一種低溫節(jié)能船用海水淡化系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明一種低溫節(jié)能船用海水淡化系統(tǒng)，采用開(kāi)路熱管式毛細(xì)芯自驅(qū)動(dòng)海水淡化技術(shù)，結(jié)合熱法和膜法的優(yōu)點(diǎn)，在不消耗額外燃料、不影響船舶運(yùn)行的前提下，依靠船舶動(dòng)力裝置產(chǎn)生的余熱，由毛細(xì)力驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)非外力作用下低溫蒸發(fā)，達(dá)到使海水脫鹽淡化的目的。系統(tǒng)直接面向大海海域，本體結(jié)構(gòu)無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)部件，動(dòng)力來(lái)自蒸發(fā)器內(nèi)毛細(xì)芯提供的毛細(xì)抽吸力，海水在毛細(xì)芯內(nèi)發(fā)生相變，產(chǎn)生蒸汽進(jìn)入冷凝器冷凝成淡水。從能源利用上，不需要消耗高品位能源，可直接利用余熱廢熱。本發(fā)明解決了傳統(tǒng)船舶海水淡化能耗大、成本高，設(shè)備復(fù)雜難以大范圍推廣的技術(shù)缺陷。
【專(zhuān)利說(shuō)明】ー種低溫節(jié)能船用海水淡化系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種船用海水淡化系統(tǒng),屬于海水淡化領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]遠(yuǎn)洋航行和出海漁業(yè)等長(zhǎng)時(shí)間在海洋運(yùn)作的船舶，若缺乏淡水供給會(huì)使得船舶被迫提前返航，所以都必須攜帯大量的淡水。然而大量淡水儲(chǔ)備會(huì)極大地影響船舶的靈活性和續(xù)航能力。同時(shí)，對(duì)于遠(yuǎn)洋船，淡水儲(chǔ)備量受到輪船大小的限制，儲(chǔ)存太多，時(shí)間長(zhǎng)了，容易滋生細(xì)菌，并不能很好地解決在輪船上的飲水問(wèn)題。如何使得海水淡化裝置性能可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、附屬要求低成為船用海水淡化領(lǐng)域迫切需要解決的問(wèn)題。
[0003]現(xiàn)在ー些船舶也開(kāi)始安裝海水淡化設(shè)備，主要包括陸地上使用較多的閃蒸法和半透膜法。但這些方法都難以擺脫結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)昂貴、安裝和維修麻煩、運(yùn)行成本高這ー弊端，船舶上海水淡化系統(tǒng)只是將儲(chǔ)水占用空間換成了海水淡化系統(tǒng)占用空間，基本問(wèn)題仍然得不到真正的改善，而且沒(méi)有針對(duì)輪船的具體情況，有效地利用輪船上的資源，既浪費(fèi)了能源，又沒(méi)有達(dá)到很好的節(jié)約空間的效果。
[0004]船舶上柴油機(jī)等動(dòng)カ裝置的排氣余熱(溫度大約200°C~400°C)和動(dòng)カ裝置發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水(溫度大約60°C~90°C)，在多數(shù)情況下該部分熱能以廢熱的形式直接排放到了環(huán)境中，從而導(dǎo)致了經(jīng)濟(jì)和環(huán)境上的無(wú)效益，如果船用海水淡化技術(shù)能充分利用船舶上余熱資源，實(shí)現(xiàn)海水淡化新方法，具有十分光明的前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種體積小、價(jià)格低廉的船用海水淡化裝置，能充分利用輪船上機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中的余熱熱能，直接將取之不盡的海域水源轉(zhuǎn)化成淡水資源，解決目前輪船上淡水儲(chǔ)備不便，其重量輕，安裝方便。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0007]—種低溫節(jié)能船用海水淡化裝置，包括蒸發(fā)器，蒸發(fā)器受熱面通過(guò)導(dǎo)熱肋片與毛細(xì)芯連接，毛細(xì)芯與蒸發(fā)器受熱面之間的空間為蒸汽移出槽，毛細(xì)芯與蒸發(fā)器底部之間的空間為補(bǔ)償室；補(bǔ)償室一端依次與過(guò)濾裝置、海水補(bǔ)水管連接，另一端與濃鹽水管路連接，所述過(guò)濾裝置同時(shí)與真空泵連接；所述蒸汽移出槽與淡水管路連接，所述淡水管路上依次有熱沉、取水閥和淡水罐。
[0008]所述毛細(xì)芯是ー種多孔材料。毛細(xì)芯的結(jié)構(gòu)可以為方形、圓形，材料可以是由金屬粉末或陶瓷燒結(jié)而成。也可以由絲網(wǎng)堆積直接壓制成型。其內(nèi)部孔徑一般為微米量級(jí)。在具體工作吋，內(nèi)部形成的彎液面提供強(qiáng)大的毛細(xì)抽吸力。
[0009]蒸發(fā)器受熱面的外形可以按照實(shí)際熱源供給形式，配合加工成型。具體，若熱源為平壁面，則蒸發(fā)器受熱面為相應(yīng)壁面。若熱源為管狀，則蒸發(fā)器受熱面加工成相應(yīng)馬鞍狀受熱面。
[0010]本發(fā)明的有益效果在干:[0011]1、直接利用發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水和排氣作熱源，節(jié)能減排，無(wú)環(huán)境污染，不需要改變船舶本體任何結(jié)構(gòu)和參數(shù)，借助毛細(xì)芯提供的毛細(xì)抽吸力和強(qiáng)大的熱傳遞能力使海水淡化，滿足中小型船舶出海時(shí)淡水問(wèn)題。
[0012]2、產(chǎn)水能力顯著，工作范圍大。通過(guò)毛細(xì)芯內(nèi)汽液界面位置與熱源溫度的自調(diào)節(jié)，系統(tǒng)利用溫度可以在40°C -200°C間自適應(yīng)，并當(dāng)熱源溫度為110°C時(shí)，實(shí)驗(yàn)室測(cè)試結(jié)果顯示僅0.01m2受熱面，就可以解決9人的日常飲水量。
[0013]3.解決了傳統(tǒng)船舶海水淡化能耗大、成本高，設(shè)備復(fù)雜難以大范圍推廣的技術(shù)瓶頸。結(jié)構(gòu)緊湊，清潔高效，非常適合低成本海水淡化裝置的推廣。
[0014]4.船舶運(yùn)行過(guò)程中就可以制取淡水，產(chǎn)生的淡水可通過(guò)取水閥時(shí)時(shí)取出，裝置交互性友好。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1，本發(fā)明船用海水淡化裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]1.海水補(bǔ)水管2.過(guò)濾裝置3.真空泵4.蒸發(fā)器受熱面5.導(dǎo)熱肋片6.蒸汽移出槽7.毛細(xì)芯8.補(bǔ)償室9.取水閥10.熱沉11.淡水管路12.淡水罐13-濃鹽水管路。
[0017]圖2,實(shí)驗(yàn)室熱流密度為5W/m2時(shí),海水淡化系統(tǒng)的運(yùn)行測(cè)試圖。
[0018]測(cè)試結(jié)果顯示，實(shí)驗(yàn)室情況下，當(dāng)輸入給系統(tǒng)5W/m2熱流時(shí)，蒸發(fā)器受熱面溫度僅59 °C，當(dāng)?shù)蜔崃髅芏葧r(shí)，可利用的余熱品味更低。
【具體實(shí)施方式】
[0019]一種船用海水淡化裝置，包 括蒸發(fā)器，蒸發(fā)器受熱面4通過(guò)導(dǎo)熱肋片5與毛細(xì)芯7連接，毛細(xì)芯7與蒸發(fā)器受熱面4之間的空間為蒸汽移出槽6，毛細(xì)芯7與蒸發(fā)器底部之間的空間為補(bǔ)償室8 ;補(bǔ)償室8 一端依次與過(guò)濾裝置2、海水補(bǔ)水管I連接，另一端與濃鹽水管路13連接，所述過(guò)濾裝置2同時(shí)與真空泵3連接；所述蒸汽移出槽6與淡水管路11連接，所述淡水管路11上依次有熱沉10、取水閥9和淡水罐12。
[0020]過(guò)濾裝置2對(duì)海水中微生物、漂浮物等進(jìn)行預(yù)處理，過(guò)濾裝置2與真空泵3相連接，同時(shí)可除去海水中的不凝氣體。補(bǔ)償室8對(duì)毛細(xì)芯7補(bǔ)液，保證海水供給；毛細(xì)芯7是系統(tǒng)主要部件，運(yùn)行時(shí)在毛細(xì)芯表面或內(nèi)部形成汽液界面，并提供毛細(xì)抽吸力，作為系統(tǒng)運(yùn)行的主要驅(qū)動(dòng)力。蒸發(fā)器受熱面4和導(dǎo)熱肋片5為一個(gè)整體，蒸發(fā)器受熱面4與余熱熱源接觸，熱量由蒸發(fā)器受熱面4和導(dǎo)熱肋片5傳給毛細(xì)芯7。海水在毛細(xì)芯7中受熱發(fā)生相變產(chǎn)生的蒸汽進(jìn)入蒸汽移出槽6中，流向熱沉10，冷凝成淡水。進(jìn)而流入淡水罐12中。濃鹽水管路13可以作為排污口、濃鹽水出口和清洗接口。由于毛細(xì)芯處于真空運(yùn)行環(huán)境中，海水在毛細(xì)芯中相變溫度也會(huì)是對(duì)應(yīng)真空度下的相變溫度，實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，可利用品味更低的熱源。
[0021]毛細(xì)芯7是一種多孔材料，其內(nèi)部孔徑一般為微米量級(jí)。在具體工作時(shí)，內(nèi)部形成的彎液面提供強(qiáng)大的毛細(xì)抽吸力，驅(qū)動(dòng)補(bǔ)償室8中液體向毛細(xì)芯7中供應(yīng)，同時(shí)完成海水脫鹽。蒸發(fā)器受熱面4為扁平狀，直接與熱源貼合。為減少熱量在熱源與毛細(xì)芯間的傳遞熱阻，通常蒸發(fā)器受熱面4和導(dǎo)熱肋片5的材料為導(dǎo)熱性良好的金屬。[0022]使用本發(fā)明裝置工作時(shí)，蒸發(fā)器受熱面4與船舶中動(dòng)力裝置等的排氣余熱出口和冷卻水出口壁面緊密貼合，具體實(shí)施時(shí)，可以將蒸發(fā)器受熱面4的外形依據(jù)余熱熱源外形進(jìn)行配對(duì)加工。海水補(bǔ)水管I直接丟到大海海域，開(kāi)啟真空泵3(系統(tǒng)穩(wěn)定后，可關(guān)閉真空泵，利用毛細(xì)力取水)，海水沿補(bǔ)水管I被吸入過(guò)濾裝置2，經(jīng)過(guò)預(yù)處理后的海水流入補(bǔ)償室8中，海水在毛細(xì)作用下吸入毛細(xì)芯7，毛細(xì)芯7與導(dǎo)熱肋片5緊貼，熱量時(shí)時(shí)導(dǎo)給毛細(xì)芯，海水在毛細(xì)芯內(nèi)受熱發(fā)生相變，并在毛細(xì)芯7中形成汽液界面，進(jìn)而形成毛細(xì)抽吸力，完成后續(xù)的補(bǔ)水問(wèn)題，另外產(chǎn)生的蒸汽沿著蒸汽移出槽6進(jìn)入熱沉10中，從而蒸汽被冷凝成淡水，熱沉10的具體表現(xiàn)形式可以是翅片散熱器或冷凝器。在熱沉10中冷凝成的淡水沿著淡水管路11匯入淡水罐12中。當(dāng)?shù)?2匯水達(dá)到一定容量時(shí)，可以通過(guò)取水閥9對(duì)淡水罐12進(jìn)行更換，方便快捷。其中濃鹽水管路13與補(bǔ)償室8相連接，伴隨海水脫水過(guò)程，鹽分會(huì)在補(bǔ)償室8中不斷聚集，通過(guò)開(kāi)設(shè)濃鹽水排出口可以解決海水淡化過(guò)程中鹽分結(jié)晶的問(wèn)題。
[0023]實(shí)施例本例以毛細(xì)芯外形為平板式結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明，蒸發(fā)器有效尺寸IOcmX 10cm。實(shí)驗(yàn)室測(cè)試結(jié)果顯示，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行負(fù)壓P=5KPa，熱負(fù)荷5W/cm2時(shí)，熱源溫度僅110°C，蒸發(fā)器表面溫度僅59°C。完全可以利用船舶動(dòng)力系統(tǒng)排氣余熱(溫度大約200°C~400°C )或低負(fù)荷下使用動(dòng)力裝置發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水的廢熱(溫度大約60V~90°C)。
[0024]以此為計(jì)算依據(jù)，實(shí)驗(yàn)室測(cè)試結(jié)果顯示，系統(tǒng)輸入熱量的75%轉(zhuǎn)化為海水蒸發(fā)。僅布置IOcmX IOcm大小的蒸發(fā)器，有效熱量Q=5W/cm2X 100cm2X75%=375W。一天24h淡水獲取量 M=Q*24h/h_ λ f=375ff*24*3600s/ (2380J/g) =13.6Kg,如人均每天需水量約 1.5Kg,可以滿足9人的日需求量`
【權(quán)利要求】
1.一種船用海水淡化裝置，其特征在于，包括蒸發(fā)器，蒸發(fā)器受熱面(4)通過(guò)導(dǎo)熱肋片(5)與毛細(xì)芯(7)連接，毛細(xì)芯(7)與蒸發(fā)器受熱面(4)之間的空間為蒸汽移出槽(6)，毛細(xì)芯(7)與蒸發(fā)器底部之間的空間為補(bǔ)償室(8);補(bǔ)償室(8)—端依次與過(guò)濾裝置(2)、海水補(bǔ)水管(I)連接，另一端與濃鹽水管路(13)連接，所述過(guò)濾裝置(2)同時(shí)與真空泵3連接；所述蒸汽移出槽(6)與淡水管路(11)連接，所述淡水管路(11)上依次有熱沉(10)、取水閥(9)和淡水罐(12)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述毛細(xì)芯的結(jié)構(gòu)為方形或圓形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述毛細(xì)芯材料是由金屬粉末或陶瓷燒結(jié)而成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述毛細(xì)芯由絲網(wǎng)堆積直接壓制成型。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，蒸發(fā)器受熱面(4)和導(dǎo)熱肋片(5)的材料為金屬。`
【文檔編號(hào)】C02F103/08GK103496751SQ201310503008
【公開(kāi)日】2014年1月8日 申請(qǐng)日期:2013年10月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月23日
【發(fā)明者】胡雪蛟, 章先濤, 江浩慶, 程婷, 闞偉民, 鄭李坤 申請(qǐng)人:武漢大學(xué)