8为布水槽结构示意图；

图9为布水孔断面结构示意图；

图10为布水器与蒸发器的装配示意图；

图11为隔板示意图；

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1.蒸发器，2.冷凝器，3.布水器，4.强制风机，5.除沫网，6.隔板，7.百叶窗，8.壳体，9.淡水槽，10.浓海水槽，11.海水泵，12.真空泵；

1-1.换热板，1-2.入口分布管，1-3.支撑物；

3-1.布水孔，3-2.出水孔，3-3.下沉面，3-4.侧壁，3-5.入口，3-6.箱体，3-7.布水槽，3-8.底板；

a.预热海水，b.热源流体，c.浓海水，d.新鲜海水，e.淡水，f.蒸汽。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本实用新型保护的范围。

实施例：

一种基于废热利用的微型海水淡化装置，如图1所示，包括蒸发器1、冷凝器2、布水器3、隔板6和壳体8，所述的隔板6设置在壳体8内，将壳体8分割为两个腔体，所述的冷凝器2和蒸发器1分别位于两个腔体内，在隔板两端设有用于蒸汽在蒸发器2和冷凝器1间循环的孔道，所述的隔板上端孔道内设有强制风机4，下端孔道内设有百叶窗7，蒸发所得蒸汽在热虹吸作用和强制风机4的作用下送到冷凝器表面进行冷凝，强制风机4和百叶窗7的一侧或两侧装有阻止蒸汽中夹带的液滴通过的除沫网。强制风机4为防水风机。

具体原理为：

来自海水泵11的低温新鲜海水d输送至冷凝器2，在冷凝器2内吸收蒸汽冷凝放出的热，预热海水a经布水器3分布到蒸发器1表面，形成液膜，在重力作用下向下流动，同时与蒸发器1内的热源流体b换热，部分海水蒸发为蒸汽f，剩余浓海水c继续向下流动汇集到浓海水槽10排出系统。蒸汽f在热虹吸效应和强制风机4的共同作用下，经除沫网5除去蒸汽中夹带的液滴，流经冷凝器2表面，由于冷凝器2内新鲜海水d的温度较低，蒸汽与新鲜海水d换热发生冷凝，在冷凝器2表面冷凝形成淡水液滴，淡水e在重力作用下汇集到淡水槽9，输送至用户或淡水箱。蒸发器1和冷凝器2置于壳体8内，并由隔板6将二者分隔开。在隔板6上下两端开有蒸汽f通过的孔道，在一端孔道内装有强制风机4，另一端孔道装有百叶窗7。强制风机4和百叶窗7的一侧或两侧装有除沫网(图中未表示出)。百叶窗7的作用是阻止溅水的液滴飞往冷凝器一侧，除沫网的作用是过滤掉夹带在蒸汽中的细小液滴。在壳体8上开孔连接真空泵12，由真空泵12产生真空，抽出系统产生的不凝性气体，同时维持系统压力低于大气压，提高蒸发效率。本装置中的真空泵仅用于抽出系统中的不凝气体，即使真空泵12不运行，也能够维持系统的运行。海水蒸发过程为在常压或低于常压下以低于液体沸点温度进行蒸发(非饱和蒸发)，

为了进一步说明本实用新型的实现方式，下面给出各部件具体结构示意图，图2为基于废热利用的微型海水淡化装置结构示意图(无壳体)。

一、蒸发器和冷凝器

蒸发器结构如图3所示，冷凝器2结构与蒸发器1相同。局部图如图4，蒸发器1由换热界面竖直分布的板腔或管组成，由发动机等设备运行产生的废热或太阳能加热器提供热量。热源流体b(如冷却水、低压蒸汽、烟气等)经入口分布管1-2分配到各个换热板1-1中，分布管1-2与板腔内连通，但与板腔外不连通，换热板1-1为一组并联的矩形板腔。在换热板1-1中热源流体b与在板外壁铺展的海水液膜换热，释放热量后的热源流体b从蒸发器出口排出。在换热板1-1内和(或)板间具有带有螺旋扭带结构的整体板状支撑物1-3，其作用是平衡板内外压差和扰流强化传热。每一块板状支撑物1-3均由螺旋状扭曲带拼接而成，扭曲带宽度与板间距相等以形成支撑。

二、布水器

布水器结构如图5～7所示，布水器3由入口3-5、箱体3-6、底板3-8、布水槽3-7组成。布水槽3-7为与箱体3-6相连并贴近蒸发器换热单元外表面的具有一系列细小出口的条状零件。其作用是将海水均匀分布到蒸发器表面。以下通过一具体实例说明布水器结构，但本实用新型布水器结构不限于该实例。

来自冷凝器2的经过预热的新鲜海水d由入口3-5进入箱体3-6，箱体3-6与底板3-8共同构成一个容器，在底板3-8上开有若干布水孔3-1，布水孔3-1下方连接有若干并列的布水槽3-7，布水槽3-7为长条状零件，通过焊接或粘接与底板3-8连接为一体。布水槽3-7结构如图8，布水孔3-1断面结构见图9，布水槽3-7上开有与底板3-8对应的布水孔3-1。布水孔通过出水孔3-2将水喷射到蒸发器外壁表面。布水槽侧壁3-4与蒸发器外壁接触，与蒸发器接触的侧壁3-4上，出水孔3-2周边及其下方的侧壁通过机械加工形成一个下沉面3-3，下沉距离为0.2-2mm之间，以保证在出水孔与蒸发器外壁之间具有一定的间隙，在这个间隙中形成液膜并向下流动实现海水液膜的铺展。

布水器3装配在蒸发器的顶部，布水器3的布水槽3-7与蒸发器1的换热板1-1相间排列，二者互相接触但不形成固定连接，以便在有结垢产生时将布水器取下清洗。与蒸发器的装配示意图见图10。

三、隔板

隔板6置于壳体8内，用于分隔蒸发器1和冷凝器2，同时将壳体底部分隔为淡水槽9和浓海水槽10两部分并形成蒸汽流道的结构单元。隔板结构见图11。在隔板上部和下部具有通道，并分别装有强制风机4和百叶窗7。在强制风机4和百叶窗7的一侧或两侧装有除沫网(图中未表示出)。百叶窗的作用是阻止溅水的液滴飞往冷凝器一侧，除沫网的作用是过滤掉夹带在蒸汽中的细小液滴。强制风机4用于促进蒸发器产生蒸汽流向冷凝器2，并推动冷凝后的气体进入蒸发器1，如此循环往复。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。