【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于海水淡化，尤其涉及一种利用船舶余热和热泵耦合的增湿除湿海水淡化系统及其操作方法。
技术介绍
1、在海上航行期间，船舶需要大量淡水来满足船上人员的饮用、清洁、卫生清洁等生活和操作需求，因此确保船舶配备足够的淡水至关重要，特别是在长途航行或远离陆地供水源的情况下。通常情况下，船舶会配置淡水储存设备，以满足船员和船上设备的淡水需求。然而，船舶携带淡水的容量是有限的，难以进行长时间存储，这也会增加船舶的装载负担，导致续航能力下降。为了解决这一问题，船舶通常也会配备海水淡化装置，以利用丰富的海水资源来满足淡水需求。目前，常用的三种海水淡化技术包括低温多效蒸馏、多效闪蒸和反渗透膜技术。然而，低温多效蒸馏和多效闪蒸技术存在着设备较大、初始投资成本高以及需要大量热量驱动等问题，通常适用于陆地使用的大规模海水淡化厂，不适用于船舶使用。而反渗透膜技术则面临着膜组件易受到污染损坏、需要频繁更换以及对处理废水的浓度要求较高等问题，也难以满足船舶在使用过程中常常遇到的各种突发天气情况。因此，寻求更适用于船舶的海水淡化技术是迫切需要的。
2、近年来，用于满足分散和偏远地区小规模淡水需求的增湿除湿海水淡化技术取得了迅猛发展。这项技术具备设备简单、高能源利用率、广泛适用性以及高稳定性等优点，因此非常适合在船舶上使用。此外，该技术还能够充分利用低品位废热作为动力源，尤其是船舶在运行过程中产生的缸套冷却水等废热资源。缸套冷却水主要用于控制发动机的温度，防止过热引起损坏，温度一般在60℃至90℃之间。这个过程中，约有20％左右的燃油总发热量
3、因此，亟需开发一种合理利用缸套冷却水驱动的增湿除湿海水淡化系统，以解决缸套冷却水余热的浪费和船舶淡水供应的问题。最理想的方法是根据温度需求逐级利用缸套冷却水，以最大程度地供应热源，同时确保满足海水淡化过程中的温度限制。此外，最佳方案还包括将能够同时回收低温热量和提供高温热源的热泵系统与之耦合利用，以进一步增强系统性能。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了船舶远洋航行过程中淡水短缺的问题，将船舶缸套冷却水余热梯级利用，并耦合热泵技术，提出了一种船舶余热梯级利用的增湿除湿海水淡化系统及其操作方法。
2、为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
3、一种船舶余热梯级利用的增湿除湿海水淡化系统，包括增湿除湿海水淡化系统、船舶余热梯级利用系统和压缩式热泵系统，所述增湿除湿海水淡化系统由：水泵1、除湿器2、第一换热器3、增湿器4、预热器5、蒸发器6、淡水罐7、冷凝器8、第一三通调节阀9、风机10、第二三通调节阀11、第二换热器12、第一截止阀14、第二截止阀15构成，并包含海水循环单元和空气循环单元；所述海水循环单元中的海水通过管路经水泵1和第一流量控制器18连接到除湿器2的溶液入口a1，除湿器2的溶液出口a2通过管路连接到第一换热器3的入口b1；所述第一换热器3的出口b2通过管路连接到增湿器4的入口c1，增湿器4的下端溶液出口通过管路接至预热器5的溶液入口d1，预热器5的溶液出口d2则经第一截止阀14通过管路接至后续排水设备；所述空气循环单元中的空气由增湿器4上端的空气出口通过管路经第二流量控制器19连接到除湿器2的上端空气入口，除湿器2的空气出口a3通过管路接至蒸发器6的空气入口e1，所述除湿器2的下端冷凝水出口和蒸发器6下端的冷凝水出口e2通过管路共同接至淡水罐7，淡水罐7中的冷凝水则通过管路经第二截止阀15供给用户使用；所述蒸发器6的空气出口e3通过管路接至预热器5的空气入口d3，预热器5的空气出口d4通过管路接至冷凝器8的空气入口f1，冷凝器8的空气出口f2通过管路接至第一三通调节阀9的入口g1；补给空气则通过第一三通调节阀9的入口g3进入循环，第一三通调节阀9的出口g2经风机10通过管路连接到第二三通调节阀11的入口h1后分两路，一路经出口h2通过管路连接至第二换热器12的空气入口j1，另一路则由出口h3流出系统；所述第二换热器12的空气出口j2通过管路连接至增湿器4的空气入口c2，完成空气循环；
4、所述船舶余热梯级利用系统由：第一换热器3、第二换热器12和第三截止阀16构成，缸套冷却水通过管路连接到第二换热器12的溶液入口j3，第二换热器12的溶液出口j4通过管路接至第一换热器3的溶液入口b3，第一溶液换热器的溶液出口b4则通过管路经第三截止阀16进入后续冷却水利用系统；
5、所述压缩式热泵系统由：压缩机13、冷凝器8、节流阀17以及蒸发器6构成；压缩机13的出口通过管路接至冷凝器8的制冷剂入口f3，冷凝器8的制冷剂出口f4通过管路经节流阀17接至蒸发器6的制冷剂入口e4，蒸发器6的制冷剂出口e5通过管路接至压缩机13的入口。
6、进一步，所述除湿器2海水入口a1管路上设置有第一流量控制器18、上端空气入口管路上设置有第二流量控制器19，所述第一流量控制器18和第二流量控制器19的控制信号通过导线共同连接到水泵1。
7、进一步，所述第一换热器3的溶液入口b3处设置有第一温度控制器20，所述第一温度控制器20的控制信号通过导线分别连接到第一三通调节阀9、风机10以及第二三通调节阀11。
8、进一步，所述蒸发器6的空气出口e3设置有第二温度控制器21，所述第二温度控制器21的控制信号通过导线连接到压缩机13。
9、进一步，所述缸套冷却水的进水温度为80～90℃，在第二换热器12内加热空气后温度降至60～70℃，再进入第一换热器3内加热海水。
10、为达到上述目的，本专利技术采用的另一技术方案是：
11、一种船舶余热梯级利用的增湿除湿海水淡化系统的操作方法，包括船舶余热梯级利用系统操作方法、压缩式热泵系统操作方法和增湿除湿海水淡化系统操作方法，
12、一、船舶余热梯级利用的操作方法：当存在待冷却处理的高温缸套冷却水时，则打开第三截止阀16，缸套冷却水通过管路进入第二换热器12加热空气后，通过管路进入第一换热器3中继续对海水进行加热，然后通过管路经第三截止阀16进入后续冷却水利用系统；
13、二、压缩式热泵系统操作方法：通电启动压缩机13，压缩机13将制冷剂压缩为高温高压气体，该气体通过管路进入冷凝器8，放热冷凝加热海水，液体制冷剂经过节流阀17节流后进入蒸发器6内吸热蒸发，蒸发器6流出的制冷剂气体再次进入压缩机13压缩后进行下一步循环；
14、三、增湿除湿水处理系统操作方法：海水由水泵1经除湿器2泵入第一换热器3，被缸套冷却水加热后喷淋在增湿器4中，与底部进入的循环空气进行热质交换，部分原料海水以水蒸汽的形式由循环本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种船舶余热梯级利用的增湿除湿海水淡化系统，其特征在于，包括增湿除湿海水淡化系统、船舶余热梯级利用系统和压缩式热泵系统，所述增湿除湿海水淡化系统由：水泵(1)、除湿器(2)、第一换热器(3)、增湿器(4)、预热器(5)、蒸发器(6)、淡水罐(7)、冷凝器(8)、第一三通调节阀(9)、风机(10)、第二三通调节阀(11)、第二换热器(12)、第一截止阀(14)、第二截止阀(15)构成，并包含海水循环单元和空气循环单元；所述海水循环单元中的海水通过管路经水泵(1)和第一流量控制器(18)连接到除湿器(2)的溶液入口(a1)，除湿器(2)的溶液出口(a2)通过管路连接到第一换热器(3)的入口(b1)；所述第一换热器(3)的出口(b2)通过管路连接到增湿器(4)的入口(c1)，增湿器(4)的下端溶液出口通过管路接至预热器(5)的溶液入口(d1)，预热器(5)的溶液出口(d2)则经第一截止阀(14)通过管路接至后续排水设备；所述空气循环单元中的空气由增湿器(4)上端的空气出口通过管路经第二流量控制器(19)连接到除湿器(2)的上端空气入口，除湿器(2)的空气出口(a3)通过管路接至蒸发
2.根据权利要求1所述一种船舶余热梯级利用的增湿除湿海水淡化系统，其特征在于，所述除湿器(2)海水入口(a1)管路上设置有第一流量控制器(18)、上端空气入口管路上设置有第二流量控制器(19)，所述第一流量控制器(18)和第二流量控制器(19)的控制信号通过导线共同连接到水泵(1)。
3.根据权利要求2所述一种船舶余热梯级利用的增湿除湿海水淡化系统，其特征在于，所述第一换热器(3)的溶液入口(b3)处设置有第一温度控制器(20)，所述第一温度控制器(20)的控制信号通过导线分别连接到第一三通调节阀(9)、风机(10)以及第二三通调节阀(11)。
4.根据权利要求3所述一种船舶余热梯级利用的增湿除湿海水淡化系统，其特征在于，所述蒸发器(6)的空气出口(e3)设置有第二温度控制器(21)，所述第二温度控制器(21)的控制信号通过导线连接到压缩机(13)。
5.根据权利要求4所述一种船舶余热梯级利用的增湿除湿海水淡化系统，其特征在于，所述缸套冷却水的进水温度为80～90℃，在第二换热器(12)内加热空气后温度降至60～70℃，再进入第一换热器(3)内加热海水。
6.一种根据权利要求5所述一种船舶余热梯级利用的增湿除湿海水淡化系统的操作方法，其特征在于，包括船舶余热梯级利用系统操作方法、压缩式热泵系统操作方法和增湿除湿海水淡化系统操作方法，
7.根据权利要求6所述一种船舶余热梯级利用的增湿除湿海水淡化系统的操作方法，其特征在于，所述水泵(1)受第一流量控制器(18)和第二流量控制器(19)的流量的联合控制，通过控制水泵(1)的运行频率，以维持系统内循环空气流量和循环海水流量处于最佳的匹配关系。
8.根据权利要求6所述一种船舶余热梯级利用的增湿除湿海水淡化系统的操作方法，其特征在于，所述风机(10)的频率、第一三通调节阀(9)和第二三通调节阀(11)的阀门开关及开度受第一温度控制器(20)的温度控制，根据第一换热器(3)的入口(b3)处缸套冷却水的温度，对第一三通调节阀(9)的入口(g3)以及第二三通调节阀(11)的出口(h3)的开关选项及开度进行调节，并同时控制风机(10)的运行频率。
9.根据权利要求5所述一种船舶余热梯级利用的增湿除湿海水淡化系统的操作方法，其特征在于，所述压缩机(13)为变频压缩机，其受第二温度控制器(21)的温度控制，压缩机(13)的频率与蒸发器(6)的出口(e3)处空气温度成正比例调节关系。
...【技术特征摘要】
1.一种船舶余热梯级利用的增湿除湿海水淡化系统，其特征在于，包括增湿除湿海水淡化系统、船舶余热梯级利用系统和压缩式热泵系统，所述增湿除湿海水淡化系统由：水泵(1)、除湿器(2)、第一换热器(3)、增湿器(4)、预热器(5)、蒸发器(6)、淡水罐(7)、冷凝器(8)、第一三通调节阀(9)、风机(10)、第二三通调节阀(11)、第二换热器(12)、第一截止阀(14)、第二截止阀(15)构成，并包含海水循环单元和空气循环单元；所述海水循环单元中的海水通过管路经水泵(1)和第一流量控制器(18)连接到除湿器(2)的溶液入口(a1)，除湿器(2)的溶液出口(a2)通过管路连接到第一换热器(3)的入口(b1)；所述第一换热器(3)的出口(b2)通过管路连接到增湿器(4)的入口(c1)，增湿器(4)的下端溶液出口通过管路接至预热器(5)的溶液入口(d1)，预热器(5)的溶液出口(d2)则经第一截止阀(14)通过管路接至后续排水设备；所述空气循环单元中的空气由增湿器(4)上端的空气出口通过管路经第二流量控制器(19)连接到除湿器(2)的上端空气入口，除湿器(2)的空气出口(a3)通过管路接至蒸发器(6)的空气入口(e1)，所述除湿器(2)的下端冷凝水出口和蒸发器(6)下端的冷凝水出口(e2)通过管路共同接至淡水罐(7)，淡水罐(7)中的冷凝水则通过管路经第二截止阀(15)供给用户使用；所述蒸发器(6)的空气出口(e3)通过管路接至预热器(5)的空气入口(d3)，预热器(5)的出口(d4)通过管路接至冷凝器(8)的空气入口(f1)，冷凝器(8)的出口(f2)通过管路接至第一三通调节阀(9)的入口(g1)；补给空气则通过第一三通调节阀(9)的入口(g3)进入循环，第一三通调节阀(9)的出口(g2)经风机(10)通过管路连接到第二三通调节阀(11)的入口(h1)后分两路，一路经出口(h2)通过管路连接至第二换热器(12)的空气入口(j1)，另一路则由出口(h3)流出系统；所述第二换热器(12)的空气出口(j2)通过管路连接至增湿器(4)的空气入口(c2)，完成空气循环；
2.根据权利要求1所述一种船舶余热梯级利用的增湿除湿海水淡化系统，其特征在于，所述除湿器(2)海水入口(a1)管路上设置有第一流量控制器(18)、上端空气入口管路上设置...
【专利技术属性】
技术研发人员：沈九兵，朱文婷，王文欢，王炳东，陈育平，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：
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