CN107152812A - 一种船用吸收式制冷空调系统及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种船用吸收式制冷空调系统及其工作方法，所述系统包括吸收式制冷机组、余热回收回路及海水回路。所述方法是，夏季供冷时，以船舶主辅机缸套冷却水作为吸收式制冷机组中发生腔的热源，以海水作为该回路中吸收腔和冷凝腔的冷源；冬季供热时，直接利用缸套冷却水作为热源实现供热。本发明提出了一种船用吸收式制冷系统替代船舶上传统的压缩式制冷系统，不仅有效降低了船舶空调系统对船舶电力的消耗，同时充分利用了船舶的余热和废热，使热效率增加20％左右，大大地提高了船舶整体的能源利用效率。

Description

一种船用吸收式制冷空调系统及其工作方法

技术领域

本发明涉及一种船用吸收式制冷空调系统及其工作方法，具体是充分利用船舶主辅机缸套冷却水余热的热回收型高效节能、绿色环保的空调系统，属于空调工程技术领域。

背景技术

随着世界经济贸易的回暖，航运市场随之迅速繁荣。然而，船舶运输成本的增加和运量相对不变的矛盾逐渐突出。在船舶营运成本计算中，燃油费用占船舶运输成本的绝大部分，节能工作直接影响船舶营运成本。目前，在船舶上主要采用废气锅炉、造水机及渔船制冰等方式来利用船舶烟气及缸套水余热，提高能源的利用率。然而，仍然有能量相对集中的低品位热能无法利用。此外，船舶制冷装置采用的氯氟烃类制冷剂对臭氧层具有耗散作用，无环境公害的制冷方式在船舶中的应用势在必行。吸收式制冷技术由于可有效利用低品位热能且对环境友好而受到重视。经过近四十几年的发展，吸收式制冷在各方面取得阶段性进展，促进了其推广应用。因此，要将吸收式制冷技术取得的成果有效应用于船舶余热吸收式制冷中。

一般船舶主机所消耗燃料转换为有用功的只有30％-40％左右，大约60％-70％的能量被损失，其中排气所带走的热量约占35％以上，循环冷却水所带走的热量约占25％以上。船舶余热回收利用具有良好的应用潜力，其中烟气余热已经成功地用于渔船制冰，经济与社会效益相当可观。然而，远洋船舶中央空调仍采用传统的蒸汽压缩式制冷方式，吸收式制冷在船舶上的应用还只是处于初步研究阶段。船舶主机缸套冷却水具有温度稳定、水质优良等优点，选取与冷却水温度匹配的工质对后系统的制冷系数也能达到较高数值，另外充分利用船舶航行过程中取之不尽的海水资源，对于缓解能源危机以及降低运输成本都有着重要的实际意义。

目前，船用空调系统基本上使用压缩式制冷系统。申请号为201210414287.3的专利公开了一种高效节能船舶空调系统，该系统它包括水源热泵空调装置，水源热泵空调装置包括水源空调蒸发器、水源空调压缩机、水源空调冷凝器，水源空调冷凝器与余热回收系统相连接，余热回收系统包括热水舱、热水循环泵，水源热泵空调装置通过4个阀门与水源水循环系统和空调水循环系统相连，空调水循环系统包括空调水回水分配器、空调循环水泵、空调水出水分配器、船舶余热加热器、第一阀门、第二阀门、第三阀门，水源水循环系统包括水箱、水泵，排舷外管。该发明虽然将船舶系统与空调系统整合在一起，充分利用了船舶余热和水源热泵空调冷凝产生的余热，但是该发明采用水源热泵系统，一方面需要一定温度的海水源作为冷(热)源受水温限制，另一方面需要消耗大量电能，而且大量高品位冷(热)能直接排入海水中，既造成了能量浪费，也对海洋造成了严重的冷(热)污染。

申请号为201610880726.8的专利公开了一种发动机余热综合回收系统，包括冷凝器Ⅰ、单螺杆膨胀机、发电机、发动机尾气乏气排出管、蒸发换热器、工质泵、发动机尾气排出管、溶液泵、溶液热交换器、接发动机冷却水管、发生器、冷凝器Ⅱ、节流阀、蒸发器、吸收器、发生器、接发动机尾气乏气排气管、截止阀A、B、C、D，该系统通过汽车发动机高品位能回收系统回收具有高品位能的尾气，处理后的尾气乏气与低品位能的发动机冷却水共同作为热源，来驱动溴化锂吸收式制冷机，进行余热制冷、热。但是该系统利用风冷的方式受空气温度影响较大，而且吸收器中冷剂蒸汽吸收过程产生的热量无法排除，另外，由于气体的比热容要小于液体，所以利用尾气乏气的发生器2的换热面积较大，从而导致整体体积过大，不适合小型、微型汽车使用，而且利用发动机尾气会导致发动机排气管内压力提高，影响发动机排气的顺畅，进而影响发动机的功率和转速。

申请号为201310431599.X的专利，公开了一种燃气发电机组余热利用装置，其主要由热管换热器、截止阀、发生器、冷凝器、冷却水、节流阀、蒸发器、冷冻水、水泵、溶液泵、吸收器、减压阀、第二热交换器、第三热交换器、热水组成，该系统的燃气发电机的余热回收利用方法是在燃气发电机高温烟气出口设置换热器用于加热介质水，由换热器产生的高温蒸汽进入发生器中作为热源，提高了能源利用率，达到了节能降耗的目的。该系统制取7℃冷冻水通过管道输送给用户，只实现了夏季空调供冷，但是无法实现冬季空调供热，而且供冷量大小无法调节，另外，其冷却水通过冷却塔直接向大气散热，既浪费能源，又增加了冷却装置的热负荷。

申请号为201210378923.1的专利，公开了一种利用回收热能制冷制热的吸收式制冷机及其制冷制热的方法，所述利用回收热能制冷制热的吸收式制冷机包括发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器、真空泵a、真空泵b、冷水进水管道、冷水出水管道、热水进水管道、热水管道a、热水管道b、热水出水管道、循环泵。本发明利用回收的热能制冷制热的吸收式制冷机增加了制冷效率，不需要热源驱动，降低了热能消耗。可以有效利用数据中心、机房的自身热能直接作为系统的驱动热源，同时输出冷冻水和高温热水，减少了环境热排放以及电力燃气等能源的消耗。但是该系统利用了冷凝器和吸收器中产生的热量作为发生器热源，该热量本身就是由制冷机运作过程中产生的，而系统不可能自发运作，根据热力学第二定律，这股热量不足以作为发生器的热源持续驱动制冷机，所以该技术方案采用真空泵提供制冷机的驱动动力，但真空泵存在耗电量大，噪声大的缺点，与该系统节能环保的目的相悖。

发明内容

本发明专利目的是针对上述现有技术的缺陷和问题，提出了一种船用吸收式制冷系统替代传统的压缩式制冷系统，不仅有效降低了船舶空调系统的电能消耗，同时充分利用船舶主辅机缸套冷却水的余热，一方面将此热量作为夏季工况下吸收式制冷机组中发生腔的热源来驱动系统为船舶中央空调提供冷量；另一方面将此热量作为冬季工况下船舶中央空调系统的热源。余热充分利用后热效率从35％左右提高到了55％左右，大大增加了主机的效能，降低了船舶整体的能耗和成本，并且通过一组阀件的调节配合使整个系统易于操作，实现了高效、节能、经济的船舶空调系统。

本发明专利利用吸收式制冷的方式，以热能为动力，不需耗用大量电能，而且对热能的要求不高，能利用各种低势热能和废气、废热，有利于热源的综合利用。充分利用缸套循环冷却水所带走的25％以上的热量来制冷，只需要花费泵的运转费用，便能获得大量的冷源，具有很好的节电、节能效果，经济性高，性能稳定，且充分利用船舶航行条件，将取之不尽的海水作为吸收腔和冷凝腔的冷却水，从吸收腔及冷凝腔中流出的海水得到加热还可用以提供生活温水，实现了能源高效利用。

为实现上述目的，本发明专利采用如下技术方案：

一种船用吸收式制冷空调系统，包括吸收式制冷机组、余热回收回路、及海水回路，其特征在于：所述吸收式制冷机组包括发生腔1、冷凝腔2、形管节流阀3、蒸发腔4、吸收腔5、溶液泵6、第一热交换器7及上下安置的高压筒8和低压筒22，其中所述冷凝腔2和发生腔1上下布置密封安置在所述高压筒8中，且两者之间由挡液板23隔开，所述蒸发腔4与吸收腔5上下布置密封安置在所述低压筒22中，且两者之间由挡液板23隔开，所述第一热交换器7上的a为吸收剂浓溶液入口，b为吸收剂浓溶液出口，d为吸收剂稀溶液入口，c为吸收剂稀溶液出口，所述蒸发腔4的入口e和出口f还分别通过设有冷冻水循环泵13和冷冻水三通调节阀14的管道与空调末端12相连接；所述余热回收回路依次由船舶主辅机冷却系统9出口、热水储水箱18、热水三通调节阀10、空调末端12、热水循环泵11和船舶主辅机冷却系统9进口通过管道逐一连接构成，所述热水储水箱18的出口还通过设有截止阀17的管道与发生腔1的入口g相连接，所述船舶主辅机冷却系统9的入口还通过设有截止阀17的管道与发生腔1的出口h相连接；所述海水回路依次由海水泵15、水处理设备16、吸收腔5的入口i、出口j、冷凝腔2的入口k、出口l、第二热交换器21通过管道逐一连接构成。

进一步，所述的发生腔1和吸收腔5均灌装有吸收剂和制冷剂，其中所述的吸收剂为溴化锂或氨，所述的制冷剂为水。

进一步，热水三通调节阀10的另一出口还连接有与热水循环泵11相连接的第一旁通支管19。

进一步，冷冻水三通调节阀14的另一出口还连接有与冷冻水循环泵13相连接的第二旁通支管20。

进一步，所述发生腔1、冷凝腔2、蒸发腔4、吸收腔5均还安装有水平布置的换热管，所述换热管通过壁面上进出接口与外部管路接通。

进一步，所述换热管为翅片式热管，有利于增强换热。

进一步，所述吸收腔5内的吸收剂稀溶液通过所述的溶液泵6和所述的第一热交换器7后自所述发生腔1的顶部喷淋或滴落至所述发生腔1中的换热管表面；所述发生腔1内的吸收剂浓溶液通过所述的第一热交换器7后自所述吸收腔5的顶部喷淋或滴落至所述吸收腔5中的换热管表面。

进一步，所述溶液泵6、热水循环泵11、冷冻水循环泵13、海水泵15均为变频水泵，可通过调节转速和流量达到节能的目的。

吸收式制冷机组的工作过程：从吸收腔5出来的稀溶液由溶液泵6升压后，经第一热交换器7升温后进入发生腔1，在发生腔1中，稀溶液被接自船舶主辅机冷却系统9的缸套冷却水管的换热管加热，此时稀溶液温度升高直至沸腾，产生高温高压的冷剂蒸汽后变为浓溶液，产生的冷剂蒸汽经挡液板23直接进入冷凝腔2中被冷却并凝结成液态水，液态水经形管节流阀3减压后淋洒在蒸发腔4的换热管上并在其中汽化吸热，产生冷冻水经过冷冻水循环泵13和冷冻水三通调节阀14送入空调末端12进行降温除湿，汽化后的水蒸汽经挡液板23进入吸收腔5被吸收，而浓溶液从发生腔1排出管流出，经第一热交换器7降温后，流回吸收腔5吸收水蒸气。

余热回收回路的工作过程：船舶主辅机冷却系统9缸套冷却水先进入热水储水箱18定压，当热水温度达到一定值时，一方面进入发生腔1的换热管中作为吸收式制冷机组的驱动热源，另一方面通过热水三通调节阀10和热水循环泵11进入空调末端12进行制热。

海水回路的工作过程：海水经过海水泵15进入水处理设备16处理后先后进入吸收腔5和冷凝腔2的换热管带走吸收和冷凝过程中放出的热量，然后进入第二热交换器21加热生活温水以供使用。

本发明通过热水三通调节阀10、冷冻水三通调节阀14和截止阀17的调节配合，可实现制冷、制热和既不制冷也不制热的要求。

当需要所述空调末端12制冷时，调节冷冻水三通调节阀14使冷冻水部分或全部流向空调末端12，通过改变进入所述空调末端12的冷冻水量来调整制冷效果，调节热水三通调节阀10使缸套冷却水流向第一旁通支管19，并打开截止阀17，使缸套冷却水只流入发生腔1驱动吸收式制冷机组，不流入空调末端12，实现单独供冷；

当需要所述空调末端12制热时，调节热水三通调节阀10使缸套冷却水部分或全部流入空调末端12，通过改变进入所述空调末端12的冷却水量来调整制热效果，调节冷冻水三通调节阀14使冷冻水流向第二旁通支管20，实现单独供热。另外，当不需要提供生活温水时，关闭截止阀17，停用吸收式制冷机组；

当不需要所述空调末端12制冷和制热时，调节热水三通调节阀10使缸套冷却水流向第一旁通支管19，调节冷冻水三通调节阀14使冷冻水流向第二旁通支管20，从而既不供冷也不供热；另外，当不需要提供生活温水时，关闭截止阀17，停用吸收式制冷机组。

本发明的主要功能是将船舶余热、海水与吸收式制冷系统有效结合，为船舶提供更经济、环保的空调系统。利用船舶主辅机的缸套冷却水作为发生腔和冬季工况下船舶空调系统的热源；利用蒸发腔汽化吸热产生的冷冻水作为夏季工况下船舶空调系统的冷源，并且将取之不尽的海水资源充分利用起来，以提高能源利用效率。本发明不但有效利用了低品位能，而且由于没有用单独的动力装置作为制冷动力，也不会消耗船舶主机的有效功率，节能效果和经济效益明显，并且通过一组阀件的调节配合使整个系统易于操作，实现了高效、节能、经济的船舶空调系统。

附图说明

图1为本发明实施例原理示意图。

图中：1.发生腔，2.冷凝腔，3.形管节流阀，4.蒸发腔，5.吸收腔，6.溶液泵，7.第一热交换器，8.高压筒，9.船舶主辅机冷却系统，10.热水三通调节阀，11.热水循环泵，12.空调末端，13.冷冻水循环泵，14.冷冻水三通调节阀，15.海水泵，16.水处理设备，17.截止阀，18.热水储水箱，19.第一旁通支管，20.第二旁通支管，21.第二热交换器，22.低压筒，23.挡液板。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施例对本专利发明作进一步的详细说明。

如图1所示：为本发明实施例的一种船用吸收式制冷空调系统，包括吸收式制冷机组、余热回收回路、及海水回路，其特征在于：所述吸收式制冷机组包括发生腔1、冷凝腔2、形管节流阀3、蒸发腔4、吸收腔5、溶液泵6、第一热交换器7及上下安置的高压筒8和低压筒22，其中所述冷凝腔2和发生腔1上下布置密封安置在所述高压筒8中，且两者之间由挡液板23隔开，所述蒸发腔4与吸收腔5上下布置密封安置在所述低压筒22中，且两者之间由挡液板23隔开，所述第一热交换器7上的a为吸收剂浓溶液入口，b为吸收剂浓溶液出口，d为吸收剂稀溶液入口，c为吸收剂稀溶液出口，所述蒸发腔4的入口e和出口f还分别通过设有冷冻水循环泵13和冷冻水三通调节阀14的管道与空调末端12相连接；所述余热回收回路依次由船舶主辅机冷却系统9出口、热水储水箱18、热水三通调节阀10、空调末端12、热水循环泵11和船舶主辅机冷却系统9进口通过管道逐一连接构成，所述热水储水箱18的出口还通过设有截止阀17的管道与发生腔1的入口g相连接，所述船舶主辅机冷却系统9的入口还通过设有截止阀17的管道与发生腔1的出口h相连接；所述海水回路依次由海水泵15、水处理设备16、吸收腔5的入口i、出口j、冷凝腔2的入口k、出口l、第二热交换器21通过管道逐一连接构成。

其中，所述的发生腔1和吸收腔5均灌装有吸收剂和制冷剂，其中所述的吸收剂为溴化锂或氨，所述的制冷剂为水。

所述的热水三通调节阀10的另一出口还连接有与热水循环泵11相连接的第一旁通支管19。

所述的冷冻水三通调节阀14的另一出口还连接有与冷冻水循环泵13相连接的第二旁通支管20。

所述发生腔1、冷凝腔2、蒸发腔4、吸收腔5均还安装有水平布置的换热管，所述换热管通过壁面上进出接口与外部管路接通。

所述换热管为翅片式热管，有利于增强换热。

所述吸收腔5内的吸收剂稀溶液通过所述的溶液泵6和所述的第一热交换器7后自所述发生腔1的顶部喷淋或滴落至所述发生腔1的换热管表面；所述发生腔1内的吸收剂浓溶液通过所述的第一热交换器7后自所述吸收腔5的顶部喷淋或滴落至所述吸收腔5的换热管表面。

所述溶液泵6、热水循环泵11、冷冻水循环泵13、海水泵15均为变频水泵，可通过调节转速和流量达到节能的目的。

工作过程：

吸收式制冷机组的工作过程：从吸收腔5出来的稀溶液由溶液泵6升压后，经第一热交换器7升温后进入发生腔1，在发生腔1中，稀溶液被接自船舶主辅机冷却系统9的缸套冷却水管的换热管加热，此时稀溶液温度升高直至沸腾，产生高温高压的冷剂蒸汽后变为浓溶液，产生的冷剂蒸汽经挡液板23直接进入冷凝腔2中被冷却并凝结成液态水，液态水经形管节流阀3减压后淋洒在蒸发腔4的换热管上并在其中汽化吸热，产生冷冻水经过冷冻水循环泵13和冷冻水三通调节阀14送入空调末端12进行降温除湿，汽化后的水蒸汽经挡液板23进入吸收腔5被吸收，而浓溶液从发生腔1排出管流出，经第一热交换器7降温后，流回吸收腔5吸收水蒸气。

余热回收回路的工作过程：船舶主辅机冷却系统9缸套冷却水先进入热水储水箱18定压，当热水温度达到一定值时，一方面进入发生腔1的换热管作为吸收式制冷机组的驱动热源，另一方面通过热水三通调节阀10和热水循环泵11进入空调末端12进行制热。

海水回路的工作过程：海水经过海水泵15进入水处理设备16处理后先后通过吸收腔5和冷凝腔2的换热管带走吸收和冷凝过程中放出的热量，然后进入第二热交换器21加热生活温水以供使用。

本发明通过热水三通调节阀10、冷冻水三通调节阀14和截止阀17的调节配合，可实现制冷、制热和既不制冷也不制热的要求，其具体工作流程：当需要所述空调末端12制冷时，调节冷冻水三通调节阀14使冷冻水部分或全部流向空调末端12，通过改变进入所述空调末端12的冷冻水量来调整制冷效果，调节热水三通调节阀10使缸套冷却水流向第一旁通支管19，并打开截止阀17，使缸套冷却水只流入发生腔1驱动吸收式制冷机组，不流入空调末端12，实现单独供冷；

当需要所述空调末端12制热时，调节热水三通调节阀10使缸套冷却水部分或全部流入空调末端12，通过改变进入所述空调末端12的冷却水量来调整制热效果，调节冷冻水三通调节阀14使冷冻水流向第二旁通支管20，实现单独供热；另外，当不需要提供生活温水时，关闭截止阀17，停用吸收式制冷机组；

当不需要所述空调末端12制冷和制热时，调节热水三通调节阀10使缸套冷却水流向第一旁通支管19，调节冷冻水三通调节阀14使冷冻水流向第二旁通支管20，从而既不供冷也不供热；另外，当不需要提供生活温水时，关闭截止阀17，停用吸收式制冷机组。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方法，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的发明范围内。

Claims (9)

1.一种船用吸收式制冷空调系统，包括吸收式制冷机组、余热回收回路及海水回路，其特征在于：所述吸收式制冷机组包括发生腔(1)、冷凝腔(2)、形管节流阀(3)、蒸发腔(4)、吸收腔(5)、溶液泵(6)、第一热交换器(7)及上下安置的高压筒(8)和低压筒(22)，其中所述冷凝腔(2)和发生腔(1)上下布置密封安置在所述高压筒(8)中，且两者之间由挡液板(23)隔开，所述蒸发腔(4)与吸收腔(5)上下布置密封安置在所述低压筒(22)中，且两者之间由挡液板(23)隔开，所述第一热交换器(7)上的a为吸收剂浓溶液入口，b为吸收剂浓溶液出口，d为吸收剂稀溶液入口，c为吸收剂稀溶液出口，所述蒸发腔(4)的入口e和出口f还分别通过设有冷冻水循环泵(13)和冷冻水三通调节阀(14)的管道与空调末端(12)相连接；所述余热回收回路依次由船舶主辅机冷却系统(9)出口、热水储水箱(18)、热水三通调节阀(10)、空调末端(12)、热水循环泵(11)和船舶主辅机冷却系统(9)进口通过管道逐一连接构成，所述热水储水箱(18)的出口还通过设有截止阀(17)的管道与发生腔(1)的入口g相连接，所述船舶主辅机冷却系统(9)的入口还通过设有截止阀(17)的管道与发生腔(1)的出口h相连接；所述海水回路依次由海水泵(15)、水处理设备(16)、吸收腔(5)的入口i、出口j、冷凝腔(2)的入口k、出口l、第二热交换器(21)通过管道逐一连接构成。

2.根据权利要求1所述的一种船用吸收式制冷空调系统，其特征在于：所述的发生腔(1)和吸收腔(5)均灌装有吸收剂和制冷剂，其中所述的吸收剂为溴化锂或氨，所述的制冷剂为水。

3.根据权利要求1所述的一种船用吸收式制冷空调系统，其特征在于：所述热水三通调节阀(10)的另一出口还连接有与热水循环泵(11)相连接的第一旁通支管(19)。

4.根据权利要求1所述的一种船用吸收式制冷空调系统，其特征在于：所述冷冻水三通调节阀(14)的另一出口还连接有与冷冻水循环泵(13)相连接的第二旁通支管(20)。

5.根据权利要求1所述的一种船用吸收式制冷空调系统，其特征在于：所述发生腔(1)、冷凝腔(2)、蒸发腔(4)和吸收腔(5)均还安装有水平布置的换热管，所述换热管通过壁面上进出接口与外部管路接通。

6.根据权利要求5所述的一种船用吸收式制冷空调系统，其特征在于：所述换热管为翅片式热管。

7.根据权利要求2所述的一种船用吸收式制冷空调系统，其特征在于：所述吸收腔(5)内的吸收剂稀溶液通过所述的溶液泵(6)和所述的第一热交换器(7)后自所述发生腔(1)的顶部喷淋或滴落至所述发生腔(1)中的换热管表面；所述发生腔(1)内的吸收剂浓溶液通过所述的第一热交换器(7)后自所述吸收腔(5)的顶部喷淋或滴落至所述吸收腔(5)中的换热管表面。

8.根据权利要求1所述的一种船用吸收式制冷空调系统，其特征在于：所述溶液泵(6)、热水循环泵(11)、冷冻水循环泵(13)和海水泵(15)均为变频水泵。

9.根据权利要求1至8任意一项所述的一种船用吸收式制冷空调系统的工作方法，其特征在于包括以下工作方式：

当需要所述空调末端(12)制冷时，调节冷冻水三通调节阀(14)使冷冻水部分或全部流向空调末端(12)，通过改变进入所述空调末端(12)的冷冻水量来调整制冷效果，调节热水三通调节阀(10)使缸套冷却水流向第一旁通支管(19)，并打开截止阀(17)，使缸套冷却水只流入发生腔(1)驱动吸收式制冷机组，不流入空调末端(12)，实现单独供冷；

当需要所述空调末端(12)制热时，调节热水三通调节阀(10)使缸套冷却水部分或全部流入空调末端(12)，通过改变进入所述空调末端(12)的冷却水量来调整制热效果，调节冷冻水三通调节阀(14)使冷冻水流向第二旁通支管(20)，实现单独供热；另外，当不需要提供生活温水时，关闭截止阀(17)，停用吸收式制冷机组；

当不需要所述空调末端(12)制冷和制热时，调节热水三通调节阀(10)使缸套冷却水流向第一旁通支管(19)，调节冷冻水三通调节阀(14)使冷冻水流向第二旁通支管(20)，从而既不供冷也不供热；另外，当不需要提供生活温水时，关闭截止阀(17)，停用吸收式制冷机组。