ПЛАСТИНЧАТЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК ДЛЯ ОПРЕСНИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ Российский патент 2019 года по МПК F28F3/08 F28D9/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к пластине для пластинчатого теплообменника для использования в системе концентрирования веществ, например, в опреснительной системе. Настоящее изобретение дополнительно относится к пластинчатому теплообменнику, содержащему такую пластину, и к системе, содержащей такой пластинчатый теплообменник.

Уровень техники

В некоторых случаях возникает потребность в концентрировании вещества в воде, например, в виде неорганических веществ, таких как соли. Это может быть выполнено, например, для удаления таких веществ из воды, например, с целью опреснения морской воды. В качестве части процесса, вода может быть нагрета, например, с использованием парокомпрессионной технологии, в которой текучая среда попеременно сжимается и расширяется, причем между текучей средой и водой происходит теплообмен. Попеременно сжимаемая и расширяемая текучая среда может быть частью воды.

Использование парокомпрессионной технологии в системах для концентрирования веществ в воде раскрыто, например, в "George V. Gsell, et al., Advances in Vapor Compression Technology for the Production of USP Purified Water and Water For Injection, Pharmaceutical Engineering’, март/апрель 2013, том 33, № 2, стр. 1-8.

В системах уровня техники для концентрирования веществ, в которых используется парокомпрессионная технология и в которых пластинчатый теплообменник используется для теплообмена между попеременно сжимаемой и расширяемой текучей средой и водой, пластинчатый теплообменник обычно размещен в закрытом резервуаре или контейнере, при этом одна из теплообменных сред подается в теплообменник из резервуара на открытом конце пластинчатого теплообменника и выходит из пластинчатого теплообменника из противоположного открытого конца вовнутрь резервуара. Это затрудняет использование пластинчатого теплообменника без большой и сложной системы.

Раскрытие сущности изобретения

Задачей вариантов осуществления настоящего изобретения является создание пластины для пластинчатого теплообменника, обеспечивающей равномерное распределение воды по пластине во время передачи тепла.

Дополнительной задачей вариантов осуществления настоящего изобретения является создание пластинчатого теплообменника, который может быть легко установлен в системе для концентрирования веществ.

Дополнительной задачей вариантов осуществления настоящего изобретения является создание пластинчатого теплообменника, который может быть использован для концентрирования веществ в воде в виде отдельного блока.

Согласно первому аспекту настоящее изобретение относится к пластине для пластинчатого теплообменника для использования в системе для концентрирования веществ в воде, причем пластина содержит:

- теплообменную зону, определяющую множество первых каналов на первой поверхности пластины и множество вторых каналов на второй поверхности пластины, при этом вторая поверхность расположена напротив первой поверхности,

- первое сквозное отверстие, расположенное на первом конце теплообменной зоны, причем первое сквозное отверстие образует впуск пара для множества первых каналов,

- второе сквозное отверстие, расположенное на втором конце теплообменной зоны, при этом второе сквозное отверстие образует выпуск пара для множества вторых каналов,

- по меньшей мере одно третье сквозное отверстие, расположенное на первом конце теплообменной зоны, причем указанное по меньшей мере одно третье сквозное отверстие образует впуск текучей среды для множества вторых каналов, и

- по меньшей мере одно четвертое сквозное отверстие, расположенное на втором конце теплообменной зоны, при этом указанное по меньшей мере одно четвертое сквозное отверстие образует выпуск текучей среды для множества первых каналов,

причем второе сквозное отверстие образует часть сборной камеры для сбора концентрата.

Таким образом, согласно первому аспекту настоящее изобретение относится к пластине для пластинчатого теплообменника. Пластинчатый теплообменник предназначен для использования в системе для концентрирования веществ в воде. Концентрируемые вещества предпочтительно представляют собой неорганические вещества, такие как соль. В данном контексте термин «концентрирование веществ» означает, что концентрация присутствующего в воде вещества увеличивается. Тем самым также получается вода, в которой это вещество было удалено или его концентрация была уменьшена. Например, система для концентрирования веществ в воде может представлять собой опреснительную систему, например, для опреснения морской воды. В опреснительных системах исходная морская вода разделяется на пресную воду и воду с более высокой концентрацией соли, чем исходная морская вода, например, в виде рассола. Процесс концентрирования веществ может включать в себя дистилляцию воды.

Пластина содержит теплообменную зону, определяющую множество первых каналов на первой поверхности пластины и множество вторых каналов на второй поверхности пластины. Вторая поверхность расположена напротив первой поверхности. Таким образом, теплообмен может происходить между текучей средой, текущей во множестве первых каналов, и текучей средой, текущей во множестве вторых каналов, через пластину. Следует отметить, что множество первых каналов и/или множество вторых каналов не обязательно закрыты, пока пластина не будет расположена смежно с другой пластиной пластинчатого теплообменника. Соответственно, каналы могут быть выполнены в виде канавок или волнообразных неровностей поверхности.

Пластина дополнительно содержит первое сквозное отверстие, расположенное на первом конце теплообменной зоны. В данном контексте термин «сквозное отверстие» следует интерпретировать как означающий отверстие, выполненное в пластине от первой поверхности до второй поверхности, обеспечивая тем самым возможность прохождения через пластину.

Первое сквозное отверстие образует впуск пара для множества первых каналов. Соответственно, первое сквозное отверстие соединено с возможностью передачи текучей среды с каждым из множества первых каналов, таким образом, текучая среда в виде пара может подаваться в множество первых каналов из первого сквозного отверстия. Таким образом, текучая среда в виде пара входит в множество первых каналов, течет вдоль первой поверхности пластины и образует горячую сторону теплообменника.

Пластина дополнительно содержит второе сквозное отверстие, расположенное на втором конце теплообменной зоны. Таким образом, второе сквозное отверстие расположено на конце теплообменной зоны, противоположном концу, на котором расположено первое сквозное отверстие.

Второе сквозное отверстие образует выпуск пара для множества вторых каналов. Соответственно, каждый из множества вторых каналов соединен с возможностью передачи текучей среды со вторым сквозным отверстием, таким образом, текучая среда в виде пара может выходить из множества вторых каналов через второе сквозное отверстие. Предпочтительно текучая среда, выходящая из множества вторых каналов, частично имеет вид пара и частично вид концентрата в виде жидкости, например, рассола. Текучая среда, текущая в множестве первых каналов вдоль второй поверхности, образует холодную сторону теплообменника.

Дополнительно пластина содержит по меньшей мере одно третье сквозное отверстие, расположенное на первом конце теплообменной зоны. Таким образом, указанное по меньшей мере одно третье сквозное отверстие расположено на том же конце теплообменной зоны, что и первое сквозное отверстие. Указанное по меньшей мере одно третье сквозное отверстие образует впуск текучей среды для множества вторых каналов. Соответственно, вторые каналы соединены с возможностью передачи текучей среды на первом конце теплообменной зоны с указанным по меньшей мере одним третьим сквозным отверстием и на втором конце теплообменной зоны со вторым сквозным отверстием. Таким образом, текучая среда, образующая холодную сторону теплообменника, входит в множество вторых каналов из указанного по меньшей мере одного третьего сквозного отверстия, течет в множестве вторых каналов вдоль второй поверхности пластины в теплообменной зоне и выходит из множества вторых каналов, через второе сквозное отверстие, в виде пара или смеси пара и концентрата в виде жидкости. Когда текучая среда течет вдоль второй поверхности пластины, происходит теплообмен с текучей средой, текущей в множестве первых каналов, вдоль первой поверхности пластины, так, что текучая среда, текущая в множестве вторых каналом, нагревается. В случае, когда текучая среда, входящая в множество вторых каналов из указанного по меньшей мере одного третьего сквозного отверстия, находится в жидком состоянии, передача тепла к текучей среде должна быть достаточной для обеспечения по меньшей мере частичного фазового перехода текучей среды, обеспечивая тем самым то, что текучая среда, выходящая из множества вторых каналов через второе сквозное отверстие, по меньшей мере частично имеет вид пара.

Наконец, пластина содержит по меньшей мере одно четвертое сквозное отверстие, расположенное на втором конце теплообменной зоны. Таким образом, указанное по меньшей мере одно четвертое сквозное отверстие расположено на том же конце теплообменной зоны, что и второе сквозное отверстие. Указанное по меньшей мере одно четвертое сквозное отверстие образует выпуск текучей среды для множества первых каналов. Соответственно, множество первых каналов соединены на первом конце теплообменной зоны с первым сквозным отверстием и на втором конце теплообменной зоны с указанным по меньшей мере одним четвертым сквозным отверстием. Таким образом, текучая среда, образующая горячую сторону теплообменника, входит в множество первых каналов из первого сквозного отверстия в виде пара, течет в множестве первых каналов вдоль первой поверхности пластины в теплообменной зоне и выходит из множества первых каналов через указанное по меньшей мере одно четвертое сквозное отверстие. Когда текучая среда течет вдоль первой поверхности пластины, происходит теплообмен с текучей средой, текущей в множестве вторых каналов вдоль второй поверхности пластины так, что текучая среда, текущая в множестве первых каналов, охлаждается, предпочтительно, достаточно для конденсации пара, входящего в множество первых каналов. В этом случае текучая среда, выходящая из множества первых каналов через указанное по меньшей мере одно четвертое сквозное отверстие, по меньшей мере частично имеет вид жидкости.

Второе сквозное отверстие образует часть сборной камеры для сбора концентрата. Таким образом, текучая среда, выходящая из множества вторых каналов через второе сквозное отверстие, немедленно поступает в сборную камеру. Таким образом, сборная камера образует часть теплообменника. Дополнительно теплообменник является автономным в том смысле, что теплообмен и сбор концентрата происходит внутри теплообменника, таким образом, нет необходимости размещать теплообменник внутри резервуара или контейнера. Это делает теплообменник пригодным для использования в любой системе концентрирования веществ, при этом теплообменник может быть использован в качестве отдельного блока.

Как описано выше, текучая среда, выходящая из множества вторых каналов через второе сквозное отверстие, по меньшей мере частично имеет вид пара. Предпочтительно текучая среда частично имеет вид пара с низкой концентрацией вещества и частично имеет вид жидкости с высокой концентрацией вещества, например, в виде рассола. Пар затем отделяется от жидкости в сборной камере, при этом жидкость с высокой концентрацией вещества собирается в сборной камере.

Размер поперечного сечения каждого из первого и второго сквозных отверстий может быть значительно больше размера поперечного сечения каждого из третьего и четвертого сквозных отверстий. Согласно этому варианту осуществления сквозные отверстия, образующие впуски и выпуски пара, значительно больше других сквозных отверстий.

Таким образом, текучая среда в виде пара может входить в множество первых каналов через большое первое сквозное отверстие и выходить из множества первых каналов в виде жидкости через указанное меньшее по меньшей мере одно четвертое сквозное отверстие. Объем текучей среды в виде пара больше объема того же количества текучей среды в виде жидкости. Благодаря использованию большого сквозного отверстия для впуска пара и по меньшей мере одного меньшего сквозного отверстия для выпуска жидкости гарантируется, что поток текучей среды через множество первых каналов будет достаточным для обеспечения должной конденсации пара, когда текучая среда проходит через множество первых каналов.

Сходным образом, текучая среда в виде жидкости может входить в множество вторых каналов через указанной меньшее по меньшей мере одно третье сквозное отверстие, и выходить из множества вторых каналов, по меньшей мере частично в виде пара, через большее второе сквозное отверстие. Таким образом, гарантируется, что поток текучей среды через множество вторых каналов достаточен для обеспечения испарения жидкости, когда текучая среда проходит через множество вторых каналов, предотвращая ситуацию, когда вся жидкость испарится и оставит вторые каналы сухими.

Например, размер поперечного сечения каждого из первого и второго сквозных отверстий может быть от 2 до 10 раз больше размера поперечного сечения каждого из третьего и четвертого сквозных отверстий, например, от 3 до 8 раз больше, например, от 4 до 6 раз больше.

Пластина может дополнительно содержать распределительные направляющие, расположенные между третьим сквозным отверстием (отверстиями) и вторыми каналами, для распределения жидкости из третьего сквозного отверстия (отверстий) по вторым каналам.

В соответствии с этим вариантом осуществления распределительные направляющие гарантируют, что текучая среда жидкости, поступившая через указанное по меньшей мере одно третье сквозное отверстие, должным образом распределяется по вторым каналам, предпочтительно таким образом, что достигается равномерное распределение текучей среды по множеству вторых каналов. Таким образом, достигается соответствующее распределение текучей среды по второй поверхности пластины. Таким образом, достигается эффективная передача тепла через пластину.

Распределительные направляющие могут, например, иметь вид дефлекторов или частей стенки, расположенных в проходе для потока, соединяющем между собой указанное по меньшей мере одно третье сквозное отверстие и вторые каналы.

Сходным образом, пластина может дополнительно содержать сборные направляющие, расположенные между первыми каналами и четвертым сквозным отверстием (отверстиями) для направления жидкости из первых каналов к четвертому сквозному отверстию (отверстиям). Согласно этому варианту осуществления гарантируется, что текучая среда, которая конденсировалась при прохождении через первые каналы, должным образом собирается через указанное по меньшей мере одно четвертое сквозное отверстие. Сборные направляющие также могут иметь вид дефлекторов или частей стенки, расположенных в проходе для потока, соединяющем между собой первые каналы и указанное по меньшей мере одно четвертое сквозное отверстие.

Множество первых каналов и множество вторых каналов могут быть образованы волнообразным контуром теплообменной зоны пластины. Согласно этому варианту осуществления множество первых каналов и множество вторых каналов не закрыты, пока пластина не будет расположена смежно с другой идентичной пластиной.

Согласно второму аспекту настоящем изобретение относится к пластинчатому теплообменнику для использования в системе для концентрирования веществ в воде, причем пластинчатый теплообменник содержит по меньшей мере две пластины в соответствии с первым аспектом изобретения, при этом первое, второе, третье и четвертое сквозные отверстия пластин соответственно соединены между собой с образованием подающих каналов и сборных каналов множества первых и вторых каналов, соответственно.

Пластинчатый теплообменник согласно второму аспекту настоящего изобретения содержит по меньшей мере две пластины согласно первому аспекту настоящего изобретения. Таким образом, изложенные выше замечания в равной степени применимы и в данном случае.

Пластины собраны таким образом, что первые сквозные отверстия всех пластин соединены между собой, образуя подающий канал для первых каналов пластин. Сходным образом, вторые сквозные отверстия всех пластин соединены между собой, образуя сборный канал для вторых каналов пластин. Дополнительно третьи сквозные отверстия пластин соединены друг с другом таким образом, что образуются один или более подающих каналов для вторых каналов пластин. Сходным образом, четвертые сквозные отверстия пластин соединены друг с другом таким образом, что образуются один или более сборных каналов для первых каналов пластин. Подающие каналы и сборные каналы, образованные таким образом, могут работать в качестве коллекторов для первого и второго каналов.

Как описано выше, множество первых каналов и множество вторых каналов могут быть образованы между двумя смежными пластинами.

Множество первых каналов может образовывать горячую сторону пластинчатого теплообменника, при этом множество вторых каналов может образовывать холодную сторону пластинчатого теплообменника. Это уже было описано выше.

Вторые сквозные отверстия пластин могут быть соединены между собой с образованием сборной камеры для сбора концентрата. Согласно этому варианту сборная камера полностью размещена в пластинчатом теплообменнике. Соответственно, не требуется отдельной сборной камеры, при этом нет необходимости в размещении пластинчатого теплообменника внутри резервуара или контейнера. Это позволяет использовать пластинчатый теплообменник в качестве независимого блока для концентрирования веществ, а не только в качестве части большой и/или сложной системы.

Множество вторых каналов может быть расположено для работы в качестве выпарного аппарата со свободно падающей пленкой. Согласно этому варианту осуществления текучая среда, текущая в множестве вторых каналов, перемещается под действием силы тяжести в виде непрерывной пленки, подвергаясь при этом испарению. Пленка обычно является очень тонкой, что облегчает испарение текучей среды вследствие малой площади поверхности. Дополнительно тонкий слой текучей среды позволяет пару выходить из множества вторых каналов.

Согласно третьему аспекту настоящее изобретение относится к системе для концентрирования веществ в воде, причем система содержит компрессор, сепаратор и по меньшей мере один пластинчатый теплообменник согласно второму аспекту настоящего изобретения, при этом выпуск компрессора соединен с возможностью передачи текучей среды с первыми сквозными отверстиями пластин пластинчатого теплообменника, причем вторые сквозные отверстия пластин пластинчатого теплообменника соединены с возможностью передачи текучей среды с впуском сепаратора.

Система согласно третьему аспекту настоящего изобретения содержит по меньшей мере один пластинчатый теплообменник согласно второму аспекту настоящего изобретения. Таким образом, изложенные выше замечания в равной степени применимы и в данном случае.

Система согласно третьему аспекту настоящего изобретения представляет собой систему для концентрирования веществ в воде. Как описано выше, вещества могут быть, например, неорганическими веществами, такими как соли.

Система содержит компрессор, сепаратор и по меньшей мере один пластинчатый теплообменник согласно второму аспекту настоящего изобретения. Соответственно, в системе применяется парокомпрессионная технология.

Выпуск компрессора соединен с возможностью передачи текучей среды с первыми сквозными отверстиями пластин пластинчатого теплообменника. Соответственно, сжатая текучая среда из компрессора подается в первые сквозные отверстия пластин и, таким образом, в первые каналы пластинчатого теплообменника.

Вторые сквозные отверстия пластин пластинчатого теплообменника соединены с возможностью передачи текучей среды с впуском сепаратора. Соответственно, текучая среда в виде пара, выходящая из вторых каналов пластинчатого теплообменника через вторые сквозные отверстия пластин, подается в сепаратор. В сепараторе текучая среда разделяется на газообразную часть и жидкую часть, причем жидкая часть образует собранный концентрат.

Сепаратор может, например, образовывать часть сборной камеры, образованной вторыми сквозными отверстиями пластин. Таким образом, текучая среда может быть разделена на газообразную часть и жидкую часть непосредственно в сборной камере, при этом отдельный сепаратор не требуется.

Сепаратор может содержать выпуск газа и выпуск жидкости, при этом выпуск газа сепаратора может быть соединен с возможностью передачи текучей среды с впуском компрессора. Согласно этому варианту осуществления газообразная часть текучей среды, поступающей в сепаратор, подается в компрессор, где она сжимается перед подачей в множество первых каналов через первые сквозные отверстия пластин. Таким образом, одна и та же среда подается к горячей стороне и холодной стороне пластинчатого теплообменника. Это описывается более подробно ниже.

Система может представлять собой опреснительную систему, при этом собранный концентрат может представлять собой рассол. В этом случае концентрируемым веществом является соль NaCl. Альтернативно могут быть концентрированы другие виды веществ, например, соли других типов и/или неорганические или органические вещества других типов.

Четвертые сквозные отверстия пластин пластинчатого теплообменника могут быть соединены с возможностью передачи текучей среды с резервуаром для пресной воды. В соответствии с этим вариантом осуществления вода с низкой концентрацией субстрата собирается в резервуаре для пресной воды.

Система в соответствии с третьим аспектом настоящего изобретения может предпочтительно работать следующим образом. Вода, содержащая концентрируемый субстрат, засасывается вовнутрь системы и подается во множество вторых каналов пластинчатого теплообменника через третьи сквозные отверстия пластин. Вода может быть, например, морской водой, которая должна быть опреснена.

Когда вода проходит через множество вторых каналов, теплообмен происходит таким образом, что проходящая через вторые каналы вода нагревается. Это вызывает протекание по меньшей мере частичного фазового перехода, при этом текучая среда в виде пара выходит из множества вторых каналов через вторые сквозные отверстия пластин. Пар, выходящий из множества вторых каналов, собирается в сборной камере, образованной вторыми сквозными отверстиями пластин.

Собранная текучая среда подается в сепаратор, где она разделяется на жидкую часть и газообразную часть. Жидкая часть содержит более высокую концентрацию вещества, подлежащего концентрированию, чем вода, которая первоначально была подана во вторые каналы, при этом газообразная часть содержит более низкую концентрацию вещества. Жидкая часть может быть подана в резервуар или может быть удалена.

Газообразная часть воды, содержащейся в сепараторе, подается в компрессор, где она сжимается перед подачей в виде пара в множество первых каналов через первые сквозные отверстия пластин.

Когда вода проходит через множество первых каналов, происходит теплообмен с водой, текущей во вторых каналах, так, что охлаждается водяной пар, проходящий через первые каналы. Это вызывает, по меньшей мере, частичную конденсацию пара, при этом жидкая вода выходит из множества первых каналов через четвертые сквозные отверстия пластин. Поскольку газообразная вода, подаваемая в компрессор из сепаратора, содержит более низкую концентрацию вещества, чем вода, которая первоначально была подана в множество вторых каналов пластинчатого теплообменника, это также относится к жидкой воде, выходящей из первых каналов через четвертые сквозные отверстия пластин. Например, эта вода может быть в виде опресненной воды, т.е. пресной воды. Пресная вода может быть затем подана в резервуар для пресной воды.

Система может содержать два или более пластинчатых теплообменника, расположенных последовательно. Таким образом, концентрация вещества в воде, выходящей из первых каналов теплообменников, уменьшается для каждого прохождения через теплообменник. В этом случае пар из одного пластинчатого теплообменника может быть подан к впуску пара следующего пластинчатого теплообменника без его сжатия компрессором.

Пластина согласно первому аспекту настоящего изобретения и/или пластинчатый теплообменник согласно второму аспекту настоящего изобретения также могут быть использованы в системе для концентрирования веществ в воде, которая не содержит компрессор. Например, в системе, расположенной вблизи установки, производящей избыточное тепло, например, электростанции. В этом случае горячая сторона пластинчатого теплообменника (или первого пластинчатого теплообменника в случае, когда система содержит два или более пластинчатых теплообменников, расположенных последовательно), принимает горячую текучую среду с избыточным теплом.

Краткое описание чертежей

Настоящее изобретение описано более подробно далее со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

на фиг. 1 показан вид сбоку пластины для пластинчатого теплообменника в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения,

на фиг. 2 показан схематический вид системы в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения,

на фиг. 3 показан схематический вид системы в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения, и

на фиг. 4 показан вид в аксонометрии части системы в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

Осуществление изобретения

На фиг. 1 показан вид сбоку пластины 1 для пластинчатого теплообменника в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. Пластина 1 содержит теплообменную зону 2 с множеством первых каналов и множеством вторых каналов, расположенных в теплообменной зоне 2 на противоположных сторонах пластины 1. Таким образом, теплообмен может происходить между текучей средой, текущей в множестве первых каналов, вдоль первой поверхности пластины 1, и текучей средой, текущей в множестве вторых каналов, вдоль второй поверхности пластины 1.

Множество первых каналов и множество вторых каналов могут быть образованы волнистостями из впадин и гребней, выполненных в пластине 1, при этом они могут быть закрыты, когда пластина 1 расположена смежно с другой идентичной пластиной 1, когда пластинчатый теплообменник собран.

Первое сквозное отверстие 3 выполнено в пластине 1 на первом конце теплообменной зоны 2. Первое сквозное отверстие 3 соединено с возможностью передачи текучей среды с каждым из первых каналов и, таким образом, образует впуск пара для множества первых каналов. Соответственно, пар может течь через первое сквозное отверстие 3 и может подаваться из него в каждый из первых каналов.

Второе сквозное отверстие 4 выполнено в пластине 1 на втором конце теплообменной зоны 2. Второй конец расположен напротив первого конца, где расположено первое сквозное отверстие 3, относительно направление потока, определенного множеством первых каналов и множеством вторых каналов. Второе сквозное отверстие 4 соединено с возможностью передачи текучей среды с каждым из вторых каналов и, таким образом, образует выпуск пара для множества вторых каналов. Соответственно, пар, текущий через множество вторых каналов, может выходить из вторых каналов через второе сквозное отверстие 4 и может собираться в этом месте.

Два третьих сквозных отверстия 5 выполнены в пластине 1 на первом конце теплообменной зоны 2. Третьи сквозные отверстия 5 соединены с возможностью передачи текучей среды с каждым из вторых каналов и, таким образом, образуют впуск текучей среды для множества вторых каналов. Соответственно, текучая среда, предпочтительно в виде жидкости, может входить во вторые каналы из третьих сквозных отверстий 5. Текучая среда может затем проходить через вторые каналы вдоль второй поверхности пластины 1 в теплообменной зоне 2, тогда как теплообмен происходит с текучей средой, текущей в первых каналах вдоль первой поверхности пластины 1, так, что текучая среда, текущая во вторых каналах, нагревается, в результате чего текучая среда по меньшей мере частично испаряется. Текучая среда в виде пара может затем выходить из множества вторых каналов через второе сквозное отверстие 2.

Два четвертых сквозных отверстия 6 выполнены в пластине 1 на втором конце теплообменной зоны 2. Четвертые сквозные отверстия 6 соединены с возможностью передачи текучей среды с каждым из первых каналов и, таким образом, образуют выпуск текучей среды для множества первых каналов. Соответственно, текучая среда в виде пара может входить в первые каналы из первого сквозного отверстия 3. Текучая среда может затем проходить через первые каналы вдоль первой поверхности пластины 1 в теплообменной зоне 2, тогда как теплообмен происходит с текучей средой, текущей во вторых каналах вдоль второй поверхности пластины 1, так, что текучая среда, текущая в первых каналах, охлаждается, в результате чего текучая среда по меньшей мере частично конденсируется. Текучая среда в виде жидкости может затем выходить из множества первых каналов через четвертые сквозные отверстия 6.

Соединения для текучей среды между сквозными отверстиями 3, 4, 5, 6 и соответствующими первыми и вторыми каналами могут быть образованы путем применения уплотнения в соответствующих положениях вдоль первой и второй поверхностей пластины 1.

Первое сквозное отверстие 3 и второе сквозное отверстие 4 имеют значительно больший диаметр поперечного сечения, чем диаметр поперечного сечения третьего сквозного отверстия 5 и четвертого сквозного отверстия 6. Это предпочтительно, поскольку пар течет через первое сквозное отверстие 3 и второе сквозное отверстие 4, тогда как жидкость течет через третьи сквозные отверстия 5 и четвертые сквозные отверстия 6, и поскольку объем жидкой среды в виде пара больше объема того же количества жидкой среды в виде жидкости. Путем подходящего выполнения диаметров поперечного сечения каждого из сквозных отверстий 3, 4, 5, 6 может быть гарантировано, что текучая среда конденсируется/испаряется должным образом при течении через множество первых/вторых каналов.

Некоторое количество распределительных направляющих 7 расположены между третьими сквозными отверстиями 5 и множеством вторых каналов. Распределительные направляющие 7 обеспечивают надлежащее распределение текучей среды из третьих сквозных отверстий 5 по множеству вторых каналов. Таким образом, текучая среда распределяется по всей ширине теплообменной зоны 2, причем вся теплообменная зона 2 используется для теплообмена и достигается эффективный теплообмен.

Сходным образом, множество сборных направляющих 8 расположены между множеством первых каналов и четвертыми сквозными отверстиями 6. Сборные направляющие 8 обеспечивают надлежащий сбор текучей среды, выходящей из вторых каналов, в четвертых сквозных отверстиях 6.

Второе сквозное отверстие 4 образует часть сборной камеры для сбора концентрата. Соответственно, когда пластина 1 расположена смежно с другой идентичной пластиной 1 в собранном пластинчатом теплообменнике, вторые сквозные отверстия 4 пластин 1 соединены друг с другом с образованием камеры. В этой камере собирается пар, полученный из множества вторых каналов каждой из пластин 1.

На фиг. 2 показан схематический вид системы 9 для концентрирования веществ в воде в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения. Система 9 на фиг. 2 представляет собой опреснительную систему, в которой концентрируемое вещество представляет собой соль NaCl. Однако система 9 может быть альтернативно использована для концентрирования веществ других типов, такие как соли других типов.

Система 9 содержит компрессор 10, сепаратор 11 и пластинчатый теплообменник 12, таким образом, система 9 использует парокомпрессионную технологию. Пластинчатый теплообменник 12 содержит несколько пластин в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения, например, пластину 1 на фиг. 1.

Система 9 может работать следующим образом. Морская вода вводится в систему 9 через заборник 13 морской воды и подается к холодной стороне пластинчатого теплообменника 12. В частности, морская вода подается в коллектор, образованный третьими сквозными отверстиями, выполненными в пластинах пластинчатого теплообменника 12, и оттуда распределяется по множеству вторых каналов.

Когда морская вода проходит через пластинчатый теплообменник 12 в множестве вторых каналов, она нагревается и при этом по меньшей мере частично испаряется вследствие теплообмена с текучей средой, текущей в первых каналах пластинчатого теплообменника 12. В результате смесь пара и рассола выходит из пластинчатого теплообменника 12 через вторые сквозные отверстия, выполненные в пластинах. Смесь пара и рассола подается в сепаратор 11, где она разделяется на жидкую часть и газообразную часть. Жидкая часть, т.е. рассол, имеет концентрацию соли NaCl больше концентрации соли NaCl исходной морской воды, при этом газообразная часть имеет концентрацию соли NaCl меньше концентрации соли NaCl исходной морской воды.

Из сепаратора 11 рассол выпускается в море через выпуск 14 жидкости. Газообразная часть подается в компрессор 10 через выпуск 15 газа. В компрессоре 15 пар сжимается и затем подается к горячей стороне пластинчатого теплообменника 12. В частности, пар подается в коллектор, образованный первыми сквозными отверстиями, выполненными в пластинах пластинчатого теплообменника 12, и оттуда распределяется по множеству первых каналов.

Когда пар проходит через пластинчатый теплообменник 12 в множестве первых каналов, он охлаждается и при этом по меньшей мере частично конденсируется благодаря теплообмену с морской водой, текущей во вторых каналах, как описано выше. В результате текучая среда, выходящая из множества первых каналов через четвертые сквозные отверстия, выполненные в пластинах, по меньшей мере частично имеет вид жидкости. Эта жидкая вода имеет концентрацию соли NaCl меньше концентрации соли NaCl в исходной морской воде, т.е. она была опреснена. Эта опресненная вода подается в резервуар 16 для пресной воды, где она собирается для дальнейшего использования.

На фиг. 3 показан схематический вид системы 9 для концентрирования веществ в воде в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения. Система 9 на фиг. 3 очень сходна с системой 9 на фиг. 2, поэтому она не описывается подробно ниже. Однако система 9, показанная на фиг. 3, содержит шесть пластинчатых теплообменников 12, соединенных последовательно с возможностью передачи текучей среды, каждый из которых соединен с сепаратором 11 способом, описанным выше со ссылкой на фиг. 2. Таким образом, конденсированная вода, выходящая из горячей стороны одного пластинчатого теплообменника 12, подается к холодной стороне следующего пластинчатого теплообменника 12, при этом пар из одного сепаратора 11 подается к горячей стороне следующего пластинчатого теплообменника 12. Таким образом, концентрация соли NaCl в воде уменьшается для каждого прохождения через пластинчатый теплообменник 12, в результате получается вода с очень низкой концентрацией соли NaCl.

На фиг. 4 показан вид в аксонометрии системы 9 для концентрирования веществ в воде в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. Система 9 содержит шесть пластинчатых теплообменников 12, расположенных последовательно с возможностью передачи текучей среды, при этом система 9 на фиг. 4 может, таким образом, быть системой 9, показанной на фиг. 3 и подробно описанной выше.

На фиг. 4 хорошо видны пластинчатые теплообменники 12 и сепараторы 11. Также ясно, что первые сквозные отверстия 3 и вторые сквозные отверстия 4, выполненные в пластинах пластинчатых теплообменников 12, имеют диаметр поперечного сечения, значительно больший диаметра поперечного сечения третьих сквозных отверстий 5 и четвертых сквозных отверстий 6, выполненных в пластинах.

Пластина (1) для пластинчатого теплообменника (12) для использования в системе (9) для концентрирования веществ в воде. Теплообменная зона (2) определяет множество первых каналов на первой поверхности пластины (1) и множество вторых каналов на второй поверхности пластины (1). Первое сквозное отверстие (3) расположено на первом конце теплообменной зоны (2), причем первое сквозное отверстие (3) образует впуск пара для множества первых каналов; второе сквозное отверстие (4) расположено на втором конце теплообменной зоны (2), при этом второе сквозное отверстие (4) образует выпуск пара для множества вторых каналов; по меньшей мере одно третье сквозное отверстие (5) расположено на первом конце теплообменной зоны (2), причем указанное по меньшей мере одно третье сквозное отверстие (5) образует впуск текучей среды для множества вторых каналов; и по меньшей мере одно четвертое сквозное отверстие (6) расположено на втором конце теплообменной зоны (2), при этом указанное по меньшей мере одно четвертое сквозное отверстие (6) образует выпуск текучей среды для множества первых каналов. Второе сквозное отверстие (4) образует часть сборной камеры для сбора концентрата. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Пластина (1) для пластинчатого теплообменника (12) для использования в системе (9) для концентрирования веществ в воде, причем пластина (1) содержит:

- теплообменную зону (2), определяющую множество первых каналов на первой поверхности пластины (1) и множество вторых каналов на второй поверхности пластины (1), при этом вторая поверхность расположена напротив первой поверхности,

- первое сквозное отверстие (3), расположенное на первом конце теплообменной зоны (2), причем первое сквозное отверстие (3) образует впуск пара для множества первых каналов,

- второе сквозное отверстие (4), расположенное на втором конце теплообменной зоны (2), при этом второе сквозное отверстие (4) образует выпуск пара для множества вторых каналов,

- по меньшей мере одно третье сквозное отверстие (5), расположенное на первом конце теплообменной зоны (2), причем указанное по меньшей мере одно третье сквозное отверстие (5) образует впуск текучей среды для множества вторых каналов, и

- по меньшей мере одно четвертое сквозное отверстие (6), расположенное на втором конце теплообменной зоны (2), при этом указанное по меньшей мере одно четвертое сквозное отверстие (6) образует выпуск текучей среды для множества первых каналов,

причем второе сквозное отверстие (4) образует часть сборной камеры для сбора концентрата.

2. Пластина (1) по п. 1, в которой размер поперечного сечения каждого из первого (3) и второго (4) сквозных отверстий значительно больше размера поперечного сечения каждого из третьего (5) и четвертого (6) сквозных отверстий.

3. Пластина (1) по п. 2, в которой размер поперечного сечения каждого из первого (3) и второго (4) сквозных отверстий от 2 до 10 раз больше размера поперечного сечения каждого из третьего (5) и четвертого (6) сквозных отверстий.

4. Пластина (1) по любому из пп. 1-3, дополнительно содержащая распределительные направляющие (7), расположенные между третьим сквозным отверстием/отверстиями (5) и вторыми каналами, для распределения жидкости из третьего сквозного отверстия/отверстий (5) по вторым каналам.

5. Пластина (1) по любому из пп. 1-4, дополнительно содержащая сборные направляющие (8), расположенные между первыми каналами и четвертым сквозным отверстием или отверстиями (6) для направления жидкости из первых каналов к четвертому сквозному отверстию/отверстиям (6).

6. Пластина (1) по любому из пп. 1-5, в которой множество первых каналов и множество вторых каналов образованы волнообразным контуром теплообменной зоны (2) пластины (1).

7. Пластинчатый теплообменник (12) для использования в системе (9) для концентрирования веществ в воде, причем пластинчатый теплообменник (12) содержит по меньшей мере две пластины (1) по любому из пп. 1-6, при этом первые (3), вторые (4), третьи (5) и четвертые (6) сквозные отверстия пластин (1) соответственно соединены между собой с образованием подающих каналов и сборных каналов множества первых и вторых каналов соответственно.

8. Пластинчатый теплообменник (12) по п. 7, в котором множество первых каналов образуют горячую сторону пластинчатого теплообменника (12), при этом множество вторых каналов образуют холодную сторону пластинчатого теплообменника (12).

9. Пластинчатый теплообменник (12) по п. 7 или 8, в котором вторые сквозные отверстия (4) пластин (1) соединены между собой с образованием сборной камеры для сбора концентрата.

10. Пластинчатый теплообменник (12) по любому из пп. 7-9, в котором множество вторых каналов расположено для работы в качестве выпарного аппарата со свободно падающей пленкой.

11. Система (9) для концентрирования веществ в воде, причем система (9) содержит компрессор (10), сепаратор (11) и по меньшей мере один пластинчатый теплообменник (12) по любому из пп. 7-10, при этом выпуск компрессора (10) соединен с возможностью передачи текучей среды с первыми сквозными отверстиями (3) пластин (1) пластинчатого теплообменника (12), причем вторые сквозные отверстия (4) пластин (1) пластинчатого теплообменника (12) соединены с возможностью передачи текучей среды с впуском сепаратора (11).

12. Система (9) по п. 11, в которой сепаратор (11) содержит выпуск (15) газа и выпуск (14) жидкости, при этом выпуск (15) газа сепаратора (11) соединен с возможностью передачи текучей среды с впуском компрессора (10).

13. Система (9) по п. 11 или 12, причем система (9) представляет собой опреснительную систему, при этом собранный концентрат представляет собой рассол.

14. Система (9) по любому из пп. 11-13, в которой четвертые сквозные отверстия (6) пластин (1) пластинчатого теплообменника (12) соединены с возможностью передачи текучей среды с резервуаром (16) для пресной воды.