一種新型海水淡化裝置的制作方法

本發明涉及一種用于介質蒸餾的熱交換器領域，特別涉及一種新型板式海水淡化裝置。

背景技術：

海水淡化是保證船舶與海洋工程淡水持續穩定供應與補充的有效途徑。蒸餾法海水淡化技術因其可利用船舶主機余熱作為熱源、海水進水不需要特殊處理、產水品質高、易于維修保養等優點得到了長足的發展。

在專利號為201510621244.6的發明專利中提到一種板式換熱器，包括前端板、后端板及設置在前端板和后端板之間且與前端板平行布置的板片，每個板片的兩側設置有密封圈，相鄰的板片的一側的相同密封圈配合后，形成海水腔體和蒸汽腔體，另一側的相同的密封圈配合后形成海水蒸發腔體；在蒸發過程中蒸汽進入蒸發腔體，海水進入海水腔體，逐漸增多的海水又流入海水蒸發腔體，每個海水蒸發腔體的兩側均為蒸汽腔體，能夠有效對海水蒸發腔內的海水進行蒸發，海水蒸發產生的水蒸汽通過密封圈上的開口流至冷凝裝置，通過冷凝裝置導流至淡水收集裝置。上述專利提到一種利用海水蒸發制取淡水的設備，采用板式結構，提高了海水蒸發的效率，但是該設備并不包含冷凝裝置，因此無法直接制取淡水，且兩側的海水區域與蒸汽區域并不完全對合，效率還有待提高。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是提供一種結合蒸發、冷凝于一體的高效新型板式海水淡化裝置。

為解決上述技術問題，本發明的技術方案為：一種新型海水淡化裝置，其創新點在于：包括裝置本體，由若干板片以面對面扣合的方式疊加而成，始、末端再以壓緊板壓緊，相鄰板片之間形成密閉空間，所述密閉空間包括交替設置的第一板間間隙及第二板間間隙；

所述板片包括一起始板、若干中間板A、若干中間板B及一結束板，所述起始板正面朝向裝置本體外側，其反面與中間板A正面貼合，形成第一板間間隙；所述中間板A與中間板B以交替的形式設置，其中，所述中間板A反面與中間板B正面貼合，形成第二板間間隙；所述中間板B反面與中間板A正面貼合，形成第一板間間隙；所述結束板正面與中間板B反面貼合，形成第一板間間隙；

其中，所述第一板間間隙包括相互獨立且密封的上部冷水區及下部熱水區；所述第二板間間隙從上至下依次包括互相連通的冷凝區、分離區及蒸發區，所述冷水區與冷凝區相對，所述熱水區與蒸發區相對。

進一步的，所述板片之間還具有供介質流動的通道，

所述起始板、中間板A及中間板B上開設有冷水進水孔、冷水出水孔，所述冷水進、出水孔位于板片上冷水區所圍區域內；所述中間板B正面環繞冷水進、出水孔設有一圈小密封圈，形成一連通冷水區而不與冷凝區連通的冷水循環通道；

所述起始板、中間板A及中間板B上開設有熱水進水孔、熱水出水孔，所述熱水進、出水孔位于板片上熱水區所圍區域內；所述中間板A正面環繞熱水進、出水孔設有一圈小密封圈，形成一連通熱水區而不與蒸發區連通的熱水循環通道；

所述起始板、中間板A及中間板B上開設有海水進水孔，所述海水進水孔位于板片上熱水區所圍區域內，所述中間板B正面環繞海水進水孔設有一圈小密封圈，形成一連通蒸發區而不與熱水區連通的海水通道；

所述起始板、中間板A及中間板B上開設有位于冷凝區底部的淡水輸出孔，所述淡水輸出孔位于冷凝區所圍區域內，所述中間板A正面環繞淡水輸出孔設有一圈小密封圈，形成一連通第二板間間隙冷凝區而不與第一板間間隙連通的淡水輸出通道；

其中，所述冷水循環通道內的介質為冷海水，所述熱水循環通道內的介質為缸套水。

進一步的，所述海水進水孔具有對稱設置的一對，該對海水進水孔對稱開設在中間板A和中間板B上與蒸發區底部兩側相對應的位置，且所述中間板B正面環繞海水進水孔安裝有開口小密封圈，所述開口小密封圈具有朝向蒸發區中心的開口。

進一步的，所述通道還包括位于蒸發區和熱水區下方的濃鹽水通道，由位于每塊板片底部對應位置的濃鹽水孔前后疊加形成。

進一步的，所述中間板A正面具有第一密封圈組，所述第一密封圈組包括用以圍繞形成第一板間間隙的第一主密封圈以及安裝在第一主密封圈所圍區域內的用以圍繞形成冷水區的大密封圈A、用以圍繞形成熱水區的大密封圈B；

所述中間板B正面具有第二密封圈組，所述第二密封圈組包括用以圍繞形成第二板間間隙的第二主密封圈以及安裝在第二主密封圈所圍區域內的用以劃分冷凝區、分離區及蒸發區的密封條A及密封條B，所述蒸發區為由密封條A圍繞形成的上端具有敞口的空間，所述分離區、冷凝區依次設置在蒸發區上方，且由蒸發區敞口上方的密封條B分隔。

進一步的，所述密封條B呈一自兩端至中部對稱向下傾斜且在中間形成低洼帶的條狀。

進一步的，每片板片的所述分離區所對應的兩側具有導向波紋，兩側所述導向波紋自分離區中間位置向外側斜下方延伸，且其延伸方向不與蒸發區接觸。

進一步的，所述中間板A及中間板B上還開設有氣體連通孔，所述氣體連通孔位于密閉空間內，且位于熱水區和冷水區所圍區域外。

本發明的優點在于：

（1）由板片與密封圈（條）共同形成海水淡化所需的密閉空間，無需再加外殼，既節約了材料，又節省了空間。

（2）由板片形成的一個個間隙為海水淡化提供空間，換熱效率高，且板片便于拆卸清洗，防止換熱器因結垢等無法正常使用；熱水區與蒸發區相對，更好的實現熱量的交換；具有冷凝區，具備冷凝淡水的能力，從該換熱器流出的為淡水，無需其他設備。

（3）該換熱器內還具有冷水循環通道，熱水循環通道，海水循環通道，淡水輸出通道，各種介質在換熱器內充分流動，實現熱量的交換，其中，冷水循環通道內的介質為冷海水，熱水循環通道內的介質為缸套水，充分利用船上的缸套水余熱，節約資源。

（4）板片上的功能區域由密封圈圍成，其中，主密封圈圍成板片間隙，其中的密封圈將同一板間間隙上的功能區相互隔離，將各功能區分隔嚴密，且便于拆裝；每一板片上僅一側設置有密封圈，便于加工。

（5）在板片上設置孔組作為通道，無需獨立設置管道作為介質通道，方便介質流動，減少耗材，通道在不連通的板間間隙中采用密封圈密封，取代傳統管道。

（6）濃鹽水通道將淡水蒸發后的含鹽度較高的海水導出換熱器外，防止鹽分在該換熱器內堆積，造成堵塞，降低生產效率。

（7）密封條B的作用是，在板間間隙內分隔分離區和冷凝區，其結構恰好可以使得在冷凝區冷凝的淡水向中間低洼帶聚攏，最終流入淡水輸出通道。

（8）導向波紋的作用是海水蒸發過程中分離海水中的鹽分，并使得含鹽較多的海水隨導向波紋流入底部的濃鹽水通道，最終流出。

附圖說明

圖1為本發明一種新型海水淡化裝置最佳實施例的側面示意圖。

圖2為本發明一種新型海水淡化裝置最佳實施例的中間板A正面示意圖。

圖3為本發明一種新型海水淡化裝置最佳實施例的中間板B正面示意圖。

圖4為本發明一種新型海水淡化裝置最佳實施例的起始板正面示意圖。

圖5為本發明一種新型海水淡化裝置最佳實施例的結束板正面示意圖。

圖6為本發明一種新型海水淡化裝置最佳實施例的工作原理圖。

圖中：

1-中間板A， 11-主密封圈A， 12-密封圈B，

13-密封圈A， 14-小密封圈， 15-開口小密封圈，

2-中間板B， 21-主密封圈B， 22-密封條B，

23-密封條A， 3-起始板， 4-結束板，

5-壓緊板， 6-螺栓， 7-穿桿，

8-第二板間間隙， 9-第一板間間隙， 10-冷水進水孔，

20-冷水出水孔， 30-淡水輸出孔， 40-氣體連通孔，

50-熱水進水孔， 60-熱水出水孔， 70-海水進水孔，

80-濃鹽水孔， 90-導向波紋； L-冷水區，

R-熱水區， C-冷凝區， S-分離區，

E-蒸發區。

具體實施方式

如圖1所示，本發明公開了一種新型海水淡化裝置，包括裝置本體，由若干板片以面對面扣合的方式疊加而成，再在始、末兩端以壓緊板5壓緊，相鄰板片之間形成密閉空間，密閉空間包括交替設置的第一板間間隙9及第二板間間隙8，板片包括：

一起始板3，位于裝置本體始端，具有正面及反面，其正面朝向裝置本體外側，與始端壓緊板壓緊，其反面朝向裝置本體內部，用以形成第一板間間隙；

一結束板4，位于裝置本體末端，具有正面及反面，其正面朝向裝置本體外側，形成換熱器終端面，其反面朝向裝置本體內部，用以形成第一板間間隙；

若干中間板A1，設置在起始板3與結束板4之間，具有正面及反面，正面用以形成第一板間間隙，反面用以形成第二板間間隙；

若干中間板B2，設置在起始板3與結束板4之間，且與中間板A1以交替的形式設置，該中間板B2具有正面及反面，其正面與中間板A反面扣合，形成第一板間間隙，其反面與中間板A正面扣合，形成第二板間間隙；

起始板3和結束板4分別位于兩端，中間板A1、中間板B2位于中間，且呈交替、成對排列；起始板3反面與第一個中間板A1正面扣合形成首個第一板間間隙，結束板4正面與最后一個中間板B2反面扣合，形成最后的第一板間間隙，各板件之間平行緊密安裝，故可形成海水淡化所需的密閉空間，從而可以省掉傳統板式造水機銅質外殼，節約了空間，降低了成本。

密閉空間內由橡膠墊分隔成若干功能區；其中，

第一板間間隙包括相互獨立密封的上部冷水區L及下部熱水區R，由中間板A1正面的第一密封圈組分隔形成，如圖2所示，第一密封圈組包括用以圍繞形成第一板間間隙的主密封圈A11以及安裝在主密封圈A11所圍區域內的用以圍繞形成冷水區L的大密封圈A13、用以圍繞形成熱水區B的大密封圈B12；

第二板間間隙從上至下依次包括互相連通的冷凝區C、分離區S及蒸發區E，由中間板B2正面上的第二密封圈組分隔形成，如圖3所示，第二密封圈組包括用以圍繞形成第二板間間隙的主密封圈B21以及安裝在主密封圈B21所圍區域內的用以劃分冷凝區C、分離區S及蒸發區E的密封條A23及密封條B22，蒸發區E為由密封條A23圍繞形成的上端具有敞口的空間，分離區S、冷凝區C依次設置在蒸發區E上方，由冷凝區C敞口上方的密封條B22分隔；

其中，每片板片的兩側具有對稱的導向波紋90，兩側導向波紋90自分離區中間位置向外側斜下方延伸，且其延伸方向不與蒸發區E接觸，便于蒸發過程中，夾帶鹽份的蒸汽沉降，并隨導向波紋流到蒸發區E以外；

上述第一板間間隙及第二板間間隙中，冷水區L與冷凝區C所圍區域相對，位于任意中間板兩側的同一位置，熱水區R與蒸發區E所圍區域相對，位于任意中間板兩側的同一位置。

海水達到一定溫度時就會沸騰，產生水蒸汽，蒸餾法海水淡化正是利用這一物理現象實現海水淡化的。熱水區R內具有高溫換熱介質，蒸發區E內具有待蒸發海水，兩者之間僅相隔一個板片，能夠實現較好的熱傳遞，冷水區L具有低溫換熱介質，與冷凝區C之間僅相隔一個板片，同理地，兩區之間能夠實現較好的熱傳遞；在熱水區R高溫換熱介質的作用下，蒸發區E內的海水在一定溫度就會沸騰產生水蒸汽，水蒸氣經過分離區S，并上升到冷凝區C，由于冷水區L內具有低溫換熱介質，且與冷凝區C間隔相對，水蒸氣在該低溫介質的作用下冷凝，即可形成淡水。

如圖2-5所示，由于該裝置本體為由若干板片互相疊加而成，為了便于各功能區介質的流通，板片還開設有供介質流動的通道，包括

冷水循環通道，由冷水進水通道及冷水出水通道組成，冷水進、出水通道與冷水區L連通，穿過冷凝區C且不與冷凝區C連通；其具體結構為：起始板3、中間板A1及中間板B2上開設有冷水進水孔10、冷水出水孔20，冷水進、出水孔10、20位于板片上冷水區L所圍區域內，相鄰前后板片上的冷水進、出水孔10、20互相疊加，分別初步形成冷水進、出通道；中間板B2正面環繞冷水進、出水孔10、20分別設有一圈小密封圈14，形成一連通冷水區L而不與冷凝區C連通的完整冷水循環通道；

熱水循環通道，由熱水進水通道及熱水出水通道組成，熱水進、出水通道與熱水區R連通，穿過蒸發區E且不與蒸發區E連通；其具體結構為：起始板3、中間板A1及中間板B2上開設有熱水進水孔50、熱水出水孔60，熱水進、出水孔50、60位于板片上熱水區R所圍區域內；相鄰前后板片上的熱水進、出水孔50、60互相疊加，分別初步形成熱水進、出通道；中間板A1正面環繞熱水進、出水孔50、60分別設有一圈小密封圈14，形成一連通熱水區R而不與蒸發區E連通的完整熱水循環通道；

海水通道，海水通道與蒸發區E連通，穿過熱水區R且不與熱水區R連通；其具體結構為：起始板3、中間板A1及中間板B2上開設有海水進水孔70，海水進水孔70位于板片上熱水區R所圍區域內，相鄰前后板片上的海水進水孔70互相疊加，初步形成海水通道，中間板A1正面環繞海水進水孔70設有一圈小密封圈14，形成一連通蒸發區E而不與熱水區R連通的完整海水通道；值得一提的是，海水進水孔70具有對稱設置的一對，該對海水進水孔70對稱開設在中間板A1和中間板B2上、與蒸發區E底部兩側相對應的位置，便于海水從底部兩側向中上部擴散，且中間板B2正面環繞海水進水孔70安裝有開口小密封圈15，開口小密封圈15具有朝向蒸發區中心的開口，對流入的介質起到導向作用，有利于介質向中心處涌流。

淡水輸出通道，位于冷凝區C底部，僅與冷凝區C連通，具體結構為：起始板3、中間板A1及中間板B2上開設有淡水輸出孔30，淡水輸出孔30位于冷凝區C所圍區域內，冷凝區C由密封條B22隔離出來，密封條B23上方即為冷凝區C，該密封條B22呈一自兩端至中部對稱向下傾斜且在中間形成低洼帶的條狀，該淡水輸出孔30恰位于該低洼帶對應位置，由密封條B引流而來的淡水，可完全匯入淡水輸出孔30；相鄰前后板片上的淡水輸出孔30互相疊加，初步形成淡水輸出通道，中間板A1正面環繞淡水輸出孔30設有一圈小密封圈14，最終形成一連通第二板間間隙冷凝區而不與第一板間間隙連通的完整淡水輸出通道。

其中，冷水循環通道內的介質為冷海水，熱水循環通道內的介質為缸套水，利用其它設備上的缸套水預熱，節約能源，降低成本。

由于海水蒸發會分離出濃鹽水，所以通道還包括位于蒸發區和熱水區下方的濃鹽水通道，由位于每塊板片底部對應位置的濃鹽水孔80前后疊加形成，便于夾帶大量鹽分的海水在蒸發過程中分離并流出。

除上述介質流通孔，中間板A1及中間板B2上還開設有氣體連通孔40，氣體連通孔40位于任意中間板主密封圈所圍區域內，且位于熱水區R和冷水區L所圍區域外，便于水蒸氣在各板間間隙中自由分散、吸收冷凝，且便于利用真空泵制造換熱器內部真空，降低海水沸點，提高生產效率，具體地，氣體連通孔40開設在中間板A1、B2的分離區S所在區域內和冷凝區C所在區域的兩側，還開設在中間板A1、B2冷水區L所圍區域的兩側。

該裝置本體板片由穿桿7定位，使之前后對應疊加，兩端再由壓板5壓緊，利用螺栓6連接固定壓板5，從而壓緊裝置本體；前壓板5與起始板3正面扣合，如圖4所示，該起始板3上的介質孔與中間板A1完全一致，且其正面上每個介質孔周圍均有一圈小密封圈14，保證介質進出裝置本體時，密封性好，不滲漏；后端壓板5與結束板4反面扣合，兩者之間不留間隙，如圖5所示，在結束板4上無介質孔，且其正面有與中間板A1相同的橡膠墊，便于形成最后的第一板間間隙。

該換熱器工作時，由于該裝置本體板片之間通過氣體連通孔90互相連通，可利用真空泵首先降低氣壓，從而降低海水的蒸發溫度；

如圖6所示，首先是蒸發過程，主機缸套水由熱水進水孔50不斷進入，由于中間板A1熱水進水孔50周圍無小密封圈14，缸套水擴散至中間板A1蒸發區E,同時繼續前進，由于中間板B2熱水進水孔50、熱水出水孔60周圍有小密封圈14，缸套水僅流經蒸發區E后擴散至下一組中間板A1的熱水區R，交替循環至結束板4，最后，同理，由熱水出水孔60組成的熱水出水通道流出；與缸套水同時不斷進入該換熱器的還有待蒸發的海水，該海水由海水進水孔70不斷進入，由于中間板A1上的海水進水孔70處有小密封圈14，故海水只流經熱水區R，同時流入第二板間間隙，由于中間板B2上海水進水孔70周圍具有開口小密封圈15，海水隨該開口小密封圈15的開口擴散至中間板B2蒸發區E，同時也繼續向前流動，如此循環直至結束板。此過程中，中間板A1、中間板B2交替排列，缸套水的熱量即通過板片傳遞給海水，海水逐漸升溫至該壓強下的蒸發溫度，進而變為水蒸氣，并上升至分離區S。

分離過程：海水被加熱并變為水蒸汽，上升到分離區S，水蒸汽中會夾帶鹽分，在上升過程中，因重力作用該部分水蒸氣會滴落分離，在分離區S的導向波紋90的作用下，濃鹽水繞開蒸發區E，從其兩側流下，流經濃鹽水孔80被排出至舷外；同時，由于此區域內的蒸汽量較大，部分蒸汽隨該處的氣體連通孔90均勻分散到其他板間間隙內。

冷凝過程：由于由密封條B13形成的冷凝區C左右兩側不封閉，經過分離區S的蒸汽進入冷凝區C；與冷凝區C一板之隔的冷水區L內具有冷海水，冷海水由冷水進水孔10不斷進入該裝置本體，由于中間板A1冷水進水孔10周圍無小密封圈14，冷海水擴散至冷水區，同時流入第二板間間隙，由于中間板B2冷水進水孔10周圍有小密封圈14，故冷海水只流經中間板B2冷水進水孔10而不擴散，并繼續向下一冷水區L擴散，如此重復直至結束板4，又同樣地流經由冷水出水孔20組成的冷水出水通道流出。此過程中，冷海水通過板片與水蒸汽交換熱量，水蒸汽冷凝成為淡水，在重力作用下流至淡水輸出孔30處，然后由淡水輸出孔30直接進淡水倉。由冷水出水孔20流出的海水一部分直接排出舷外，一部分流向海水進水孔70，作為待蒸發海水使用，水蒸氣液化的過程對冰冷的海水起到了預熱的作用，海水溫度有所升高，這對于待加熱至蒸發的海水來說是有益的。

補充說明：板片上冷凝區C和蒸發區E均設有人字形波紋，一方面，可促使流經兩側的液體或氣體形成紊流，使熱交換更加充分，提高換熱效率；另一方面，可提高鋼板剛度。板片分離區S設有水平方向的傾斜導向波紋90，使得水蒸汽上升過程中，其中的液滴容易附著、分離，省掉了傳統板式造水機中實用的過濾網；同時也有利于增強板片剛度。

以上顯示和描述了本發明的基本原理和主要特征。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和范圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明范圍內。本發明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。