CN113371771A - 控制真空蒸发式造水装置的控制装置、控制方法及记录控制程序的记录介质 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种自动地进行真空蒸发式造水装置的运转调整的控制装置。本发明的控制装置(100)是控制从海水制造淡水的真空蒸发式造水装置(1)的控制装置，其具备：取得关于真空蒸发式造水装置(1)的运转状态的信息的运转状态取得部(110)，以及基于运转状态取得部(110)所取得的所述信息，自动调节所述淡水的造水量及盐分浓度中的至少任一者的调节部(120)。
Description
技术领域
本发明涉及控制从海水制造淡水的真空蒸发式造水装置的控制装置、控制方法及记录控制程序的记录介质。
背景技术
一直以来，在海上运行的船舶中，已使用将汲取自海中的海水在高真空下蒸发以制造淡水的真空蒸发式造水装置。真空蒸发式造水装置广泛使用从搭载于船舶的锅炉的蒸汽或者从柴油机及其他产生的废热作为热源利用的类型(例如，专利文献1)。这种真空蒸发式造水装置，一般而言，具备：加热器，通过将所供给的原料海水与用于柴油机的冷却等的温水热交换而进行加热而蒸发；以及密闭型的容器本体，通过减压机构使内部保持在减压(真空)状态，并将所产生的蒸汽冷凝而淡水化。在容器本体内，内置有具有多个传热管的水冷式冷凝器，通过将蒸汽与流过传热管内部的冷却用海水热交换而冷却、冷凝从而淡水化。此外，从水冷式冷凝器排出的冷却用海水的一部分作为原料海水供给至加热器。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本实开昭62－43692号公报
发明内容
发明所要解决的问题
现今，真空蒸发式造水装置的运转调整由船舶的船员实行。然而近年来，由于节省机房的劳动力及船员技术降低，运转调整进行不顺利，从而导致诸如造水量不足及造水过剩等操作错误的事例逐渐增加。
本发明是为了解决上述问题而完成者，目的在于提供一种自动地进行真空蒸发式造水装置的运转调整的控制装置。
用于解决问题的方案
本发明的上述目的通过下述控制装置来达成：其是控制从海水制造淡水的真空蒸发式造水装置的控制装置，具备：运转状态取得部，取得关于所述真空蒸发式造水装置的运转状态的信息；以及调节部，基于由所述运转状态取得部所取得的所述信息，自动调节所述淡水的造水量及盐分浓度中的至少任一者。
本发明的较佳实施方式中，所述调节部的特征是将所述造水量调节为指定的量。
本发明的较佳实施方式中，所述调节部的特征是将所述盐分浓度调节为不超过指定的浓度。
上述实施方式中，所述真空蒸发式造水装置，亦可具备：加热器，通过冷却船舶的内燃机的夹套冷却水加热原料海水从而生成蒸汽；以及冷凝器，通过冷却用海水冷却所述加热器产生的蒸汽从而生成淡水。
此实施方式中，具有以下特征：所述运转状态取得部取得所述海水的温度、所述夹套冷却水的流量及温度作为所述信息，且所述调节部基于所述海水的温度及所述夹套冷却水的温度将所述造水量调节为指定的量。
此实施方式中，较佳为：所述调节部计算出所述造水量为转变为所述指定的量的所述夹套冷却水的流量，将由所述运转状态取得部所取得的所述夹套冷却水的流量调节为所述计算出的流量。
此实施方式中，具有以下特征：所述真空蒸发式造水装置进一步具备从所述加热器产生的蒸汽捕获液滴的汽水分离机构；所述运转状态取得部取得经过所述汽水分离机构的所述蒸汽的密度及流速作为所述信息，所述调节部基于所述蒸汽的密度及流量，将所述盐分浓度调节为不超过指定的浓度。
此实施方式中，较佳为：若将所述蒸汽的密度设为ρ，将所述蒸汽的流速设为v，则所述调节部对ρv2进行调节，使盐分浓度不超过所述指定的浓度的极限值。
本发明的上述目的通过以下控制方法来达成：其是控制从海水制造淡水的真空蒸发式造水装置的控制方法，具备：运转状态取得步骤，取得关于所述真空蒸发式造水装置的运转状态的信息；以及调节步骤，基于所述运转状态取得步骤所取得的所述信息，自动调节所述淡水的造水量及盐分浓度中的至少任一者。
本发明的上述目的通过以下记录介质来达成：其是记录将计算机用作控制从海水制造淡水的真空蒸发式造水装置的控制装置的控制程序的计算机可读取记录介质，且所述控制程序将计算机用作如下功能：运转状态取得部，取得关于所述真空蒸发式造水装置的运转状态的信息；以及调节部，基于所述运转状态取得部所取得的所述信息自动调节所述淡水的造水量及盐分浓度中的至少任一者。
发明效果
根据本发明，可提供一种自动地进行真空蒸发式造水装置的运转调整的控制装置。
附图说明
图1是本发明的一个实施方式的造水系统的框图。
图2是本发明的一个实施方式的造水装置的概略构成图。
图3是表示图2所示的造水装置的内部构成的剖视图。
图4是表示当造水量为指定的量时的海水温度与夹套冷却水的流量及温度之间的关系的一例的图。
图5是变形例的造水装置的概略构成图。
图6是表示当造水量为指定的量时的海水温度与供给至蒸汽喷射器的蒸汽压力之间的关系的一例的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。需要说明的是，本发明并不限定于下述的实施方式。
图1是本发明的一个实施方式的造水系统的框图。该造水系统具备控制真空蒸发式造水装置(以下，简称为“造水装置”)1、及控制造水装置1的控制装置100。
〔造水装置的构成〕
图2是造水装置1的概略构成图，图3是表示造水装置1的内部构成的剖视图。
造水装置1具备加热器2、以及具有汽水分离机构4、水冷式冷凝器5及预热器6的冷凝器3。需要说明的是，图3中，符号P1是用以自海中汲取海水的喷射泵，由喷射泵汲取来的海水，经过海水管线8供给至安装于冷凝器3的水喷射器7之后，作为造水装置1的造水用的冷却水而供给至水冷式冷凝器5。水喷射器7构成为将冷凝器3内保持在减压(真空)状态的减压机构。海水管线8中设有用以检测海水的温度的温度检测器90。
加热器2具备：配置于上下的圆筒状的上部管20及下部管21、以及设置于上部管20内的多个加热管22。上部管20与下部管21通过螺栓27A及螺母27B的紧固而连接及固定。多个加热管22配备成朝上下方向延伸于上部管20内，且其两端部固定于上部管20的上壁面及下壁面。在下部管21设有原料海水导入口23，通过从原料海水供给线24导入原料海水至下部管21的内部，从而导入原料海水至各加热管22。在上部管20的侧壁面，上下连接有圆筒状的温水导入管25及温水排出管26。用以冷却柴油机70的夹套冷却水等的温水经过温水供给线71而从温水导入管25导入至上部管20内。导入至各加热管22的原料海水通过与从温水导入管25导入至上部管20的温水间的热交换进行加热而蒸发，变成蒸汽且被供给至冷凝器3内。与原料海水热交换的上部管20内的温水从温水排出管26经过温水排出线72，送至夹套冷却水器73。
温水供给线71中设有流量调节阀80及流量调节用三通阀81；温水排出线72中设有流量调节阀82。温水供给线71与温水排出线72经由连接线74、75连接，连接线75中设有流量调节阀83。流量调节用三通阀81可调节温水供给线71及连接线74两者的流量。此外，温水供给线71中设有用以检测温水的流量的流量计91、及用以检测温水的入口温度的温度检测器92。温水排出线72中设有用以检测温水的出口温度的温度检测器96。
冷凝器3具备比加热器2的上部管20及下部管21直径大的圆筒状的套管30，且于套管30的下端部通过螺栓28A及螺母28B的紧固而连接及固定加热器2的上部管20。如此，加热器2以悬吊状态可拆卸地支承于冷凝器3，且套管30的内部成为从加热器2所供给的蒸汽流通的蒸汽通道。在套管30的上部，贯通套管30而设有成为水冷式冷凝器5及预热器6的外壳的圆筒状的水平管31。在水平管31的两端部分别连接有第1集管32及第2集管33。
在套管30的下部设有从蒸汽捕获液滴的汽水分离机构4。本实施方式中，汽水分离机构4通过汽水分离板40以及多层重叠由细线条所形成的网目精细的网体的筛网分离器41所构成。在套管30内的水平管31的上端中央部形成有用以将蒸汽导入水平管31内的开口34。在汽水分离机构4的内部设有用以计测蒸汽的压力的蒸汽压力计93以及用以计测蒸汽的温度的蒸汽温度计94。
水冷式冷凝器5用以冷却供给至冷凝器3内的蒸汽而生成淡水，在内部具备多个传热管50。各传热管50配备为沿水平方线延伸，其两端部固定于水平管31的左壁面及右壁面，并与第1及第2两集管32、33的内部连通。在构成水冷式冷凝器5的传热管50的上方设有构成预热器6的多个传热管60。此多个传热管60也配备为沿水平方线延伸，其两端部固定于水平管31的左壁面及右壁面，并与第1及第2两集管32、33的内部连通。
第1及第2两集管32、33内分别通过分隔板35、36划分成上方的预热用集管室32B、33B以及下方的冷凝用集管室32A、33A。第1集管32的冷凝用集管32A设有导入用以冷却、冷凝蒸汽的冷却用海水的冷却水入口37。在冷却水入口37连接有水喷射器7，将来自喷射泵P1的海水导入作为冷却水。当导入至第1集管32的冷凝用集管32A的冷却用海水朝向另一侧的第2集管33的冷凝用集管33A流通于各传热管50时，被供给至水平管31的蒸汽通过与冷却用海水间的热交换而被冷却从而冷凝。通过冷凝所生成的淡水经由设置于水平管的下端部的淡水出口38而从淡水送出线52取出，并由蒸馏水泵P2送至淡水槽(未图示)。在淡水送出线52设有用以计测淡水的流量的流量计95。在第2集管33的冷凝用集管33A设有将来自各传热管50的冷却用海水排出的冷却水出口39，自冷却水出口39排出的冷却用海水例如经过冷却用海水排出线51排出至船舶外等。
在第2集管的分隔板36设有导入从水冷式冷凝器5排出的冷却用海水的一部分的原料海水入口45。从水冷式冷凝器5排出的冷却用海水的一部分经由原料海水入口45，导入至第2集管33的预热用集管室33B。接着，朝向另一侧的第1集管32的预热用集管室32B流通于构成预热器6的各传热管60内。此时，冷却用海水在各传热管60内流动时，通过与供给至水平管31内的蒸汽间的热交换而被加热。在第1集管32的预热用集管室32B设有排出冷却用海水的原料海水出口29。自原料海水出口29排出的冷却用海水经由原料海水供给线24作为原料海水而被供给至加热器2的下部管21内。
在水平管31的套管30外的上端部设有排气口42及气体注入口44，同时在套管30的下端部设有盐水出口43。排气口42经由抽气线46连接至水喷射器7，并通过水喷射器7抽吸水平管31的内部的非冷凝性气体，将水平管31及套管30内部保持在低于大气压力的减压(真空)状态，从而水平管31及套管30内以减压(真空)状态进行原料海水的蒸发、冷凝。抽气线46的流量可通过流量调节阀84进行调节。气体注入口44连接于注入线47，且可根据需要对水平管31及套管30内加压。注入线47的流量可通过流量调节阀85进行调节。此外，盐水出口43经由盐水排出线48连接至水喷射器7，并且在套管30内蒸发后的盐水(海水)通过水喷射器7从盐水出口43抽吸后，被排出至船舶外。
〔控制装置的构成〕
图1所示的控制装置100通过有线或者无线可通讯地与造水装置1连接。本实施方式中，控制装置100设于船舶内，但亦可设于船舶外(例如陆地)。此外，控制装置100可由通用的计算机来构成，亦可由控制面板等专用计算机来构成。或者，控制装置100可与造水装置1一体地构成。
如图1所示，控制装置100具备运转状态取得部110及调节部120。运转状态取得部110及调节部120的各部分可通过逻辑电路等以硬件方式实现，亦可使用CPU等以软件方式实现。在以软件方式实现所述各部分的情况下，可通过CPU在主储存装置读取并执行储存于控制装置100的储存装置中的控制程序，而实现所述各部分。该控制程序可经由因特网等通讯网络下载至控制装置100，亦可先将控制程序记录在CD-ROM(Compact Disc Read-OnlyMemory：光盘只读存储器)等非暂时性计算机可读取记录介质中，并经由该记录介质安装至控制装置100。
运转状态取得部110取得关于造水装置1的运转状态的信息(运转状态取得步骤)。本实施方式中，运转状态取得部110取得来自造水装置的温度检测器90、流量计91、温度检测器92、蒸汽压力计93、蒸汽温度计94、流量计95及温度检测器96的各检测值作为所述信息。
调节部120基于由运转状态取得部110所取得的所述信息，自动调节淡水的造水量及盐分浓度(调节步骤)。具体而言，调节部120具有如下功能：将淡水的造水量调节为指定的量，及将淡水的盐分浓度调节为不超过指定的浓度。为了实现这些功能，调节部120具备造水量调节部121及盐分浓度调节部122。
〔造水量的调节〕
造水量调节部121是用以将造水量调节至指定的量的功能块。本实施方式中“造水量”是指由造水装置1所制造的淡水的每单位时间的制造量。所述指定的量根据船舶的规模等适宜地设定。本实施方式中，造水量调节部121如以下说明调节造水量以保持在指定的量。
图4是表示造水量为指定的量时的海水温度Tcin与夹套冷却水的流量Qh(m3/h)及温度Tcin(℃)之间的关系的一例的图。表示此关系的信息储存于控制装置100未图示的储存部。需要说明的是，尽管仅表示出Thin＝10℃、20℃及32℃的情况的曲线，实际上，对所有假定温度(例如，Thin＝0℃～40℃时的每1℃)，储存有表示流量Qh与温度Thin之间的关系的信息。
流量Qh与温度Thin可以下述式表示：
Qh＝f(Thin)·f(Tcin)·f(F)
在此，F为加热器2的污染所导致的影响系数，加热器2的污染程度根据来自流量计91、温度检测器92、蒸汽温度计94及温度检测器96的检测值来判断。
运转状态取得部110从造水装置的温度检测器90、流量计91及温度检测器92分别取得海水温度Tcin、夹套冷却水的流量Qh及温度Thin，并将这些信息输入至调节部120。造水量调节部121基于海水温度Tcin及夹套冷却水的温度Thin，计算出造水量为转变为所述指定的量的夹套冷却水的流量Qh。具体而言，造水量调节部121根据海水温度Tcin，选择满足用以使造水量为指定的量的夹套冷却水的流量Qh与温度Thin间的关系的曲线。例如，在海水温度Tcin为32℃的情况下，造水量调节部121在图4中选择以实线表示的曲线。接着，造水量调节部121基于夹套冷却水的温度Thin，在选择的曲线上计算出对应温度Thin的流量Qh。例如，在Thin＝T1的情况下，造水量调节部121计算出对应T1的流量Q1。
在流量Q1与通过运转状态取得部110所取得的实际的流量Qh不同的情况下，造水量调节部121调节为Qh＝Q1。具体而言，造水量调节部121向造水装置1的流量调节阀80、流量调节用三通阀81、流量调节阀82及流量调节阀83中的至少任一者发送控制信号，通过调节各阀的阀开度从而调节为Qh＝Q1。据此，造水量调节部121可将造水量调节为指定的量。
需要说明的是，造水量调节部121的造水量的调节方法并无特别限定。例如，运转状态取得部110取得流量计95的计测值，造水量调节部121可将此计测值作为上述指定的量而调节夹套冷却水的流量Qh。
此外，“造水量为指定的量”是指不限于造水量与所指定的量严格地一致，可与指定的量略有不同(例如±1％)。
〔盐分浓度的调节〕
图1所示的盐分浓度调节部122是将由造水装置1所制造的淡水的盐分浓度调节为不超过指定的浓度的功能块。所述指定的浓度根据造水装置1所要求的性能设定为额定值。本实施方式中，盐分浓度调节部122如下调节盐分浓度以使其不超过指定的浓度。
淡水的盐分浓度通过经过汽水分离机构4的蒸汽的密度ρ(kg/m2)及流速v(m/s)来决定。控制装置100未图示的储存部中，储存淡水的盐分浓度为转变为上述指定的浓度的ρv2的极限值。
运转状态取得部110从造水装置1的蒸汽压力计93及流量计95分别取得蒸汽的密度ρ及流速v。具体而言，密度ρ从蒸汽压力计93的检测值求出。流速v由流量计95所计测的淡水的流量除以密度ρ而计算出体积流量，进一步除以冷凝器3内的截面积而求出。需要说明的是，密度ρ亦可从蒸汽温度计94所计测的蒸汽的温度求出。此外，亦可通过蒸汽密度计来计测密度ρ。
运转状态取得部110将密度ρ及流速v输入至调节部120。盐分浓度调节部122计算ρv2，并将此与极限值进行比较。在ρv2超过极限值的情况下，或者在尽管在极限值以下但接近极限值(例如极限值的95％)的情况下，盐分浓度调节部122通过执行以下的控制(1)～(3)中的至少任一者而使ρv2降低。
(1)调节流量调节阀80、流量调节用三通阀81、流量调节阀82及流量调节阀83中的至少任一者的阀开度而减少夹套冷却水的流量，从而使造水量降低。
(2)调节流量调节阀85的阀开度，从注入线47将气体注入至水平管31内部，使蒸发温度上升。
(3)调节流量调节阀84的阀开度，使抽气性能降低。
通过ρv2降低，从而经过汽水分离机构4的盐分减少，淡水的盐分浓度降低。
需要说明的是，亦可以计测淡水的盐分浓度取代计测经过汽水分离机构4的蒸汽的密度及流速，使所计测的盐分浓度不超过指定的浓度，并执行上述(1)～(3)中的至少任一者的控制。
〔小结〕
如上所述，本实施方式的控制装置100取得关于造水装置1的运转状态的信息，且基于该信息，自动调节淡水的造水量及盐分浓度。由此，船舶的船员等不需要执行造水装置1的运转调整，可降低错误操作的风险。
〔变形例〕
以上，已针对本发明的实施方式进行说明，但本发明并不限定于上述实施方式，只要是不脱离其主旨下，可进行各种变更。
上述实施方式中，造水装置1为将从柴油机及其他产生的废热作为热源使用的方式者，但造水装置1的种类并不特别限定。本发明，亦可适用于例如利用蒸汽的方法(蒸汽喷射器方法)的造水装置。
图5是蒸汽喷射器方法的造水装置1’的概略构成图。图5中，对具有与图2所示的造水装置1中相同功能的零件赋予相同符号。造水装置1’具备温水供给线71、温水排出线72、蒸汽供给线76、蒸汽喷射器77以及蒸汽排放排出线78。在蒸汽供给线76设有用以调节蒸汽的流量的流量调节阀86、及用以检测蒸汽的压力的压力计97。通过在蒸汽喷射器77供给蒸汽，可使流过温水供给线71及温水排出线72的温水的温度上升。
在控制造水装置1’的控制装置中，如图6所示，预先储存表示造水量为指定的量时的海水温度Tcin与蒸汽压力p之间的关系的信息。接着，由温度检测器90检测出海水温度为T2的情况，计算出对应于所述指定的量的蒸汽压力p1，并调节流量调节阀86使压力计97的检测值为计算出的蒸汽压力p1。
此外，关于造水装置1’制造的淡水的盐分浓度的调节可与上述实施方式中的相同。
产业上的可利用性
本发明除了上述的造水装置，亦可应用于板片式造水装置或多重效用造水装置。
附图标记说明：
1、1’：造水装置(真空蒸发式造水装置)；
2：加热器；
3：冷凝器；
4：汽水分离机构；
100：控制装置；
110：运转状态取得部；
120：调节部。
Claims (10)
1.一种控制装置，其是控制从海水制造淡水的真空蒸发式造水装置的控制装置，其特征在于，具备：
运转状态取得部，取得关于该真空蒸发式造水装置的运转状态的信息；以及
调节部，基于由该运转状态取得部所取得的该信息，自动调节该淡水的造水量及盐分浓度中的至少任一者。
2.根据权利要求1所述的控制装置，其中，该调节部将该造水量调节为指定的量。
3.根据权利要求1所述的控制装置，其中，该调节部将该盐分浓度调节为不超过指定的浓度。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的控制装置，其中，该真空蒸发式造水装置具备：
加热器，通过冷却船舶的内燃机的夹套冷却水加热原料海水而生成蒸汽；以及
冷凝器，通过冷却用海水冷却该加热器产生的蒸汽而生成淡水。
5.根据权利要求4所述的控制装置，其中，该运转状态取得部取得该海水的温度、该夹套冷却水的流量及温度作为该信息；且
该调节部基于该海水的温度及该夹套冷却水的温度，将该造水量调节为指定的量。
6.根据权利要求5所述的控制装置，其中，该调节部计算出该造水量为转变为该指定的量的该夹套冷却水的流量，将由该运转状态取得部所取得的该夹套冷却水的流量调节为该计算出的流量。
7.根据权利要求4所述的控制装置，其中，该真空蒸发式造水装置进一步具备从该加热器产生的蒸汽捕获液滴的汽水分离机构；且
该运转状态取得部取得经过该汽水分离机构的该蒸汽的密度及流速作为该信息；
该调节部基于该蒸汽的密度及流速，将该盐分浓度调节为不超过指定的浓度。
8.根据权利要求7所述的控制装置，其中，若将该蒸汽的密度设为ρ、该蒸汽的流速设为v，则
该调节部对ρv2进行调节，使盐分浓度不超过该指定的浓度的极限值。
9.一种控制方法，其是控制从海水制造淡水的真空蒸发式造水装置的控制方法，其特征在于，具备：
运转状态取得步骤，取得关于该真空蒸发式造水装置的运转状态的信息；以及
调节步骤，基于该运转状态取得步骤所取得的该信息自动调节该淡水的造水量及盐分浓度中的至少任一者。
10.一种记录介质，其是记录将计算机用作控制从海水制造淡水的真空蒸发式造水装置的控制装置的控制程序的计算机可读取记录介质，其特征在于，该控制程序将计算机用作如下功能：
运转状态取得部，取得关于该真空蒸发式造水装置的运转状态的信息；以及
调节部，基于该运转状态取得部所取得的该信息，自动调节该淡水的造水量及盐分浓度中的至少任一者。
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