CN107162083A - 一种简易的船用海水淡化装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种简易的船用海水淡化装置，主要包括内燃机冷却系统、水冷冷却器、冷凝换热器、海水蒸发设备、淡水箱及水泵、风机。本发明有效利用内燃机冷却系统的淡水来加热海水；船用内燃机采用闭式水冷冷却，先用淡水进行循环冷却，再用环境海水冷却淡水，避免了换热表面的结垢与腐蚀。环境海水进入冷凝换热器吸收高温饱和湿空气的冷凝热进行一次升温，一次升温后的海水进入水冷冷却器，吸收内燃机冷却系统中淡水的热量进行二次升温，得到的高温海水进入海水蒸发设备进行蒸发，与环境空气进行热湿交换，得到的高温饱和湿空气进入冷凝器与环境冷水换热冷凝，得到的淡水流入淡水箱。本装置能耗低，且初期造价和运营成本低，结构简单，易推广。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用内燃机冷却系统冷却水余热来淡化海水的海水淡化装置，结构简单易推广，适用于船用海水淡化领域。
背景技术
随着经济社会的高速发展和人口的急剧增加，水资源危机已成为仅次于全球气候变暖的世界第二大环境问题。海水淡化是解决水资源危机、开拓新的安全水源的必然选择。
各种海水淡化技术由此应运而生，多级闪蒸技术成熟、运行可靠，但动力消耗大；低温多效蒸馏技术较为节能，装置规模日益扩大；反渗透海水淡化技术发展更快，但是对于海水水质的适应范围存在限制，且系统稳定性仍有待提高。
船用内燃机可用柴油、汽油、煤油等作燃料。在燃料燃烧做功的同时，内燃机内部受热零件温度升高，内燃机冷却系统的作用是将受热零件吸收的部分热量及时散发出去，分为水冷冷却和风冷冷却。目前，内燃机的冷却系统的热量还没有得到有效利用。
中国专利文献(CN103925059A)提出了一种可淡化海水的内燃发电机组，在现有的水冷内燃发电机组的基础上增加了冷凝器、发电机冷却水腔外壳，冷凝器冷却水腔外壳及加热壶的外壳。使海水依次流过发电机冷却水腔外壳、冷凝器冷却水腔外壳，水冷内燃机冷却系统和加热壶产生蒸汽进入冷凝器冷凝为淡水。该发明主要由两个不足，一个不足是让海水直接流过水冷内燃机内部，易造成传热表面的结垢和腐蚀，结垢一旦形成，就很难去除；另一不足是该发明对现有水冷内燃发电机组进行了结构改造，存在由此带来的各种局限问题，结构复杂，不易推广。
发明内容
本发明提供了一种简易的船用海水淡化装置，有效利用内燃机冷却系统的冷却水携带的受热部件的吸热量来进行海水淡化。
本发明的技术方案如下：
一种简易的船用海水淡化装置主要包括内燃机冷却系统、水冷冷却器、冷凝换热器、海水蒸发设备、淡水箱及水泵、风机。本发明中，为避免传热表面的结垢与腐蚀等问题，对船用内燃机采用闭式水冷冷却，即先用淡水循环冷却，再用海水去冷却淡水。所述水冷冷却器的淡水侧入口与内燃机冷却系统的出水管相连，水冷冷却器的淡水侧出口与内燃机冷却系统的进水管相连。环境海水通过海水入口进入冷凝换热器，冷凝换热器的海水侧出口与水冷冷却器的海水侧入口相连，水冷冷却器的海水侧出口通过淡化用海水通道与海水蒸发设备相连。
环境空气通过海水蒸发设备的空气入口进入海水蒸发设备，海水蒸发设备的出口通过湿空气流通管道与冷凝换热器的湿空气侧连接。冷凝换热器的冷凝水管与淡水箱相连。
本发明中，环境海水通过吸收高温饱和湿空气的冷凝热和内燃机冷却系统中淡水携带的受热零件吸收的热量进行两次升温；而后通过淡化用海水通道进入海水蒸发设备中蒸发，与环境空气进行热湿交换，使环境空气变为高温饱和湿空气后进入冷凝换热器中冷凝，得到的淡水流到淡水箱中。
本发明具有以下优点及有益效果：
(1)本发明有效利用内燃机冷却系统淡水携带的受热部件吸收的热量来加热海水，既有效提高了海水的温度，又省去了冷却内燃机冷却系统中的淡水所需的额外能耗；(2)本发明对船用内燃机采用闭式水冷冷却，先用淡水进行循环冷却，再用环境海水冷却淡水，有效避免了换热表面的结垢与腐蚀；(3)本发明未对现有内燃机作出结构改变，装置造价及运行成本低，技术方案简单易实施；(4)本发明中需要外部能量输入的设备只有水泵和风机，更加节能。
附图说明
图1为一种简易的船用海水淡化装置的结构示意图。
图中：1-内燃机冷却系统；2-冷却水流通管路；3-水冷冷却器；4-淡化用海水通道；5-风机；6-海水蒸发设备；7-海水蒸发设备空气入口；8-淡水箱；9-冷凝水管；10-冷凝换热器；11-水泵；12-海水入口。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理、结构和具体方式做进一步说明。
图1为内燃机-吸收式制冷机海水淡化装置的结构示意图。该装置主要包括内燃机冷却系统1、水冷冷却器3、海水蒸发设备6、淡水箱8及冷凝换热器9。
(1)环境海水通过海水入口进入冷凝换热器中，吸收高温饱和湿空气的冷凝热进行第一次升温；升温后的海水通过淡化用海水通道进入水冷冷却器中，与内燃机冷却系统的淡水换热，吸收内燃机内受热部件的热量，对内燃机冷却系统的淡水进行冷却的同时，进行第二次升温变为高温海水。
(2)高温海水进入海水蒸发设备，与通过海水蒸发设备空气入口进入的环境空气直接接触进行热湿交换。当海水与环境空气直接接触时，会同时发生显热交换和潜热交换。海水与环境空气之间的显热交换时海水与环境空气之间存在温差时，由导热、对流和辐射作用而引起的换热结果，显热交换的方向表现为由海水传向空气。潜热交换，即湿交换的推动力是海水表面饱和空气层中的水蒸气分压力与环境空气的水蒸气分压力之差，潜热交换的方向表现为由海水传向空气。热湿交换的结果表现为，海水降温，环境空气被加热加湿为接近饱和状态的高温饱和湿空气，其露点温度接近于干球温度。
(3)海水蒸发设备出口的高温饱和湿空气进入冷凝换热器中与环境海水换热进行一次冷凝，由于高温饱和湿空气的露点温度接近于其干球温度，环境海水温度低于其露点温度，所以高温饱和湿空气在冷凝换热器中放热冷凝，得到的淡水通过冷凝水管流到淡水箱，高温饱和湿空气降温减湿变为湿空气。
说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知的现有技术。
Claims (5)
1.一种简易的船用海水淡化装置，主要包括内燃机冷却系统1、水冷冷却器3、海水蒸发设备6、淡水箱8及冷凝换热器9；其特征在于：本发明有效利用内燃机冷却系统中淡水携带的受热部件吸收的热量来提高海水的温度，既有效提高了海水蒸发后空气的露点温度，又省去了冷却内燃机冷却系统中的淡水所需的额外能耗；且对船用内燃机采用闭式水冷冷却，先用淡水进行循环冷却，再用环境海水冷却淡水，有效避免了换热表面的结垢与腐蚀；其特征增在于，其技术方案为：
所述水冷冷却器的淡水侧入口与内燃机冷却系统的出水管相连，水冷冷却器的淡水侧出口与内燃机冷却系统的进水管相连；环境海水通过海水入口进入冷凝换热器，冷凝换热器的海水侧出口与水冷冷却器的海水侧入口相连，水冷冷却器的海水侧出口通过淡化用海水通道与海水蒸发设备相连；
环境空气通过海水蒸发设备的空气入口进入海水蒸发设备，海水蒸发设备的出口通过湿空气流通管道与冷凝换热器的湿空气侧连接，冷凝换热器的冷凝水管与淡水箱相连；环境海水通过海水入口进入冷凝换热器中，吸收高温饱和湿空气的冷凝热进行第一次升温；升温后的海水通过淡化用海水通道进入水冷冷却器中，与内燃机冷却系统的淡水换热，吸收内燃机内受热部件的热量，对内燃机冷却系统的淡水进行冷却的同时，进行第二次升温变为高温海水；
高温海水进入海水蒸发设备，与通过海水蒸发设备空气入口进入的环境空气直接接触进行热湿交换；当海水与环境空气直接接触时，会同时发生显热交换和潜热交换；海水与环境空气之间的显热交换时海水与环境空气之间存在温差时，由导热、对流和辐射作用而引起的换热结果，显热交换的方向表现为由海水传向空气；潜热交换，即湿交换的推动力是海水表面饱和空气层中的水蒸气分压力与环境空气的水蒸气分压力之差，潜热交换的方向表现为由海水传向空气；热湿交换的结果表现为，海水降温，环境空气被加热加湿为接近饱和状态的高温饱和湿空气，其露点温度接近于干球温度；
海水蒸发设备出口的高温饱和湿空气进入冷凝换热器中与环境海水换热进行一次冷凝，由于高温饱和湿空气的露点温度接近于其干球温度，环境海水温度低于其露点温度，所以高温饱和湿空气在冷凝换热器中放热冷凝，得到的淡水通过冷凝水管流到淡水箱，高温饱和湿空气降温减湿变为湿空气。
2.根据权利要求1所述的一种简易的船用海水淡化装置，其特征在于：所述水冷冷却器和冷凝换热器为间壁式换热器。
3.根据权利要求1所述的一种简易的船用海水淡化装置，其特征在于：所述海水蒸发设备为气-液直接接触的热质交换设备。
4.根据权利要求1所述的一种简易的船用海水淡化装置，其特征在于：冷凝换热器海水侧出口与水冷冷却器海水侧入口相连，在海水吸收内燃机冷却系统中的淡水携带的热量升温的同时对内燃机冷却系统的淡水进行冷却，省去了冷却内燃机冷却系统淡水所需的额外能耗。
5.根据权利要求1所述的一种简易的船用海水淡化装置，其特征在于：水冷冷却器海水侧出口通过淡化用海水通道与海水蒸发设备相连，海水蒸发设备出口通过湿空气流通管道与冷凝设备——冷凝换热器相连。
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