船用海水淡化系统的制作方法

本发明涉及海水淡化技术领域，尤其是涉及一种船用海水淡化系统。

背景技术：

淡水供应对于远洋船舶至关重要，为了满足航行中的用水需要，船舶靠自身携带的淡水是远远不够的，而且长期存水容易导致细菌滋生。因此，船舶需要配备海水淡化装置，以提高船舶的续航能力。目前，主流的海水淡化方法是反渗透法和蒸馏法。反渗透法的优点是集成度高；缺点是需要对进料海水进行多重预处理，产水品质不高，并且反渗透膜组件需定期更换，成本高。蒸馏法海水淡化装置一般使用蒸汽或热水作为热源，特别是低温蒸馏海水淡化装置，真空度越高，海水沸点越低，可以利用低品位废热进行海水淡化，大大降低制水成本，还可以有效防止腐蚀、结垢等问题，这使其在船用海水淡化领域拥有独特的优势。

船舶柴油机的燃油能量转化效率非常低，一般仅有约40％转变成内燃机的机械功，其余是废热。其中，约20％的废热量被缸套冷却水带走，冷却水温度一般都在60-85℃，属于低品热能。传统的船舶对该部分低品热能的利用率不高。

将低品热能的回收利用技术与海水淡化系统结合是解决远洋船舶淡水供应难题的理想途径。公开号为cn105174344a的专利申请公开了一种基于柴油机余热回收的船用海水淡化系统，所述系统包括柴油机余热回收系统、蒸馏系统、淡水收集系统和真空系统；所述柴油机余热回收系统包括烟气余热回收系统及缸套冷却水余热回收系统；所述烟气余热回收系统分别与所述蒸馏系统、真空系统相连接；所述缸套冷却水余热回收系统与所述蒸馏系统相连接；所述蒸馏系统与所述淡水收集系统连接。该船用海水淡化系统的结构简单、操作方便，同时可最大限度地利用柴油机余热。然而该船用蒸馏法海水淡化装置只能在较小工况范围内稳定工作，当柴油机热负荷变化较大时，由于热源热量的降低，蒸发温度下降，而引射器无法调节降低蒸馏器的真空度，系统产水量会显著下降，甚至不工作。而即便工况波动不大，产生的部分蒸汽和浓海水也可能一起被引射器抽走，造成必要的淡化水浪费，或浓水不能及时排走充满蒸馏器污染淡化水。此外，淡化水产水率不稳定，以致船用凝水泵额定流量与其难以匹配，通常情况下船用凝水泵不能满负荷运行，造成电力的浪费。

技术实现要素：

基于此，有必要提供一种能够提到淡化水产量，并能够提高设备运行稳定性的船用海水淡化系统。

一种船用海水淡化系统，包括中间换热器、热源循环泵、海水泵、蒸馏系统、可调式双级引射器、常闭阀、第一信号检测控制器、第二信号检测控制器、压力开关及缓存罐；其中，所述蒸馏系统具有蒸发器和冷凝器；所述可调式双级引射器用于引射所述蒸馏系统内的不凝气体和未蒸发的浓海水，所述可调双级引射器包括一级喷嘴、可调二级喷嘴、喷嘴驱动机构、喷嘴传动机构及扩散室，所述一级喷嘴与所述可调二级喷嘴之间具有第一吸口，所述可调二级喷嘴与所述扩散室之间具有第二吸口，所述喷嘴驱动机构通过所述喷嘴传动机构与所述可调二级喷嘴连接以驱动所述可调二级喷嘴在轴向上运动以靠近或远离所述一级喷嘴；

所述中间换热器的热端入口用于与柴油机缸套的缸套冷却水出口连通，所述中间换热器的冷端入口与所述蒸发器的热源水出口连通，所述中间换热器的冷端出口与所述蒸发器的热源水入口连通，所述热源循环泵设在所述冷端入口与所述热源水出口之间或设在所述冷端出口与所述热源水入口之间；

所述海水泵用于抽取海水，所述海水泵的出水口与所述冷凝器的海水冷却水入口连通；所述冷凝器的海水冷却水出口分别与所述蒸发器的海水入口及所述一级喷嘴的喷管连通；所述冷凝器的淡水出口与所述缓存罐连通，所述缓存罐用于储存淡水；

所述第一吸口与所述缓存罐的上部连通，所述第二吸口通过所述常闭阀与所述蒸馏系统的浓海水出口连通；

所述第一信号检测控制器用于检测所述蒸馏系统内浓海水的液位高度，当检测的液位高度大于预设值时，所述常闭阀开启，浓海水被抽进所述可调式双级引射器并从所述扩散室排出；

所述第二信号检测控制器用于检测所述蒸馏系统的真空度，当检测的真空度不在所述第二信号检测控制器预设的真空度范围内时，所述压力开关接通，所述喷嘴驱动机构通过所述喷嘴传动机构驱动所述可调二级喷嘴在轴向移动以调节所述蒸馏系统的真空度，直至所述蒸馏系统的真空度回到预设的真空度范围内，所述压力开关断开。

在其中一个实施例中，所述中间换热器热端出口用于与所述柴油机缸套的缸套冷却水入口连通，且所述热端出口与所述缸套冷却水入口之间或所述热端入口与所述缸套冷却水出口之间设有柴油机冷却水循环泵。

在其中一个实施例中，所述海水冷却水出口与所述海水入口之间设有流量调节阀，所述船用海水淡化系统还包括第三信号检测控制器；所述第三信号检测控制器用于检测所述热源水入口处的水温，所述流量调节阀根据所述第三信号检测控制器检测的水温控制开启程度。

在其中一个实施例中，所述蒸馏系统还具有除沫器，所述除沫器设在所述蒸发器与所述冷凝器之间。

在其中一个实施例中，所述喷嘴驱动机构为自锁电机，所述喷嘴传动机构为轮齿盘，所述可调二级喷嘴上设有与所述轮齿盘啮合的直齿条。

在其中一个实施例中，所述可调式双级引射器还包括用于检测所述可调二级喷嘴运动幅度的前限位压力传感器和后限位压力传感器；当所述可调二级喷嘴触碰所述前限位压力传感器或所述后限位压力传感器时，所述喷嘴驱动机构反向驱动。

在其中一个实施例中，所述常闭阀为常闭电磁阀。

在其中一个实施例中，所述压力开关为压力继电器。

在其中一个实施例中，所述船用海水淡化系统还包括预处理器，所述预处理器设在所述海水泵的上游，用于对所述海水泵抽取的海水进行预处理。

在其中一个实施例中，所述船用海水淡化系统还包括第四信号检测控制器和与所述缓存罐的出水口连通的凝水泵；所述第四信号检测控制器用于检测所述缓存罐内的液位高度，当所述第四信号检测控制器检测的液位高度大于预设值时，所述凝水泵开启从所述缓存罐抽水。

上述船用海水淡化系统通过设置第一信号检测控制器、常闭阀、可调式双级引射器等元件，各元件之间独立又共联，可全自动检测运行，避免了蒸汽和浓海水一起从浓海水出口被抽走，保证淡水的产量。该船用海水淡化系统在运行工况发生变化时，可通过第二信号检测控制器实时检测蒸馏系统内的真空度，再通过可调式双级引射器中的可调二级喷嘴运动来调节蒸馏系统内的真空度，也即通过该可调式双级引射器的结构参数来控制实现蒸馏系统内真空度的稳定，从而对淡化水产量进行调节，保证在工况变化时系统运行的稳定性，提高淡化水产量。

进一步，当将中间换热器的热端出口与柴油机的缸套冷却水入口连通，并设置冷却水循环泵，形成循环冷却水对柴油机进行冷却时，通过设置第三信号检测控制器和流量调节阀，第三信号检测控制器用于检测热源水入口处的水温，流量调节阀根据第三信号检测控制器检测的水温控制开启程度，如当第三信号检测控制器检测的水温较高时，流量调节阀开启程度增大，以增大流入蒸发器的给料海水，当检测的水温较低时，流量可调节可减小开启程度，以减小流入蒸发器的给料海水，从而可以对产水量进行适时调节，并可以保证流入中间换热器冷端入口的水温的稳定性，进而在中间换热器内换热情况维持稳定，从而可以保证进入柴油机缸套的冷却水温度维持稳定，进一步保证整个系统运行的稳定性。

更进一步，针对传统的凝水泵额定流量难以匹配产水量的问题，利用第四信号检测控制器实时检测缓存罐内的水位控制凝水泵的开启或关闭，可以使凝水泵在需要的时候运行，因为可以节省电能，降低淡化水的成本。

附图说明

图1为一实施方式的船用海水淡化系统的结构示意图；

图2为一优选实施例中可调式双级引射器的结构示意图；

图3为图2中主吸入室内导向槽的分布图；

图4为图2中二级喷嘴的结构示意图；

图5为沿图2中a-a线的剖视图。

附图中标记如下：

1-预处理器；2-柴油机冷却水循环泵；3-海水泵；4-热源循环泵；5-流量调节阀；6-第三信号检测控制器；7-可调式双级引射器；8-常闭阀；9-第一信号检测控制器；10-压力开关；11-第二信号检测控制器；12-蒸馏系统；13-缓存罐；14-第四信号检测控制器；15-凝水泵；16-中间换热器；17-柴油机；1201-浓海水出口；1202-热源水入口；1203-蒸发器；1204-海水入口；1205-热源水出口；1206-除沫器；1207-海水冷却水出口；1208-海水冷却水入口；1209-冷凝器；1210-淡水出口；701-喷管；702-第一吸口；703-前限位压力传感器；704-一级喷嘴；705-喷嘴传动机构；706-可调二级喷嘴；707-后限位压力传感器；708-第二吸口；709-扩散室；710-圆形盲孔；711-齿轮转轴；712-轴封；713-旋转轴；714-喷嘴驱动机构；715-一级吸入室；716-导向槽；717-二级喷嘴座；718-导轨；719-副吸入室；720-直齿条；721-二级吸入室；722-混合室；1701-缸套冷却水入口；1702-柴油机缸套；1703-缸套冷却水出口。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1所示，一实施方式的船用海水淡化系统，包括中间换热器16、热源循环泵4、海水泵3、蒸馏系统12、可调式双级引射器7、常闭阀8、第一信号检测控制器9、第二信号检测控制器11、压力开关10及缓存罐13。

具体的，在本实施方式中，蒸馏系统12具有蒸发器1203和冷凝器1209。可调式双级引射器7用于引射蒸馏系统12内的不凝气体和未蒸发的浓海水。可调双级引射器包括一级喷嘴704、可调二级喷嘴706、喷嘴驱动机构714、喷嘴传动机构705及扩散室709。一级喷嘴704与可调二级喷嘴706之间具有第一吸口702。可调二级喷嘴706与扩散室709之间具有第二吸口708。喷嘴驱动机构714通过喷嘴传动机构705与可调二级喷嘴706连接以驱动可调二级喷嘴706在轴向上运动以靠近或远离一级喷嘴704。

中间换热器16的热端入口用于与柴油机缸套1702的缸套冷却水出口1703连通。中间换热器16的冷端入口与蒸发器1203的热源水出口1205连通。中间换热器16的冷端出口与蒸发器1203的热源水入口1202连通。热源循环泵4设在冷端入口与热源水出口1205之间或设在冷端出口与热源水入口1202之间。

海水泵3用于抽取海水。海水泵3的出水口与冷凝器1209的海水冷却水入口1208连通。冷凝器1209的海水冷却水出口1207分别与蒸发器1203的海水入口1204及一级喷嘴704的喷管701连通。冷凝器1209的淡水出口1210与缓存罐13连通。缓存罐13用于储存淡水。

第一吸口702与缓存罐13的上部连通，用于维持该船用海水淡化系统的真空度。第二吸口708通过常闭阀8与蒸馏系统12的浓海水出口1201连通。

第一信号检测控制器9用于检测蒸馏系统12内浓海水的液位高度。当检测的液位高度大于预设值时，常闭阀8开启，浓海水被抽进可调式双级引射器7并从扩散室709排出；当检测的液位高度不大于预设值时，常闭阀8处于常闭状态。

第二信号检测控制器11用于检测蒸馏系统12的真空度，当检测的真空度不在第二信号检测控制器11预设的真空度范围内时，压力开关10接通，喷嘴驱动机构714通过喷嘴传动机构705驱动可调二级喷嘴706在轴向移动以调节蒸馏系统12的真空度，直至蒸馏系统12的真空度回到预设的真空度范围内，压力开关10断开。

在一个实施例中，中间换热器16的热端出口用于与柴油机缸套1702的缸套冷却水入口1701连通，且热端出口与缸套冷却水入口1701之间或热端入口与缸套冷却水出口1703之间设有柴油机17冷却水循环泵2，从而柴油机缸套1702中的冷却水形成循环冷却系统。

进一步，在一个实施例中，海水冷却水出口1207与海水入口1204之间设有流量调节阀5，船用海水淡化系统还包括第三信号检测控制器6。第三信号检测控制器6用于检测热源水入口1202处的水温，流量调节阀5根据第三信号检测控制器6检测的水温控制开启程度。

更进一步，在一个实施例中，蒸馏系统12还具有除沫器1206，除沫器1206设在蒸发器1203与冷凝器1209之间，以分离气体和液体。

更具体的，请结合图1和图2，在一个优选的实施例中，该可调式双级引射器7包括主吸入室、副吸入室719、混合室722、上述扩散室709、上述喷管701、上述一级喷嘴704和可调式二级喷嘴机构。主吸入室、混合室722及扩散室709依次连接，副吸入室719位于主吸入室的一侧。喷管701与一级喷嘴704连接。

在图2所示实施例中，可调式二级喷嘴机构包括二级喷嘴座717、可调二级喷嘴706、喷嘴驱动机构714及喷嘴传动机构705。二级喷嘴座717将主吸入分隔为一级吸入室715和二级吸入室721。其中，一级吸入室715与所一级喷嘴704紧邻，且一级喷嘴704伸入至一级吸入室715中，为固定喷嘴。二级吸入室721与混合室722紧邻。一级吸入室715设有第一吸口702，二级吸入室721设有第二吸口708。可调二级喷嘴706设在二级喷嘴座717中且喷口伸入至二级吸入室721内。喷嘴驱动机构714位于副吸入室719外，喷嘴传动机构705位于副吸入室719内，喷嘴驱动机构714能够通过喷嘴传动机构705带动二级喷嘴座717及可调二级喷嘴706在轴向上远离或靠近一级喷嘴704。

在一个实施例中，二级喷嘴座717与主吸入室之间设有密封圈等密封结构(图未示)，该密封结构在二级喷嘴座5与主吸入室的内壁之间形成密封，以将一级吸入室4与二级吸入室11密封隔开。如在图1所示的实施例中，该密封结构可以设在二级喷嘴座717靠近混合室722的端部，又如在图2所示的实施例中，该密封结构可以设在二级喷嘴座717靠近一级喷嘴704的端部。

请结合图2和图5，喷嘴传动机构705为轮齿盘，二级喷嘴座717的外壁沿轴向设有直齿条720，直齿条720与喷嘴传动机构705啮合。喷嘴驱动机构714为自锁电机，其旋转轴713穿入至副吸入室719内与喷嘴传动机构705的齿轮转轴711连接。副吸入室719的内壁设有圆形盲孔(即凹槽)710，喷嘴传动机构705的齿轮转轴711可转动嵌入在该圆形盲孔710中。齿轮转轴711部分嵌入该圆形盲孔710和旋转轴713一起限制喷嘴传动机构705的自由度使其只能旋转。此外，为进一步保证整个可调式双级引射器7的密封性能，旋转轴713穿入副吸入室719的位置还设有轴封602。

请结合图2、图3和图4，二级喷嘴座717与主吸入室之间通过导轨718和导向槽716结构滑动配合进行导向和限位。在其中一更优选的实施例中，主吸入室的内壁设有三条导向槽716，二级喷嘴座717的外壁设有对应的三条导轨718，可理解，在其他实施例中，导向槽716也可以设在二级喷嘴座717的外壁，相应地，导轨718设在主吸入室的内壁。更优选的，在一个实施例中，三条导轨718及直齿条720在二级喷嘴座717的外壁上均匀分布，也即相邻的导轨718、相邻的导轨718与直齿条720之间呈90°角设置。导向槽716与导轨718相配合保证可调二级喷嘴706只能沿轴向前进或后退。

此外，在其中一更优选的实施例中，该可调式双级引射器7还包括用于检测可调二级喷嘴706运动幅度的前限位压力传感器703和后限位压力传感器707。前限位压力传感器703靠近一级喷嘴704，后限位压力传感器703靠近第二吸口708。当可调二级喷嘴706触碰前限位压力传感器703或后限位压力传感器707时，喷嘴驱动机构714反向驱动。

主吸入室在靠近混合室722的一端的内径逐渐缩小，扩散室709从靠近混合室722的一端至另一端内径逐渐增大。

该可调式双级引射器7在工作时，工作流体通过喷管701进入一级喷嘴704，高速流体在一级喷嘴704处形成低压，被吸流体从第一吸口702进入一级吸入室715，两股流体混合后作为新的工作流体进入可调二级喷嘴706，喷出后在高速射流紊动扩散的作用下抽吸二级吸入室721空气，形成低压环境，经第二吸口708进入的外界流体与工作流体一起进入混合室722进行能量质量交换，最后在扩散室709升压后排出。

在工作流体流量变化时，可通过如下操作流程调节该可调式双级引射器7：

当工作流体水动力源的扬程流量和吸入液水位等变化，如工作流体流量升高时，该可调式双级引射器7的真空度升高，通过改变喷嘴距、喉嘴距使双级引射器真空度从新回到所需真空度，转动调节喷嘴驱动机构714，旋转轴713与喷嘴传动机构705一起转动，由于喷嘴传动机构705与二级喷嘴座717的直齿条720啮合，喷嘴传动机构705带动可调二级喷嘴706向前/后运动，直至达到所需真空度。

在双级中心引射器向双级环形引射器转换时，该可调式双级引射器7调节工作流程可按照如下操作方式进行：

转动调节喷嘴驱动机构714，旋转轴713与喷嘴传动机构705一起逆时针转动，在啮合作用下，喷嘴传动机构705带动二级喷嘴座717向前移动，直至双级中心引射器转换为双级环形引射器并且其性能满足需要。

上述可调式双级引射器7当用户需要改变两级真空度及引射系数时，可通过调节可调二级喷嘴706的位置使喷嘴距、喉嘴距发生改变，进而使双级引射器的真空度及引射系数随之改变，直至达到所需求的真空度和引射系数。此外通过改变喷嘴距和喉嘴距还可实现以下功能：运行工况发生变化时，仍可使其保持较优的运行性能。负压蒸馏领域中，可满足多点真空和不同真空度调节的需求。实现环形引射器和中心引射器的切换。无需更换双级引射器部件，结构简单，调节方法简单方便，成本低。

在一个实施例中，常闭阀8可以为常闭电磁阀。压力开关10可以为压力继电器。

在一个实施例中，该船用海水淡化系统还包括预处理器1，预处理器1设在海水泵3的上游，用于对海水泵3抽取的海水进行预处理。

在一个实施例中，船用海水淡化系统还包括第四信号检测控制器14和与缓存罐13的出水口连通的凝水泵15。第四信号检测控制器14用于检测缓存罐13内的液位高度，当第四信号检测控制器14检测的液位高度大于预设值时，凝水泵15开启从缓存罐13抽水。

该船用海水淡化系统在工作时，海水经预处理器1过滤后在海水泵3作用下经海水冷却水入口1208进入冷凝器1209，在冷凝器1209中对蒸发器1203产生的蒸汽进行冷凝，凝结淡水从淡水出口1210排出后流入缓存罐13中，在凝水泵15的作用下，缓存罐13中的淡水被抽出储存起来；预热后的海水从海水冷却水出口1207排出后分为两路，一路作为给料海水，通过流量调节阀5经海水入口1204进入蒸发器1203；另一路作为工作流体，通过喷管701进入可调双级引射器7来引射蒸馏器12内不凝气体和未蒸发浓海水，既保证了装置内的真空度，又排出了浓海水；热源水在蒸发器1203中加热给料海水使其蒸发，降温后的热源水经热源水出口1205流出后进入中间换热器16吸收柴油机缸套1702内的冷却水热量，升温后的热源水通过热源水入口1202进入蒸发器1203完成循环；降温后的柴油机缸套1702内的冷却水在冷却水循环泵2的作用下经柴油机缸套冷却水入口1701重新返回到柴油机缸套1702中对柴油机进行冷却，而后柴油机缸套1702内的冷却水从柴油机缸套冷却水出口1703排出后进入中间换热器16完成冷却水的循环。

该船用海水淡化系统通过设置第一信号检测控制器9、常闭阀8、可调式双级引射器7等元件，各元件之间独立又共联，可全自动检测运行，避免了蒸汽和浓海水一起从浓海水出口1201被抽走，保证淡水的产量。该船用海水淡化系统在运行工况发生变化时，可通过第二信号检测控制器11实时检测蒸馏系统12内的真空度，再通过可调式双级引射器7中的可调二级喷嘴706运动来调节蒸馏系统12内的真空度，也即通过该可调式双级引射器7的结构参数来控制实现蒸馏系统12内真空度的稳定，从而对淡化水产量进行调节，保证在工况变化时系统运行的稳定性，提高淡化水产量。

进一步，当将中间换热器16的热端出口与柴油机17的缸套冷却水入口1701连通，并设置冷却水循环泵，形成循环冷却水对柴油机17进行冷却时，通过设置第三信号检测控制器和流量调节阀5，第三信号检测控制器6用于检测热源水入口1202处的水温，流量调节阀5根据第三信号检测控制器6检测的水温控制开启程度，如当第三信号检测控制器6检测的水温较高时，流量调节阀5开启程度增大，以增大流入蒸发器1203的给料海水，当检测的水温较低时，流量可调节可减小开启程度，以减小流入蒸发器1203的给料海水，从而可以对产水量进行适时调节，并可以保证流入中间换热器16冷端入口的水温的稳定性，进而在中间换热器16内换热情况维持稳定，从而可以保证进入柴油机缸套1702的冷却水温度维持稳定，进一步保证整个系统运行的稳定性。

更进一步，针对传统的凝水泵15额定流量难以匹配产水量的问题，利用第四信号检测控制器14实时检测缓存罐13内的水位控制凝水泵15的开启或关闭，可以使凝水泵15在需要的时候运行，因为可以节省电能，降低淡化水的成本。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。