一种低温节能船用海水淡化系统的制作方法
【专利摘要】本发明一种低温节能船用海水淡化系统，采用开路热管式毛细芯自驱动海水淡化技术，结合热法和膜法的优点，在不消耗额外燃料、不影响船舶运行的前提下，依靠船舶动力装置产生的余热，由毛细力驱动，实现非外力作用下低温蒸发，达到使海水脱盐淡化的目的。系统直接面向大海海域，本体结构无转动部件，动力来自蒸发器内毛细芯提供的毛细抽吸力，海水在毛细芯内发生相变，产生蒸汽进入冷凝器冷凝成淡水。从能源利用上，不需要消耗高品位能源，可直接利用余热废热。本发明解决了传统船舶海水淡化能耗大、成本高，设备复杂难以大范围推广的技术缺陷。
【专利说明】ー种低温节能船用海水淡化系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种船用海水淡化系统,属于海水淡化领域。
【背景技术】
[0002]远洋航行和出海渔业等长时间在海洋运作的船舶，若缺乏淡水供给会使得船舶被迫提前返航，所以都必须携帯大量的淡水。然而大量淡水储备会极大地影响船舶的灵活性和续航能力。同时，对于远洋船，淡水储备量受到轮船大小的限制，储存太多，时间长了，容易滋生细菌，并不能很好地解决在轮船上的饮水问题。如何使得海水淡化装置性能可靠、结构简单、成本低廉、附属要求低成为船用海水淡化领域迫切需要解决的问题。
[0003]现在ー些船舶也开始安装海水淡化设备，主要包括陆地上使用较多的闪蒸法和半透膜法。但这些方法都难以摆脱结构复杂、造价昂贵、安装和维修麻烦、运行成本高这ー弊端，船舶上海水淡化系统只是将储水占用空间换成了海水淡化系统占用空间，基本问题仍然得不到真正的改善，而且没有针对轮船的具体情况，有效地利用轮船上的资源，既浪费了能源，又没有达到很好的节约空间的效果。
[0004]船舶上柴油机等动カ装置的排气余热(温度大约200°C~400°C)和动カ装置发动机冷却水(温度大约60°C~90°C)，在多数情况下该部分热能以废热的形式直接排放到了环境中，从而导致了经济和环境上的无效益，如果船用海水淡化技术能充分利用船舶上余热资源，实现海水淡化新方法，具有十分光明的前景。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是提供一种体积小、价格低廉的船用海水淡化装置，能充分利用轮船上机器运转过程中的余热热能，直接将取之不尽的海域水源转化成淡水资源，解决目前轮船上淡水储备不便，其重量轻，安装方便。
[0006]本发明的技术方案是:
[0007]—种低温节能船用海水淡化装置，包括蒸发器，蒸发器受热面通过导热肋片与毛细芯连接，毛细芯与蒸发器受热面之间的空间为蒸汽移出槽，毛细芯与蒸发器底部之间的空间为补偿室；补偿室一端依次与过滤装置、海水补水管连接，另一端与浓盐水管路连接，所述过滤装置同时与真空泵连接；所述蒸汽移出槽与淡水管路连接，所述淡水管路上依次有热沉、取水阀和淡水罐。
[0008]所述毛细芯是ー种多孔材料。毛细芯的结构可以为方形、圆形，材料可以是由金属粉末或陶瓷烧结而成。也可以由丝网堆积直接压制成型。其内部孔径一般为微米量级。在具体工作吋，内部形成的弯液面提供強大的毛细抽吸力。
[0009]蒸发器受热面的外形可以按照实际热源供给形式，配合加工成型。具体，若热源为平壁面，则蒸发器受热面为相应壁面。若热源为管状，则蒸发器受热面加工成相应马鞍状受热面。
[0010]本发明的有益效果在干:[0011]1、直接利用发动机冷却水和排气作热源，节能减排，无环境污染，不需要改变船舶本体任何结构和参数，借助毛细芯提供的毛细抽吸力和强大的热传递能力使海水淡化，满足中小型船舶出海时淡水问题。
[0012]2、产水能力显著，工作范围大。通过毛细芯内汽液界面位置与热源温度的自调节，系统利用温度可以在40°C -200°C间自适应，并当热源温度为110°C时，实验室测试结果显示仅0.01m2受热面，就可以解决9人的日常饮水量。
[0013]3.解决了传统船舶海水淡化能耗大、成本高，设备复杂难以大范围推广的技术瓶颈。结构紧凑，清洁高效，非常适合低成本海水淡化装置的推广。
[0014]4.船舶运行过程中就可以制取淡水，产生的淡水可通过取水阀时时取出，装置交互性友好。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1，本发明船用海水淡化装置结构示意图。
[0016]1.海水补水管2.过滤装置3.真空泵4.蒸发器受热面5.导热肋片6.蒸汽移出槽7.毛细芯8.补偿室9.取水阀10.热沉11.淡水管路12.淡水罐13-浓盐水管路。
[0017]图2,实验室热流密度为5W/m2时,海水淡化系统的运行测试图。
[0018]测试结果显示，实验室情况下，当输入给系统5W/m2热流时，蒸发器受热面温度仅59 °C，当低热流密度时，可利用的余热品味更低。
【具体实施方式】
[0019]一种船用海水淡化装置，包 括蒸发器，蒸发器受热面4通过导热肋片5与毛细芯7连接，毛细芯7与蒸发器受热面4之间的空间为蒸汽移出槽6，毛细芯7与蒸发器底部之间的空间为补偿室8 ;补偿室8 一端依次与过滤装置2、海水补水管I连接，另一端与浓盐水管路13连接，所述过滤装置2同时与真空泵3连接；所述蒸汽移出槽6与淡水管路11连接，所述淡水管路11上依次有热沉10、取水阀9和淡水罐12。
[0020]过滤装置2对海水中微生物、漂浮物等进行预处理，过滤装置2与真空泵3相连接，同时可除去海水中的不凝气体。补偿室8对毛细芯7补液，保证海水供给；毛细芯7是系统主要部件，运行时在毛细芯表面或内部形成汽液界面，并提供毛细抽吸力，作为系统运行的主要驱动力。蒸发器受热面4和导热肋片5为一个整体，蒸发器受热面4与余热热源接触，热量由蒸发器受热面4和导热肋片5传给毛细芯7。海水在毛细芯7中受热发生相变产生的蒸汽进入蒸汽移出槽6中，流向热沉10，冷凝成淡水。进而流入淡水罐12中。浓盐水管路13可以作为排污口、浓盐水出口和清洗接口。由于毛细芯处于真空运行环境中，海水在毛细芯中相变温度也会是对应真空度下的相变温度，实际运行过程中，可利用品味更低的热源。
[0021]毛细芯7是一种多孔材料，其内部孔径一般为微米量级。在具体工作时，内部形成的弯液面提供强大的毛细抽吸力，驱动补偿室8中液体向毛细芯7中供应，同时完成海水脱盐。蒸发器受热面4为扁平状，直接与热源贴合。为减少热量在热源与毛细芯间的传递热阻，通常蒸发器受热面4和导热肋片5的材料为导热性良好的金属。[0022]使用本发明装置工作时，蒸发器受热面4与船舶中动力装置等的排气余热出口和冷却水出口壁面紧密贴合，具体实施时，可以将蒸发器受热面4的外形依据余热热源外形进行配对加工。海水补水管I直接丢到大海海域，开启真空泵3(系统稳定后，可关闭真空泵，利用毛细力取水)，海水沿补水管I被吸入过滤装置2，经过预处理后的海水流入补偿室8中，海水在毛细作用下吸入毛细芯7，毛细芯7与导热肋片5紧贴，热量时时导给毛细芯，海水在毛细芯内受热发生相变，并在毛细芯7中形成汽液界面，进而形成毛细抽吸力，完成后续的补水问题，另外产生的蒸汽沿着蒸汽移出槽6进入热沉10中，从而蒸汽被冷凝成淡水，热沉10的具体表现形式可以是翅片散热器或冷凝器。在热沉10中冷凝成的淡水沿着淡水管路11汇入淡水罐12中。当淡水罐12汇水达到一定容量时，可以通过取水阀9对淡水罐12进行更换，方便快捷。其中浓盐水管路13与补偿室8相连接，伴随海水脱水过程，盐分会在补偿室8中不断聚集，通过开设浓盐水排出口可以解决海水淡化过程中盐分结晶的问题。
[0023]实施例本例以毛细芯外形为平板式结构进行说明，蒸发器有效尺寸IOcmX 10cm。实验室测试结果显示，当系统运行负压P=5KPa，热负荷5W/cm2时，热源温度仅110°C，蒸发器表面温度仅59°C。完全可以利用船舶动力系统排气余热(温度大约200°C~400°C )或低负荷下使用动力装置发动机冷却水的废热(温度大约60V~90°C)。
[0024]以此为计算依据，实验室测试结果显示，系统输入热量的75%转化为海水蒸发。仅布置IOcmX IOcm大小的蒸发器，有效热量Q=5W/cm2X 100cm2X75%=375W。一天24h淡水获取量 M=Q*24h/h_ λ f=375ff*24*3600s/ (2380J/g) =13.6Kg,如人均每天需水量约 1.5Kg,可以满足9人的日需求量`
【权利要求】
1.一种船用海水淡化装置，其特征在于，包括蒸发器，蒸发器受热面(4)通过导热肋片(5)与毛细芯(7)连接，毛细芯(7)与蒸发器受热面(4)之间的空间为蒸汽移出槽(6)，毛细芯(7)与蒸发器底部之间的空间为补偿室(8);补偿室(8)—端依次与过滤装置(2)、海水补水管(I)连接，另一端与浓盐水管路(13)连接，所述过滤装置(2)同时与真空泵3连接；所述蒸汽移出槽(6)与淡水管路(11)连接，所述淡水管路(11)上依次有热沉(10)、取水阀(9)和淡水罐(12)。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述毛细芯的结构为方形或圆形。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述毛细芯材料是由金属粉末或陶瓷烧结而成。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述毛细芯由丝网堆积直接压制成型。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，蒸发器受热面(4)和导热肋片(5)的材料为金属。`
【文档编号】C02F103/08GK103496751SQ201310503008
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年10月23日 优先权日:2013年10月23日
【发明者】胡雪蛟, 章先涛, 江浩庆, 程婷, 阚伟民, 郑李坤 申请人:武汉大学