CN102649591A - 制水装置以及制水方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够实现节能且提高制水效率的制水装置。一种制水装置(100)，包括：加热原料水用来生成水蒸气的加热器(10)；和冷却生成的水蒸气用来生成蒸馏水的凝汽器(30)，其构成为：该凝汽器(30)包括：将水蒸气与冷却水进行热交换的第一热交换器(310)；和将水蒸气与原料水进行热交换的第二热交换器(320)，将通过第二热交换器(320)的原料水导入加热器(10)。

Description

制水装置以及制水方法

技术领域

本发明涉及制水装置以及制水方法。

背景技术

在从蒸气获得动力的蒸气涡轮装置中，利用从涡轮机组排出并被冷凝器冷凝的蒸气冷凝水进行制水的方法使用至今。例如，专利文献1公开的蒸气涡轮装置，如图5所示，从涡轮机91导入凝汽器92的蒸气，通过与冷海水93进行热交换成为冷凝水94，并被导入冷凝器95。冷凝器95收集的蒸气冷凝水，在再次作为锅炉给水使用的过程中，通过作为制水装置的冷却水使用来实现热回收，作为涡轮机系统实现节能化。在图5的结构中，冷海水93在凝汽器(condenser)92成为温海水96，且一部分被导入蒸发器97，生成的蒸气被导入冷凝器95并通过与冷凝水94进行热交换，生成淡水98。

现有技术文献

专利文献1：日本特开昭61-161189号公报

发明内容

发明所要解决的课题

但是，对于当今的蒸气涡轮装置，随着更加节能的发展趋势，正通过蒸气条件的高压化来实现高效率化，存在使导入冷凝器95且被用于蒸气冷凝的冷凝水94的温度高温化且使蒸气冷凝水减少化的趋势。因此，在上述现有的结构中，不能得到适用于必需的制水量的冷凝水温度和流量，在现有的制水装置中，因为蒸发温度等的限制而具有难以确保必需的制水量的问题。

因此，本发明目的在于：提供一种能够实现节能化且提高制水效率的制水装置以及制水方法。

解决课题的方法

本发明的上述目的是提供一种制水装置，包括：加热原料水用来生成水蒸气的加热器；和冷却生成的水蒸气用来生成蒸馏水的凝汽器，构成为：上述凝汽器包括：将水蒸气与冷却水进行热交换的第一热交换器；和将水蒸气与原料水进行热交换的第二热交换器，将通过上述第二热交换器的原料水导入上述加热器。

在该制水装置中，上述第一热交换器和第二热交换器系一体化并且冷却水与原料水不会混合。

上述凝汽器具有层叠配置于两个端板之间的多个传热板，上述多个传热板被插于其中的分隔部件分离为两个板组。在该结构中，上述第一热交换器构成为：从一方上述端板导入冷却水，经由一方上述端板与水蒸气进行热交换，将热交换后的冷却水从一方上述端板排出，上述第二热交换器构成为：从另一方上述端板导入原料水，经由另一方上述板组与水蒸气进行热交换，将热交换后的原料水从另一方上述端板排出。根据该结构，能够实现小型化且提高凝汽器的能力。

此外，还具有蒸气涡轮装置，该蒸气涡轮装置具有循环回路，可使锅炉所产生的蒸气在涡轮机驱动之后被涡轮凝汽器(turbinecondenser)冷凝并流回所述锅炉，且所述第一热交换器置于所述循环回路中，使得所述涡轮冷凝器所生成的涡轮冷凝水成为冷却水。

此外，本发明的上述目的是提供一种制水方法，包括：通过加热器加热原料水用来生成水蒸气的加热步骤；和通过冷却水以及原料水对生成的水蒸气进行冷却用来生成蒸馏水的凝汽步骤，上述加热步骤，将在上述凝汽步骤中与水蒸气进行过热交换的原料水导入上述加热器。

发明效果

采用本发明，能够提供一种能够实现节能且提高制水效率的制水装置以及制水方法。

附图说明

图1是本发明的一个实施方式涉及的制水装置的系统图。

图2是图1所示的制水装置的主要部分的系统图。

图3是图1所示的制水装置的主要部分的立体图。

图4是本发明的其他的实施方式涉及的制水装置的主要部分的立体图。

图5是现有的制水装置的系统图。

符号说明

1制水装置

10加热器

30凝汽器

310第一热交换器

320第二热交换器

37分隔部件

50蒸气涡轮装置

100制水装置主体

111、112端板

113a、113b传热板

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的一个实施方式进行说明。图1是本发明的一个实施方式涉及的制水装置的系统图。如图1所示，制水装置1在蒸汽涡轮机装置50的系统安装有制水装置主体100。蒸汽涡轮机装置50作为一个例子，包括：锅炉51；涡轮机组52；涡轮凝汽器53；接地电容器54；给水加热器55和除气器56，这些构成元件通过循环回路60连接。

锅炉51使重油、液化天然气等的燃料燃烧，通过给水生成蒸气，并供给至涡轮机组52。涡轮机组52例如是由高压涡轮机和低压涡轮机构成的蒸气涡轮机组，产生用于使船舶的推进器等转动的动力。涡轮凝汽器53通过海水等对从涡轮机组52排出的蒸气进行冷却，生成涡轮冷凝水。生成的涡轮冷凝水通过泵61的动作，通过接地电容器54和给水加热器55，在利用被导入涡轮机组52的蒸气的一部分被加热之后，被导入除气器56，氧气等被除去。存留于除气器56的涡轮冷凝水通过泵62的动作被供水到锅炉51，再次成为蒸气，在循环回路60循环。蒸汽涡轮机装置50例如能够优选搭载于蒸气涡轮船，但用途并未被特别限定，例如也可以发电用。

制水装置主体100，在具有上述结构的蒸气涡轮装置50中，经由分支管63介设于泵61与接地电容器54之间的循环回路60，如后文所述的方式，作为制水用的冷却水使用通过循环回路60的涡轮冷凝水。向制水装置主体100供给的涡轮冷凝水的流量，通过设置于循环回路60的调整阀64的操作能够进行调整。制水装置主体100可以如本实施方式的方式，不从循环回路60进入旁路，可以直接介设于循环回路60。

图2是制水装置主体100的系统图。如图2所示，制水装置主体100包括：加热原料水即海水并生成水蒸气的加热器10；使水蒸气与盐水(浓缩海水)等的浓缩原料水分离的蒸发器20；和冷却水蒸气并生成冷凝水的凝汽器30。

加热器10，包括：分别导入和排出原料水的原料水导入口11和水蒸气/盐水出口12；和分别导入和排出船舶用发动机的套箱冷却水等的热水等温度导入口13以及热水排出口14，从原料水导入口11导入的原料水被从温度导入口13导入的热水加热而蒸发，从水蒸气/盐水出口12被排出。加热器10与后述的凝汽器30同样地例如能够优选具有板式热交换器，但热交换器的种类并未被特别限定。此外，水蒸气的加热源也并未被限定于热水，例如也可以是蒸汽、燃烧式加热器或电子加热器等。

蒸发器20，包括：将从水蒸气/盐水出口12排出的加热后的原料水导入的加热原料水导入口21；将从原料水生成的水蒸气排出的蒸气排出口22；和将残留盐水排出的盐水排出口23。

冷凝器30，包括：将从蒸气排出口22排出的水蒸气导入的蒸气导入口31；将水蒸气冷却得到的蒸馏水排出的蒸馏水排出口32；将用于冷却蒸气的冷却水分别导入和排出的冷却水导入口33和冷却水排出口34；和同样将冷却蒸气的原料水分别导入和排出的原料水导入口35和原料水排出口36。

在冷却水导入口33，如图1所示的蒸气涡轮装置50的涡轮冷凝水作为冷却水被导入，从冷却水排出口34排出的冷却水再次返回至蒸气涡轮装置50的循环回路60。成为冷却水的涡轮冷凝水通常为高纯度的清水，因此，在凝汽器30以冷却水和原料水不混合的方式设置有分隔部件37。凝汽器30被该分隔部件37分离为将水蒸气与冷却水进行热交换的第一热交换器310和将水蒸气与原料水进行热交换的第二热交换器320。冷却水并不必须为清水，也可以为与原料水不同的其他的冷却液。

此外，在原料水导入口35，通过其他的系统或喷射泵41的动作，海水作为原料水被导入，从原料水排出口36排出的原料水被导入到加热器10的原料水导入口11。作为原料水，除了本实施方式的海水之外，能够使用自来水、雨水、地下水、河流水、工业排水、生活排水等。由喷射泵41供给的原料水也被作为水喷射器40的驱动水利用，蒸发器20和凝汽器30与水喷射器40的最大负压部连接，且通过吸引不冷凝气体来维持真空状态。从蒸馏水排出口32排出的蒸馏水被蒸馏水泵42导入清水槽(未图示)。

本实施方式的凝汽器30由板式热交换器构成。如图3表示的主要部分的立体图的方式，凝汽器30构成为：两种传热板113a、113b在两个端板111、112之间分别多个相互层叠配置，缘部通过连结杆30a、30a结合。此外，在图3中为了容易理解结构，将一方的端板111用虚线表示。各传热板113a、113b形成为矩形形状，在层叠方向的中央附近相邻配置的两个传热板113b、113b之间设置有上述的分隔部件37。各传热板113a、113b被该分隔部件37分离为两个板组。本实施方式的分隔部件37构成为，通过孔塞37a将与传热板113a、113b相比更厚的板的开口密封，即使在冷却水为高压的涡轮冷凝水的情况下，也能够发挥高耐压性能，能够可靠地防止冷却水和原料水的混合。但是，分隔部件37的结构并不限定于本实施方式，例如，如图4所示，也能够通过相邻配置的两个传热板113a、113b构成分隔部件37。构成图4所示的分隔部件37的两个传热板113a、113b具有后述的蒸馏流通口114、115，另一方面，其以外的开口被孔塞37a密封。此外，在图4中对与图1相同的结构部分附加同一符号。

蒸气导入口31和蒸馏水排出口32分别形成于一方的端板111的一方的对角。各传热板113a、113b在与蒸气导入口31和蒸馏水排出口32对应的位置分别形成有蒸馏流通口114、115，蒸气导入口31连接在由各蒸馏流通口114形成的流路，蒸气导入口32连接在由各蒸馏流通口115形成的流路。

冷却水导入口33和冷却水排出口34分别形成于一方的端板111的另一方的对角。构成配置于一方的端板111与分隔部件37之间的一方的板组的各传热板113a、113b，在与冷却水导入口33和冷却水排出口34对应的位置分别形成有冷却水流通口116、117，由各冷却水流通口116形成的流路与冷却水导入口33连接，由冷却水流通口117形成的流路与冷却水排出口34连接。

原料水导入口35和原料水排出口36在另一方的端板112的另一方的对角分别形成。构成配置于另一方的端板112与分隔部件37之间的另一方的板组的各传热板113a、113b，在与原料水导入口35和原料水排出口36对应的位置分别形成有原料水流通口118、119，原料水导入口35连接在由各原料水流通口118形成的流路，原料水排出口36连接在由原料水流通口119形成的流路。分隔部件37具有蒸馏流通口114、115，另一方面，如上所述，与冷却水流通口116、117和原料水流通口118、119对应的开口被孔塞37a密闭。

各传热板113a、113b均在一个面形成有槽部120a、120b，传热板113a的槽部120a连通两个蒸馏流通口114、115彼此，并且，两个冷却水流通口116、117彼此，以及两个原料水流通口118、119彼此隔离。此外，传热板113b的槽部120b，将两个蒸馏流通口114、115彼此隔离，并且，两个冷却水流通口116、117彼此，以及两个原料水流通口118、119彼此连通。相邻的各传热板113a、113b之间被衬垫(gasket)(未图示)密封。此外，图3中，为了容易理解，沿传热板113a、113b的层叠方向形成的流路，用虚线表示与槽部120a、120b连通的部分，用实线表示与槽部120a、120b隔离的部分。

由于冷凝器30的这种结构，在一方的端板111与分隔部件37之间，从蒸气导入口31和冷却水导入口33导入的水蒸气和冷却水，分别在传热板113a的槽部120a和传热板113b的槽部120b流动，因此，如果在传热板113a、113b的层叠方向观看，水蒸气和冷却水交替通过相邻的传热板113a、113b之间。该结果，在水蒸气与冷却水之间经由传热板113a、113b进行热交换，该部分作为第一热交换器310发挥功能。完成热交换所生成的蒸馏水以及冷却水，分别从蒸馏水排出口32和冷却水排出口34排出。

在凝汽器30的另一方的端板112与分隔部件37之间，从原料水导入口35导入的原料水在传热板113b的槽部120b流动，因此，当在传热板113a、113b的层叠方向观看时，水蒸气与原料水交替通过相邻的传热板113a、113b之间。该结果，在水蒸气与原料水之间经由传热板113a、113b进行热交换，该部分作为第二热交换器320发挥功能。完成热交换而被加热的原料水从原料水排出口36排出。

具有上述结构的制水装置1构成为，从凝汽器30的一方的端板111经由冷却水导入口33导入的冷却水和从另一方的端板112经由原料水导入口35导入的原料水，通过分别在第一热交换器310和第二热交换器320中与水蒸气进行热交换，从而生成蒸馏水，因此，与现有的方式仅仅使冷却水与水蒸气进行热交换的结构相比，能够容易进行水蒸气的冷凝，能够提高凝汽器30的效率。此外，加热器10被导入在第二热交换器320通过与水蒸气的热交换而被升温的原料水，因此，能够使被导入加热器10的原料水在初始阶段蒸发，由此能够提高热交换率，实现节能化。被导入加热器10的原料水的温度通过选择设置于凝汽器30的传热板113a、113b的块数和分隔部件37的位置能够适当调整。

制水装置1起到的上述的效果，在如本实施方式的方式使得蒸气涡轮装置50的涡轮冷凝水为冷却水的情况下特别显著，即使随着蒸气条件的高温化，涡轮冷凝水变为高温，也能够容易确保必需的制水量。但是，被导入凝汽器30的冷却水，并不必须被限定为蒸气涡轮装置50的涡轮冷凝水，例如也可以使用在其他的蒸气循环系统生成的冷凝水、或通过使用蒸气作为热源和动力源而生成的且以高温的状态用于其他用途等的排水等。

此外，在本实施方式中，第一热交换器310和第二热交换器320以不产生冷却水和原料水的混合的方式被一体化，因此，能够实现结构的小型化且实现凝汽器30效率的提高。具体而言，能够将第一热交换器310和第二热交换器320在传热板113a、113b的层叠方向并列配置。本实施方式的结构，被导入凝汽器30的水蒸气，最初其一部分被导入第一热交换器310，接着，剩下的水蒸气被导入第二热交换器320。但是，第一热交换器310和第二热交换器320的配置并未限定于本实施方式，例如也能够将冷却水导入口33和冷却水排出口34设置于另一个端板112，将原料水导入口35和原料水排出口36设置于一方的端板111。

此外，优选第一热交换器310和第二热交换器320如本实施方式的方式由板式热交换器形成，但也能够使用壳管式(shell and tube)等其他的热交换器。此外，第一热交换器310和第二热交换器320并不一定需要被一体化，也可以为相互分离的结构。第一热交换器310和第二热交换器320也能够以使水蒸气的流动分支并分别导入第一热交换器310和第二热交换器320的方式构成。

Claims (5)

1.一种制水装置，包括：加热原料水用来生成水蒸气的加热器；和将生成的水蒸气冷却用来生成蒸馏水的凝汽器，

所述凝汽器包括：将水蒸气与冷却水进行热交换的第一热交换器；和

将水蒸气与原料水进行热交换的第二热交换器，并且，

构造成将通过所述第二热交换器之后的原料水导入所述加热器。

2.如权利要求1所述的制水装置，

所述第一热交换器和所述第二热交换器系一体化并且冷却水与原料水不会混合。

3.如权利要求1所述的制水装置，

所述凝汽器具有层叠配置于两个端板之间的多个传热板，所述多个传热板被插于其中的分隔部件分离为两个板组，

所述第一热交换器构成为：从一方所述端板导入冷却水，经由一方所述板组与水蒸气进行热交换，将热交换后的冷却水从一方所述端板排出，

所述第二热交换器构成为：从另一方所述端板导入原料水，经由另一方所述板组与水蒸气进行热交换，将热交换后的原料水从另一方所述端板排出。

4.如权利要求1所述的制水装置，

具有蒸气涡轮装置，该蒸气涡轮装置具有循环回路，可使锅炉所产生的蒸气在涡轮机驱动之后被涡轮凝汽器冷凝并流回所述锅炉，

且所述第一热交换器置于所述循环回路中，使得所述涡轮冷凝器所生成的涡轮冷凝水成为冷却水。

5.一种制水方法，包括：

利用加热器加热原料水用来生成水蒸气的加热步骤；和

通过冷却水和原料水对生成的水蒸气进行冷却用来生成蒸馏水的凝汽步骤，并且，

所述加热步骤，将在所述凝汽步骤中与水蒸气进行热交换后的原料水导入所述加热器。

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