CN108455692B - 一种多热源船舶海水淡化系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及海水淡化技术领域，特别地涉及一种多热源船舶海水淡化系统。本发明公开了一种多热源船舶海水淡化系统，包括缸套冷却水造水回路、海水源造水回路、空气源造水回路、太阳能造水回路、太阳能与空气源的耦合造水回路以及淡水收集回路。本发明能够根据航行状态及航行区域，选用不同模式，包括主机缸套冷却水造水模式、海水源造水模式、空气源造水模式、太阳能造水模式、太阳能与空气源的耦合造水模式，造水时既能实现航行时的余热利用，也可利用海水源、及空气源与太阳能的单一热源或耦合热源实现造水，实现不间断造水功能，能耗低，成本低。

Description

一种多热源船舶海水淡化系统

技术领域

本发明属于海水淡化技术领域，具体地涉及一种多热源船舶海水淡化系统。

背景技术

随着全球经济一体化的深入，通过船舶运输的货物约占世界货物运输量的90%，消耗了大量的化石能源，污染环境的同时，降低了船舶的经济型。如何提高船舶的综合运行能效系数，已成航运界越来越关注的重要课题。船舶所需的淡水主要是由陆上补给，随着船舶续航时间的延长，所需淡水量增加，增加了船舶的费用，再者需设置较大的淡水舱，降低了船舶的载货量，故船舶自身需要具有一定的海水淡化能力。

现有的海水淡化方法，主要分为膜法和热法两种。电渗析法和反渗析法是膜法造水中较为常见的两种，其中电渗析法在运行中易发生浓度极差，产生结垢，对海水的水质要求较高，而反渗析法的预处理要求也较严格，海水温度低时需对其加热，使用寿命较短。多级闪蒸法和多效蒸馏法在热法中应用最为常见，淡水产量较大，适用于船舶海水淡化系统。

目前，空气取水和多级闪蒸法在船舶海水淡化中运用较为普遍。公开专利：CN105152247A，公开了一种太阳能集热器和海水源热泵联合运行的海水淡化系统，该系统包括太阳能集热器以及由海水源热泵蒸发器、压缩机、冷凝器和电子膨胀阀构成的海水源热泵机组。既可避免能量浪费，又可提高能源利用率，但该系统适合淡水需求量较少的孤岛留守人员使用，不适用于船舶使用。

公开专利：CN106470753A，公开了一种能够紧凑而高效造水的船用真空膜蒸馏式造水装置。该装置主要包括加热装置、真空蒸馏模块、喷射器和喷水器等，该装置利用真空膜蒸馏实现紧凑而高效地造水，但该装置所用的真空蒸馏模块较为复杂，具有海水流过的加热海水通过部，将加热海水通过部和真空部隔开的疏水性多孔质膜及使真空部内的蒸汽冷却而冷凝的冷却部，构造复杂，造价较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多热源船舶海水淡化系统用以解决上述存在的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种多热源船舶海水淡化系统，包括缸套冷却水造水回路、海水源造水回路、空气源造水回路、太阳能造水回路、太阳能与空气源的耦合造水回路以及淡水收集回路，所述缸套冷却水造水回路用于利用缸套冷却水的热量对海水进行蒸馏而获取淡水，所述海水源造水回路用于利用海水的热量对海水进行蒸馏而获取淡水，所述空气源造水回路用于利用空气的热量对海水进行蒸馏而获取淡水，所述太阳能造水回路用于利用太阳能的热量对海水进行蒸馏而获取淡水，所述太阳能与空气源的耦合造水回路用于利用空气的热量和太阳能的热量对海水进行蒸馏而获取淡水，所述淡水收集回路用于将缸套冷却水造水回路、海水源造水回路、空气源造水回路、太阳能造水回路以及太阳能与空气源的耦合造水回路获取的淡水进行收集。

进一步的，所述缸套冷却水造水回路包括海水泵、蒸馏器、主机、电磁阀、第一换热管和海水出水管，所述海水泵的进水口接海水进口，所述海水泵的出水口、蒸馏器的蒸馏室和海水出水管依次连接构成第一海水通路，所述海水泵的出水口、蒸馏器的冷凝器和海水出水管依次连接构成第二海水通路，所述第一换热管设置在蒸馏器的蒸馏室内用于与待蒸馏的海水换热，所述主机的缸套冷却水出口、电磁阀、第一换热管和主机的缸套冷却水入口依次连接构成回路。

更进一步的，所述缸套冷却水造水回路还包括喷射泵，所述喷射泵接在蒸馏器的冷凝器和海水出水管之间，所述喷射泵的抽气口与蒸馏器的蒸馏室连通，用于对蒸馏器的蒸馏室进行抽真空。

进一步的，所述海水源造水回路包括海水泵、蒸馏器、压缩机、第一电磁三通阀、第二换热管、第四电磁三通阀、节流阀和换热盘管，所述第二换热管穿设在冷凝器内用于与冷凝器内的海水换热，所述换热盘管设置在蒸馏器的蒸馏室内用于与待蒸馏的海水换热，所述第一电磁三通阀的b口、压缩机、换热盘管、节流阀、第四电磁三通阀的a口、第四电磁三通阀的b口、第二换热管和第一电磁三通阀的a口依次连接构成回路，回路内充有热泵工质。

更进一步的，所述空气源造水回路、太阳能造水回路以及太阳能与空气源的耦合造水回路包括海水泵、蒸馏器、第一电磁三通阀、第四电磁三通阀、节流阀、换热盘管、第三电磁三通阀、空气源蒸发器、第二电磁三通阀和太阳能集热板，所述第三电磁三通阀的b口通过管道与第四电磁三通阀的c口连接，所述第三电磁三通阀的a口通过空气源蒸发器连接第二电磁三通阀的b口，所述第二电磁三通阀的a口通过管道接第一电磁三通阀的c口，所述第三电磁三通阀的c口通过管道接太阳能集热板的入口，所述太阳能集热板的出口通过管道接第二电磁三通阀的c口，管道内充有热泵工质。

更进一步的，还包括风机，所述风机用于将空气吹向空气源蒸发器。

更进一步的，所述的空气源蒸发器设置在机舱内，并与风机紧贴。

进一步的，所述淡水收集回路包括淡水收集槽和凝水泵，所述淡水收集槽用于收集由蒸馏器的冷凝器冷凝出来的淡水，所述凝水泵的入口通过管路与淡水收集槽连通，所述凝水泵的出口连接淡水出口。

更进一步的，所述冷凝器为长条状结构，倾斜设置在蒸馏室内，所述淡水收集槽设置在冷凝器的倾斜向下端的下方。

本发明的有益技术效果：

本发明将太阳能、空气源、海水源、冷却水源有机结合来产生淡水，不但能够利用船舶运行时产生的废热，而且可以利用海水能、空气能和太阳能中的热能，从而大大降低了淡水制备的耗电量，节能效果明显，降低了使用成本且效率高。同时利用空气源造水时，可以吸收机舱室内空气中的热量，一定程度上抑制了机舱内环境温度的升高，缓解机舱高温，工作环境恶劣的问题。且通过优化设计，结构简单紧凑，部件少，成本低，安装简便。

附图说明

图1为本发明具体实施例的结构示意图。

具体实施方式

现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

一种多热源船舶海水淡化系统，包括缸套冷却水造水回路、海水源造水回路、空气源造水回路、太阳能造水回路、太阳能与空气源的耦合造水回路以及淡水收集回路，所述缸套冷却水造水回路用于利用缸套冷却水的热量对海水进行蒸馏而获取淡水，所述海水源造水回路用于利用海水的热量对海水进行蒸馏而获取淡水，所述空气源造水回路用于利用空气的热量对海水进行蒸馏而获取淡水，所述太阳能造水回路用于利用太阳能的热量对海水进行蒸馏而获取淡水，所述太阳能与空气源的耦合造水回路用于利用空气的热量和太阳能的热量对海水进行蒸馏而获取淡水，所述淡水收集回路用于将缸套冷却水造水回路、海水源造水回路、空气源造水回路、太阳能造水回路以及太阳能与空气源的耦合造水回路获取的淡水进行收集。缸套冷却水造水回路、海水源造水回路、空气源造水回路、太阳能造水回路以及太阳能与空气源的耦合造水回路分别与主控模块连接，由主控模块对缸套冷却水造水回路、海水源造水回路、空气源造水回路、太阳能造水回路以及太阳能与空气源的耦合造水回路进行相应控制，此是本领域技术人员可以轻易实现的，不再细说。

如图1所示，本具体实施例中，所述缸套冷却水造水回路包括海水泵5、蒸馏器12、主机9、电磁阀15、第一换热管13和海水出水管20，所述海水源造水回路包括海水泵5、蒸馏器12、压缩机2、第一电磁三通阀3、第二换热管22、第四电磁三通阀18、节流阀17和换热盘管16，所述空气源造水回路、太阳能造水回路以及太阳能与空气源的耦合造水回路包括海水泵5、蒸馏器12、第一电磁三通阀3、第四电磁三通阀18、节流阀17、换热盘管16、第三电磁三通阀14、空气源蒸发器10、第二电磁三通阀8、风机23和太阳能集热板11。

本具体实施例中，蒸馏器12的壳体采用保温材料制成，蒸馏器12内设有蒸馏室，蒸馏室内具有待加热蒸发的海水，待加热蒸发的海水上方设有冷凝器19，具体可以参照现有技术，此不再细说。

所述海水泵5的进水口接海水进口7，所述海水泵5的出水口、蒸馏器12的蒸馏室和海水出水管20依次连接构成第一海水通路，海水泵5将海水抽入到蒸馏室内进行加热蒸发，蒸发后的高盐度海水从海水出水管20排出，所述海水泵5的出水口、蒸馏器12的冷凝器19和海水出水管20依次连接构成第二海水通路，本具体实施例中，还包括喷射泵21，所述喷射泵21接在蒸馏器12的冷凝器19和海水出水管20之间，所述喷射泵21的抽气口与蒸馏器12的蒸馏室连通，用于对蒸馏器12的蒸馏室进行抽真空，以便加快蒸发，采用喷射泵21进行抽真空，可以利用海水的动力，无需再消耗其它能量，当然，在其它实施例中，也可以采用其它抽真空的设备对蒸馏器12的蒸馏室进行抽真空。

所述第一换热管13设置在蒸馏器12的蒸馏室内用于与待蒸馏的海水换热，所述主机9的缸套冷却水出口、电磁阀15、第一换热管13和主机9的缸套冷却水入口依次连接构成回路。

所述第二换热管22穿设在冷凝器19内用于与冷凝器19内的海水换热，所述换热盘管16设置在蒸馏器12的蒸馏室内用于与待蒸馏的海水换热，所述第一电磁三通阀3的b口、压缩机2、换热盘管16、节流阀17、第四电磁三通阀18的a口、第四电磁三通阀18的b口、第二换热管22和第一电磁三通阀3的a口依次连接构成回路，回路内充有热泵工质。热泵工质采用公知的热泵工质，如二氧化碳等，此是本领域技术人员可以轻易实现的，不再细说。

所述第三电磁三通阀14的b口通过管道与第四电磁三通阀18的c口连接，所述第三电磁三通阀14的a口通过空气源蒸发器10连接第二电磁三通阀8的b口，所述第二电磁三通阀8的a口通过管道接第一电磁三通阀3的c口，所述第三电磁三通阀14的c口通过管道接太阳能集热板11的入口，所述太阳能集热板11的出口通过管道接第二电磁三通阀8的c口，管道内充有热泵工质。热泵工质采用公知的热泵工质，如二氧化碳等，此是本领域技术人员可以轻易实现的，不再细说。

所述风机23用于将空气吹向空气源蒸发器10。优选的，所述的空气源蒸发器10设置在机舱内，并与风23机紧贴。

本具体实施例中，所述淡水收集回路包括淡水收集槽1和凝水泵4，所述淡水收集槽1用于收集由蒸馏器12的冷凝器19冷凝出来的淡水，所述凝水泵4的入口通过管路与淡水收集槽1连通，所述凝水泵4的出口连接淡水出口6。

本具体实施例中，所述冷凝器19为长条状结构，倾斜设置在蒸馏室内，所述淡水收集槽1设置在冷凝器19的倾斜向下端的下方，便于收集冷凝的淡水。

工作过程：

在航行中，压缩机2处于停机状态，开启海水泵5，该路海水既可利用喷射泵21对蒸馏器12抽真空，又可以补充蒸馏器12内待蒸发的海水，同时作为冷源用于冷却挥发出来的蒸汽。开启电磁阀15，将主机9中的缸套冷却水引入到第一换热管13中，对蒸馏器12内的待蒸发的海水进行加热以使其挥发，挥发后的蒸汽遇温度较低的冷凝器19管壁冷凝成液态的淡水，沿倾斜管壁汇流于淡水收集槽1内，缸套冷水完成换热后回到主机9中。

在停航时，在海水源热泵造水模式下，启动海水泵5，利用喷射泵21抽吸蒸馏器12内的气体，造成真空环境，开启第一电磁三通阀3的a、b端，开启第四电磁三通阀18的a、b端，启动压缩机2，使其能够吸收冷凝器19中的第二换热管中热泵工质的热量，其排出的高温高压热泵工质在换热盘管16中对蒸馏器12内的待蒸发的海水进行加热，使其挥发，挥发后的蒸汽遇冷凝器19管壁冷凝，汇聚于淡水收集槽1内，换热后的热泵工质经节流阀17节流后，在冷凝器19中吸收海水的热量，升温后经第一电磁三通阀3进入压缩机2中，如此循环。

在停航时，在空气源热泵造水模式下，启动海水泵5，利用喷射泵21抽吸蒸馏器12内的气体，造成真空环境，开启第一电磁三通阀3的b、c端，开启第二电磁三通阀8的a、b端，开启第三电磁阀14的a、b端，开启第四电磁三通阀18的a、c端，启动压缩机2，使其能够从空气源蒸发器10中吸收外界空气中的热量，高温高压的热泵工质在换热盘管16中对蒸馏器12内的待蒸发的海水进行加热，使其挥发，挥发后的蒸汽遇冷凝器19管壁冷凝，汇聚于淡水收集槽1内，而换热后的工质经节流阀17节流降压后，回到空气源蒸发器10中，如此循环。

在停航时，在太阳能热泵造水模式下，启动海水泵5，利用喷射泵21抽吸蒸馏器12内的气体，造成真空环境，开启第一电磁三通阀3的b、c端，开启第二电磁三通阀8的a、c端，开启第三电磁阀14的b、c端，开启第四电磁三通阀18的a、c端，启动压缩机2，使热泵工质能够从太阳能集热器11中吸收相应的热量，高温高压的热泵工质在换热盘管16中对蒸馏器12内的待蒸发的海水进行加热，使其挥发，挥发后的蒸汽遇冷凝器19管壁冷凝，冷凝后的淡水沿倾斜管壁汇集于淡水收集槽1内，而换热后的热泵工质经节流阀17节流降压，经第三电磁三通阀14回到太阳能集热板11中继续吸热，如此循环。

在太阳能与空气源的耦合造水模式下，即同时开启上述的空气源热泵造水模式和太阳能热泵造水模式，此不再细说。

本发明将太阳能、空气源、海水源、冷却水源有机结合来产生淡水，不但能够利用船舶运行时产生的废热，而且可以利用海水能、空气能和太阳能中的热能，从而大大降低了淡水制备的耗电量，节能效果明显，降低了使用成本且效率高。同时利用空气源造水时，可以吸收机舱室内空气中的热量，一定程度上抑制了机舱内环境温度的升高，缓解机舱高温，工作环境恶劣的问题。且通过优化设计，结构简单紧凑，部件少，成本低，安装简便。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种多热源船舶海水淡化系统，其特征在于：包括缸套冷却水造水回路、海水源造水回路、空气源造水回路、太阳能造水回路、太阳能与空气源的耦合造水回路以及淡水收集回路，所述缸套冷却水造水回路用于利用缸套冷却水的热量对海水进行蒸馏而获取淡水，所述海水源造水回路用于利用海水的热量对海水进行蒸馏而获取淡水，所述空气源造水回路用于利用空气的热量对海水进行蒸馏而获取淡水，所述太阳能造水回路用于利用太阳能的热量对海水进行蒸馏而获取淡水，所述太阳能与空气源的耦合造水回路用于利用空气的热量和太阳能的热量对海水进行蒸馏而获取淡水，所述淡水收集回路用于将缸套冷却水造水回路、海水源造水回路、空气源造水回路、太阳能造水回路以及太阳能与空气源的耦合造水回路获取的淡水进行收集，所述缸套冷却水造水回路包括海水泵、蒸馏器、主机、电磁阀、第一换热管和海水出水管，所述第一换热管设置在蒸馏器的蒸馏室内用于与待蒸馏的海水换热，所述主机的缸套冷却水出口、电磁阀、第一换热管和主机的缸套冷却水入口依次连接构成回路，所述海水源造水回路包括海水泵、蒸馏器、压缩机、第一电磁三通阀、第二换热管、第四电磁三通阀、节流阀、海水出水管和换热盘管，所述第二换热管穿设在蒸馏器的冷凝器内用于与冷凝器内的海水换热，所述换热盘管设置在蒸馏器的蒸馏室内用于与待蒸馏的海水换热，所述第一电磁三通阀的b口、压缩机、换热盘管、节流阀、第四电磁三通阀的a口、第四电磁三通阀的b口、第二换热管和第一电磁三通阀的a口依次连接构成回路，回路内充有热泵工质，所述海水泵的进水口接海水进口，所述海水泵的出水口、蒸馏器的蒸馏室和海水出水管依次连接构成第一海水通路，所述海水泵的出水口、蒸馏器的冷凝器和海水出水管依次连接构成第二海水通路，所述缸套冷却水造水回路还包括喷射泵，所述喷射泵接在蒸馏器的冷凝器和海水出水管之间，所述喷射泵的抽气口与蒸馏器的蒸馏室连通，用于对蒸馏器的蒸馏室进行抽真空，所述空气源造水回路、太阳能造水回路以及太阳能与空气源的耦合造水回路包括海水泵、蒸馏器、第一电磁三通阀、第四电磁三通阀、节流阀、换热盘管、第三电磁三通阀、空气源蒸发器、第二电磁三通阀和太阳能集热板，所述第三电磁三通阀的b口通过管道与第四电磁三通阀的c口连接，所述第三电磁三通阀的a口通过空气源蒸发器连接第二电磁三通阀的b口，所述第二电磁三通阀的a口通过管道接第一电磁三通阀的c口，所述第三电磁三通阀的c口通过管道接太阳能集热板的入口，所述太阳能集热板的出口通过管道接第二电磁三通阀的c口，管道内充有热泵工质。

2.根据权利要求1所述的多热源船舶海水淡化系统，其特征在于：还包括风机，所述风机用于将空气吹向空气源蒸发器。

3.根据权利要求2所述的多热源船舶海水淡化系统，其特征在于：所述的空气源蒸发器设置在机舱内，并与风机紧贴。

4.根据权利要求1所述的多热源船舶海水淡化系统，其特征在于：所述淡水收集回路包括淡水收集槽和凝水泵，所述淡水收集槽用于收集由蒸馏器的冷凝器冷凝出来的淡水，所述凝水泵的入口通过管路与淡水收集槽连通，所述凝水泵的出口连接淡水出口。

5.根据权利要求4所述的多热源船舶海水淡化系统，其特征在于：所述冷凝器为长条状结构，倾斜设置在蒸馏室内，所述淡水收集槽设置在冷凝器的倾斜向下端的下方。

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