CN106365231B - 一种利用船舶发动机余热的增湿除湿海水淡化系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用船舶发动机余热的增湿除湿海水淡化系统，包括依次设置的蒸发装置和冷凝装置，蒸发装置空腔内设有回旋的烟气管道和紧贴烟气管道的加热板，冷凝装置空腔内设有冷凝器和位于冷凝器下方的淡水池，蒸发装置空腔与冷凝装置空腔在上端相连通；冷却水和冷凝水均流到加热板和烟气管道上蒸发出水蒸汽；高温烟气沿烟气管道流动，在蒸发装置内与冷却水和冷凝水进行换热后从出气口流出，在出气口处推动进鼓风装置形成气流；水蒸汽在气流带动下流向冷凝装置，遇到冷凝器冷凝为液态淡水后落入位于下方的淡水池。本发明利用发动机余热作为高温源，船舶航行周边海水环境作为低温源，既充分利用多余热量，又利用现有资源增加淡水产量。
Description
技术领域
本发明属于海水淡化技术领域，涉及一种利用船舶发动机余热作为蒸发热源的增湿除湿海水淡化系统。
背景技术
众所周知，各类工程船舶和捕捞渔船均需装备海水淡化设备，以满足船用动力设备运行和船员及旅客生活需要。目前大型远洋船舶大都采用海水淡化方式补水。我国已成为世界造船大国，但高效率的船用造水机还依赖于进口，我国目前还缺乏自主的海水淡化装置设计制造能力，与我国造船大国地位不相适应，也大大降低了我国造船业的利润空间，使得我国的造船效益大打折扣。而船舶上本身具有很多尚未被有效利用的低品位热源如柴油机缸套冷却热、增压空气系统的中间冷却热、烟气余热等，这些低温余热一般直接被排放掉，造成了极大的浪费。
现有的有关以发动机余热为热源的海水淡化系统海水蒸发方法多为多级闪蒸法和单效/多效蒸发法，增湿除湿海水淡化法则鲜少涉及。增湿除湿海水淡化方法是一种新的海水和苦咸水淡化技术，该技术以流动的空气作为水蒸汽的载体，空气在加湿器中被汽化的海水增湿，携带一定量的水蒸汽后进入冷凝器中除湿、冷凝得到淡水。船舶航行的海洋水温较为稳定且低于环境温度，可作为理想的低温源。利用发动机余热作为高温源，船舶航行周边海水环境作为低温源进行增湿-除湿可以充分节约资源，增加淡水产量，且增湿除湿法海水淡化能耗和维护成本均很低，因此该方法将会是船舶海水淡化的有效手段。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供了一种利用船舶发动机余热的增湿除湿海水淡化系统，将增湿除湿海水淡化方法与船舶发动机余热利用结合，既充分利用多余热量，生产船舶必需的日常使用淡水，又利用现有资源增加淡水产量。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种利用船舶发动机余热的增湿除湿海水淡化系统，其特征是，包括依次设置的蒸发装置和冷凝装置，蒸发装置空腔内设有回旋的烟气管道和紧贴烟气管道的加热板，在其左侧上端侧壁上设有进风口，进风口处设有鼓风装置，烟气管道的进气口和出气口均贯穿蒸发装置的侧壁延伸至蒸发装置的外部，烟气管道的出气口沿外部侧壁向上延伸至进风口处，冷凝装置空腔内设有冷凝器和位于冷凝器下方的淡水池，在其右侧下端侧壁上设有出风口，蒸发装置空腔与冷凝装置空腔在上端相连通；
发动机的缸套冷却水入口连通海水，其缸套冷却水出口与位于蒸发装置左侧的进水口相连接；冷凝器的入口连通海水，其冷凝水出口与位于蒸发装置右侧的进水口相连接；冷却水和冷凝水均流到加热板和烟气管道上蒸发出水蒸汽；
发动机的烟气出口与烟气管道进气口相连接，高温烟气沿烟气管道流动，在蒸发装置内与冷却水和冷凝水进行换热后从出气口流出，在出气口处推动进鼓风装置形成从进风口流向到出风口的气流；水蒸汽在气流带动下从蒸发装置内空腔上方流向冷凝装置，遇到冷凝器冷凝为液态淡水后落入位于下方的淡水池。
进一步的，加热板包括加热板一和加热板二，加热板一位于烟气管道上臂的上表面，供缸套冷却水进入的进水口位于加热板一上方；加热板二位于烟气管道下臂的上表面，供冷凝水进入的进水口位于加热板二的上方。
进一步的，加热板一和加热板二均顺着各自上方水流的方向倾斜布置。
进一步的，鼓风装置包括同轴联动的风扇一和风扇二，风扇一正对着烟气管道的出风口，风扇二正对着进风口处。
进一步的，在缸套冷却水入口设有海水进口开关一和流量控制阀一。
进一步的，在冷凝器的入口设有海水进口开关二和流量控制阀二。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明将增湿除湿海水淡化方法与船舶发动机余热利用结合，既充分利用多余热量，生产船舶必需的日常使用淡水，又利用现有资源增加淡水产量；加热板倾斜设置，浓海水在加热板表面流过形成一层薄液膜，在加热板的加热作用下产生水蒸汽，增加浓海水蒸发速度；进风口处的风扇产生气流，使气流与水蒸汽充分混合形成湿热蒸汽，并加快湿热蒸汽进入冷凝装置的速度，增加湿热蒸汽流动速度；冷凝装置充分利用船舱周边的冷海水资源，由冷海水对湿热蒸汽进行冷凝，同时湿热蒸汽加热冷凝水相当于对其进行预热，预热后的冷凝水流向加热板二上进行蒸发，增加蒸汽产量。本发明系统能耗小、维护成本低。
附图说明
图1是本发明海水淡化系统的结构示意图；
图2是烟气管道与鼓风装置的连接示意图。
附图标记：I、蒸发装置；II、冷凝装置；1、海水进口开关一；2、流量控制阀一；3、缸套冷却水入口；4、烟气出口；5、缸套冷却水出口；6、烟气管道；7、风扇一；8、风扇二；9、加热板一；10、加热板二；11、浓盐水池；12、加热板支架；13、冷凝水出口；14、浓盐水出口；15、海水进口开关二；16、流量控制阀二；17、冷凝器；18、出风口；19、淡水池；20、进风口；21、蒸汽通道；22、泵。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
在本发明专利的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明专利和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明专利的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明专利的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明专利中的具体含义。
如图1所示，本发明的一种利用船舶发动机余热的增湿除湿海水淡化系统，包括依次设置的蒸发装置I和冷凝装置II，蒸发装置I空腔内设有回旋的烟气管道6和紧贴烟气管道6的加热板（9、10），在其左侧上端侧壁上设有进风口20，进风口20处设有鼓风装置，烟气管道6的进气口和出气口均贯穿蒸发装置I的侧壁延伸至蒸发装置的外部，烟气管道6的出气口沿外部侧壁向上延伸至进风口20处，冷凝装置II空腔内设有冷凝器17和位于冷凝器17下方的淡水池19，在其右侧下端侧壁上设有出风口18，蒸发装置空腔与冷凝装置空腔在上端相连通；
发动机的缸套冷却水入口3连通海水，其缸套冷却水出口5与位于蒸发装置左侧的进水口相连接；冷凝器17的入口连通海水，其冷凝水出口13与位于蒸发装置右侧的进水口相连接；冷却水和冷凝水均流到加热板和烟气管道上蒸发出水蒸汽；
发动机的烟气出口4与烟气管道6进气口相连接，高温烟气沿烟气管道6流动，在蒸发装置内与冷却水和冷凝水进行换热后从出气口流出，在出气口处推动进鼓风装置形成从进风口流向到出风口的气流；水蒸汽在气流带动下从蒸发装置内空腔上方流向冷凝装置，遇到冷凝器17冷凝为液态淡水后落入位于下方的淡水池19。
现有技术中，船舶上的发动机设置在下层甲板内，发动机的外部设有缸套，利用低温的海水流经缸套对发动机进行降温，海水在水压下由位于舷侧的海水进口自动进入发动机的缸套冷却水入口3，海水进口处设有海水进口开关一1和流量控制阀一2；海水的进入和流量大小由海水进口开关一1和流量控制阀二2控制。海水流经缸套与发动机进行换热变为热的海水，从缸套冷却水出口5流出。
蒸发装置I和冷凝装置II设置在第二甲板上，蒸发装置I包括设在其空腔内的烟气管道6和紧贴烟气管道6的加热板（9、10），烟气管道6的进气口和出气口均贯穿蒸发装置的侧壁延伸至蒸发装置的外部，烟气管道6的进气口连接发动机的烟气出口，以利用高温烟气的余热对冷却水和冷凝水进行加热，节约能源；左侧壁上从上至下依次设有进风口20、供缸套冷却水进入的进水口，烟气管道的进、出贯穿口；加热板包括加热板一9和加热板二10，加热板一9位于烟气管道6上臂的上表面，供缸套冷却水进入的进水口位于加热板一9上方，缸套冷却水从进水口流向加热板一9在表面形成薄液膜，蒸发形成水蒸汽；加热板二10位于烟气管道6下臂的上表面，供冷凝水进入的进水口位于加热板二10的上方，冷凝水从进水口流向加热板二10在表面形成薄液膜，蒸发形成水蒸汽。加热板一9和加热板二10均顺着各自上方水流的方向倾斜布置并由加热板支架12固定在蒸发装置I底面，即加热板一9向着右下方倾斜，以增大冷却水与加热板一9的接触面积，加热板二10向着左下方倾斜，增大冷凝水与加热板二10的接触面积，进而减小加热板表面液膜厚度，加快浓海水蒸发速度。
冷却水和冷凝水经烟气管道和加热板蒸发后剩下浓盐水流落在蒸发装置I底部的浓盐水池11中，在蒸发装置下端壁面上设有浓盐水出口14，由泵22将蒸发过后盐浓度较高的海水排出船舱外。蒸发装置I由耐腐蚀材料制成，以防止被海水腐蚀。
在蒸发装置的进风口20处设有鼓风装置，鼓风装置包括同轴联动的风扇一7和风扇二8，烟气管道6的出气口沿外部侧壁向上延伸至进风口20处，如图2所示，风扇一7正对着烟气管道6的出风口，风扇二8正对着进风口20处；从烟气管道流出的烟气带动风扇一7旋转，由于风扇二8与风扇一7同轴联动，因此带动风扇二进行旋转，进而带动气流旋进蒸发装置I的空腔内，蒸发装置空腔与冷凝装置空腔在上端相连通形成蒸汽通道21，此气流带动水蒸汽通过蒸汽通道21流向冷凝装置空腔内。
冷凝器17位于冷凝装置II上部，用于对湿热蒸汽进行冷却得到淡水，冷凝器17的冷凝水在水压下由位于舷侧的海水进口自动进入冷凝器入口，入口处设有海水进口开关二15和流量控制阀二16；海水的进入和流量大小由海水进口开关二15及流量控制阀二16调节；海水流经冷凝器与湿热蒸汽进行换热变为热的冷凝水，从冷凝水出口流入蒸发装置I中。冷凝装置下端壁面设有出风口18，用于将冷凝后的干气流排出，保证整个装置的空气流通。冷凝装置的下部为淡水池19，冷凝器17将湿热蒸汽冷凝成淡水小液滴后直接进入淡水池19储存。
本发明的具体工作过程如下：船舶外部海水在外部水压作用下由位于舷侧的海水进口进入发动机缸套，冷海水由缸套冷却水入口3进入，流出的海水可以看作经过预热处理的热海水，热的冷却水由缸套冷却水出口5流出到加热板一9上表面，在加热板一9作用下快速蒸发产生水蒸汽；船舶外部海水在外部水压作用下由位于舷侧的海水进口进入冷凝器17的冷凝管中，流出的冷凝水可以看作经过预热处理的热海水，热的冷凝水由冷凝水出口13流出到加热板二10上表面，在加热板二10作用下快速蒸发产生水蒸汽；发动机的烟气出口4连接烟气管道6进气口，高温烟气进入蒸发装置提供热能；烟气由烟气通道6出气口排出，源源不断运动的烟气气流推动风扇一7转动，风扇一7带动风扇二8转动，风扇二8安装在进风口20内，产生的气流由进风口20进入蒸发装置与下方向上运动的水蒸汽混合形成湿热蒸汽并沿气流方向运动快速进入冷凝装置；湿热蒸汽进入冷凝装置中经冷凝器冷凝为液态淡水向下进入淡水池19中；冷凝后的湿热空气变为干空气由出风口18排出；浓盐水池11中的浓盐水经由浓盐水出口14由泵22排出船舱。
本发明将增湿除湿海水淡化方法与船舶发动机余热利用海水淡化结合，既充分利用多余热量，生产船舶必需的日常使用淡水，又利用现有资源增加淡水产量；加热板倾斜设置，浓海水在加热板表面流过形成一层薄液膜，在加热板的加热作用下产生水蒸汽，增加浓海水蒸发速度；进风口处的风扇产生气流，使气流与水蒸汽充分混合形成湿热蒸汽，并加快湿热蒸汽进入冷凝装置的速度，增加湿热蒸汽流动速度；冷凝装置充分利用船舱周边的冷海水资源，由冷海水对湿热蒸汽进行冷凝，同时湿热蒸汽加热冷凝水相当于对其进行预热，预热后的冷凝水流向加热板二上进行蒸发，增加蒸汽产量。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种利用船舶发动机余热的增湿除湿海水淡化系统，其特征是，包括依次设置的蒸发装置（I）和冷凝装置（II），蒸发装置（I）空腔内设有回旋的烟气管道（6）和紧贴烟气管道（6）的加热板（9、10），在其左侧上端侧壁上设有进风口（20），进风口（20）处设有鼓风装置，烟气管道（6）的进气口和出气口均贯穿蒸发装置（I）的侧壁延伸至蒸发装置的外部，烟气管道（6）的出气口沿外部侧壁向上延伸至进风口（20）处，冷凝装置（II）空腔内设有冷凝器（17）和位于冷凝器（17）下方的淡水池（19），在其右侧下端侧壁上设有出风口（18），蒸发装置空腔与冷凝装置空腔在上端相连通；
发动机的缸套冷却水入口（3）连通海水，其缸套冷却水出口（5）与位于蒸发装置左侧的进水口相连接；冷凝器（17）的入口连通海水，其冷凝水出口（13）与位于蒸发装置右侧的进水口相连接；冷却水和冷凝水均流到加热板和烟气管道上蒸发出水蒸汽；
发动机的烟气出口（4）与烟气管道（6）进气口相连接，高温烟气沿烟气管道（6）流动，在蒸发装置内与冷却水和冷凝水进行换热后从出气口流出，在出气口处推动进鼓风装置形成从进风口流向到出风口的气流；水蒸汽在气流带动下从蒸发装置内空腔上方流向冷凝装置，遇到冷凝器（17）冷凝为液态淡水后落入位于下方的淡水池（19）。
2.根据权利要求1所述的一种利用船舶发动机余热的增湿除湿海水淡化系统，其特征是，加热板包括加热板一（9）和加热板二（10），加热板一（9）位于烟气管道（6）上臂的上表面，供缸套冷却水进入的进水口位于加热板一（9）上方，加热板二（10）位于烟气管道（6）下臂的上表面，供冷凝水进入的进水口位于加热板二（10）的上方。
3.根据权利要求2所述的一种利用船舶发动机余热的增湿除湿海水淡化系统，其特征是，加热板一（9）和加热板二（10）均顺着各自上方水流的方向倾斜布置。
4.根据权利要求1所述的一种利用船舶发动机余热的增湿除湿海水淡化系统，其特征是，鼓风装置包括同轴联动的风扇一（7）和风扇二（8），风扇一（7）正对着烟气管道（6）的出风口，风扇二（8）正对着进风口（20）处。
5.根据权利要求1所述的一种利用船舶发动机余热的增湿除湿海水淡化系统，其特征是，在缸套冷却水入口（3）设有海水进口开关一（1）和流量控制阀一（2）。
6.根据权利要求1所述的一种利用船舶发动机余热的增湿除湿海水淡化系统，其特征是，在冷凝器（17）的入口设有海水进口开关二（15）和流量控制阀二（16）。
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| CN1754776A (zh) * | 2004-09-29 | 2006-04-05 | 卢能晓 | 一种船用海水淡化装置 |
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2016
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