專利名稱：制水裝置以及制水方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制水裝置以及制水方法。
背景技術(shù)：
在從蒸氣獲得動(dòng)力的蒸氣渦輪裝置中，利用從渦輪機(jī)組排出并被冷凝器冷凝的蒸氣冷凝水進(jìn)行制水的方法使用至今。例如，專利文獻(xiàn)I公開的蒸氣渦輪裝置，如圖5所示，從渦輪機(jī)91導(dǎo)入凝汽器92的蒸氣，通過與冷海水93進(jìn)行熱交換成為冷凝水94，并被導(dǎo)入冷凝器95。冷凝器95收集的蒸氣冷凝水，在再次作為鍋爐給水使用的過程中，通過作為制水裝置的冷卻水使用來實(shí)現(xiàn)熱回收，作為渦輪機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)節(jié)能化。在圖5的結(jié)構(gòu)中，冷海水93在凝汽器(condenser) 92成為溫海水96，且一部分被導(dǎo)入蒸發(fā)器97，生成的蒸氣被導(dǎo)入 冷凝器95并通過與冷凝水94進(jìn)行熱交換，生成淡水98。現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I :日本特開昭61-161189號公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所要解決的課題但是，對于當(dāng)今的蒸氣渦輪裝置，隨著更加節(jié)能的發(fā)展趨勢，正通過蒸氣條件的高壓化來實(shí)現(xiàn)高效率化，存在使導(dǎo)入冷凝器95且被用于蒸氣冷凝的冷凝水94的溫度高溫化且使蒸氣冷凝水減少化的趨勢。因此，在上述現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)中，不能得到適用于必需的制水量的冷凝水溫度和流量，在現(xiàn)有的制水裝置中，因?yàn)檎舭l(fā)溫度等的限制而具有難以確保必需的制水量的問題。因此，本發(fā)明目的在于提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能化且提高制水效率的制水裝置以及制水方法。解決課題的方法本發(fā)明的上述目的是提供一種制水裝置，包括加熱原料水用來生成水蒸氣的加熱器；和冷卻生成的水蒸氣用來生成蒸餾水的凝汽器，構(gòu)成為上述凝汽器包括將水蒸氣與冷卻水進(jìn)行熱交換的第一熱交換器；和將水蒸氣與原料水進(jìn)行熱交換的第二熱交換器，將通過上述第二熱交換器的原料水導(dǎo)入上述加熱器。在該制水裝置中，上述第一熱交換器和第二熱交換器系一體化并且冷卻水與原料水不會混合。上述凝汽器具有層疊配置于兩個(gè)端板之間的多個(gè)傳熱板，上述多個(gè)傳熱板被插于其中的分隔部件分離為兩個(gè)板組。在該結(jié)構(gòu)中，上述第一熱交換器構(gòu)成為從一方上述端板導(dǎo)入冷卻水，經(jīng)由一方上述端板與水蒸氣進(jìn)行熱交換，將熱交換后的冷卻水從一方上述端板排出，上述第二熱交換器構(gòu)成為從另一方上述端板導(dǎo)入原料水，經(jīng)由另一方上述板組與水蒸氣進(jìn)行熱交換，將熱交換后的原料水從另一方上述端板排出。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)小型化且提高凝汽器的能力。
此外，還具有蒸氣渦輪裝置，該蒸氣渦輪裝置具有循環(huán)回路，可使鍋爐所產(chǎn)生的蒸氣在渦輪機(jī)驅(qū)動(dòng)之后被渦輪凝汽器(turbine condenser)冷凝并流回所述鍋爐，且所述第一熱交換器置于所述循環(huán)回路中，使得所述渦輪冷凝器所生成的渦輪冷凝水成為冷卻水。此外，本發(fā)明的上述目的是提供一種制水方法，包括通過加熱器加熱原料水用來生成水蒸氣的加熱步驟；和通過冷卻水以及原料水對生成的水蒸氣進(jìn)行冷卻用來生成蒸餾水的凝汽步驟，上述加熱步驟，將在上述凝汽步驟中與水蒸氣進(jìn)行過熱交換的原料水導(dǎo)入上述加熱器。發(fā)明效果采用本發(fā)明，能夠提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能且提高制水效率的制水裝置以及制水方法。


圖I是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式涉及的制水裝置的系統(tǒng)圖。圖2是圖I所示的制水裝置的主要部分的系統(tǒng)圖。 圖3是圖I所示的制水裝置的主要部分的立體圖。圖4是本發(fā)明的其他的實(shí)施方式涉及的制水裝置的主要部分的立體圖。圖5是現(xiàn)有的制水裝置的系統(tǒng)圖。符號說明I制水裝置10加熱器30凝汽器310第一熱交換器320第二熱交換器37分隔部件50蒸氣渦輪裝置100制水裝置主體111、112 端板113a、113b 傳熱板
具體實(shí)施例方式以下，參照附圖對本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式進(jìn)行說明。圖I是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式涉及的制水裝置的系統(tǒng)圖。如圖I所示，制水裝置I在蒸汽渦輪機(jī)裝置50的系統(tǒng)安裝有制水裝置主體100。蒸汽渦輪機(jī)裝置50作為一個(gè)例子，包括鍋爐51 ;渦輪機(jī)組52 ;渦輪凝汽器53 ;接地電容器54 ;給水加熱器55和除氣器56，這些構(gòu)成元件通過循環(huán)回路60連接。鍋爐51使重油、液化天然氣等的燃料燃燒，通過給水生成蒸氣，并供給至渦輪機(jī)組52。渦輪機(jī)組52例如是由高壓渦輪機(jī)和低壓渦輪機(jī)構(gòu)成的蒸氣渦輪機(jī)組，產(chǎn)生用于使船舶的推進(jìn)器等轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力。渦輪凝汽器53通過海水等對從渦輪機(jī)組52排出的蒸氣進(jìn)行冷卻，生成渦輪冷凝水。生成的渦輪冷凝水通過泵61的動(dòng)作，通過接地電容器54和給水加熱器55,在利用被導(dǎo)入潤輪機(jī)組52的蒸氣的一部分被加熱之后,被導(dǎo)入除氣器56,氧氣等被除去。存留于除氣器56的渦輪冷凝水通過泵62的動(dòng)作被供水到鍋爐51，再次成為蒸氣，在循環(huán)回路60循環(huán)。蒸汽渦輪機(jī)裝置50例如能夠優(yōu)選搭載于蒸氣渦輪船，但用途并未被特別限定，例如也可以發(fā)電用。制水裝置主體100，在具有上述結(jié)構(gòu)的蒸氣渦輪裝置50中，經(jīng)由分支管63介設(shè)于泵61與接地電容器54之間的循環(huán)回路60，如后文所述的方式，作為制水用的冷卻水使用通過循環(huán)回路60的渦輪冷凝水。向制水裝置主體100供給的渦輪冷凝水的流量，通過設(shè)置于循環(huán)回路60的調(diào)整閥64的操作能夠進(jìn)行調(diào)整。制水裝置主體100可以如本實(shí)施方式的方式，不從循環(huán)回路60進(jìn)入旁路，可以直接介設(shè)于循環(huán)回路60。圖2是制水裝置主體100的系統(tǒng)圖。如圖2所示，制水裝置主體100包括加熱原料水即海水并生成水蒸氣的加熱器10 ;使水蒸氣與鹽水(濃縮海水)等的濃縮原料水分離的蒸發(fā)器20 ;和冷卻水蒸氣并生成冷凝水的凝汽器30。
加熱器10，包括分別導(dǎo)入和排出原料水的原料水導(dǎo)入口 11和水蒸氣/鹽水出口
12;和分別導(dǎo)入和排出船舶用發(fā)動(dòng)機(jī)的套箱冷卻水等的熱水等溫度導(dǎo)入口 13以及熱水排出口 14，從原料水導(dǎo)入口 11導(dǎo)入的原料水被從溫度導(dǎo)入口 13導(dǎo)入的熱水加熱而蒸發(fā)，從水蒸氣/鹽水出口 12被排出。加熱器10與后述的凝汽器30同樣地例如能夠優(yōu)選具有板式熱交換器，但熱交換器的種類并未被特別限定。此外，水蒸氣的加熱源也并未被限定于熱水，例如也可以是蒸汽、燃燒式加熱器或電子加熱器等。蒸發(fā)器20，包括將從水蒸氣/鹽水出口 12排出的加熱后的原料水導(dǎo)入的加熱原料水導(dǎo)入口 21 ;將從原料水生成的水蒸氣排出的蒸氣排出口 22 ;和將殘留鹽水排出的鹽水排出口 23。冷凝器30，包括將從蒸氣排出口 22排出的水蒸氣導(dǎo)入的蒸氣導(dǎo)入口 31 ;將水蒸氣冷卻得到的蒸餾水排出的蒸餾水排出口 32 ;將用于冷卻蒸氣的冷卻水分別導(dǎo)入和排出的冷卻水導(dǎo)入口 33和冷卻水排出口 34;和同樣將冷卻蒸氣的原料水分別導(dǎo)入和排出的原料水導(dǎo)入口 35和原料水排出口 36。在冷卻水導(dǎo)入口 33，如圖I所示的蒸氣渦輪裝置50的渦輪冷凝水作為冷卻水被導(dǎo)入，從冷卻水排出口 34排出的冷卻水再次返回至蒸氣渦輪裝置50的循環(huán)回路60。成為冷卻水的渦輪冷凝水通常為高純度的清水，因此，在凝汽器30以冷卻水和原料水不混合的方式設(shè)置有分隔部件37。凝汽器30被該分隔部件37分離為將水蒸氣與冷卻水進(jìn)行熱交換的第一熱交換器310和將水蒸氣與原料水進(jìn)行熱交換的第二熱交換器320。冷卻水并不必須為清水，也可以為與原料水不同的其他的冷卻液。此外，在原料水導(dǎo)入口 35，通過其他的系統(tǒng)或噴射泵41的動(dòng)作，海水作為原料水被導(dǎo)入，從原料水排出口 36排出的原料水被導(dǎo)入到加熱器10的原料水導(dǎo)入口 11。作為原料水，除了本實(shí)施方式的海水之外，能夠使用自來水、雨水、地下水、河流水、工業(yè)排水、生活排水等。由噴射泵41供給的原料水也被作為水噴射器40的驅(qū)動(dòng)水利用，蒸發(fā)器20和凝汽器30與水噴射器40的最大負(fù)壓部連接，且通過吸引不冷凝氣體來維持真空狀態(tài)。從蒸餾水排出口 32排出的蒸餾水被蒸餾水泵42導(dǎo)入清水槽(未圖示)。本實(shí)施方式的凝汽器30由板式熱交換器構(gòu)成。如圖3表示的主要部分的立體圖的方式，凝汽器30構(gòu)成為兩種傳熱板113a、113b在兩個(gè)端板111、112之間分別多個(gè)相互層疊配置,緣部通過連結(jié)桿30a、30a結(jié)合。此外，在圖3中為了容易理解結(jié)構(gòu)，將一方的端板111用虛線表示。各傳熱板113a、113b形成為矩形形狀，在層疊方向的中央附近相鄰配置的兩個(gè)傳熱板113b、113b之間設(shè)置有上述的分隔部件37。各傳熱板113a、113b被該分隔部件37分離為兩個(gè)板組。本實(shí)施方式的分隔部件37構(gòu)成為，通過孔塞37a將與傳熱板113a、113b相比更厚的板的開口密封，即使在冷卻水為高壓的渦輪冷凝水的情況下，也能夠發(fā)揮高耐壓性能，能夠可靠地防止冷卻水和原料水的混合。但是，分隔部件37的結(jié)構(gòu)并不限定于本實(shí)施方式，例如，如圖4所示，也能夠通過相鄰配置的兩個(gè)傳熱板113a、113b構(gòu)成分隔部件37。構(gòu)成圖4所示的分隔部件37的兩個(gè)傳熱板113a、113b具有后述的蒸餾流通口 114、115，另一方面，其以外的開口被孔塞37a密封。此外，在圖4中對與圖I相同的結(jié)構(gòu)部分附加同一符號。蒸氣導(dǎo)入口 31和蒸餾水排出口 32分別形成于一方的端板111的一方的對角。各傳熱板113a、113b在與蒸氣導(dǎo)入口 31和蒸餾水排出口 32對應(yīng)的位置分別形成有蒸餾流通口 114、115，蒸氣導(dǎo)入口 31連接在由各蒸餾流通口 114形成的流路，蒸氣導(dǎo)入口 32連接在由各蒸餾流通口 115形成的流路。冷卻水導(dǎo)入口 33和冷卻水排出口 34分別形成于一方的端板111的另一方的對角。構(gòu)成配置于一方的端板111與分隔部件37之間的一方的板組的各傳熱板113a、113b，在與冷卻水導(dǎo)入口 33和冷卻水排出口 34對應(yīng)的位置分別形成有冷卻水流通口 116、117，由各冷卻水流通口 116形成的流路與冷卻水導(dǎo)入口 33連接，由冷卻水流通口 117形成的流路與冷卻水排出口 34連接。原料水導(dǎo)入口 35和原料水排出口 36在另一方的端板112的另一方的對角分別形成。構(gòu)成配置于另一方的端板112與分隔部件37之間的另一方的板組的各傳熱板113a、113b，在與原料水導(dǎo)入口 35和原料水排出口 36對應(yīng)的位置分別形成有原料水流通口 118、119，原料水導(dǎo)入口 35連接在由各原料水流通口 118形成的流路，原料水排出口 36連接在由原料水流通口 119形成的流路。分隔部件37具有蒸餾流通口 114、115，另一方面，如上所述，與冷卻水流通口 116、117和原料水流通口 118、119對應(yīng)的開口被孔塞37a密閉。各傳熱板113a、113b均在一個(gè)面形成有槽部120a、120b，傳熱板113a的槽部120a連通兩個(gè)蒸餾流通口 114、115彼此，并且，兩個(gè)冷卻水流通口 116、117彼此，以及兩個(gè)原料水流通口 118、119彼此隔離。此外，傳熱板113b的槽部120b，將兩個(gè)蒸餾流通口 114、115彼此隔離，并且，兩個(gè)冷卻水流通口 116、117彼此，以及兩個(gè)原料水流通口 118、119彼此連通。相鄰的各傳熱板113a、113b之間被襯墊(gasket)(未圖示)密封。此外，圖3中，為了容易理解，沿傳熱板113a、113b的層疊方向形成的流路，用虛線表示與槽部120a、120b連通的部分，用實(shí)線表示與槽部120a、120b隔離的部分。由于冷凝器30的這種結(jié)構(gòu)，在一方的端板111與分隔部件37之間，從蒸氣導(dǎo)入口31和冷卻水導(dǎo)入口 33導(dǎo)入的水蒸氣和冷卻水，分別在傳熱板113a的槽部120a和傳熱板113b的槽部120b流動(dòng)，因此，如果在傳熱板113a、113b的層疊方向觀看，水蒸氣和冷卻水交替通過相鄰的傳熱板113a、113b之間。該結(jié)果，在水蒸氣與冷卻水之間經(jīng)由傳熱板113a、113b進(jìn)行熱交換，該部分作為第一熱交換器310發(fā)揮功能。完成熱交換所生成的蒸餾水以及冷卻水，分別從蒸餾水排出口 32和冷卻水排出口 34排出。 在凝汽器30的另一方的端板112與分隔部件37之間，從原料水導(dǎo)入口 35導(dǎo)入的原料水在傳熱板113b的槽部120b流動(dòng)，因此，當(dāng)在傳熱板113a、113b的層疊方向觀看時(shí)，水蒸氣與原料水交替通過相鄰的傳熱板113a、113b之間。該結(jié)果，在水蒸氣與原料水之間經(jīng)由傳熱板113a、113b進(jìn)行熱交換，該部分作為第二熱交換器320發(fā)揮功能。完成熱交換而被加熱的原料水從原料水排出口 36排出。具有上述結(jié)構(gòu)的制水裝置I構(gòu)成為，從凝汽器30的一方的端板111經(jīng)由冷卻水導(dǎo)入口 33導(dǎo)入的冷卻水和從另一方的端板112經(jīng)由原料水導(dǎo)入口 35導(dǎo)入的原料水，通過分別在第一熱交換器310和第二熱交換器320中與水蒸氣進(jìn)行熱交換，從而生成蒸餾水，因此，與現(xiàn)有的方式僅僅使冷卻水與水蒸氣進(jìn)行熱交換的結(jié)構(gòu)相比，能夠容易進(jìn)行水蒸氣的冷凝，能夠提高凝汽器30的效率。此外，加熱器10被導(dǎo)入在第二熱交換器320通過與水蒸氣的熱交換而被升溫的原料水，因此，能夠使被導(dǎo)入加熱器10的原料水在初始階段蒸發(fā)，由此能夠提高熱交換率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能化。被導(dǎo)入加熱器10的原料水的溫度通過選擇設(shè)置于凝汽器30的傳熱板113a、113b的塊數(shù)和分隔部件37的位置能夠適當(dāng)調(diào)整。制水裝置I起到的上述的效果，在如本實(shí)施方式的方式使得蒸氣渦輪裝置50的渦 輪冷凝水為冷卻水的情況下特別顯著，即使隨著蒸氣條件的高溫化，渦輪冷凝水變?yōu)楦邷?，也能夠容易確保必需的制水量。但是，被導(dǎo)入凝汽器30的冷卻水，并不必須被限定為蒸氣渦輪裝置50的渦輪冷凝水，例如也可以使用在其他的蒸氣循環(huán)系統(tǒng)生成的冷凝水、或通過使用蒸氣作為熱源和動(dòng)力源而生成的且以高溫的狀態(tài)用于其他用途等的排水等。此外，在本實(shí)施方式中，第一熱交換器310和第二熱交換器320以不產(chǎn)生冷卻水和原料水的混合的方式被一體化，因此，能夠?qū)崿F(xiàn)結(jié)構(gòu)的小型化且實(shí)現(xiàn)凝汽器30效率的提高。具體而言，能夠?qū)⒌谝粺峤粨Q器310和第二熱交換器320在傳熱板113a、113b的層疊方向并列配置。本實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)，被導(dǎo)入凝汽器30的水蒸氣，最初其一部分被導(dǎo)入第一熱交換器310，接著，剩下的水蒸氣被導(dǎo)入第二熱交換器320。但是，第一熱交換器310和第二熱交換器320的配置并未限定于本實(shí)施方式，例如也能夠?qū)⒗鋮s水導(dǎo)入口 33和冷卻水排出口 34設(shè)置于另一個(gè)端板112，將原料水導(dǎo)入口 35和原料水排出口 36設(shè)置于一方的端板111。此外，優(yōu)選第一熱交換器310和第二熱交換器320如本實(shí)施方式的方式由板式熱交換器形成，但也能夠使用殼管式(shell and tube)等其他的熱交換器。此外,第一熱交換器310和第二熱交換器320并不一定需要被一體化,也可以為相互分離的結(jié)構(gòu)。第一熱交換器310和第二熱交換器320也能夠以使水蒸氣的流動(dòng)分支并分別導(dǎo)入第一熱交換器310和第二熱交換器320的方式構(gòu)成。
權(quán)利要求
1.一種制水裝置，包括加熱原料水用來生成水蒸氣的加熱器；和將生成的水蒸氣冷卻用來生成蒸餾水的凝汽器， 所述凝汽器包括將水蒸氣與冷卻水進(jìn)行熱交換的第一熱交換器；和 將水蒸氣與原料水進(jìn)行熱交換的第二熱交換器，并且， 構(gòu)造成將通過所述第二熱交換器之后的原料水導(dǎo)入所述加熱器。
2.如權(quán)利要求I所述的制水裝置， 所述第一熱交換器和所述第二熱交換器系一體化并且冷卻水與原料水不會混合。
3.如權(quán)利要求I所述的制水裝置， 所述凝汽器具有層疊配置于兩個(gè)端板之間的多個(gè)傳熱板，所述多個(gè)傳熱板被插于其中的分隔部件分離為兩個(gè)板組， 所述第一熱交換器構(gòu)成為從一方所述端板導(dǎo)入冷卻水，經(jīng)由一方所述板組與水蒸氣進(jìn)行熱交換，將熱交換后的冷卻水從一方所述端板排出， 所述第二熱交換器構(gòu)成為從另一方所述端板導(dǎo)入原料水，經(jīng)由另一方所述板組與水蒸氣進(jìn)行熱交換，將熱交換后的原料水從另一方所述端板排出。
4.如權(quán)利要求I所述的制水裝置， 具有蒸氣渦輪裝置，該蒸氣渦輪裝置具有循環(huán)回路，可使鍋爐所產(chǎn)生的蒸氣在渦輪機(jī)驅(qū)動(dòng)之后被渦輪凝汽器冷凝并流回所述鍋爐， 且所述第一熱交換器置于所述循環(huán)回路中，使得所述渦輪冷凝器所生成的渦輪冷凝水成為冷卻水。
5.一種制水方法，包括 利用加熱器加熱原料水用來生成水蒸氣的加熱步驟；和 通過冷卻水和原料水對生成的水蒸氣進(jìn)行冷卻用來生成蒸餾水的凝汽步驟，并且， 所述加熱步驟，將在所述凝汽步驟中與水蒸氣進(jìn)行熱交換后的原料水導(dǎo)入所述加熱器。
全文摘要
本發(fā)明提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能且提高制水效率的制水裝置。一種制水裝置(100)，包括加熱原料水用來生成水蒸氣的加熱器(10)；和冷卻生成的水蒸氣用來生成蒸餾水的凝汽器(30)，其構(gòu)成為該凝汽器(30)包括將水蒸氣與冷卻水進(jìn)行熱交換的第一熱交換器(310)；和將水蒸氣與原料水進(jìn)行熱交換的第二熱交換器(320)，將通過第二熱交換器(320)的原料水導(dǎo)入加熱器(10)。
文檔編號C02F1/04GK102649591SQ201110309700
公開日2012年8月29日 申請日期2011年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月25日
發(fā)明者島田統(tǒng)行, 森永一則 申請人:笹倉機(jī)械工程有限公司