TWI639558B - 海水淡化裝置 - Google Patents

Abstract

本發明之海水淡化裝置，具備：熱交換器，係藉由冷卻內燃機的冷卻水來加熱海水，且減壓到低於大氣壓並生成水蒸氣；及冷凝器，係冷卻由該熱交換器所產生的蒸氣並生成蒸餾水；並具備連接所述熱交換器的上游側與下游側的旁通通道，且透過該旁通通道，使所述熱交換器的下游側的所述冷卻水往所述上游側的冷卻水中返回。

Description

海水淡化裝置

本發明涉及一種海水淡化(desalination)裝置及海水淡化方法。

以往以來，在用於冷卻船舶上所搭載的柴油機等內燃機之例如以80℃左右的缸套(jacket)冷卻水為熱源的海水淡化裝置中，在內燃機的缸套冷卻水的循環通道中，設置減壓到低於大氣壓的間接式的熱交換器，並在所述熱交換器中，將所述內燃機的缸套冷卻水作為熱源對從大海中抽出的海水進行加熱，使水蒸氣產生之後，進行氣液分離，並冷凝氣液分離後的水蒸氣，藉此製造淡水(例如參照專利文獻1)。

專利文獻1：日本特許第3923820號公報

近年來，在船舶中，伴隨著謀求燃油消耗的改善，冷卻內燃機的缸套冷卻水的溫度升高，例如持續為90℃以上，並且由於藉由海水的蒸發而析出的鹽及水垢大量附著於海水流過的熱交換器中，從而存在不僅無法避免因熱傳導係數的下降引起的海水淡化量的減少，且去除所述鹽及水垢的維護保養需要龐大的勞力的問題。

本發明係有鑒於上述般之問題而完成，目的在於即使作為熱源的冷卻水為高溫，亦能夠抑制鹽及水垢的產生以進行穩定的海水淡化。

為了達到上述目的，本發明以如下方式構成。

(1)本發明的海水淡化裝置，具備：熱交換器，係藉由冷卻內燃機的冷卻水來加熱海水，且減壓到低於大氣壓並生成水蒸氣；以及冷凝器，係冷卻由該熱交換器所產生的蒸氣並生成蒸餾水；具備連接所述熱交換器的上游側與下游側的旁通通道，且透過該旁通通道，使所述熱交換器的下游側的所述冷卻水往所述上游側的冷卻水中返回。

根據本發明，由於具備連接熱交換器的上游側與下游側的旁通通道，且透過該旁通通道，使已由熱交換器冷卻的下游側的冷卻水返回到上游側的冷卻水中，因此能夠使熱交換器的上游側的冷卻水，亦即，往熱交換器供給的冷卻水的溫度下降。據此，由於即使從內燃機供給的冷卻水的溫度變高溫，亦能夠將往熱交換器供給的冷卻水的溫度抑制較低，因此能夠抑制由熱交換器蒸發海水而生成的鹽及水垢的產生，能夠長期進行該海水淡化裝置的穩定的運轉。

(2)在本發明的較佳的實施態樣中，所述熱交換器，透過分支通道而與所述冷卻水進行循環的循環通道連接，所述分支通道，具備使所述循環通道的所述冷卻水供給到所述熱交換器的上游側的往程路徑、與使來自該熱交換器的冷卻水返回到所述循環通道中的下游側的返程路徑；所述旁通通道，連接上游側的所述往程路徑與下游側的所述返程路徑。

根據該實施態樣，在循環通道中進行循環的冷卻水往分支通道分流，並透過分支通道的往程路徑而往熱交換器供給，藉由與海水的熱 交換而被冷卻，該已被冷卻的冷卻水透過分支通道的返程路徑返回到循環通道中，另一方面，透過連接往程路徑與返程路徑的旁通通道，已由熱交換器冷卻的冷卻水返回到往熱交換器供給的冷卻水中，而能夠使往熱交換器供給的冷卻水的溫度下降。

(3)在本發明的其他實施態樣中，在所述旁通通道，設置有調整流過該旁通通道的所述下游側的所述冷卻水的流量的流量調整機構。

根據該實施方式，由於能夠調整流過旁通通道的下游側的冷卻水的流量、亦即由熱交換器冷卻之後往上游側返回的冷卻水的流量，因此能夠調整已混合該返回的冷卻水與上游側的冷卻水的冷卻水的溫度。也就是，能夠調整往熱交換器供給的冷卻水的溫度。

(4)在本發明的較佳的實施態樣中，該海水淡化裝置，具備：水溫感測器，係檢測所述熱交換器的上游側的所述冷卻水的溫度及下游側的所述冷卻水的溫度的至少任一方的溫度；以及控制機構，根據所述水溫感測器的檢測溫度，控制所述流量調整機構。

根據該實施態樣，檢測熱交換器的上游側的熱交換前的冷卻水的溫度或熱交換器的下游側的熱交換後的冷卻水的溫度，基於此，能夠控制透過旁通通道而往上游側返回的下游側的冷卻水的流量。

(5)在本發明的進一步其他實施態樣中，所述內燃機係船舶的內燃機，所述冷卻水係冷卻所述內燃機的缸套冷卻水。

根據該實施態樣，由於即使冷卻船舶的內燃機之缸套冷卻水的溫度變高溫，亦能夠將往熱交換器供給的冷卻水的溫度抑制較低，因此 能夠抑制由熱交換器蒸發海水而生成的鹽及水垢的產生，能夠長期進行該海水淡化裝置的穩定的運轉。

(6)本發明的海水淡化方法，具備：加熱蒸發步驟，係藉由與冷卻內燃機的冷卻水的熱交換來加熱海水，並且使加熱過的所述海水在減壓下蒸發並生成水蒸氣；以及冷凝步驟，係冷卻所生成的水蒸氣並生成蒸餾水；所述加熱蒸發步驟，包括使已與所述海水進行熱交換的所述冷卻水返回到熱交換前的冷卻水中的步驟。

根據本發明，由於在加熱蒸發步驟中，包括使與海水進行熱交換而經冷卻的冷卻水返回到熱交換前的冷卻水中的步驟，因此能夠使熱交換前的冷卻水的溫度下降。據此，由於即使從內燃機供給的冷卻水的溫度變高溫，亦能夠將與海水進行熱交換的冷卻水的溫度抑制較低，因此能夠抑制由進行海水與冷卻水的熱交換的熱交換器蒸發海水而產生的鹽及水垢的發生，能夠長期穩定地進行海水淡化。

如此般根據本發明，由於具備連接熱交換器的上游側與下游側的旁通通道，且透過該旁通通道，使已由熱交換器冷卻的下游側的冷卻水返回到上游側的冷卻水中，因此能夠使熱交換器的上游側的冷卻水、亦即往熱交換器供給的冷卻水的溫度下降。據此，由於即使從內燃機供給的冷卻水的溫度變高溫，亦能夠將往熱交換器供給的冷卻水的溫度抑制較低，因此能夠抑制由熱交換器蒸發海水而生成的鹽及水垢的產生，能夠長期進行穩定的海水淡化。

1‧‧‧海水淡化裝置

3‧‧‧內燃機

4‧‧‧循環管路(循環通道)

5‧‧‧循環泵

7‧‧‧分支管路(分支通道)

8‧‧‧熱交換器

9‧‧‧氣液分離罐

10‧‧‧冷凝器

16‧‧‧旁通管路(旁通通道)

20‧‧‧水溫感測器

21‧‧‧控制器

圖1係具備本發明的一實施形態的海水淡化裝置的系統的概略構成圖。

圖2係圖1的海水淡化裝置的概略構成圖。

圖3係本發明的其他實施形態的海水淡化裝置的概略構成圖。

以下，根據附圖針對本發明的實施形態進行詳細說明。

圖1係具備本發明的一實施形態的海水淡化裝置1的系統2的概略構成圖。

該實施形態的系統2，搭載於船舶，具備有柴油機(diesel)等內燃機3、用於循環冷卻該內燃機3的缸套冷卻水的循環管路4、及循環泵5。

在冷卻內燃機3的缸套冷卻水的循環管路4，設置有第一閥6，並且連接有分流該第一閥6的分支管路7。該分支管路7，具備有使來自循環管路4的缸套冷卻水往海水淡化裝置1供給的往程管路7a、及使來自海水淡化裝置1的冷卻水返回到循環管路4中的返程管路7b。

藉由操作循環管路4的第一閥6，能夠調整流向海水淡化裝置1的缸套冷卻水的流量。該海水淡化裝置1，以透過分支管路7供給的缸套冷卻水為熱源而從海水製造出淡水。

圖2係表示圖1的海水淡化裝置1的概略構成的圖。

該實施形態的海水淡化裝置1，具備：熱交換器8，係進行作為原料水的海水與缸套冷卻水的間接熱交換，對海水進行加熱，並減壓到低於大氣壓而生成水蒸氣；氣液分離罐9，係對由該熱交換器8產生的蒸 氣進行氣液分離；以及冷凝器10，係藉由由未圖示的泵所抽出的作為原料水的海水，冷卻已由氣液分離罐9氣液分離的蒸氣並生成蒸餾水。

對熱交換器8，透過從循環管路4分支出的往程管路7a供給缸套冷卻水，由熱交換器8進行熱交換而冷卻的缸套冷卻水，透過返程管路7b往循環管路4返回。於往程管路7a，設置有第二閥13及第一止回閥14，另一方面，於返程管路7b，設置有第三閥15。

冷凝器10、與其連通的氣液分離罐9及熱交換器8，藉由與冷凝器10連接的真空泵等真空產生源11，將其內部維持為未滿大氣壓的減壓狀態。氣液分離罐9，於內部具備有除水氣器(demister)12，並且供給藉由利用熱交換器8與缸套冷卻水的熱交換而加熱並蒸發的水蒸氣，將水蒸氣氣液分離。在氣液分離罐9內被氣液分離後的鹽水(brine)再次返回到大海中。

進行來自冷凝器10的海水與來自往程管路7a的缸套冷卻水的熱交換的熱交換器8，由板式的熱交換器構成，該板式的熱交換器，係藉由對薄金屬製的多個熱交換板在其之間隔著密封構件積層、且利用螺栓將該積層體緊固在於其兩側所配設的面板，而在所述各熱交換板之間，交互地形成多個加熱側間隙流路、與多個被加熱側間隙流路。缸套冷卻水被供給到加熱側間隙流路中，來自冷凝器10的海水被供給到被加熱側間隙流路中。

本實施形態的熱交換器8，係小型且輕量的板式的熱交換器，亦為設置空間較小者。

近年來，在用於冷卻船舶的內燃機3的循環管路4中進行循環的缸套冷卻水的溫度高，例如為90℃左右以上，若將來自循環管路4的 缸套冷卻水直接導入熱交換器8中並使其與海水進行熱交換，則因海水的蒸發而析出的鹽及水垢，將大量附著於熱交換器8。若大量的鹽及水垢附著於熱交換器8，則不僅無法避免因熱傳導係數的下降引起的海水淡化量的減少，而且去除所述鹽及水垢的維護保養的頻率增加，並且需要龐大的勞力。

因此，在本實施形態中，為了能夠抑制鹽及水垢的附著而長期進行穩定的運轉，而以如下方式構成。

亦即，設置有連接熱交換器8的上游側的往程管路7a與下游側的返程管路7b的旁通管路16，而透過該旁通管路16，使返程管路7b的缸套冷卻水的一部分返回到往程管路7a的缸套冷卻水中。

於該旁通管路16，設置有泵17、調整朝往程管路7a返回的缸套冷卻水的流量的第四閥18、及第二止回閥19。

在具有以上之構成的海水淡化裝置1中，一旦驅動圖1的內燃機3，藉由循環泵5開始缸套冷卻水的循環，則海水淡化裝置1的往程管路7a的第二閥13及返程管路7b的第三閥15被打開，循環管路4的缸套冷卻水往熱交換器8分流。

此外，開始海水淡化裝置1的運轉，並且驅動旁通管路16的泵17。據此，供給到熱交換器8的缸套冷卻水被來自冷凝器10的海水冷卻，並透過返程管路7b往循環管路4返回。

此時，返程管路7b的缸套冷卻水的一部分，往旁通管路16供給，並返回到往程管路7a。據此，在往程管路7a的熱交換前的缸套冷卻水中，混合已由熱交換器8冷卻的返程管路7b的冷卻水。據此，使較往程管路7a與旁通管路16的連接部更下游側、亦即熱交換器8的入口附近的缸 套冷卻水的溫度下降。

例如，在本實施形態中，從循環管路4朝往程管路7a供給的缸套冷卻水的溫度為90℃左右，混合來自旁通管路16的缸套冷卻水之後的缸套冷卻水、亦即熱交換器8的入口附近的缸套冷卻水的溫度為80℃左右，藉由利用熱交換器8與來自冷凝器10的海水的熱交換而被冷卻後的缸套冷卻水、亦即熱交換器8的出口附近的缸套冷卻水的溫度為70℃左右。

如此般，由於能夠使被往熱交換器8供給的缸套冷卻水的溫度下降，因此在利用熱交換器8而與該缸套冷卻水進行熱交換的海水蒸發時，能夠抑制鹽及水垢附著於熱交換器8。

據此，能夠降低因鹽及水垢所引起的熱傳導係數的下降而導致海水淡化量減少，並且能夠大幅降低鹽及水垢的去除等維護保養的頻率及勞力，能夠長期穩定地運轉該海水淡化裝置1。

如圖3所示，作為本發明的其他實施形態，亦可為：設置檢測熱交換器8的入口附近的缸套冷卻水的溫度的水溫感測器20，並且設置根據藉由該水溫感測器20所檢測的缸套冷卻水的水溫而控制作為旁通管路16的流量調整閥的第四閥18的開度的作為控制手段的控制器21，且控制第四閥18的開度，以使熱交換器8的入口附近的缸套冷卻水的溫度成為目標溫度。

另外，水溫感測器20並不限於設置在熱交換器8的入口附近，亦可設置在熱交換器8的出口附近。

在上述實施形態中，雖然海水淡化裝置1的熱交換器8設置在從循環管路4分支出的分支管路7，但是作為本發明的其他實施形態，亦 可將海水淡化裝置1的熱交換器8設置在循環管路4中。

熱交換器8並不限於板式的熱交換器，亦可為多管式或其他熱交換器。

Claims (7)

1. 一種海水淡化裝置，具備：熱交換器，係藉由冷卻內燃機的冷卻水來加熱海水，且減壓到低於大氣壓以生成水蒸氣；以及冷凝器，係冷卻由上述熱交換器所產生的蒸氣以生成蒸餾水，其特徵在於：具備連接上述熱交換器的上游側與下游側的旁通通道，且透過該旁通通道，使上述熱交換器的下游側的上述冷卻水往上述上游側的冷卻水中返回；上述熱交換器，透過分支通道而與上述冷卻水進行循環的循環通道連接，上述分支通道，具備使上述循環通道的上述冷卻水供給到上述熱交換器的上游側的往程路徑、與使來自該熱交換器的冷卻水返回到上述循環通道中的下游側的返程路徑；上述旁通通道，連接上述上游側的往程路徑與上述下游側的返程路徑，在上述循環通道中上述往程路徑之連接部與上述返程路徑之連接部之間，設置有調整自上述循環通道往上述熱交換器供給的上述冷卻水的流量之流量調整閥，冷卻內燃機的溫度90℃以上的冷卻水在上述循環通道進行循環時，該冷卻水的一部分，透過上述流量調整閥流過上述循環通道，並且該冷卻水的其餘部分，透過上述往程通道向上述熱交換器分流。
2. 如申請專利範圍第1項之海水淡化裝置，其中，在上述往程路徑中，於較與上述旁通通道之連接部更上游側，設置有閥及止回閥，於上述旁通通道，設置有泵及止回閥。
3. 如申請專利範圍第1項之海水淡化裝置，其中，在上述返程路徑中，於較與上述旁通通道之連接部更下游側，設置有閥。
4. 如申請專利範圍第2項之海水淡化裝置，其中，在上述返程路徑中，於較與上述旁通通道之連接部更下游側，設置有閥。
5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之海水淡化裝置，其中，在上述旁通通道，設置有調整流過上述旁通通道的上述下游側的冷卻水的流量的旁通通道用流量調整閥，進一步具備：水溫感測器，係檢測上述熱交換器的上游側的上述冷卻水的溫度及下游側的上述冷卻水的溫度的至少任一方的溫度；以及控制機構，根據上述水溫感測器的檢測溫度，控制上述旁通通道用流量調整閥。
6. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之海水淡化裝置，其中，上述內燃機係船舶的內燃機，上述冷卻水係冷卻上述內燃機的缸套冷卻水。
7. 如申請專利範圍第5項之海水淡化裝置，其中，上述內燃機係船舶的內燃機，上述冷卻水係冷卻上述內燃機的缸套冷卻水。