[发明专利]具备海水淡化功能和制冷功能的耦合船用供能系统

说明书

本发明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。本发明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，非常适于推广。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明解决的技术问题为：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，本发明的体积较小，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。