CN108995790B - 一种余热回收式船舶空调系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种余热回收式船舶空调系统，包括柴油机余热回收系统，柴油机的散热系统，余热锅炉余热回收系统，余热锅炉的散热系统，齿轮箱余热回收系统，齿轮箱的散热系统和船舶空调系统。本发明利用船舶柴油机，锅炉和齿轮箱的余热来实现船舶空调制冷，不需要消耗油，并且余热还用来在极地环境或冬天，对柴油机与锅炉进行预热能够有效的进行能源利用。

Description

一种余热回收式船舶空调系统
技术领域
本发明属于船舶技术领域，特别涉及一种余热回收式船舶空调系统。
背景技术
目前随着国家对绿色新能源科技创新技术的支持，有效利用能源达到节能目的成为热点。船舶行业在燃油的有效利用显得尤为重要。而空调系统是船舶的主要设备，能耗占船舶运行的比例很大，船舶空调系统的节能实现节能效果更加显著。随着科技的发展，近年来余热利用在船舶上得到利用，它是利用柴油机冷却液余热进行发电，再通过产生的电去带动空调，热电转换率只有12％，在一定程度上能够达到节能效果，有一定进步意义，但是未能实现能源的充分有效利用，同时除了柴油机，锅炉和齿轮箱的余热并没有得到利用。
发明内容
针对背景技术存在的问题，本发明提供一种余热回收式船舶空调系统。
本发明采用如下技术方案实现：
一种余热回收式船舶空调系统，包括柴油机余热回收系统，余热锅炉余热回收系统，船舶空调系统；
所述柴油机余热回收系统包括柴油机(1)的内循环冷却液传热出口，该传热出口依次与热水储存罐(3)、冷却液阀(4)、双层壳氢氧化钡储存罐(5)、三通阀(19)、冷却液泵(2)和柴油机(1)的内循环冷却液传热入口连接，组成热量回收循环回路，其中，氢氧化钡储存罐还与柴油机废气排气管相连；
所述锅炉余热回收系统包括锅炉的余热散热器(15)内循环冷却液出口，该传热出口依次和热水储存罐(3)、冷却液阀(4)、双层壳氢氧化钡储存罐(5)、三通阀(19)、供热泵(18)和余热散热器(15)内循环冷却液传热入口连接，组成热量回收循环回路，其中，氢氧化钡储存罐(5)还与柴油机(1),锅炉(15)废气排气管相连；
所述双层壳氢氧化钡钢制储存罐(5)依次与热水储水罐(6)、三通阀(26)、冷却液阀(7)、吸附式制冷循环系统(8)连接，组成空调的制冷循环回路；
所述双层壳氢氧化钡钢制储存罐(5)还通过热水储存罐(6)依次与三通阀(26)、供热泵(25)、暖风阀(9)和第一散热器(10)连接，组成空调的制热循环回路。
还包括齿轮箱余热回收系统，所述齿轮箱余热回收回路包括热水储存罐(3)、双层壳氢氧化钡储存罐(5)和齿轮箱(20)内循环冷却液传热入口，上述部件依次连接组成热量回收循环回路。
还包括柴油机的散热系统，所述柴油机的散热系统包括柴油机(1)的内循环冷却液传热出口，该传热出口依次与第一散热阀(11)，第一散热器(10)组成散热系统。
还包括余热锅炉的散热系统，余热锅炉的散热系统包括余热锅炉的内循环散热系统，第三散热阀(14)，第二散热器(13)，当余热锅炉内循环散热系统热量达到饱和时，第三散热阀(14)打开，第二散热器(13)开始散热。
还包括齿轮箱的散热系统，齿轮箱的散热系统包括齿轮箱的内循环冷却液传热出口，第二散热阀(12)，第二散热器(13)，当齿轮箱内循环冷却液液热量达到饱和时，第二散热阀打开(12)，第二散热器(13)开始散热。
所述吸附式制冷循环系统(8)包括吸附剂容器(801)、第一单向阀(802)、冷凝器(803)、变频水泵(804)、储液器(805)、第二单向阀(806)。吸附剂容器(801)的吸附剂通过第一单向阀(802)进入冷凝器(803)，冷凝器与变频水泵(804)相连，通过变频水泵(804)吸收深层海水实现制冷效果，并将冷凝后的制冷剂储存到储液器(805)中，储液器(805)中的吸附剂通过第二单向阀(806)回到吸附剂容器(801)实现制冷效果。
所述吸附式制冷循环系统(8)采用的是固体微孔物质作吸附剂。
与现有技术相比，本发明取得以下技术效果：
本发明有效的回收了船舶柴油机，锅炉高温尾气及柴油机，锅炉，齿轮箱循环冷却液冷却时所携带的热量，并将这些热量存储在储热稳定性良好的双层壳氢氧化钡钢制储存罐中，直接将热能存储，而没有进行热电转化。通过热量的直接利用，能源利用率极高，并采用吸附式制冷空调系统，同时利用深层次海水吸热，使得船舶制冷时无需耗油，更加节能环保。由于整个过程中热量的有效储存，采用双层壳真空装置，储存时间长久，船舶在制冷或者采暖时可以实现连续的提取热量，与船舶柴油机，锅炉，齿轮箱的运行情况互不影响，使得船舶在极地航行时采暖空调的运行更加稳定，持续，并且还利用余热解决了船舶在极地环境或者冬天柴油机，锅炉点火困难的问题。
附图说明
图1为本发明余热回收式船舶空调系统结构示意图；
图2为本发明sx分子筛沸石吸附空调系统结构示意图；
图3为本发明双层壳氢氧化钡钢制热量储存罐布管示意图；
图4为本发明双层壳氢氧化钡钢制热量储存罐尾气走向图；
其中，1、柴油机2、冷却液泵3、热水储存罐4、冷却液阀5、双层壳钢制储热罐6、热水储存罐7、冷风阀8、吸附式制冷循环系统9、暖风阀10、第一散热器11、第一散热阀12、第二散热阀13、第二散热器14、第三散热阀15、余热锅炉散热器16、锅炉17、供热泵18、供热泵19、三通阀20、齿轮箱21、废水排气管22、冷却液通道23空调热水管道24、废气管25、供热泵26、三通阀801、吸附剂容器802、第一单向阀803、冷凝器804、变频水泵805、储液器806、第二单向阀。
具体实施方式
如图1所示，本发明提供的余热回收式船舶空调系统包括柴油机余热回收系统，柴油机的散热系统，余热锅炉余热回收系统，余热锅炉的散热系统，齿轮箱余热回收系统，齿轮箱的散热系统和船舶空调系统。其中，所述柴油机的散热包括柴油机(1)的内循环冷却液传热出口，该传热出口依次与第一散热阀(11)，第一散热器(10)组成散热系统。余热锅炉的内循环散热系统包括余热锅炉散热器(15)，锅炉(16)，供热泵(17)，余热锅炉散热余热锅炉散热器(15)，第三散热阀(14)，第二散热器(13)组成。齿轮箱散热系统包括齿轮箱的内循环冷却液传热出口，第二散热阀(12)，第二散热器(13)组成。
如图1所示，柴油机余热回收回路包括柴油机(1)的内循环冷却液传热出口，该传热出口依次与热水储存罐(3)、冷却液阀(4)、双层壳氢氧化钡储存罐(5)、三通阀(19)、冷却液泵(2)和柴油机(1)的内循环冷却液传热入口连接，组成热量回收循环回路，其中，氢氧化钡储存罐还与柴油机废气排气管相连。
如图1所示，锅炉余热回收回路包括锅炉的余热散热器(15)内循环冷却液出口，该传热出口依次和热水储存罐(3)、冷却液阀(4)、双层壳氢氧化钡储存罐(5)、三通阀(19)、供热泵(18)和余热散热器(15)内循环冷却液传热入口连接，组成热量回收循环回路，其中，氢氧化钡储存罐(5)还与柴油机(1),锅炉(15)废气排气管相连。
如图1所示，齿轮箱余热回收回路包括热水储存罐(3)、双层壳氢氧化钡储存罐(5)和齿轮箱(20)内循环冷却液传热入口连接，组成热量回收循环回路。
如图1所示，双层壳氢氧化钡钢制储存罐(5)向船舶空调系统提供热源，其中，所述双层壳氢氧化钡钢制储存罐(5)依次与热水储水罐(6)、三通阀(26)、冷却液阀(7)、吸附式制冷循环系统(8)连接，组成空调的制冷循环回路。
如图1所示，双层壳氢氧化钡钢制储存罐(5)还通过热水储存罐(6)依次与三通阀(26)、供热泵(25)、暖风阀(9)和第一散热器(10)连接，组成空调的制热循环回路。
进一步的，所述吸附式制冷空调系统采用的是固体微孔物质作吸附剂。
如图2所示，吸附剂容器(801)、第一单向阀(802)、冷凝器(803)、变频水泵(804)、储液器(805)、第二单向阀(806)组成吸附式制冷循环系统(8)。
如图3、4所示，双层壳氢氧化钡钢制储存罐(5)内设置有冷却液通道(23)、空调热水管道(24)和废气排气管(24)。其中冷却液通道(23)、空调热水管道和废气排气管(24)均为S型管道，且三者互相平行放置。
余热回收式船舶空调系统的原理如下：
采用氢氧化钡储热密度高、导热系数较大，而且资源丰富，价格便宜，单位体积相变储热能力(582J/cm3)几乎是目前水合盐储热材料中最高的，其相变温度基本在78℃左右徘徊，变化很小，并且锅炉，柴油机工作温度基本在80左右，可以很好地利用其储热性能。同时采用双层壳能够很好的防止热量散失，从而达到保温的效果。
吸附式空调制冷循环系统的多孔固体吸附剂采用sx分子筛沸石，sx分子筛沸石具有均匀微孔，主要由硅、铝、氧及其它一些金属阳离子构成的吸附剂或薄膜类物质，其孔径与一般分子大小相当，由于在多孔固体吸附剂的吸附作用下，系统的真空度迅速提高，液态的冷冻剂蒸发，吸收气化潜热而制冷，在吸附剂吸附饱和后，将吸附剂加热解吸，放出冷冻剂的蒸气，经冷却后得到液态的冷冻刊，吸附剂再生从而实现搞效的制冷能力。
余热回收式船舶空调系统的工作过程如下：
a.当船舶在海上航行时，柴油机(1)、锅炉(16)和齿轮箱(20)都开始工作，当此时将产生大量的热量，一部分热量由柴油机(1)、锅炉(16)和齿轮箱(20)的循环冷却液所携带，使得柴油机(1)、锅炉(16)和齿轮箱(20)循环冷却液温度升高，温度较高的循环冷却液在循环过程中将热量存储在双层壳氢氧化钡钢制储存罐(5)内；
b.柴油机(1)和锅炉(16)的另一部分热量以高温尾气的形式产生，废气排管(24)通过与双层壳钢制储存罐(5)内的氢氧化钡进行热量交换，将尾气的热量存储起来，换热后温度降低的尾气将排入大气中。
c.当双层壳氢氧化钡钢制储存罐(5)储存的热量达到饱和后,开启散热阀(11)(12)(14)，启动散热器将柴油机(1)、锅炉(16)和齿轮箱(20)的循环冷却液未被储存的多余热量散出，降低各部分的运行温度，达到安全航行。
d.制冷过程：当船舶在热带高温航行运行制冷时，三通阀26打开，关闭发f，打开d、e，开始船舶制冷循环。吸附式制冷循环系统的吸附容器所需热量通过空调用热水管道将热水储水罐(6)中的低温热水与双层壳氢氧化钡钢制储存罐(5)进行热交换，将储存罐中储存的热量提取出来，对吸附剂容器(801)的固体微孔物质吸附剂加热，吸附在其上的吸附质(即制冷剂)获得热量，克服吸附剂的吸引力从中脱离，第一单向阀(802)打开，吸附质开始在冷凝器(803)中液化，热量被冷却利用变频水泵(804)吸取的深层海水带走，冷凝器(803)进入储液器(805)。当停止吸附剂加热时，随着吸附剂温度的下降，第一单向阀(802)被关闭，第二单向阀(806)被打开，液体制冷剂在低温下不断汽化，低温汽化吸收热量，从而实现制冷效果。同时吸附大量制冷剂的吸附剂为下一次加热脱附提供条件。
e.制热过程：当船舶在冬季航行制热时，关闭空调冷风三通阀(26)打开，关闭e,打开d、f，船舶开始采暖循环。空调用热水管道将热水储存罐中的低温热水与双层壳氢氧化钡钢制储存罐(5)进行热交换，将储存罐的热量提取出来，使空调用热水管道中的水温升高，供热泵(25)打开，热水流经暖风阀(9)时，进入第一散热器(11)中,把送风机送来船舶外的冷空气或舱室内空气与空调用热水管道23中的热水进行热交换，使得舱室温度升高。
f.冬季柴油机备机和锅炉点火前，打开三通阀(19)，阀a、b、c全开，冷却液泵(2)、供热泵(18),经氢氧化钡加热的冷却液对柴油机和锅炉进行预热，有效地解决了冬季发动机点火困难的问题。
g.其中,所述的冷却液泵(2)、供热泵(18)作用为提供热水循环所需要的动力:所述冷却液泵(2)、供热泵(18)作用为提供冷却液循环所需要的动力；所述的冷却液储液罐(3)的作用为储存冷却液；所述的热水储水罐(6)的作用为储存热水。

Claims (1)

1.一种余热回收式船舶空调系统，其特征在于：包括柴油机余热回收系统，余热锅炉余热回收系统，船舶空调系统；
所述柴油机余热回收系统包括柴油机（1）的内循环冷却液传热出口，该传热出口依次与热水储存罐（3）、冷却液阀(4)、双层壳氢氧化钡储存罐(5)、三通阀(19)、冷却液泵（2）和柴油机（1）的内循环冷却液传热入口连接，组成热量回收循环回路，其中，氢氧化钡储存罐还与柴油机废气排气管相连；
所述锅炉余热回收系统包括锅炉的余热散热器（15）内循环冷却液出口，该传热出口依次和热水储存罐（3）、冷却液阀（4）、双层壳氢氧化钡储存罐（5）、三通阀（19）、供热泵(18)和余热散热器(15)内循环冷却液传热入口连接，组成热量回收循环回路，其中，氢氧化钡储存罐(5)还与柴油机（1）,锅炉（16）废气排气管相连；
所述双层壳氢氧化钡钢制储存罐（5）依次与热水储存罐（3）、三通阀（19）、冷却液阀（4）、吸附式制冷循环系统（8）连接，组成空调的制冷循环回路；
所述双层壳氢氧化钡钢制储存罐（5）还通过热水储存罐（3）依次与三通阀（19）、供热泵（18）、暖风阀（9）和第一散热器（10）连接，组成空调的制热循环回路；
还包括齿轮箱余热回收系统，所述齿轮箱余热回收系统包括热水储存罐（3）、双层壳氢氧化钡储存罐（5）和齿轮箱（20）内循环冷却液传热入口，上述部件依次连接组成热量回收循环回路；
还包括柴油机的散热系统，所述柴油机的散热系统包括柴油机（1）的内循环冷却液传热出口，该传热出口依次与第一散热阀（11），第一散热器（10）组成散热系统；
还包括余热锅炉的散热系统，余热锅炉的散热系统包括余热锅炉的内循环散热系统，第三散热阀（14），第二散热器（13），当余热锅炉内循环散热系统热量达到饱和时，第三散热阀（14）打开，第二散热器（13）开始散热；
还包括齿轮箱的散热系统，齿轮箱的散热系统包括齿轮箱的内循环冷却液传热出口，第二散热阀（12），第二散热器（13），当齿轮箱内循环冷却液热量达到饱和时，第二散热阀（12）打开，第二散热器（13）开始散热；
所述吸附式制冷循环系统（8）采用的是固体微孔物质作吸附剂。
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