TWI413617B

TWI413617B - Plate-type water-making device

Info

Publication number: TWI413617B
Application number: TW96117349A
Authority: TW
Inventors: Kazunori Morinaga; Yuki Okada; Noriyuki Shimada
Original assignee: Sasakura Eng Co Ltd
Priority date: 2006-06-20
Filing date: 2007-05-16
Publication date: 2013-11-01
Also published as: WO2007148482A1; CN101479195A; JP2008000636A; CN101479195B; KR20090027676A; TW200800807A; KR20120034818A; JP5132091B2

Description

板片式造水裝置

發明領域

本發明係有關於一種板片式造水裝置，更詳而言之，係有關於一種藉由板片式熱交換器進行原料海水之蒸發及蒸氣之冷凝之板片式造水裝置。

發明背景

以往之板片式造水裝置中，已知的有如專利文獻1所揭示之構成。該板片式造水裝置係如第7圖所示，包含有：藉由用於漁船舶用引擎之冷卻之溫水，將由原料水導入口53導入之原料海水加熱蒸發後，由原料排出口排出之加熱器50；使由加熱器50排出之水蒸氣中所含之液滴蒸發之蒸發器60；及利用冷卻海水使由蒸發器60經蒸氣導入口73導入之水蒸氣冷凝後，將蒸餾水由蒸餾水排出口74排出之復水器70。

加熱器50及復水器70任一者皆為板片式熱交換器，且構成為流通於積層之複數片之各傳熱板片間之高溫流體與低溫流體進行熱交換。復水器70中，利用與水蒸氣之熱交換而加熱流出之冷卻海水，一部分作為原料海水，且由加熱器50之原料水導入口53導入。

【專利文獻1】日本專利公開公報特開平第9－299927號

然而，上述之習知之板片式造水裝置中，由於導入於加熱器50之原料海水與溫水之間的熱交換效率不足，結果需要大片的傳熱面積，導致傳熱板片的大型化。

因此，本發明之目的在於提供一種可藉有效率地進行原料海水之加熱昇溫，而可達到小型化及低成本化之板片式造水裝置。

為達成前述目的，第1發明之板片式造水裝置包含有：加熱器，係藉由溫水將原料海水加熱生成水蒸氣者；及復水器，係藉由冷卻水將生成之水蒸氣冷卻生成蒸餾水者，前述加熱器具有積層配置於2個端板之間之複數傳熱板片，並構成為使原料海水及溫水交互通過鄰接之各傳熱板片之間，進行熱交換，而前述復水器係具有積層配置於2個端板之間之複數傳熱板片，並構成為使水蒸氣及冷卻水交互通過鄰接之各傳熱板片之間，進行熱交換，又，前述板片式造水裝置具有一預熱機構，該預熱機構係用以加熱由前述復水器排出之冷卻水的一部分，並作為原料海水導入前述加熱器。

又，為達成前述目的，第2發明之板片式造水裝置包含有：加熱器，係藉由溫水將原料海水加熱生成水蒸氣者；及復水器，係藉由冷卻水將生成之水蒸氣冷卻生成蒸餾水者，前述加熱器具有積層配置於2個端板之間之複數傳熱板片，並構成為使原料海水及溫水交互通過鄰接之各傳熱板片之間，進行熱交換，而前述復水器係具有積層配置於2個端板之間之複數傳熱板片，並構成為使水蒸氣及冷卻水交互通過鄰接之各傳熱板片之間，進行熱交換，又，前述復水器係由其中一前述端板導入冷卻水，並經由積層之複數前述傳熱板片之一部份而與水蒸氣進行熱交換，並且將熱交換後之冷卻水的一部分由其中一前述端板排出，同時令殘部之冷卻水經由殘部之前述傳熱板片而與水蒸氣再進行熱交換，然後由另一前述端板排出，並將由另一前述端板排出之冷卻水作為原料海水導入前述加熱器。

又，為達成前述目的，第3發明之板片式造水裝置包含有：加熱器，係藉由溫水將原料海水加熱生成水蒸氣者；及復水器，係藉由冷卻水將生成之水蒸氣冷卻生成蒸餾水者，前述加熱器具有積層配置於2個端板之間之複數傳熱板片，並構成為使原料海水及溫水交互通過鄰接之各傳熱板片之間，進行熱交換，而前述復水器係具有積層配置於2個端板之間之複數傳熱板片，並構成為使水蒸氣及冷卻水交互通過鄰接之各傳熱板片之間，進行熱交換，又，前述加熱器由其中一前述端板導入原料海水，並經由積層之複數前述傳熱板片之一部份而與溫水進行熱交換，並且將熱交換後之原料海水經由殘部之前述傳熱板片而與溫水再進行熱交換，然後由另一前述端板排出。

在上述第3發明之板片式造水裝置中，前述復水器由其中一前述端板導入冷卻水，並經由積層之複數前述傳熱板片之一部份而與水蒸氣進行熱交換，並且將熱交換後之冷卻水的一部分由其中一前述端板排出，同時令殘部之冷卻水經由殘部之前述傳熱板片而與水蒸氣再進行熱交換，然後由另一前述端板排出，並將由另一前述端板排出之冷卻水作為原料海水導入前述加熱器。

根據本發明之板片式造水裝置，可有效率地加熱原料海水，藉此達到小型化及低成本化。

圖式簡單說明

第1圖係本發明之第1實施形態之板片式造水裝置的概略構成圖。

第2圖係第1圖所示之板片式造水裝置之加熱器及復水器的要部立體圖。

第3圖係本發明之第2實施形態之板片式造水裝置的概略構成圖。

第4圖係第3圖所示之板片式造水裝置之復水器的要部立體圖。

第5圖係本發明之第3實施形態之板片式造水裝置的概略構成圖。

第6圖係第5圖所示之板片式造水裝置之加熱器的要部立體圖。

第7圖係習知之板片式造水裝置的概略構成圖。

較佳實施例之詳細說明

以下，參照添附圖式說明本發明之實態形態。

(第1實施形態)

第1圖係本發明之第1實施形態之板片式造水裝置之概略構成圖。如第1圖所示，該板片式造水裝置1a具有：用以加熱原料海水以生成水蒸氣之加熱器10；用以分離水蒸氣、濃鹽水(濃縮海水)之蒸發器20；及用以冷卻水蒸氣以生成蒸餾水之復水器30，並特別適合使用於船舶用之造水裝置。

加熱器10具有：用以分別導入及排出原料海水之原料水導入口11及水蒸氣－濃鹽水出口12；分別導入及排出船舶用引擎之外殼冷卻水等溫水之溫水導入口13及溫水排出口14，由原料水導入口11導入之原料海水係利用由溫水導入口13導入之溫水而加熱且蒸發，並由水蒸氣－濃鹽水出口12排出。

蒸發器20具有：用以導入由水蒸氣－濃鹽水出口12排出之加熱後原料海水之加熱原料水導入口21；用以排出由原料海水生成之水蒸氣之蒸氣排出口22；及用以排出殘留之濃鹽水排出口23。

復水器30具有：用以導入由蒸氣排出口22排出之水蒸氣之蒸氣導入口31；用以排出冷卻水蒸氣所得之蒸餾水之蒸餾水排出口32；用以分別導入及排出用以冷卻蒸氣之冷卻水之冷卻水導入口33與冷卻水排出口34。冷卻海水係藉由噴射泵35的作動而導入冷卻水導入口33作為冷卻水，並且由冷卻水排出口34排出之海水，則一部分利用作為水噴射器36之驅動水，其他一部份則導入加熱器10之原料水導入口11並利用作為原料海水，剩餘則排出到船外等。由蒸餾水排出口32排出之蒸餾水由蒸餾水泵37導入於清水槽(未圖示)。蒸發器20、復水器30的真空係連接於水噴射器36之最大負壓部並藉吸引不冷凝氣體而維持。

加熱器10及復水器30具有板片式熱交換器，其構成與習知之板片式造水裝置者相同。如第2圖之要部立體圖所示，加熱器10係在2個端板101、102之間，由2種傳熱板片103a,103b分別呈複數交互積層配置而構成，邊緣部係藉由連結棒10a,10a結合。各傳熱板片103a,103b係形成為矩形，並且形成原料海水及蒸氣之流路之2個原料水流通口104,105配置於其中一對角，形成溫水流路之2個溫水流通口106,107則配置於另一對角。

原料水導入口11、水蒸氣－濃鹽水出口12、溫水導入口13及溫水排出口14任一者係設置於其中一端板101，並分別連接於由複數傳熱板片103a、103b之原料水流通口104形成之流路、由原料水流通口105形成之流路、由溫水流通口106形成之流路、及由溫水流通口107形成之流路。

各傳熱板片103a、103b任一者皆於其中一面形成溝部108a、108b，傳熱板片103a之溝部108a係用以連通2個原料水流通口104、105之間，另一方面，2個溫水流通口106、107係隔離的，並且傳熱板片103b之溝部108b係用來隔離2個原料水流通口104、105之間，另一方面2個溫水流通口106、107係連通的。鄰接之各傳熱板片103a、103b之間係由密封墊圈(未圖示)密封。又，第2圖中，為了易於理解，形成於傳熱板片103a、103b之積層方向之流路係以虛線表示與溝部108a、108b連通之部分，以實線表示與溝部108a、108b隔離之部分。

藉由加熱器10如此之構成，由原料水導入口11及溫水導入口13導入之原料海水及溫水分別流通傳熱板片103a之溝部108a及傳熱板片103b之溝部108b，因此在傳熱板片103a、103b之積層方向來看，鄰接之傳熱板片103a、103b之間有原料海水及溫水交互通過。結果，原料海水與溫水之間經由傳熱板片103a、103b進行熱交換。結束熱交換之原料海水及溫水則分別由水蒸氣－濃鹽水出口12及溫水排出口14排出。

復水器30也具有與加熱器10相同之構成，於2個端板111、112之間，有2種傳熱板片113a、113b分別呈複數交互積層配置而構成，且邊緣部藉由連結棒30a,30a而結合。各傳熱板片113a、113b係形成矩形，並且形成蒸氣(或蒸餾水)流路之2個蒸餾流通口114、115配置於其中一對角，而形成冷卻水流路之2個冷卻水流通口116、117則配置於另一對角。

蒸氣導入口31、蒸餾水排出口32、冷卻水導入口33及冷卻水排出口34任一者皆設置於其中一端板111，並分別連接於複數傳熱板片113a、113b中，由蒸餾流通口114形成之流路、由蒸餾流通口115形成之流路、由冷卻水流通口116形成之流路、及由冷卻水流通口117形成之流路。

各傳熱板片113a、113b任一者皆於其中一面形成溝部118a、118b，傳熱板片113a之溝部118a係用以連通2個蒸餾流通口114、115之間，另一方面，2個冷卻水流通口116、117係隔離的，並且傳熱板片113b之溝部118b係用來隔離2個蒸餾流通口114、115之間，另一方面2個冷卻水流通口116、117係連通的。鄰接之各傳熱板片113a、113b之間係由密封墊圈(未圖示)密封。又，第2圖中，為了易於理解，形成於傳熱板片113a、113b之積層方向之流路係以虛線表示與溝部118a、118b連通之部分，以實線表示與溝部118a、118b隔離之部分。

藉由復水器30如此之構成，由蒸氣導入口31及冷卻水導入口33導入之水蒸氣及冷卻水分別流通傳熱板片113a之溝部118a及傳熱板片113b之溝部118b，因此在傳熱板片113a、113b之積層方向來看，鄰接之傳熱板片113a、113b之間有水蒸氣及冷卻水交互通過。結果，水蒸氣與冷卻水之間經由傳熱板片113a、113b進行熱交換。結束熱交換厚生成之蒸餾水及冷卻水則分別由蒸餾水排出口32及冷卻水排出口34排出。

由冷卻水排出口34排出之冷卻水在藉由與水蒸氣之熱交換進行加熱後，一部分作為原料海水導入於加熱器10。該構成與習知之板片式造水裝置相同，但若冷卻水就這樣作為原料海水導入加熱器10，原料海水的溫度則無法充分的昇溫，而為了要上升到蒸發所需要之溫度，加熱器10中會需要大片的傳熱面積。這是因為傳熱板片103a之間的原料海水流速非常慢，無法得到良好的傳熱係數之故，此點可藉由本發明人之說明而清楚明瞭。

因此，本實施形態中，為了可將導入於加熱器10之原料海水的溫度升溫到接近蒸發溫度，因此設有預熱裝置。具體而言，如第1圖所示，於冷卻水排出口34與原料水導入口11之間配置熱交換器40，並藉將導入於加熱器10之溫水導入口13之外殼冷卻水等溫水的一部分利用作為熱交換器40之加熱源，可將通過熱交換器40之原料海水的溫度有效率的提高到所期望的溫度。

根據本實施形態之板片式造水裝置1a，由復水器30排出之冷卻水的一部分在熱交換器40中加熱後，會作為原料海水導入於加熱器10，因此，沿著加熱器10之傳熱板片103a流通之原料海水會在初期階段蒸發，並可與沿著傳熱板片103b流通之溫水以高速進行熱交換。因此，由於可提高加熱器10之傳熱係數，因此可達到加熱器10之小型化及低成本化。

熱交換器40的構成並非係特別限定者，例如亦可為板片式之熱交換器。由於板片式之熱交換器之板片片數的調整容易，因此原料海水之預熱溫度的控制容易，可提高流體之流速，因此亦可提高熱交換效率。更進一步，亦可達到難以發生流路阻塞之效果。

(第2實施形態)

第3圖係本發明之第2實施形態之板片式造水裝置之概略構成圖，第4圖係復水器之要部立體圖。本實施形態之板片式造水裝置1b係於復水器30設置原料海水之預熱部者，以取代第1實施形態之板片式造水裝置1a設置熱交換器40。第3圖及第4圖中，與第1圖及第2圖所示之第1實施形態相同之構成部分則賦與相同標號，且省略說明。

如第4圖所示，本實施形態之復水器39於鄰接之2個傳熱板片113a、113b之間設置分隔板39a。該分隔板39a係與傳熱板片113a、113b同樣具有蒸餾流通口114，115及冷卻水流通口116，另一方面未設有導入之冷卻水可通過之冷卻水流通口117。而且，於另一方之端板112形成經由傳熱板片113a、113b之冷卻水流通口116、117及分隔板39a之冷卻水流通口116與冷卻水導入口33連通之原料海水排出口341。

具有如此構成之復水器39中，由其中一端板111經由冷卻水導入口33而導入之冷卻海水會經由積層之傳熱板片113a、113b之一部份而與水蒸氣進行熱交換，並且熱交換後之冷卻海水的一部分會由其中一端板111經由冷卻水排出口34而排出。熱交換後之冷卻海水之殘部則經由積層之傳熱板片113a、113b之殘部而再次與水蒸氣進行熱交換，並由另一端板112之原料海水排出口341排出。由原料海水排出口341排出之冷卻海水係如第3圖所示，導入於加熱器10之原料水導入口11。

本實施形態之板片式造水裝置1b中之復水器39係在由原料海水排出口341排出之冷卻海水與水蒸氣進行熱交換後，在分隔板39a與另一端板112之間更進一步與水蒸氣進行熱交換，因此相較於由第2圖所示之復水器30排出之冷卻海水為高溫。即，本實施形態之復水器39係在分隔板39a與另一端板112之間構成用以將導入加熱器10之原料海水預熱之預熱部41，因此可達到與第1實施形態相同之效果。

由原料海水排出口341排出之冷卻海水的溫度或流量可藉適當選擇分隔板39a在多數積層之傳熱板片113a、113b之間的挿入位置而輕易調整。即，隨著分隔板39a之插入位置由另一端板112側移動到其中一端板111側，由原料海水排出口341排出之原料海水的溫度變高，且熱回收率變多。

本實施形態中係僅設置一個分隔板39a，但當在分隔板39a與另一端板112之間存在多數之傳熱板片113a、113b時，亦可構成為再設置分隔板，使其與水蒸氣之熱交換可更反覆進行。

又，用以形成上述冷卻水之流路之手段未必受限於設有分隔板39a之構成，例如，亦可為具有用以關閉傳熱板片113a或113b之冷卻水流通口117之開關等其他構成。

本實施形態之復水器39可藉由既存之復水器的小改良而作成內設有預熱部41之構成，因此可更為小型化，當熱交換器之設置空間有所限制時特別有效。

又，由於預熱部41係板片式之熱交換器，因此可達到與第1實施形態中之熱交換器40為板片式時之同樣的效果。特別是，難以造成流路阻塞之效果係如本實施形態，在復水器39具有預熱部41的情況下更為顯著。

(第3實施形態)

第5圖係本發明之第3實施形態之板片式造水裝置之概略構成圖，第6圖係加熱器之要部立體圖。本實施形態之板片式造水裝置1c係於加熱器10設置原料海水之預熱部，以取代第1實施形態之板片式造水裝置1a中設置熱交換器40者。第5圖及第6圖中，與第1圖及第2圖所示之第1實施形態相同之構成部分則賦與相同標號，且省略說明。

如第6圖所示，本實施形態之加熱器19於鄰接之2個傳熱板片103a、103b之間設置分隔板19a。該分隔板19a係與傳熱板片103a、103b同樣設有原料水流通口104、105及溫水流通口106、107，另一方面則未設有供導入之原料海水通過之原料水流通口105。而且，原料水導入口11係不設置於其中一端板101，而設置於另一端板102，該原料水導入口經由傳熱板片103a、103b之原料水流通口104、105及分隔板19a之原料水流通口104而與水蒸氣－濃鹽水出口12連通。

具有如此構成之加熱器19中，由另一端板102經由原料水導入口11而導入之原料海水會經由積層之傳熱板片103a、103b之一部份而與溫水進行熱交換，並且熱交換後之原料海水會經由殘部之傳熱板片103a、103再進行熱交換，然後由其中一端板111經由水蒸氣－濃鹽水出口12而排出。

本實施形態之板片式造水裝置1c中之加熱器19係構成為由另一端板102導入之原料海水在分隔板19a與另一端板102之間進行熱交換後，更進一步與溫水進行熱交換，因此分隔板19a與另一端板102之間構成用以將原料海水預熱之預熱部41。因此，本實施形態之板片式造水裝置1c也可達到與第1實施形態相同之效果。

通過分隔板19a之原料水流通口104之原料海水的溫度可藉適當選擇分隔板19a往多數積層之傳熱板片103a、103b之間的挿入位置而輕易調整。即，隨著分隔板19a之插入位置由另一端板102側移動到其中一端板101側，通過分隔板19a之原料水流通口104之原料海水的溫度變高。

本實施形態中係僅設置一個分隔板19a，但若在分隔板19a與另一端板102之間存在多數之傳熱板片103a、103b，亦可構成為更進一歩設置分隔板，使其與水蒸氣之熱交換可再反覆進行。

又，用以形成上述原料海水之流路之手段未必受限於設有分隔板19a之構成，例如，亦可為具有用以關閉傳熱板片103a或103b之原料水流通口105之開關等其他構成。

本實施形態之加熱器19可藉由既存之加熱器的小改良而為內設有預熱部42之構成，因此可達到更小型化，當熱交換器之設置空間有所限制時特別有效。

又，由於預熱部42係板片式之熱交換器，因此可達到與第1實施形態中之熱交換器40為板片式時之同樣的效果。

又，本實施形態之板片式造水裝置1c中，係藉將復水器30之構成作成第4圖所示之第2實施形態之復水器39的構成，並構成為將由復水器39之原料海水排出口341排出之原料海水導入加熱器19，也可達到更小型化、高效率化。

1a,1b,1c．．．板片式造水裝置

10,19,50．．．加熱器

10a,10b,30a,30b．．．連結棒

11,53．．．原料水導入口

12．．．水蒸氣、濃鹽水出口

13．．．溫水導入口

14．．．溫水排出口

19a,39a．．．分隔板

20,60．．．蒸發器

21．．．加熱原料水導入口

22．．．蒸氣排出口

23．．．濃鹽水排出口

30,39,70．．．復水器

31,73．．．蒸氣導入口

32,74．．．蒸餾水排出口

33．．．冷卻水導入口

34．．．冷卻水排出口

35．．．噴射泵

36．．．水噴射器

37．．．蒸餾水泵

40．．．熱交換器

41,42．．．預熱部

54．．．原料排出口

101,102,111,112．．．端板

103a,103b,113a,113b．．．傳熱板片

104,105．．．原料水流通口

106,107．．．溫水流通口

108a,108b,118a,118b．．．溝部

114,115．．．蒸餾流通口

116,117．．．冷卻水流通口

341．．．原料海水排出口

第7圖係習知之板片式造水裝置的概略構成圖。

1a．．．板片式造水裝置

10．．．加熱器

11．．．原料水導入口