具备海水淡化功能和制冷功能的耦合船用供能系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种具备海水淡化功能和制冷功能的耦合船用供能系统，涉及海水淡化与节能减排领域。该系统的海水淡化供给组件包括海水预处理装置、冷凝热回收装置和反渗透装置；热法海水淡化供给组件包括活塞式压缩机、毛细淡化蒸发器、以及复用的海水预处理装置和冷凝热回收装置；制冷循环组件包括制冷器、以及复用的活塞式压缩机、节流阀和毛细淡化蒸发器。本实用新型专利技术能够将反渗透造水功能、热法造水功能和制冷功能进行复用和耦合，能够利用反渗透造水时的盐水压力能驱动制冷循环，还能够将反渗透的进料海水与热法造水时的蒸汽进行热交换，预热了进料海水，热法实现对反渗透排盐水的二次浓缩，整个过程都不需要额外的电功输入。

Coupling marine energy supply system with seawater desalination function and refrigeration function

The utility model discloses a coupled marine energy supply system with seawater desalination function and refrigeration function, which relates to the fields of seawater desalination, energy saving and emission reduction. The seawater desalination supply components of the system include Seawater Pretreatment device, condensation heat recovery device and reverse osmosis device; the thermal seawater desalination supply components include piston compressor, capillary desalination evaporator, reused seawater pretreatment device and condensation heat recovery device; and the refrigeration cycle components include refrigerators, as well as complex. The piston compressor, throttle valve and capillary desalination evaporator are used. The utility model can reuse and couple the reverse osmosis water-making function, the thermal water-making function and the refrigeration function, can drive the refrigeration cycle by utilizing the brine pressure energy of the reverse osmosis water-making process, can also heat the feed seawater of the reverse osmosis and the steam of the thermal water-making process, preheat the feed seawater, and realize the reverse thermal method. The two concentration of osmotic brine does not require additional power input in the whole process.

【技术实现步骤摘要】
具备海水淡化功能和制冷功能的耦合船用供能系统
本技术涉及海水淡化与节能减排领域，具体涉及一种具备海水淡化功能和制冷功能的耦合船用供能系统。
技术介绍
与能源一样，水是人类生产、生活的基本需求之一，每人每天最少要保证25升的生活用水(5升的饮用淡水+20升的洗涤用水)，而在炎热地区，需求量更大，最低生活用水为10升/天。船舶作为独立的个体，远离陆地航行，船员、设备需要消耗大量淡水，对于100人编制的海上船舶，每天需生活用水至少3吨，而设备用水(船舶设备工作所需的水，例如锅炉补充水等)更多；对于大型蒸汽动力船舶而言，锅炉补充水量约为动力系统蒸汽耗量的1％。由此可知，船舶在航行时的淡水需求非常大，因此单靠船舶自身携带的淡水是远远不够的。为了保证船舶的淡水需求和续航能力，大中型船舶都配备有海水淡化装备，用于提供生活用水和设备用水。由于生活用水和设备用水对水质的要求程度不同，为节约不同用水需求下的淡水成本，因此上述船舶海水淡化设备通常包括用于将海水淡化为生活用水的反渗透法造水装置(例如反渗透船用造水机)、以及用于将海水淡化为设备用水的热法海水淡化装置。但是，反渗透法造水装置和热法海水淡化装置存在以下缺陷：(1)反渗透法造水装置和热法海水淡化装置两者的体积，会占用船舶较大的空间，压缩了原本就紧张的船舶空间，进而为船舶操作人员造成了诸多不便；与此同时，反渗透法造水装置和热法海水淡化装置存在相同的设备(例如两者都有排水泵和海水预处理装置)，重复的设备增加了能耗和成本，不利于建设绿色船舶概念。(2)反渗透法造水装置工作时，反渗透装置将通过海水预处理装置后的海水分离为浓盐水和生活用水。但反渗透装置的产水量受进水温度影响较大，通常在膜的允许使用温度范围内，水温每增加1℃，水的透过速度约增加2％～3％，在冬季，通常需要耗费大量的能量对海水进行预热以保证反渗透膜的造水量；与此同时，反渗透装置工作过程中70％的高压海水能量通过浓盐水直接损失。(3)热法海水淡化装置工作时，通过热源对淡化系统中海水进行加热蒸发淡化。然而，为了节约安装空间，船舶上的热法海水淡化装置难以像陆地上一样设置有多级多效淡化系统，一般只设置有1级淡化系统，但1级淡化系统加热海水时的热效率较低，因此船舶上热法海水淡化装置的热源成本成为了造水的主要成本，甚至高达近百元/吨。(4)海面船舶自身具备的远距离、长周期作业的特点，使得无论是船员生活还是物资储存都有强烈的冷量需求。目前普遍采用商用空调满足制冷量，尽管在功能上确实起到了解决问题的需求，但是空调本质是将房间的热量吸热后以高温排放至外界环境，除去空调自身需消耗较大的电力成本外，其巨大的排热损失也往往白白浪费。
技术实现思路
针对现有技术中存在的缺陷，本技术解决的技术问题为：如何将反渗透造水功能、热法造水功能和制冷功能进行复用和耦合，本技术的体积较小，能耗较低，能够利用反渗透造水时的多余盐水能量驱动制冷循环，还能够将反渗透的进料海水与热法造水时的蒸汽进行热交换，不仅预热了反渗透的进料海水，而且制冷循环提供的热量还能够用作热法淡化装置的热源实现对反渗透排盐水的二次浓缩，整个制冷过程和热法造水过程都不需要额外的电功输入，非常适于推广。为达到以上目的，本技术提供的具备海水淡化功能和制冷功能的耦合船用供能系统，该系统包括反渗透海水淡化供给组件、热法海水淡化供给组件和制冷循环组件；海水淡化供给组件包括海水预处理装置、冷凝热回收装置和反渗透装置；海水预处理装置的输出端通过管道与冷凝热回收装置的输入端连通，冷凝热回收装置的输出端通过管道与反渗透装置的输入端连通，反渗透装置包括盐水输出端和生活用水输出端；热法海水淡化供给组件包括活塞式压缩机、毛细淡化蒸发器、以及复用于反渗透海水淡化供给组件的海水预处理装置和冷凝热回收装置；活塞式压缩机内部通过一块隔板分隔为驱动腔和压缩腔，毛细淡化蒸发器内部通过1块毛细板分为海水腔和蒸汽腔，毛细板内设置有换热管；驱动腔的输入端通过管道与反渗透装置的盐水输出端连通，驱动腔的输出端通过管道与海水腔的输入端连通；蒸汽腔的输出端通过设备用水管道贯穿冷凝热回收装置；制冷循环组件包括制冷器、制冷室、以及复用于热法海水淡化供给组件的活塞式压缩机和毛细淡化蒸发器；活塞式压缩机的压缩腔内设置有制冷介质，压缩腔的输出端通过管道与毛细板的换热管的输入端连通，换热管的输出端通过管道与制冷器的输入端连通，换热管和制冷器之间的管道上安装有节流阀，制冷器的输出端通过管道与压缩腔的输入端连通；制冷器位于制冷室内部，制冷器输出端和输入端的管道均穿过制冷室。在上述技术方案的基础上，所述毛细板包括靠近于蒸汽腔的第一侧壁、以及靠近于海水腔的第二侧壁，毛细板内部的换热管与第一侧壁接触。在上述技术方案的基础上，所述毛细板的厚度至少为换热管直径的2倍。在上述技术方案的基础上，所述毛细板的厚度大于4mm，毛细板的导热系数小于5W/(m2·K)。在上述技术方案的基础上，所述毛细板材质为多孔陶瓷、多孔塑料或金属粉末烧结体。在上述技术方案的基础上，所述活塞式压缩机内部的隔板为滑动隔板。在上述技术方案的基础上，所述制冷器采用空冷型翅片制冷器。在上述技术方案的基础上，所述冷凝热回收装置与反渗透装置之间的管道上安装有增压泵。与现有技术相比，本技术的优点在于：(1)本技术能够对反渗透海水淡化供给组件和热法海水淡化供给组件和制冷循环组件进行了充分和深度耦合，具体为：活塞式压缩机能够对反渗透装置排出的高压盐水进行压力能回收，并利用高压盐水的能量驱动制冷循环组件的制冷循环，将吸收的热量升压升温后用作热法淡化装置的热源。反渗透高压排盐水经过活塞式压缩机后，将压力能传递给了制冷介质后，高压盐水转化成低压盐水(失去了压力能)，制冷介质受到压力后转化为高温气态介质，高温气态介质通过换热管经过毛细淡化蒸发器的毛细板时，将毛细板中的盐水加热为蒸汽，蒸汽与反渗透海水淡化供给组件的进料海水进行热交换后，会冷凝成设备用水，进料海水加热后能够提高进水温度解决反渗透膜低温进水效率低的问题，即本技术的反渗透海水淡化供给组件能够自动为进料海水加热，制冷循环组件能够为热法海水淡化供给组件提供热源，热法海水淡化供给组件不需要外加热源；同时，热法蒸发过程实现对海水的二次浓缩，提高了海水浓缩率。由此可知，本技术能够解决膜法在进水温度低产水量小和热法冷凝热损失导致淡化成本高的瓶颈问题，并实现对海水的梯级浓缩；根据不同淡化技术特点膜法产水可用于船舶生活用水、热法产水可用于船舶动力设备用水，而且反渗透海水淡化供给组件、热法海水淡化供给组件和制冷循环组件高度集成，在使用时能够相互提供运行动力，不需要额外的电力输入，显著降低了海水淡化的能耗和运行成本。(2)本技术的反渗透海水淡化供给组件和热法海水淡化供给组件复用一套海水预处理装置，进而显著减小了整个耦合船用供能系统的体积和工作所需的人力成本，使其能够满足船舶的空间要求，利于建设绿色船舶概念。(3)本技术可在制冷器对应之处设置制冷室，因为制冷器会吸收制冷室的热量，从而在制冷室内形成制冷效果，所以在制冷室内可储存具有冷量需求的物质。因此本技术通过制冷器取代了传统的空调，进一步降低了能耗和运行成本，热法淡化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具备海水淡化功能和制冷功能的耦合船用供能系统，该系统包括反渗透海水淡化供给组件和热法海水淡化供给组件，其特征在于，该系统还包括制冷循环组件；海水淡化供给组件包括海水预处理装置(1)、冷凝热回收装置(2)和反渗透装置(4)；海水预处理装置(1)的输出端通过管道与冷凝热回收装置(2)的输入端连通，冷凝热回收装置(2)的输出端通过管道与反渗透装置(4)的输入端连通，反渗透装置(4)包括盐水输出端和生活用水输出端；热法海水淡化供给组件包括活塞式压缩机(5)、毛细淡化蒸发器(6)、以及复用于反渗透海水淡化供给组件的海水预处理装置(1)和冷凝热回收装置(2)；活塞式压缩机(5)内部通过一块隔板分隔为驱动腔(5a)和压缩腔(5b)，毛细淡化蒸发器(6)内部通过1块毛细板(6c)分为海水腔(6b)和蒸汽腔(6a)，毛细板(6c)内设置有换热管；驱动腔(5a)的输入端通过管道与反渗透装置(4)的盐水输出端连通，驱动腔(5a)的输出端通过管道与海水腔(6b)的输入端连通；蒸汽腔(6a)的输出端通过设备用水管道贯穿冷凝热回收装置(2)；制冷循环组件包括制冷器(8)、制冷室(9)、以及复用于热法海水淡化供给组件的活塞式压缩机(5)和毛细淡化蒸发器(6)；活塞式压缩机(5)的压缩腔(5b)内设置有制冷介质，压缩腔(5b)的输出端通过管道与毛细板(6c)的换热管的输入端连通，换热管的输出端通过管道与制冷器(8)的输入端连通，换热管和制冷器(8)之间的管道上安装有节流阀(7)，制冷器(8)的输出端通过管道与压缩腔(5b)的输入端连通；制冷器(8)位于制冷室(9)内部，制冷器(8)输出端和输入端的管道均穿过制冷室(9)。...

【技术特征摘要】
1.一种具备海水淡化功能和制冷功能的耦合船用供能系统，该系统包括反渗透海水淡化供给组件和热法海水淡化供给组件，其特征在于，该系统还包括制冷循环组件；海水淡化供给组件包括海水预处理装置(1)、冷凝热回收装置(2)和反渗透装置(4)；海水预处理装置(1)的输出端通过管道与冷凝热回收装置(2)的输入端连通，冷凝热回收装置(2)的输出端通过管道与反渗透装置(4)的输入端连通，反渗透装置(4)包括盐水输出端和生活用水输出端；热法海水淡化供给组件包括活塞式压缩机(5)、毛细淡化蒸发器(6)、以及复用于反渗透海水淡化供给组件的海水预处理装置(1)和冷凝热回收装置(2)；活塞式压缩机(5)内部通过一块隔板分隔为驱动腔(5a)和压缩腔(5b)，毛细淡化蒸发器(6)内部通过1块毛细板(6c)分为海水腔(6b)和蒸汽腔(6a)，毛细板(6c)内设置有换热管；驱动腔(5a)的输入端通过管道与反渗透装置(4)的盐水输出端连通，驱动腔(5a)的输出端通过管道与海水腔(6b)的输入端连通；蒸汽腔(6a)的输出端通过设备用水管道贯穿冷凝热回收装置(2)；制冷循环组件包括制冷器(8)、制冷室(9)、以及复用于热法海水淡化供给组件的活塞式压缩机(5)和毛细淡化蒸发器(6)；活塞式压缩机(5)的压缩腔(5b)内设置有制冷介质，压缩腔(5b)的输出端通过管道与毛细板(6c)的换热管的输入端连通，换热管的输出端通过管道与制冷器(8)的输入端连通，换热管和制冷器(8)...

【专利技术属性】
技术研发人员：章先涛，闻心怡，彭晓钧，陈刚，孙海军，陈梦珂，乔磊，吴灿，蔡如桦，刘禹希，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七一九研究所，
类型：新型
国别省市：湖北,42