CN104192925A - 蒸发冷凝系统及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明属于蒸发冷凝设备领域，特别涉及一种结构简单，蒸发和冷凝在同一容器中的蒸发冷凝系统，以及该蒸发冷凝系统在低温发电和低温海水淡化领域。蒸发冷凝系统，其特征在于：包括密闭的蒸发腔和冷凝腔，蒸发腔和冷凝腔之间设置有连通器，所述的蒸发腔内设置有将水喷出雾化的蒸发喷管，冷凝腔内设置有对蒸发腔中产生的蒸汽进行冷凝的冷凝装置，蒸发腔和冷凝腔上设置有对腔内压力进行调节的压力调整装置，且蒸发腔的压力大于冷凝腔的压力。本发明设计了一种利用蒸发腔和冷凝腔的负压，使低温的快速气化，并通过冷凝腔中的冷凝装置对蒸汽进行液化，实现了一种低成本的低温蒸汽发生装置，以及该蒸发冷凝系统在低温低压发电和海水淡化领域的应用。

Description

蒸发冷凝系统及其应用

技术领域

本发明属于蒸发冷凝设备领域，特别涉及一种结构简单，蒸发和冷凝在同一容器中的蒸发冷凝系统，以及该蒸发冷凝系统在低温发电和低温海水淡化领域。 

背景技术

传统蒸发器，按溶液在蒸发器中停留的情况，大致可分为循环型和单程型两大类。循环式的蒸发器，溶液都在蒸发器中作循环流动；单程式蒸发器，溶液在蒸发器中只通过加热室一次，不作循环流动即成为浓缩液排出，溶液通过加热室时，在管壁上呈膜状流动，故习惯上又称为液膜式蒸发器。 

气体通过一根长长的管子(通常盘成螺线管)，让热量散失到四周的空气中，铜之类的金属导入性能强，常用于输送蒸气。为提高冷凝器的效率经常在管道上附加热传导性能优异的散热片，加大散热面积，以加速散热。并通过风机加快空气对流的方式把热带走。 

传统发电方式主要是利用燃烧燃料(煤、石油及其制品、天然气等)所得到的热能发电。火力发电的发电机组有两种主要形式：利用锅炉产生高温高压蒸汽冲动汽轮机旋转带动发电机发电，称为汽轮发电机组；燃料进入燃气轮机将热能直接转换为机械能驱动发电机发电，称为燃气轮机发电机组。 

无论是蒸汽轮机发电，还是燃气轮机发电，都是利用的高品质热能，发电的效率都不太高，最重要的原因是能量不能充分利用，高品位的蒸汽和燃气经过汽轮机或燃气轮机之后，仍有很大一部分能量没有充分利用而白白损失掉，造成了能量的浪费。 

海水淡化即利用海水脱盐生产淡水。是实现水资源利用的开源增量技术，可以增加淡水总量。现在所用的海水淡化方法有海水冻结法、电渗析法、蒸馏 法、反渗透法等。 

海水淡化技术虽有多样，但经济性是决定其广泛应用的重要因素。在国内，"成本和投资费用过高"，一直被视为是海水淡化难以大量使用的主要问题，中国海水淡化虽基本具备了产业化发展条件，但研究水平及创新能力、装备的开发制造能力、系统设计和集成等方面与国外仍有较大的差距。当务之急是尽快形成中国海水淡化设备市场的完整产业链条，研发具有自主知识产权的海水淡化新技术、新工艺、新装备和新产品，提高关键材料和关键设备的国产化率，增强自主建设大型海水淡化工程的能力。 

发明内容

本发明针对现有技术存在的问题，本发明设计了一种利用蒸发腔和冷凝腔的负压，使低温水快速气化，且利用蒸发腔和冷凝腔之间的压差，形成蒸汽的流动，并通过冷凝腔中的冷凝装置对蒸汽进行液化，保证整个系统的压力平衡，实现了一种低成本的低温蒸汽发生装置，以及该蒸发冷凝系统在低温低压发电和海水淡化领域的应用。 

本发明通过以下技术方案实现： 

蒸发冷凝系统，其特征在于：包括密闭的蒸发腔和冷凝腔，蒸发腔和冷凝腔之间设置有连通器，所述的蒸发腔内设置有将水喷出雾化的蒸发喷管，冷凝腔内设置有对蒸发腔中产生的蒸汽进行冷凝的冷凝装置，蒸发腔和冷凝腔上设置有对腔内压力进行调节的压力调整装置，且蒸发腔的压力大于冷凝腔的压力。 

本发明通过压力调整装置在蒸发腔内和冷凝腔内形成负压，蒸发腔内的压力为水的饱和蒸汽压，即水通过蒸发喷管喷出雾化后能迅速汽化，形成蒸汽，由于蒸发腔的压力大于冷凝腔的压力，由于压差的存在，蒸汽会迅速通过连通器进入冷凝腔内，冷凝腔内设置的冷凝装置能够对进入冷凝腔的蒸汽进行冷却，使蒸汽液化，蒸汽液化后冷凝腔的压力变大，保证蒸发腔和冷凝腔中压力的平 衡。 

进一步的说，所述的蒸发腔和冷凝腔一体化设置，冷凝腔位于蒸发腔的上方，且蒸发腔和冷凝腔之间的连通器为一通孔，这里采用蒸发腔和冷凝腔的一体化设置，有效缩小了蒸发冷凝系统的体积，且本发明结构简单，便于控制整个工程的投资量。 

进一步的说，所述的冷凝装置为盘管式冷凝器，这里采用盘管式冷凝器，盘管冷凝器能够实现冷却介质和待冷却物的分离，有利于保证待冷却物的纯洁度。 

进一步的说，所述的冷凝装置为将水雾化的冷凝喷管，此适用于冷却介质和待冷却物相同的时候。 

进一步的说，所述的压力调整装置包括第一真空泵，第一真空泵通过连接管路与蒸发腔连接，以及第二真空泵，第二真空泵通过连接管路与冷凝腔连接，此处采用真空泵作为蒸发腔和冷凝腔的压力调整装置。 

进一步的说，所述的压力调整装置包括与蒸发腔连接有产生负压的第一负压管，第一负压管的下端与第一水槽连接，冷凝腔连接有第二负压管，第二负压管与第二水槽连接，且第二负压管的液柱的高度大于第一负压管的液柱的高度，此处采用负压管和水槽的配合，在蒸发腔和冷凝腔内行程负压，且蒸发腔的压力大于冷凝腔的压力，采用负压管和水槽的配合即能在蒸发腔和冷凝器内形成负压，无需昂贵的设备，设备的投入成本低，同时这种原理的压力调整方式，没有耗能原件，有效控制了设备的运营成本。 

低温低压发电系统，包括蒸发器和冷凝器，所述的蒸发器和冷凝器之间通过连通器连接，其特征在于：所述的连通器为传送管路，传送管路上设置有叶轮装置，叶轮装置与发电机连接并驱动发电机工作，所述的蒸发器的底部设置有维持蒸发器压力的蒸发负压管，蒸发负压管与第一水槽连通，蒸发器内部设有将水喷出雾化的蒸发喷管，蒸发喷管与换热器连接，冷凝器的下端设置有维 持冷凝器压力的冷凝负压管，冷凝负压管与第二水槽连通，冷凝器的内部设置有蒸发器产生的蒸汽液化的冷凝喷管。 

本技术方案为蒸发冷凝系统的利用，本技术方案通过蒸发负压管和冷凝负压管实现了蒸发器和冷凝器的压力调节，蒸发器的压力为热水的饱和压力，从蒸发喷管喷出的雾化水能够在蒸发器内迅速的汽化为水蒸气，由于蒸发器的压力大于冷凝器中的压力，水蒸气会从蒸发器流向冷凝器，水蒸气驱动叶轮装置转动，叶轮装置带动发电机发电，水蒸气进入冷凝器后遇到冷凝喷管喷出的雾化冷水，水蒸气迅速液化，从而维持整个系统的压力平衡，同时实现了工业废热和余热的再利用，节约了能源，另外本发明中无额外的大能耗设备，有效控制了发电系统的能耗，节约了能源，且本发明的设备成本低，仅需要蒸发器和冷凝器等简单设备，设备成本较低，便于大规模的推广应用。 

所述的传送管路上还设置有用于提高蒸汽流速的喷嘴，所述的喷嘴位于叶轮装置之前，设置的喷嘴能够对水蒸气进行加速，从而提高水蒸气对叶轮装置的推动力。 

低温海水淡化装置，包括蒸发器、通过连通管道与蒸发器连通的冷凝器，所述蒸发器内压力高于冷凝器内的压力，以及向蒸发器内输入高温海水的高温输送管道，蒸发器中的高温海水通过蒸发器的蒸发成蒸汽从上述连通管道进入冷凝器中,以及向冷凝器中输入低温海水的循环管道,上述进入冷凝器中的蒸汽与冷凝器中的低温海水循环管道接触液化成冷凝水集于冷凝器中，所述的蒸发器和冷凝器上均设置有液体调压管，液体调压管与储液槽连接。 

本技术方案为蒸发冷凝系统的另外一个应用，本技术方案中，高温海水通过高温输送管道进入蒸发器中，通过蒸发器的蒸发，高温海水中的水份被蒸发成水蒸汽，其中的盐分留于蒸发器中定期排出，由于蒸发器内压力高于冷凝器内的压力，这样水蒸气便可以从连通通道中进入冷凝器中，呈喷洒状喷洒在冷凝器中输入低温海水的循环管道上，由于循环管道中为低温海水，这样水蒸气 在与循环管道接触时，便可以冷凝为水，沉积于冷凝器中，可以直接排出供用户使用；本发明不需要新材料和昂贵的设备，仅需蒸发器和冷凝器等简单设备，设备的投入成本低；整个装置运行过程中，采用高温海水与低温海水的自身热量，以及通过蒸发器、冷凝器的辅助实现，能量损失较小，节约了能源；装置中的水泵较少，耗能不大，无其他耗能设备，运营成本不高。 

所述的高温输送管路上联通有用于管道喷口加压的加压泵，这样能够加快进入蒸发器中的高温海水蒸发速度。 

附图说明

图1为蒸发冷凝系统的结构示意图； 

图2为蒸发冷凝系统的另外一种实施方式 

图3为低温低压发电系统的结构示意图； 

图4为低温海水淡化装置的结构示意图； 

图中1为冷凝腔，2为连通器。3为蒸发腔，4为冷凝装置，5为第二真空泵，6为蒸发喷管，7为第一真空泵，21为第二负压管，22为第二水槽，23为第一水槽，24为第一负压管，25和25’均为控制阀，31为换热器，33为蒸发负压管，35为喷嘴，36为叶轮装置，37为冷凝增压泵，38为冷凝负压管，41为循环管路，42和45为液体调压管，43为加压泵，44为高温输送管路，46和46’均为储液槽。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。 

实施方式一 

蒸发冷凝系统，其特征在于：包括密闭的蒸发腔1和冷凝腔3，蒸发腔1和冷凝腔3之间设置有连通器2，所述的蒸发腔1内设置有将水喷出雾化的蒸发喷管6，冷凝腔3内设置有对蒸发腔中产生的蒸汽进行冷凝的冷凝装置4，蒸发腔 1和冷凝腔3上设置有对腔内压力进行调节的压力调整装置，且蒸发腔的压力大于冷凝腔的压力。 

本发明通过压力调整装置在蒸发腔内和冷凝腔内形成负压，蒸发腔内的压力为水的饱和蒸汽压，即水通过蒸发喷管喷出雾化后能迅速汽化，形成蒸汽，由于蒸发腔的压力大于冷凝腔的压力，由于压差的存在，蒸汽会迅速通过连通器进入冷凝腔内，冷凝腔内设置的冷凝装置能够对进入冷凝腔的蒸汽进行冷却，使蒸汽液化，蒸汽液化后冷凝腔的压力变大，保证蒸发腔和冷凝腔中压力的平衡，本实施方式中的连通器为连接蒸发腔和冷凝腔的通孔，且通孔的孔径较小，便于控制蒸发腔和冷凝腔之间的压差，有利于蒸发腔中的蒸汽流动。 

进一步的说，本实施方式中所述的压力调整装置包括第一真空泵7，第一真空泵7通过连接管路与蒸发腔1连接，以及第二真空泵5，第二真空泵5通过连接管路与冷凝腔3连接，此处采用真空泵作为蒸发腔和冷凝腔的压力调整装置，蒸发腔和冷凝腔内注满水，通过第一真空泵和第二真空泵将水抽出，在蒸发腔和冷凝腔内形成负压，且蒸发强的压力大于冷凝腔的压力，通过真空泵调节能实时的快速对蒸发腔和冷凝腔的压力进行控制。 

实施方式二 

蒸发冷凝系统，其特征在于：包括密闭的蒸发腔1和冷凝腔3，蒸发腔1和冷凝腔3之间设置有连通器2，所述的蒸发腔1内设置有将水喷出雾化的蒸发喷管6，冷凝腔3内设置有对蒸发腔中产生的蒸汽进行冷凝的冷凝装置4，蒸发腔1和冷凝腔3上设置有对腔内压力进行调节的压力调整装置，且蒸发腔的压力大于冷凝腔的压力。 

进一步的说，所述的蒸发腔1和冷凝腔3一体化设置，冷凝腔3位于蒸发腔1的上方，且蒸发腔和冷凝腔之间的连通器为一通孔，这里采用蒸发腔和冷凝腔的一体化设置，有效缩小了蒸发冷凝系统的体积，且本发明结构简单，便于控制整个工程的投资量。 

进一步的说，所述的压力调整装置包括与蒸发腔1连接有产生负压的第一负压管24，第一负压管24的下端与第一水槽23连接，冷凝腔3连接有第二负压管21，第二负压管21与第二水槽22连接，且第二负压管21的液柱的高度大于第一负压管24的液柱的高度，此处采用负压管和水槽的配合，在蒸发腔和冷凝腔内形成负压，且蒸发腔的压力大于冷凝腔的压力，采用负压管和水槽的配合即能在蒸发腔和冷凝器内形成负压，无需昂贵的设备，设备的投入成本低，同时这种原理的压力调整方式，没有耗能原件，有效控制了设备的运营成本。 

上述的第一负压管24和第二负压21管上分别设置有控制阀(25和25’)，初始阶段，蒸发腔和冷凝腔内装满水，设置的控制阀能够对蒸发腔和冷凝腔进行密封，防止水的流出，同时在真空形成，控制阀能够控制水的流出，能够控制真空的形成。 

另外上述两种实施方式中的冷凝装置可以采用下述两种方式： 

进一步的说，所述的冷凝装置4为盘管式冷凝器，这里采用盘管式冷凝器，盘管冷凝器能够实现冷却介质和待冷却物的分离，有利于保证待冷却物的纯洁度。 

进一步的说，所述的冷凝装置4为将水雾化的冷凝喷管，此适用于冷却介质和待冷却物相同的时候。 

蒸发冷凝系统的运用： 

低温低压发电系统，包括蒸发器和冷凝器，此处蒸发器和冷凝器各自为一个单独的密封腔体，所述的蒸发器和冷凝器之间通过连通器2连接，其特征在于：所述的连通器2为传送管路，传送管路上设置有叶轮装置36，叶轮装置36与发电机连接并驱动发电机工作，所述的蒸发器的底部设置有维持蒸发器压力的蒸发负压管33，蒸发负压管33与第一水槽23连通，蒸发器内部设有将水喷出雾化的蒸发喷管6，蒸发喷管6与换热器31连接，冷凝器的下端设置有维持冷凝器压力的冷凝负压管38，冷凝负压管38与第二水槽22连通，冷凝器的内 部设置有蒸发器产生的蒸汽液化的冷凝喷管，冷凝喷管即为冷凝装置。 

本技术方案为蒸发冷凝系统的利用，本技术方案通过蒸发负压管和冷凝负压管实现了蒸发器和冷凝器的压力调节，蒸发器的压力为热水的饱和压力，从蒸发喷管喷出的雾化水能够在蒸发器内迅速的汽化为水蒸气，由于蒸发器的压力大于冷凝器中的压力，水蒸气会从蒸发器流向冷凝器，水蒸气驱动叶轮装置转动，叶轮装置带动发电机发电，水蒸气进入冷凝器后遇到冷凝喷管喷出的雾化冷水，水蒸气迅速液化，从而维持整个系统的压力平衡，同时实现了工业废热和余热的再利用，节约了能源，另外本发明中无额外的大能耗设备，有效控制了发电系统的能耗，节约了能源，且本发明的设备成本低，仅需要蒸发器和冷凝器等简单设备，设备成本较低，便于大规模的推广应用。 

所述的传送管路上还设置有用于提高蒸汽流速的喷嘴35，所述的喷嘴位于叶轮装置之前，设置的喷嘴能够对水蒸气进行加速，从而提高水蒸气对叶轮装置的推动力。 

蒸发冷凝系统的另外一个应用： 

低温海水淡化装置，包括蒸发器、通过连通管道与蒸发器连通的冷凝器，所述蒸发器内压力高于冷凝器内的压力，以及向蒸发器内输入高温海水的高温输送管道44，蒸发器中的高温海水通过蒸发器的蒸发成蒸汽从上述连通管道进入冷凝器中,以及向冷凝器中输入低温海水的循环管道41,上述进入冷凝器中的蒸汽与冷凝器中的低温海水循环管道接触液化成冷凝水集于冷凝器中，所述的蒸发器和冷凝器上均设置有液体调压管(42和45)，液体调压管与对应的储液槽(46和46’)连接。 

本技术方案为蒸发冷凝系统的另外一个应用，本技术方案中，高温海水通过高温输送管道进入蒸发器中，通过蒸发器的蒸发，高温海水中的水份被蒸发成水蒸汽，其中的盐分留于蒸发器中定期排出，由于蒸发器内压力高于冷凝器内的压力，这样水蒸气便可以从连通通道中进入冷凝器中，呈喷洒状喷洒在冷 凝器中输入低温海水的循环管道上，由于循环管道中为低温海水，这样水蒸气在与循环管道接触时，便可以冷凝为水，沉积于冷凝器中，可以直接排出供用户使用；本发明不需要新材料和昂贵的设备，仅需蒸发器和冷凝器等简单设备，设备的投入成本低；整个装置运行过程中，采用高温海水与低温海水的自身热量，以及通过蒸发器、冷凝器的辅助实现，能量损失较小，节约了能源；装置中的水泵较少，耗能不大，无其他耗能设备，运营成本不高。 

所述的高温输送管路上联通有用于管道喷口加压的加压泵43，这样能够加快进入蒸发器中的高温海水蒸发速度。 

本发明并不局限于所述的实施例，本领域的技术人员在不脱离本发明的精神即公开范围内，仍可作一些修正或改变，故本发明的权利保护范围以权利要求书限定的范围为准。 

Claims (10)

1.蒸发冷凝系统，其特征在于：包括密闭的蒸发腔和冷凝腔，蒸发腔和冷凝腔之间设置有连通器，所述的蒸发腔内设置有将水喷出雾化的蒸发喷管，冷凝腔内设置有对蒸发腔中产生的蒸汽进行冷凝的冷凝装置，蒸发腔和冷凝腔上设置有对腔内压力进行调节的压力调整装置，且蒸发腔的压力大于冷凝腔的压力。

2.根据权利要求1所述的蒸发冷凝系统，其特征在于：所述的蒸发腔和冷凝腔一体化设置，冷凝腔位于蒸发腔的上方，且蒸发腔和冷凝腔之间的连通器为一通孔。

3.根据权利要求1所述的蒸发冷凝系统，其特征在于：所述的冷凝装置为盘管式冷凝器。

4.根据权利要求1所述的蒸发冷凝系统，其特征在于：所述的冷凝装置为将水雾化的冷凝喷管。

5.根据权利要求1所述的蒸发冷凝系统，其特征在于：所述的压力调整装置包括第一真空泵，第一真空泵通过连接管路与蒸发腔连接，以及第二真空泵，第二真空泵通过连接管路与冷凝腔连接。

6.根据权利要求1所述的蒸发冷凝系统，其特征在于：所述的压力调整装置包括与蒸发腔连接有产生负压的第一负压管，第一负压管的下端与第一水槽连接，冷凝腔连接有第二负压管，第二负压管与第二水槽连接，且第二负压管的液柱的高度大于第一负压管的液柱的高度。

7.低温低压发电系统，包括蒸发器和冷凝器，所述的蒸发器和冷凝器之间通过连通器连接，其特征在于：所述的连通器为传送管路，传送管路上设置有叶轮装置，叶轮装置与发电机连接并驱动发电机工作，所述的蒸发器的底部设置有维持蒸发器压力的蒸发负压管，蒸发负压管与第一水槽连通，蒸发器内部设有将水喷出雾化的蒸发喷管，蒸发喷管与换热器连接，冷凝器的下端设置有维持冷凝器压力的冷凝负压管，冷凝负压管与第二水槽连通，冷凝器的内部设置有蒸发器产生的蒸汽液化的冷凝喷管。

8.根据权利要求7所述的低温低压发电系统，其特征在于：所述的传送管路上还设置有用于提高蒸汽流速的喷嘴，所述的喷嘴位于叶轮装置之前。

9.低温海水淡化装置，包括蒸发器、通过连通管道与蒸发器连通的冷凝器，所述蒸发器内压力高于冷凝器内的压力，以及向蒸发器内输入高温海水的高温输送管道，蒸发器中的高温海水通过蒸发器的蒸发成蒸汽从上述连通管道进入冷凝器中,以及向冷凝器中输入低温海水的循环管道,上述进入冷凝器中的蒸汽与冷凝器中的低温海水循环管道接触液化成冷凝水集于冷凝器中，所述的蒸发器和冷凝器上均设置有液体调压管，液体调压管与储液槽连接。

10.根据权利要求9所述的低温海水淡化装置，其特征在于：所述的高温输送管路上联通有用于管道喷口加压的加压泵。