CN104910945A - 一种热泵式船舶沥青加热系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热泵式船舶沥青加热系统，该系统包括沥青加热器、集油器、冷凝器、沥青加热油循环油泵、分油器、热力膨胀阀、蒸发器、压缩机、冷冻水循环水泵、水—水换热器、液货舱沥青温度传感器、沥青加热油回油温度传感器、热泵供应热油温度传感器、柴油机冷却水温度传感器、热泵供应热油电磁阀、柴油机冷却水电磁阀和液货舱，还包括控制器、显示器。本发明系统首先利用一个水—水换热器提取船舶柴油机气缸套冷却水热量，然后通过热泵系统提升能量品位以满足加热船舶沥青的要求，最后通过加热器加热沥青。本发明系统设备简单，便于安装、维修，运行简单、成本低，节能环保，适用于船舶沥青运输中的沥青加热。

Description

一种热泵式船舶沥青加热系统

技术领域

本发明涉及工业船舶液货运输技术领域，具体是一种热泵式船舶沥青加热系统，特别涉及船舶柴油机气缸套冷却水作热源的热泵式船舶沥青加热系统。

背景技术

在船舶液货运输中，是否需要在卸货前进行加热，取决于液货凝固点的高低。特别像凝固点较高的沥青等液货在卸货之前，要求始终对其加热，以降低其粘度，便于利用管道输送，将其卸至岸罐内。一般要求沥青的粘度在100～200cst，此时沥青的适宜温度一般在160℃左右。沥青适宜温度最高达180℃，其加热介质温度应在200℃以上。

目前，主要采用热油加热炉提供的热油来加热沥青，这种方式虽然在船舶运输中很实用，但存在很多问题：一是消耗大量的不可再生能源，成本高，效率低；二是燃料燃烧过程必然带来大量的污染物，对生态环境造成严重影响；

三是加油加热炉中的温度能达到1000℃以上，而加热油只需要200℃左右，这就造成了能量品位利用上的巨大浪费。

现在也有许多采用水源热泵加热方式的报道，但每一个报道中的水源热泵的取热水源和用热对象都有一定的特殊性和局限性，无法在不同场合下推广应用。如专利20102062861.6公开的系统，首先利用染整热废水预热冷水，再通过热泵使水温升高后供给染整设备使用；专利0311216.9公开了一种可利用海水源的热泵机组，其热源是海水，所以其换热管内壁等部位需要做防腐蚀处理；专利2002007489.6提出的热水器，将生活热水排水热回收后经热泵提升为可再次利用的生活热能；专利2001002697.2所述的热泵同时满足制冷采暖要求，适用于使用集中式空调的建筑物；专利200420118233.3涉及的热泵系统所取热量源于集热井，最终可向用户供暖或供冷，但由于低温热源的获取限制，使得系统的使用场合受限；专利2002001307.1公开的系统在使用热泵热水机的基础上，主要增加了蓄能热水箱以达到“移峰填谷”的作用，在自主发电、无峰谷电之分的场合使用受限。部分水源热泵为实现预热、蓄热、同时供暖制冷、干燥、模块化等功能使得系统复杂，控制要求高，初投资增加，设备运行、维护费用高等不足，不适用于能源利用率要求较高的船舶运输行业。

在油田开采等过程中，也有采用水源热泵加热方式的报道。如专利021374.2涉及的系统，利用吸收式热泵回收油田污水、地热水或太阳能的热量加热原油；专利2002000730.7公开的系统通过回收污水余热以节约原油加热时所需的一次能源；专利20010130068.2涉及了一种利用油污废水热量，并通过三级换热循环完成温度提升的系统；专利201020640646.3公开的系统通过两个软化水闭环回路实现了原油分离水余热的利用；专利200610043307.涉及的系统将第一类吸收式热泵和第二类吸收式热泵以不同的方式结合在一起联合供热以加热原油。但这些热泵加热方式回收利用的是油田开采过程中的废热，不适用于船舶运输中的沥青加热。船舶柴油机气缸套冷却过程中有大量7℃左右的热水排出，气缸套冷却水带走的热量占燃料燃烧全部热值的1％～30％，这部分热量一般没有利用起来白白流失掉，同时沥青加热又需要大量的热量。

发明内容

本发明就是为克服现有船舶沥青加热的缺陷，提出一种热泵式船舶沥青加热系统，该系统是以船舶柴油机气缸套冷却水作热源的热泵式船舶沥青加热系统。该系统能源消耗少、能源利用效率高、经济效益好、安全可靠、环境友好。

本发明解决所述技术问题的技术方案是，设计一种热泵式船舶沥青加热系统，其特征在于，该系统包括沥青加热器、集油器、冷凝器、沥青加热油循环油泵、分油器、热力膨胀阀、蒸发器、压缩机、冷冻水循环水泵、水—水换热器、液货舱沥青温度传感器、沥青加热油回油温度传感器、热泵供应热油温度传感器、柴油机冷却水温度传感器、热泵供应热油电磁阀、柴油机冷却水电磁阀和液货舱，还包括控制器、显示器；

所述冷凝器包含冷凝器沥青加热油侧换热管和冷凝器制冷工质侧换热管；所述蒸发器包含蒸发器制冷工质侧换热管和蒸发器冷冻水侧换热管；所述水—水换热器包含水—水换热器冷冻水侧换热管和气缸套冷却水换热管；

所述沥青加热器安装于液货舱的内部，液货舱的内侧壁安装有液货舱沥青温度传感器；所述沥青加热器两端安装有加热油流通管道，所述两端的加热油流通管道穿过液货舱，一端连接分油器，另一端连接集油器，所述沥青加热油回油温度传感器安装在液货舱与集油器之间的加热油流通管道上；所述分油器与集油器的另一端分别连接在冷凝器的冷凝器沥青加热油侧换热管两端，所述热泵供应热油电磁阀、热泵供应热油温度传感器和沥青加热油循环油泵依次安装在分油器与冷凝器沥青加热油侧换热管之间的连通管道上；

所述冷凝器的冷凝器制冷工质侧换热管的两端分别连接热力膨胀阀和压缩机的一端，热力膨胀阀和压缩机的另一端分别连接在蒸发器的蒸发器制冷工质侧换热管两端，蒸发器的蒸发器冷冻水侧换热管两端通过管道与水—水换热器的水—水换热器冷冻水侧换热管两端连接在一起，冷冻水循环水泵安装在蒸发器冷冻水侧换热管于水—水换热器冷冻水侧换热管之间的连接管道上；所述水—水换热器的气缸套冷却水换热管的一端输入柴油机气缸套冷却水，另一端导出柴油机气缸套冷却水，在气缸套冷却水换热管的输入柴油机气缸套冷却水的管道上依次安装有柴油机冷却水温度传感器、柴油机冷却水电磁阀；

所述显示器、热力膨胀阀、压缩机、液货舱沥青温度传感器、沥青加热油回油温度传感器、热泵供应热油温度传感器、柴油机冷却水温度传感器、热泵供应热油电磁阀、柴油机冷却水电磁阀均与控制器电连接。

本发明系统与现有技术相比，其有益效果在于，该系统是一种以船舶柴油机气缸套冷却水作热源的热泵式船舶沥青加热系统，具有能源消耗少、经济效益好、安全可靠、环境友好等优点。

附图说明

图1是本发明热泵式船舶沥青加热系统一种实施例的基本装配示意图。

图2是本发明热泵式船舶沥青加热系统一种实施例的的控制原理图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明做进一步的说明，但不应以此来限制本发明的保护范围。

为了方便说明和理解本发明的技术方案，以下所涉及的方位名词，如上下、左右，均以附图所显示的方位为准。

本发明一种热泵式船舶沥青加热系统(简称系统，参见图1-2)，该系统包括沥青加热器1、集油器2、冷凝器3、沥青加热油循环油泵4、分油器、热力膨胀阀6、蒸发器7、压缩机8、冷冻水循环水泵9、水—水换热器10、液货舱沥青温度传感器11、沥青加热油回油温度传感器12、热泵供应热油温度传感器13、柴油机冷却水温度传感器14、热泵供应热油电磁阀1、柴油机冷却水电磁阀16和液货舱17，还包括控制器、显示器。

所述冷凝器3包含冷凝器沥青加热油侧换热管3.1和冷凝器制冷工质侧换热管3.2；所述蒸发器7包含蒸发器制冷工质侧换热管7.1和蒸发器冷冻水侧换热管7.2；所述水—水换热器10包含水—水换热器冷冻水侧换热管10.1和气缸套冷却水换热管10.2。

所述沥青加热器1安装于液货舱17的内部，液货舱17的内侧壁安装有液货舱沥青温度传感器11；所述沥青加热器1两端安装有加热油流通管道，所述两端的加热油流通管道穿过液货舱17，一端连接分油器，另一端连接集油器2，所述沥青加热油回油温度传感器12安装在液货舱17与集油器2之间的加热油流通管道上。所述分油器与集油器2的另一端分别连接在冷凝器3的冷凝器沥青加热油侧换热管3.1两端，所述热泵供应热油电磁阀1、热泵供应热油温度传感器13和沥青加热油循环油泵4依次安装在分油器与冷凝器沥青加热油侧换热管3.1之间的连通管道上。

所述冷凝器3的冷凝器制冷工质侧换热管3.2的两端分别连接热力膨胀阀6和压缩机8的一端，热力膨胀阀6和压缩机8的另一端分别连接在蒸发器7的蒸发器制冷工质侧换热管7.1两端，蒸发器7的蒸发器冷冻水侧换热管7.2两端通过管道与水—水换热器10的水—水换热器冷冻水侧换热管10.1两端连接在一起，冷冻水循环水泵9安装在蒸发器冷冻水侧换热管7.2于水—水换热器冷冻水侧换热管10.1之间的连接管道上。所述水—水换热器10的气缸套冷却水换热管10.2的一端输入柴油机气缸套冷却水，另一端导出柴油机气缸套冷却水，在气缸套冷却水换热管10.2的输入柴油机气缸套冷却水的管道上依次安装有柴油机冷却水温度传感器14、柴油机冷却水电磁阀16。

所述显示器、热力膨胀阀6、压缩机8、液货舱沥青温度传感器11、沥青加热油回油温度传感器12、热泵供应热油温度传感器13、柴油机冷却水温度传感器14、热泵供应热油电磁阀1、柴油机冷却水电磁阀16均与控制器电连接。

所述沥青加热器1根据需要可装配多个，本实施例为3个，分别安装在3个不同的液货舱17内部，沥青加热器1两端的加热油流通管道一端并联在分油器上，另一端并联在集油器2上；在液货舱17与集油器2之间的加热油流通管道上均安装有一个沥青加热油回油温度传感器12，所述液货舱沥青温度传感器11根据需要可安装多个，本实施例为4个(参见图1)。

本发明系统包括四部分：余热提取部分、热泵部分、沥青加热部分和控制部分。余热提取部分的功能是将船舶柴油机气缸套冷却水中的余热转移给热泵中的制冷工质；热泵部分的功能是提升从船舶柴油机气缸套冷却水中获得的余热的能量品位，并将高品位的热能提供给沥青加热部分；沥青加热部分的功能是利用从热泵部分获得的高品位热能去加热沥青。控制部分的功能是收集并显示系统各部分温度信息，并调节相应电磁阀以使沥青的温度达到设定要求。

所述热泵式船舶沥青加热系统的余热提取部分由蒸发器冷冻水侧换热管7.2、水—水换热器10和冷冻水循环水泵9组成。其中，热泵冷冻水依次流经蒸发器冷冻水侧换热管7.2、水—水换热器冷冻水侧换热管10.1和冷冻水循环水泵9，构成闭式的冷冻水循环回路；气缸套冷却水由气缸套冷却水进水管流入水-水换热器10，与热泵冷冻水换热后从气缸套冷却水出水管排出。

所述热泵部分由压缩机8、冷凝器3、热力膨胀阀6、蒸发器7组成，制冷工质依次流经压缩机8、冷凝器制冷工质侧换热管3.2、热力膨胀阀6、蒸发器制冷工质侧换热管3.2，构成制冷循环回路。

所述沥青加热部分由冷凝器沥青加热油侧换热管3.1、沥青加热油循环油泵4、分油器、沥青加热器1和集油器2组成，用于加热沥青的热油依次流经沥青加热油循环油泵4、分油器、多路并联的沥青加热器1、集油器2、冷凝器沥青加热油侧换热管3.1，构成闭式沥青加热油循环回路。上述的沥青加热器1置于液货舱17中，直接与沥青接触并对其加热。

所述控制部分包括相关温度传感器(液货舱沥青温度传感11、沥青加热油回油温度传感器12、热泵供应热油温度传感器13和柴油机冷却水温度传感器14)、电磁阀(热泵供应热油电磁阀1、柴油机冷却水电磁阀16和热力膨胀阀6)、显示器、压缩机8、控制电路以及将它们连接在一起的控制器(参见图2)。控制部分的功能是收集并显示系统各部分温度信息，并根据各部分温度信息调节相应电磁阀和压缩机8以使沥青的温度达到设定要求。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (3)

1.一种热泵式船舶沥青加热系统，其特征在于，该系统包括沥青加热器、集油器、冷凝器、沥青加热油循环油泵、分油器、热力膨胀阀、蒸发器、压缩机、冷冻水循环水泵、水—水换热器、液货舱沥青温度传感器、沥青加热油回油温度传感器、热泵供应热油温度传感器、柴油机冷却水温度传感器、热泵供应热油电磁阀、柴油机冷却水电磁阀和液货舱，还包括控制器、显示器；

所述冷凝器包含冷凝器沥青加热油侧换热管和冷凝器制冷工质侧换热管；所述蒸发器包含蒸发器制冷工质侧换热管和蒸发器冷冻水侧换热管；所述水—水换热器包含水—水换热器冷冻水侧换热管和气缸套冷却水换热管；

所述沥青加热器安装于液货舱的内部，液货舱的内侧壁安装有液货舱沥青温度传感器；所述沥青加热器两端安装有加热油流通管道，所述两端的加热油流通管道穿过液货舱，一端连接分油器，另一端连接集油器，所述沥青加热油回油温度传感器安装在液货舱与集油器之间的加热油流通管道上；所述分油器与集油器的另一端分别连接在冷凝器的冷凝器沥青加热油侧换热管两端，所述热泵供应热油电磁阀、热泵供应热油温度传感器和沥青加热油循环油泵依次安装在分油器与冷凝器沥青加热油侧换热管之间的连通管道上；

所述冷凝器的冷凝器制冷工质侧换热管的两端分别连接热力膨胀阀和压缩机的一端，热力膨胀阀和压缩机的另一端分别连接在蒸发器的蒸发器制冷工质侧换热管两端，蒸发器的蒸发器冷冻水侧换热管两端通过管道与水—水换热器的水—水换热器冷冻水侧换热管两端连接在一起，冷冻水循环水泵安装在蒸发器冷冻水侧换热管于水—水换热器冷冻水侧换热管之间的连接管道上；所述水—水换热器的气缸套冷却水换热管的一端输入柴油机气缸套冷却水，另一端导出柴油机气缸套冷却水，在气缸套冷却水换热管的输入柴油机气缸套冷却水的管道上依次安装有柴油机冷却水温度传感器、柴油机冷却水电磁阀；

所述显示器、热力膨胀阀、压缩机、液货舱沥青温度传感器、沥青加热油回油温度传感器、热泵供应热油温度传感器、柴油机冷却水温度传感器、热泵供应热油电磁阀、柴油机冷却水电磁阀均与控制器电连接。

2.根据权利要求1所述的热泵式船舶沥青加热系统，其特征在于，所述沥青加热器为3个，分别安装在3个不同的液货舱内部，3个沥青加热器两端的加热油流通管道一端并联在分油器上，另一端并联在集油器上；在液货舱与集油器之间的加热油流通管道上均安装有一个沥青加热油回油温度传感器。

3.根据权利要求1所述的热泵式船舶沥青加热系统，其特征在于，所述液货舱沥青温度传感器为4个。