CN112537813A - 一种低温多效海水淡化系统用蒸发器 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种低温多效海水淡化系统用蒸发器，其包括罐体和固定连接于罐体内的换热机构，所述罐体固定连接有进液管，所述罐体固定连接有二次蒸汽管和排液管；所述换热机构包括换热管组件、壳体和结晶诱导组件，所述换热管组件包括多个换热管，所述换热管呈竖直设置，所述结晶诱导组件可拆卸安装于换热管，所述结晶诱导组件包括固定连接有海水结晶盐粉末的诱导绳，每个所述换热管内设置均有所述诱导绳，所述诱导绳与换热管内壁接触。本申请具有缓解盐垢对蒸发器蒸发效率影响的效果。

Description

一种低温多效海水淡化系统用蒸发器

技术领域

本申请涉及海水淡化的领域，尤其是涉及一种低温多效海水淡化系统用蒸发器。

背景技术

低温多效蒸馏法（LT-MED）海水淡化技术是指盐水的最高蒸发温度约70摄氏度的海水淡化技术，其特征是将一系列的水平管降膜蒸发器串联起来并被分成若干效组，用一定量的蒸汽输入通过多次的蒸发和冷凝，从而得到多倍于加热蒸汽量的蒸馏水。它的特点是对原料海水的预处理要求不高、过程循环动力消耗小、生产的淡水水质高。因此该技术开发出来后便在世界范围内迅速得到广泛的应用，是海水淡化最具发展前景的技术之一。

目前，公告号为CN101462780B的中国发明专利公开了一种低温多效蒸馏海水淡化系统，包括多组多效蒸发器，每组蒸发器中至少设置有一为进料海水进行预热的加热器，相邻的两组多效蒸发器之间设置有效间泵；冷凝器一端与原料水泵连接，另一端与多组多效蒸发器中最后一组的蒸发器连接。每组多效蒸发器平行进料，同时在每组的最高温效蒸发器的进料海水前设加热器；前组蒸发器剩余的浓盐水汇总，经效间泵打入下一个蒸发组，依此类推；产品水和浓盐水在一系列闪蒸罐中呈阶梯状流动并逐级闪蒸冷却，闪蒸出的蒸汽进入蒸发器，被冷却的产品水和浓盐水最后分别用相应的水泵抽出。

针对上述中的相关技术，发明人认为部分海水在多效蒸发器内蒸发成水蒸气，剩余部分的海水会浓缩成含盐量更高的浓海水，因为海水含盐量的提升，海水中的盐分更加容易结晶，在蒸发器内形成盐垢，所以存在蒸发器内容易依附盐垢，从而导致蒸发效率低的问题。

发明内容

为了缓解盐垢对蒸发器蒸发效率的影响，本申请提供一种低温多效海水淡化系统用蒸发器。

本申请提供的一种低温多效海水淡化系统用蒸发器，采用如下的技术方案：

一种低温多效海水淡化系统用蒸发器，包括罐体和固定连接于罐体内的换热机构，所述罐体的内部空间被换热机构分隔为分布区和分离区，所述分布区位于换热机构上方，所述分离区位于换热机构下方，所述罐体固定连接有与分布区连通进液管，所述罐体固定连接有与分离区连通的二次蒸汽管和排液管，所述二次蒸汽管位于排液管上方；

所述换热机构包括换热管组件、壳体和结晶诱导组件，所述壳体固定连接于罐体内，所述罐体固定连接有与壳体内连通的进气管和排气管，所述换热管组件包括多个换热管，所述换热管呈竖直设置，其上端与分布区连通，其下端与分离区连通，所述结晶诱导组件可拆卸安装于换热管，所述结晶诱导组件包括固定连接有海水结晶盐粉末的诱导绳，每个所述换热管内设置均有所述诱导绳，所述诱导绳与换热管内壁接触。

通过采用上述技术方案，蒸汽从进气管进入换热机构内，对换热管进行加热。原料海水从进液管进入分布区内，然后在重力作用下流经换热管进入分离区内，在吸收换热管热量之后蒸发，形成水蒸气和浓缩后的浓海水。为了对海水分离产生的水蒸气和进入换热管组件用于加热的水蒸气进行区分，将进入换热管组件用于提供热量的水蒸气称之为一次蒸汽，将海水分离产生的水蒸气称之为二次蒸汽。浓海水从排液管排出，二次蒸汽从二次蒸汽管排出。

当海水浓缩时，海水中的盐浓度增加从而结晶形成盐晶体。海水中盐分结晶过程中包括晶核形成和晶核生长。当晶核形成后，溶液中的盐分更加容易结晶并且依附于晶核上，从而使晶核生长。因为诱导绳上存在有很多海水结晶盐粉末，这些海水结晶盐粉末就成为晶核，所以海水中的盐分更加容易在这些海水结晶盐粉末上结晶，进而使海水浓缩时的盐垢更加容易集中在诱导绳上，达到了减少凝结于换热管内壁上的盐垢，减缓盐垢对蒸发器效率的影响。同时当结晶诱导组件上结晶较多时，可以将其拆卸，然后挂落其上的大多数海水结晶盐，保留部分海水结晶盐粉末，然后在安装回蒸发器内。

可选的，所述换热管的上端和下端均凸出于壳体，所述结晶诱导组件还包括上安装环和下安装环，所述诱导绳的一端固定连接于上安装环，另一端固定连接于下安装环，所述上安装环和下安装环均开设有用于与换热管端部卡接的卡接环槽。

通过采用上述技术方案，上安装环和下安装环用于与换热管端部卡接，连接结构简单，操作方便，便于操作人员为蒸发器更换结晶诱导组件。

可选的，每个所述结晶诱导组件包括有多根所述诱导绳。

通过采用上述技术方案，通过增加诱导绳的数量增加诱导绳与海水的接触面积，诱导更多的海水盐在诱导绳上结晶。

可选的，所述诱导绳以换热管的中心轴线为中心线呈螺旋设置。

通过采用上述技术方案，增加了诱导绳的长度，进一步增加了增加诱导绳与海水的接触面积，诱导更多的海水盐在诱导绳上结晶。

可选的，所述换热管转动连接于壳体，所述壳体安装有驱动换热管转动的驱动组件。

通过采用上述技术方案，驱动组件驱动换热管转动，从而当一次蒸汽垂直流经换热管时，一次蒸汽更加均匀的加热换热管外壁。因为发生热交换，部分蒸汽完成热交换之后会冷凝呈水滴并且挂在换热管外壁，这些水滴会影响一次蒸汽和换热管的换热效率，当换热管转动时，水滴在离心力的作用下甩离换热管，从而达到了减缓一次蒸汽冷凝的水滴影响换热管换热效率的问题。

可选的，所述诱导绳沿着换热管转动方向螺旋向下设置。

通过采用上述技术方案，原料海水在换热管内向下流动时，换热管转动，并且带动诱导绳一同转动，利用诱导绳对海水进行搅拌的作用，进一步刺激海水中盐结晶。

可选的，所述驱动组件包括传动杆和驱动传动杆转动的驱动电机，每个所述换热管均同轴固定连接有一所述传动杆，所述传动杆远离换热管的一端穿过罐体并且延伸至罐体外。

通过采用上述技术方案，驱动电机带动传动杆转动，与传动杆固定连接于的换热管也随之转动，实现了换热管的转动。

可选的，所述传动杆背离换热管的一端固定连接有与其垂直的第一连接杆，所述第一连接杆背离传动杆的一端固定连接有与传动杆平行的第二连接杆，所述驱动组件还包括连接板，所述第二连接杆背离第一连接杆的一端与连接板转动连接，所述连接板铰接有第三连杆，所述驱动电机的主轴同轴固定连接有转盘，所述第三连杆远离连接板的一端偏心铰接于转盘，所述第三连杆与转盘铰接的铰接点与转盘圆心之间的间距等于第二连杆的长度。

通过采用上述技术方案，第三连杆、连接板和转盘形成曲柄连杆结构，驱动电机带动转盘转动，转盘通过第三连杆带动连接板水平移动，其移动轨迹呈圆形，连接板通过第一连接杆和第二连接杆带动传动杆转动。通过一个驱动电机带动所有的换热管转动，降低整个设备的成本。

可选的，所述换热管内壁涂覆有防垢涂层。

通过采用上述技术方案，降低在换热管内壁结垢的概率。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.在换热管内壁安装结晶诱导组件，结晶诱导组件包括固定连接有海水结晶盐粉末的诱导绳，诱导绳上的海水结晶盐粉末就成海水盐分结晶过程中的晶核，海水中的盐分更加容易在这些海水结晶盐粉末上结晶，进而使海水浓缩时的盐垢更加容易集中在诱导绳上，达到了减少凝结于换热管内壁上的盐垢，减缓盐垢对蒸发器效率的影响；

2.当结晶诱导组件上结晶较多时，可以将其拆卸，然后挂落其上的大多数海水结晶盐，保留部分海水结晶盐粉末，然后在安装回蒸发器内，结晶诱导组件包括诱导绳、上安装环和下安装环，诱导绳的一端固定连接于上安装环，另一端固定连接于下安装环，上安装环和下安装环用于与换热管端部卡接，连接结构简单，操作方便，便于操作人员为蒸发器拆卸结晶诱导组件；

3.每个结晶诱导组件的诱导绳有多根，并且诱导绳以换热管的中心轴线为中心线呈螺旋设置，加诱导绳与海水的接触面积，诱导更多的海水盐在诱导绳上结晶。

附图说明

图1是本申请实施例的整体结构图；

图2是本申请实施例用于展示蒸发器内部结构的剖面图；

图3是本申请实施例用于展示换热机构的局部剖切图，图中剖去罐体的1/4部分；

图4是本申请实施例用于展示驱动组件的结构示意图；

图5是本申请实施例用于展示结晶诱导组件的剖面图。

附图标记说明：100、罐体；101、换热机构；102、分布区；103、分离区；104、进液管；105、二次蒸汽管；106、排液管；107、罐身；108、上盖；109、支撑脚；110、换热管组件；111、壳体；112、上挡板；113、下挡板；114、换热管；115、驱动组件；116、传动杆；117、连接板；118、驱动电机；119、第一连接杆；120、第二连接杆；121、第三连杆；122、结晶诱导组件；123、上安装环；124、下安装环；125、诱导绳；126、进气管；127、排气管；128、转盘；129、卡接环槽。

具体实施方式

以下结合附图1-5对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种低温多效海水淡化系统用蒸发器。

参照图1和图2，该蒸发器，包括罐体100和换热机构101。换热机构101利用蒸汽加热原料海水，其固定连接于罐体100内，并且将罐体100内的空间分隔为分布区102和分离区103。分布区102位于换热机构101上方，分离区103位于换热机构101下方。罐体100上端固定连接有与分布区102连通进液管104，罐体100靠下的侧壁固定连接有与分离区103连通的二次蒸汽管105和排液管106，其中二次蒸汽管105位于排液管106上方。

参照图2，原料海水从进液管104进入分布区102内，然后在重力作用下流经换热机构101，最后进入分离区103内。原料海水在换热机构101内得到热量之后蒸发，形成水蒸气和浓缩后的浓海水。原料海水蒸发而产生的蒸汽从二次蒸汽管105排出，浓缩之后的海水从排液管106排出。

参照图2，为了对海水蒸发产生的水蒸气和进入换热机构101换热管组件110用于加热原料海水的水蒸气进行区分，将进入换热机构101用于提供热量的水蒸气称之为一次蒸汽，将分离产生的水蒸气称之为二次蒸汽。

参照图2，罐体100包括罐身107、上盖108和支撑脚109。上盖108呈半球状，其通过螺栓固定连接于罐身107上端，进液管104固定连接于上盖108上。罐身107呈圆柱状，换热机构101安装于罐身107内。罐身107侧壁固定连接有与换热机构101连通的进气管126和排气管127，进进气管126和排气管127均仅有一个，并且两者分别位于罐身107相背的两侧。支撑脚109有三个，并且周向固定连接于罐身107底端，用于支撑罐身107。

参照图3，换热机构101包括换热管组件110和壳体111。壳体111固定连接于罐体100内，换热管组件110连接于壳体111，进气管126和排气管127（参见图2）均与壳体111连通。一次蒸汽通过进气管126进入壳体111内并且与换热管组件110接触实现热交换，然后一次蒸汽从排气管127离开到壳体111。

参照图3，壳体111包括上挡板112和下挡板113。上挡板112和下挡板113均为圆形，并且均同轴固定连接于罐身107内，此处固定连接方式采用满焊，从而使上挡板112、下挡板113和罐身107侧壁之间形成独立的空腔。

参照图3，换热管组件110包括多个呈竖直设置的换热管114。换热管114上端穿过上挡板112并且与分布区102连通，其下端穿过下挡板113并且与分离区103（参照图2）连通。换热管114的上端和下端均凸出于壳体111，换热管114上端的高度高于进液管104下端的高度。

参照图3，原料海水从进液管104进入分布区102内并且流至上挡板112上，当原料海水漫过换热管114的上端时，原料海水沿着换热管114的侧壁流进换热管114内壁，并且原料海水也会在表面张力作用下贴合着换热管114内壁向下流动。换热管114将一次蒸汽的热量传递给原料海水，原料海水在吸收热量之后蒸发，形成二次蒸汽和浓缩后的浓海水。

参照图3，因为一次蒸汽与换热管114发生热交换，部分一次蒸汽完成热交换之后会冷凝呈水滴并且挂在换热管114外壁，这些水滴会影响一次蒸汽和换热管114的换热效率。为了解决该技术问题，使换热管114与壳体111呈转动连接，壳体111安装有驱动换热管114转动的驱动组件115。当换热管114转动时，水滴在离心力的作用下甩离换热管114，从而达到了减缓一次蒸汽冷凝的水滴影响换热管114换热效率的问题。

参照图4，驱动组件115包括传动杆116、连接板117和驱动电机118。传动杆116的数量和换热管114的数量相同，传动杆116与换热管114呈同轴设置。传动杆116的上端形成分叉并且弯折呈“C”形并且固定连接换热管114外侧侧壁。传动杆116下一端固定连接有与其垂直的第一连接杆119。第一连接杆119背离传动杆116的一端固定连接有与传动杆116平行的第二连接杆120。第二连接杆120下端与连接板117转动连接。连接板117铰接有第三连杆121，驱动电机118的主轴同轴固定连接有转盘128，第三连杆121远离连接板117的一端偏心铰接于转盘128。第三连杆121与转盘128铰接的铰接点与转盘128圆心之间的间距等于第二连杆120的长度。

第三连杆121、连接板117和转盘128形成曲柄连杆结构，驱动电机118带动转盘128转动，转盘128通过第三连杆121带动连接板117水平移动，其移动轨迹呈圆形，连接板117通过第一连接杆119和第二连接杆120带动传动杆116转动。通过一个驱动电机118带动所有的换热管114转动，降低整个设备的成本。

参照图5，当原料海水在换热管114内蒸发浓缩时，原料海水中的盐浓度增加从而结晶形成盐晶体。盐结晶附着于换热管114内壁形成盐垢，从而导致蒸发效率低的问题。

为了缓解换热管114内壁形成盐垢的问题，进行如下设置：

参照图5，换热管114内壁涂覆有防垢涂层，在本实施例中采用有机硅环氧树脂为基体树脂的疏水性涂层。同时每个换热管114均可拆卸安装有结晶诱导组件122。使结晶诱导组件122相对于换热管114内壁更加容易形成盐垢，从而原料海水浓缩时的盐垢更加容易集中在结晶诱导组件122上，达到了减少凝结于换热管114内壁上的盐垢，缓解盐垢对蒸发器效率的影响。

参照图5，结晶诱导组件122包括上安装环123、下安装环124和多个诱导绳125。上安装环123和下安装环124均开设有用于与换热管114端部卡接的卡接环槽129，从而将上安装环123和下安装环124卡接于换热管114。所有诱导绳125的上端均固定连接于上安装环123，下端均固定连接于下安装环124。诱导绳125均以其所在的换热管114的中心轴线为中心线呈螺旋设置，螺旋方向沿着换热管114转动方向螺旋向下，诱导绳125贴合于换热管114内壁。在结晶诱导组件122安装前，将诱导绳125至于海水中，然后使海水蒸发浓缩并且结晶，此时部分海水盐分会在诱导绳125上结晶。然后挂落部分的海水盐结晶，保留与诱导绳125连接更加紧密的的海水结晶盐粉末。

参照图5，海水中盐分结晶过程中包括晶核形成和晶核生长。当晶核形成后，溶液中的盐分更加容易结晶并且依附于晶核上，从而使晶核生长。因为诱导绳125上存在有很多海水结晶盐粉末，这些海水结晶盐粉末就成为晶核，所以海水中的盐分更加容易在这些海水结晶盐粉末上结晶，进而使海水浓缩时的盐垢更加容易集中在诱导绳125上，达到了减少凝结于换热管114内壁上的盐垢，减缓盐垢对蒸发器效率的影响。同时当结晶诱导组件122上结晶较多时，可以将其拆卸，然后挂落其上的大部分海水结晶盐，保留部分海水结晶盐粉末，然后在安装回蒸发器内。

本申请实施例一种低温多效海水淡化系统用蒸发器的实施原理为：蒸汽从进气管126进入换热机构101内，对换热管114进行加热。原料海水从进液管104进入分布区102内，然后在重力作用下流经换热管114进入分离区103内，在吸收换热管114热量之后蒸发，形成二次蒸汽和浓缩后的浓海水。

当海水浓缩时，海水中的盐浓度增加从而结晶形成盐晶体。海水中盐分结晶过程中包括晶核形成和晶核生长。当晶核形成后，溶液中的盐分更加容易结晶并且依附于晶核上，从而使晶核生长。因为诱导绳125上存在有很多海水结晶盐粉末，这些海水结晶盐粉末就成为晶核，所以海水中的盐分更加容易在这些海水结晶盐粉末上结晶，进而使海水浓缩时的盐垢更加容易集中在诱导绳125上，达到了减少凝结于换热管114内壁上的盐垢，缓解盐垢对蒸发器效率的影响。同时当结晶诱导组件122上结晶较多时，可以将其拆卸，然后挂落其上的大多数海水结晶盐，保留部分海水结晶盐粉末，然后在安装回蒸发器内。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种低温多效海水淡化系统用蒸发器，其特征在于：包括罐体（100）和固定连接于罐体（100）内的换热机构（101），所述罐体（100）的内部空间被换热机构（101）分隔为分布区（102）和分离区（103），所述分布区（102）位于换热机构（101）上方，所述分离区（103）位于换热机构（101）下方，所述罐体（100）固定连接有与分布区（102）连通进液管（104），所述罐体（100）固定连接有与分离区（103）连通的二次蒸汽管（105）和排液管（106），所述二次蒸汽管（105）位于排液管（106）上方；

所述换热机构（101）包括换热管组件（110）、壳体（111）和结晶诱导组件（122），所述壳体（111）固定连接于罐体（100）内，所述罐体（100）固定连接有与壳体（111）内连通的进气管（126）和排气管（127），所述换热管组件（110）包括多个换热管（114），所述换热管（114）呈竖直设置，其上端与分布区（102）连通，其下端与分离区（103）连通，所述结晶诱导组件（122）可拆卸安装于换热管（114），所述结晶诱导组件（122）包括固定连接有海水结晶盐粉末的诱导绳（125），每个所述换热管（114）内设置均有所述诱导绳（125），所述诱导绳（125）与换热管（114）内壁接触。

2.根据权利要求1所述的一种低温多效海水淡化系统用蒸发器，其特征在于：所述换热管（114）的上端和下端均凸出于壳体（111），所述结晶诱导组件（122）还包括上安装环（123）和下安装环（124），所述诱导绳（125）的一端固定连接于上安装环（123），另一端固定连接于下安装环（124），所述上安装环（123）和下安装环（124）均开设有用于与换热管（114）端部卡接的卡接环槽（129）。

3.根据权利要求1所述的一种低温多效海水淡化系统用蒸发器，其特征在于：每个所述结晶诱导组件（122）包括有多根所述诱导绳（125）。

4.根据权利要求1所述的一种低温多效海水淡化系统用蒸发器，其特征在于：所述诱导绳（125）以换热管（114）的中心轴线为中心线呈螺旋设置。

5.根据权利要求4所述的一种低温多效海水淡化系统用蒸发器，其特征在于：所述换热管（114）转动连接于壳体（111），所述壳体（111）安装有驱动换热管（114）转动的驱动组件（115）。

6.根据权利要求5所述的一种低温多效海水淡化系统用蒸发器，其特征在于：所述诱导绳（125）沿着换热管（114）转动方向螺旋向下设置。

7.根据权利要求6所述的一种低温多效海水淡化系统用蒸发器，其特征在于：所述驱动组件（115）包括传动杆（116）和驱动传动杆（116）转动的驱动电机（118），每个所述换热管（114）均同轴固定连接有一所述传动杆（116），所述传动杆（116）远离换热管（114）的一端穿过罐体（100）并且延伸至罐体（100）外。

8.根据权利要求7所述的一种低温多效海水淡化系统用蒸发器，其特征在于：所述传动杆（116）背离换热管（114）的一端固定连接有与其垂直的第一连接杆（119），所述第一连接杆（119）背离传动杆（116）的一端固定连接有与传动杆（116）平行的第二连接杆（120），所述驱动组件（115）还包括连接板（117），所述第二连接杆（120）背离第一连接杆（119）的一端与连接板（117）转动连接，所述连接板（117）铰接有第三连杆（121），所述驱动电机（118）的主轴同轴固定连接有转盘（128），所述第三连杆（121）远离连接板（117）的一端偏心铰接于转盘（128），所述第三连杆（121）与转盘（128）铰接的铰接点与转盘（128）圆心之间的间距等于第二连杆（120）的长度。

9.根据权利要求1所述的一种低温多效海水淡化系统用蒸发器，其特征在于：所述换热管（114）内壁涂覆有防垢涂层。

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