专利名称：高新新型高效海水淡化蒸发器技术
技术领域：
本发明涉及一种海水淡化技术领域，特别是涉及一种新型高效海水淡化蒸发器。
背景技术：
现有的海水淡化技术已达20余种，反渗透法、低温多效蒸馏、多级闪蒸、冷冻和电 渗析法是目前常用的几种海水淡化技术，其中低温多效蒸馏法是海水淡化技术中应用较早 的也较为成熟的方法之一。此淡化技术海水的最高蒸发温度低于70°C，其特征是将一系列 的水平管喷淋降膜蒸发器串联起来，用一定量的蒸汽输入，通过多次的蒸发和冷凝，后面一 效的蒸发温度均低于前面一效，从而得到多倍于蒸汽量的蒸馏水的淡化过程。由于此技术 节能，近年发展迅速，装置的规模日益扩大，成本日益降低，但是此技术中的主要设备水平 管喷淋降膜蒸发器结构上存在能量利用率较低，传热效率不高的缺点，直接造成装置的单 机造水能力不高的问题，因此开发出有更高能量利用率和更高传热效率的新型海水淡化蒸 发器以替代水平管喷淋降膜蒸发器具有非常重大的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型高效海水淡化蒸发器，它具有能量利用率高，传 热效果很好，淡化水产量大的特点，能满足现代大型海水淡化系统工程的需求。为实现上述目的，本发明的技术解决方案是
本发明是一种新型高效海水淡化蒸发器，它主要由立式密闭容器、水蒸汽室、上烟气 室、进水室、换热室、下烟气室、排污室和多根竖直传热管组成；所述的水蒸汽室、上烟气室、 进水室、换热室、下烟气室、排污室自上而下设置在立式密闭容器内；所述的水蒸汽室顶部 设有水蒸汽出口，上烟气室壁面设有烟气出口，进水室壁面设有进水口，下烟气室壁面设有 烟气进口，排污室底部设有排污口 ；所述的多根竖直传热管沿纵向布置在立式密闭容器内， 每根传热管都贯穿上烟气室、进水室、换热室以及下烟气室所在空间，每根传热管两端分别 连接在水蒸汽室底面开孔端缘与排污室顶面开孔端缘，使得传热管的中空内腔贯通水蒸汽 室和排污室；每根传热管外部都套有一根绝热同心异径管，每根异径管都贯穿进水室、换 热室所在空间，每根异径管两端分别连接在上烟气室底面开孔端缘和下烟气室顶面开孔端 缘，使得传热管与异径管之间的环形通道贯通上烟气室和下烟气室；处于进水室空间的异 径管段与传热管之间布置沿圆周对称的多列喷嘴，喷嘴贯通进水室空间与传热管内腔，并 且喷嘴出口与传热管内壁面相切。处于进水室空间的异径管段为半径比传热管略大的圆管，处于换热室空间的异径 管段为半径由下而上逐渐变小的渐缩管。采用上述的方案后，具有一定压力的烟气从烟气进口流入下烟气室，然后烟气从 下烟气室流入具有环形通道的渐缩喷嘴并自动加速，在换热室顶面位置烟气速度达到最 大，并保持接近恒定流速流经进水室到达上烟气室，从烟气出口排出。当环绕传热管的薄层 烟气冲刷传热管外壁进行放热时，单位体积烟气对应的对流换热面积很大，同时烟气速度增大使得对流换热系数增大，因此该装置不仅对烟气的能量利用率高，而且烟气对传热管 的传热效果很好。通过给水泵进行升压的高压海水从进水口流入进水室，然后海水从圆周 对称的喷嘴沿切向方向高速喷射到传热管内壁，在离心力的作用下，海水沿传热管内壁面 形成一层很薄的旋转水膜向下流动直到排污室，从排污口流出。当旋转水膜冲刷传热管内 壁进行吸热时，与普通降膜向下流动相比，海水不仅流速较快容易形成湍流强化换热，而且 海水在传热管内运动路程变长，因此单位质量海水对应的对流换热面积变大、对流换热系 数变大，因此传热管对海水的传热效果很好。同时，由于旋转水膜的离心力和卷吸力作用， 传热管内腔还可产生一定的真空度，海水可以进行低温蒸发，并且由于旋转水膜非常薄，海 水的蒸发阻力也很小，因此海水蒸发效果很好。海水蒸发产生的水蒸汽由于旋转水膜的离 心力作用将被快速排出传热管内腔，上升到达水蒸汽室，自动地从水蒸汽出口排出。综上所述，本发明中采用烟气通过截面渐缩的环形通道(渐缩喷嘴)对传热管进行 放热的技术，不仅使烟气热量得到最大程度利用，也使两者之间的对流换热达到很好的效 果；采用海水通过旋转水膜从传热管进行吸热的技术，不仅使两者之间的对流换热达到很 好的效果，同时也为海水低温蒸发创造了良好条件，并使得产生的水蒸气可以自动排出。因 此本发明具有热源能量利用率高传热效果很好，海水蒸发效果好，水蒸汽可自动排出等特 点，故能满足现代大型海水淡化系统工程的需求。下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。
图1是本发明的剖面正视图； 图2是图1沿A-A线的剖视图； 图3是图1沿B-B线的剖视图； 图4是本发明的工作原理图。
具体实施例方式如图1所示，本发明是一种新型高效海水淡化蒸发器，它主要由立式密闭容器10、 水蒸汽室1、上烟气室2、进水室3、换热室4、下烟气室5、排污室6、多根竖直传热管7和多 根异径管8组成。所述的水蒸汽室1、上烟气室2、进水室3、换热室4、下烟气室5、排污室6自上而下 设置在立式密闭容器10内。所述的水蒸汽室1顶部设有水蒸汽出口 11，上烟气室2壁面设有烟气出口 21，进 水室3壁面设有进水口 31，下烟气室5壁面设有烟气进口 51，排污室6底部设有排污口 61。在立式密闭容器10内部有规则地布置多根竖直传热管7，每根传热管都贯穿上烟 气室2、进水室3、换热室4、下烟气室5所在空间，每根传热管7两端分别连接在水蒸汽室 1底面开孔端缘12与排污室顶面开孔端缘62，传热管7的中空内腔71贯通水蒸汽室1和 排污室6。在每根传热管7外部都套有一根绝热同心异径管8，每根异径管8都贯穿进水室 3、换热室4所在空间，处于进水室3空间的异径管8的管段为半径比传热管7略大的圆管 82，处于换热室4空间的异径管8的管段为半径由下而上逐渐变小的渐缩管83，在渐缩管 83与传热管7之间形成一环形通道81，在该环形通道81的上端为直径较小的环形出口 84(如图2所示)，在该环形通道的下端为直径较大的环形进口 85 (如图3所示)。每根异径管 8两端分别连接在上烟气室2底面开孔端缘22和下烟气室5顶面开孔端缘52，使得传热管 7与异径管8之间的环形通道81贯通上烟气室2和下烟气室5。处于进水室空间的异径管 8的管段与传热管7之间布置沿圆周对称的多列喷嘴9，喷嘴9的列数根据进水的压力高低 进行选择，当进水压力很高时，可只布置一列喷嘴9。喷嘴9贯通进水室3空间与传热管7 内腔71，并且喷嘴9 (参考图2所示)出口与传热管7内壁面相切。本发明的工作原理
如图4所示，具有一定压力的烟气从烟气进口 51流入下烟气室5，然后烟气从下烟气 室5流入具有环形通道81的渐缩喷嘴并自动加速，在进水室3底面32位置烟气速度达到 最大，并保持接近恒定流速流经进水室到达上烟气室2，从烟气出口 21排出。当环绕传热管 的薄层烟气冲刷传热管7外壁72时，烟气与传热管7外壁72之间进行强烈的对流换热，传 热管7从烟气吸收大部分热量。通过给水泵进行升压的高压海水从进水口 31流入进水室 3，然后海水从圆周对称的喷嘴9沿切向方向高速喷射到传热管7的内壁73，在离心力的作 用下，海水沿传热管7内壁73面形成一层很薄的高速旋转水膜向下流动直到排污室6，从排 污口 61流出。当高速旋转水膜冲刷传热管7内壁73时，旋转水膜与传热管7内壁之间进 行强烈的对流换热，旋转水膜从传热管7吸收大部分热量。由于旋转水膜的离心力和卷吸 力作用，传热管7内腔71产生一定程度的低真空，海水可以进行低温蒸发，并且由于旋转水 膜非常薄，海水的蒸发阻力也很小，因此海水蒸发效果很好。海水蒸发产生的水蒸汽由于旋 转水膜的离心力作用将被排挤出传热管7内腔71，上升到达水蒸汽室1，自动地从水蒸汽出 口 11排出。以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，各室进出管道的布置可有多种，故不能以 此限定本发明实施的范围，即依本发明申请专利范围及说明书内容所作的等效变化与修 饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。
权利要求
1.一种新型高效海水淡化蒸发器，其特征在于它主要由立式密闭容器、水蒸汽室、上 烟气室、进水室、换热室、下烟气室、排污室和多根竖直传热管组成；所述的水蒸汽室、上烟 气室、进水室、换热室、下烟气室、排污室自上而下设置在立式密闭容器内；所述的水蒸汽室 顶部设有水蒸汽出口，上烟气室壁面设有烟气出口，进水室壁面设有进水口，下烟气室壁面 设有烟气进口，排污室底部设有排污口 ；所述的多根竖直传热管沿纵向布置在立式密闭容 器内，每根传热管都贯穿上烟气室、进水室、换热室以及下烟气室所在空间，每根传热管两 端分别连接在水蒸汽室底面开孔端缘与排污室顶面开孔端缘，使得传热管的中空内腔贯通 水蒸汽室和排污室；每根传热管外部都套有一根绝热同心异径管，每根异径管都贯穿进水 室、换热室所在空间，每根异径管两端分别连接在上烟气室底面开孔端缘和下烟气室顶面 开孔端缘，使得传热管与异径管之间的环形通道贯通上烟气室和下烟气室；处于进水室空 间的异径管段与传热管之间布置沿圆周对称的多列喷嘴，喷嘴贯通进水室空间与传热管内 腔，并且喷嘴出口与传热管内壁面相切。
2.根据权利要求1所述的新型高效海水淡化蒸发器，其特征在于处于进水室空间的 异径管段为半径比传热管略大的圆管，处于换热室空间的异径管段为半径由下而上逐渐变 小的渐缩管。
全文摘要
本发明公开了一种新型高效海水淡化蒸发器，它是主要由立式密闭容器、水蒸汽室、上烟气室、进水室、换热室、下烟气室、排污室等组成。本发明中采用烟气通过环形通道的渐缩喷嘴对传热管外壁进行放热的技术，不仅使烟气热量得到最大程度利用，也使两者之间的对流换热达到很好的效果；采用高压海水形成高速旋转水膜从传热管进行吸热的技术，不仅使两者之间的对流换热达到很好的效果，同时也为海水低温蒸发创造了良好条件，并使得产生的水蒸气可以自动排出。因此本发明具有热源能量利用率高，传热效果好，海水蒸发效果好，水蒸汽可自动排出等特点，故能满足现代大型海水淡化系统工程的需求。
文档编号C02F1/04GK102060345SQ201110009250
公开日2011年5月18日 申请日期2011年1月17日 优先权日2011年1月17日
发明者何宏舟, 戴绍异, 陈志强 申请人:集美大学
