CN109018290A - 一种船舶余热梯级驱动的溶液除湿空调系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了船舶余热梯级驱动的溶液除湿空调系统，包括相互连接的废气锅炉模块、沸腾溶液再生模块、溶液除湿模块和蒸发冷却模块。本发明还公开了其除湿降温方法。本发明提高了船舶的能源利用效率以及减少了船舶空调的能耗，以船舶主柴油机的余热为再生热源，合理利用不同型式余热的温度的不同，梯级加热溶液实现溶液沸腾再生。并结合海洋环境，将溶液除湿技术和蒸发冷却技术想结合，实现船舶舱室湿度和温度的控制。溶液除湿空调系统具有除湿能力强和净化空气的特点，很好地解决了海洋环境潮湿和舱室内受燃烧污染物的影响，避免了传统蒸汽压缩式制冷循环空调系统能耗高、氟利昂制冷剂破坏大气层、表冷器滋生霉菌等缺点。
Description
技术领域
本发明属于溶液除湿系统技术领域，具体涉及船舶余热梯级驱动的溶液除湿空调系统及其除湿、再生方法。
背景技术
对于现代远洋船舶，尤其是客货轮、中大型豪华邮轮、大型海上作业平台等，其主副机动力系统，具有装机容量大、运行负荷高、稳定能力强等特点，较适于部署相应形式的废气余热锅炉，以提高其系统热效率，并达到节能、减排、降耗、增效等环保方面的要求；其舱内外环境具有高温高湿且变化较为规律的特点，热湿负荷的构成主要由新风含热含湿量所决定。
目前船舶上使用的空调系统大部分采用的是蒸汽压缩式制冷循环空调系统，这种空调系统的除湿方式是将表冷器的温度降低到空气露点温度以下，用冷凝的方法去除空气中的水蒸气。这种除湿方式存在着很多弊端，首先被除湿的空气温度将会降到送风温度以下，通常需要额外的热量给空气加热，使其回到舒适的温度增加了船舶空调系统的能耗；第二，冷凝水的产生使得表冷器给霉菌生长提供了有利环境，从而对舱室内空气品质带来不利影响；第三，压缩式制冷循环空调系统通常使用氟利昂作为制冷剂，对大气层造成一定的破坏。因此，寻求一种新的船舶空调系统迫在眉睫。
另一方面，船舶柴油主机是船舶的动力核心，它的耗能是整个船舶能源消耗总量的70%~90%，但热效率却只有45%～50%。其他热量则通过废气（占25%）、热水（占20%）和散热（占5%）等形式排放至海洋环境中。与此同时，随着船舶能耗的增加船舶二氧化碳的排放量在不断增加。由此可见，船舶能源的巨大浪费同时加重了社会的能源问题和环境问题。为了提高船舶的能源利用效率以及探索节能型的船舶空调系统，本发明将对船舶余热的利用结合空调方面的应用进行探索。
发明内容
为了提高船舶的能源利用效率以及减少船舶空调的能耗，本发明提供一种船舶余热梯级驱动的溶液除湿空调系统，很好地解决了海洋环境潮湿和舱室内受燃烧污染物的影响，避免了传统蒸汽压缩式制冷循环空调系统能耗高、氟利昂制冷剂破坏大气层、表冷器滋生霉菌等缺点；本发明的另一目的是提供其除湿、再生方法。
为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：
一种船舶余热梯级驱动的溶液除湿空调系统，包括废气锅炉，所述的废气锅炉的排气出口与沸腾溶液再生器的左上方废气入口连接，沸腾溶液再生器的下方左侧溶液出口与回热器的右侧入口相连接，回热器的左侧出口连接浓溶液泵的入口，所述浓溶液泵的出口连接海水换热器右侧的入口，海水换热器左侧的出口连接浓溶液储液罐右侧入口，浓溶液储液罐左侧出口与除湿器上方的喷淋装置连接，除湿器下方出口与稀溶液泵的入口相连接，稀溶液泵的出口连接稀溶液储液罐的入口，所述稀溶液储液罐的出口与柴油机润滑油换热器的左侧入口相连接，柴油机润滑油换热器的右侧出口与柴油机缸套冷却水换热器的左侧入口相连接，柴油机缸套冷却水换热器的右侧出口连接回热器上方的入口，所述回热器上方的出口连接沸腾再生器上方的喷淋装置；所述除湿器左侧出口与室内回风显热换热器右侧入口相连，显热换热器左侧出口连接间接蒸发冷却器右侧入口。
所述的沸腾溶液再生器上方由沸腾侧和冷凝侧组成，中间由带孔的隔板隔开，下方是沸腾池，沸腾侧（左侧）最上方为稀溶液喷淋装置，稀溶液喷淋装置下方设有沸腾室盘管连接废气锅炉，冷凝侧（右侧）设有冷凝室盘管，冷凝室盘管下方设有冷凝水托盘，冷凝侧的侧上方设有通气孔。
利用一种船舶余热梯级驱动的溶液除湿空调系统进行再生的方法，其特征在于：包括下述步骤：
启动稀溶液泵，溶液沸腾再生模块开启。稀溶液从除湿器的底部流出，进入到稀溶液储液罐储存。再生时稀溶液储液罐的稀溶液先通过柴油机润滑油换热器进行预热，柴油机润滑油的温度是柴油机余热中温度较低的热源，柴油机润滑油换热器预热后的稀溶液进入到柴油机缸套冷却水换热器中进一步加热，沸腾溶液再生器中再生后的浓溶液温度较高，为了充分利用这部分热量，柴油机缸套冷却水换热器出口的溶液进入回热器中进一步加热，最后被加热的稀溶液通过回热器上方出口进入到沸腾溶液再生器中进行沸腾再生，与此同时废气锅炉的排气也进入沸腾溶液再生器中对稀溶液沸腾再生过程持续提供热量。
利用权利一种船舶余热梯级驱动的溶液除湿空调系统进行除湿的方法，其特征在于：包括下述步骤：
浓溶液储液罐中的浓溶液流入到除湿器上方的喷淋装置中，在除湿器中浓溶液与室外新风进行热质交换，除湿后干燥的空气被送到室内回风显热换热器中，利用室内回风的较低温度对干燥的新风进行预冷，预冷后的干燥空气被分成2部分，分别作为间接蒸发冷却器的一次空气和二次空气，被送入到蒸发冷却器中进一步降温，被冷却后的干燥的、温度较低的一次新风送入到舱室内。
发明原理：本发明装置包括相互连接的废气锅炉模块、沸腾溶液再生模块、溶液除湿模块和蒸发冷却模块；废气锅炉模块只包括废气锅炉；沸腾溶液再生模块包括沸腾溶液再生器和与其相连的回热器，与回热器相连接的浓溶液泵和与浓溶液泵向连的海水换热器，以及与海水换热器连接的浓溶液储液罐，稀溶液泵以及与其相连的稀溶液储液罐，与稀溶液储液罐相连的柴油机润滑油换热器以及与柴油机润滑油换热器的柴油机缸套冷却水换热器；溶液除湿模块只包括溶液除湿器；蒸发冷却模块包括室内回风显热换热器和与其相连的间接蒸发冷却器，本发明梯级利用柴油机余热驱动溶液除湿空调，在空气回路中，新风通过除湿器进行除湿，空气直接与溶液接触，浓溶液将空气中的水蒸气带走后变成了稀溶液，而空气中的含湿量降低空气温度升高。除湿后的空气先通过室内回风显热交换器进行降温，将干燥后的空气温度降低到室内温度附近。随后干燥的新风分为2部分，一部分空气作为二次空气进入间接蒸发冷却器进行直接蒸发，二次空气等焓降温后与一次空气进行换热，干燥降温后的一次空气被作为送风空气送入舱室内，在溶液回路中，稀溶液从除湿器中流出，由稀溶液泵将稀溶液送入稀溶液储存罐中储存，当再生器工作时，稀溶液从稀溶液储液罐中流出，经润滑油进行一次加热（溶液温度可到45℃～55℃），并通过船舶柴油机缸套冷却水进行二次加热（溶液温度可到70℃～80℃），在通过回热器进行三次加热（溶液温度可到80℃～90℃）。稀溶液经过3次预热后进入沸腾再生器，沸腾溶液再生器由沸腾侧和冷凝侧组成，中间由隔板隔开，稀溶液首先进入到再生器中的沸腾侧并喷洒到高温烟气的盘管上，废气锅炉排出的高温废气为热源，稀溶液被加热并沸腾再生变成浓溶液，稀溶液中的水份沸腾后变成水蒸气后进入冷凝侧，冷凝管内由舷外海水作为冷源用来吸收水蒸气冷凝后释放出的潜热，沸腾再生器中得到的浓溶液由浓溶液泵送入到海水换热器中冷却，利用舷外海水作为冷源给再生后的浓溶液降温，降温后的浓溶液送入到浓溶液储液罐中储存。当需要对新风进行除湿时，浓溶液送入到除湿器中进行除湿，在废气回路中，船舶柴油机的高温废气通过废气锅炉进行余热利用，废气锅炉中产生的水蒸气一般用来发电或者海水淡化。废气锅炉中排出的废气便送入到溶液再生器的沸腾侧加热稀溶液，而后排出，余热梯级驱动溶液除湿空调系统能够有效的利用船舶余热和海水资源处理空气的热湿负荷，节省空调系统运行能耗。
本发明的有益效果是：
目前船舶上使用的空调系统大部分采用的是蒸汽压缩式制冷循环空调系统，而本发明所述的溶液除湿空调系统具有除湿能力强和净化空气的特点，很好地解决了海洋环境潮湿和舱室内受燃烧污染物的影响，也避免了传统蒸汽压缩式制冷循环空调系统能耗高、氟利昂制冷剂破坏大气层、表冷器滋生霉菌等缺点；本发明提出了的余热梯级利用的原理，合理利用不同型式余热的温度的不同，梯级加热驱动再生溶液，柴油机的余热热量分别通过排出废气、冷却水、润滑油以及其他散热型式带走，占总燃油燃烧所产生的能量的50%，回收了这部分余热的能量，对提高整个船舶的能源利用效率有重要意义；本发明提出了将蒸发冷却过程与溶液除湿过程相结合的方法，使得蒸发冷却过程受外界环境影响较小，并使得蒸发冷却技术在海洋的气候条件下应用具有可行性，将蒸发冷却技术运用到船舶上用于冷却干燥后的空气，可以减少船舶空调的制冷能耗。
附图说明
图1是一种船舶余热梯级驱动的溶液除湿空调系统的结构示意图。
图2是沸腾溶液再生器的详图。
附图标记列表：
蒸发冷却模块Ⅰ、溶液除湿模块Ⅱ、沸腾溶液再生Ⅲ、废气锅炉Ⅳ、废气锅炉1、沸腾溶液再生器2、回热器3、浓溶液泵4、海水换热器5、浓溶液储液罐6、除湿器7、稀溶液泵8、稀溶液储液罐9、柴油机润滑油换热器10、柴油机缸套冷却水换热器11、室内回风显热换热器12、间接蒸发冷却器13、沸腾池14、沸腾室盘管15、稀溶液喷淋装置16、冷凝水托盘17、冷凝室盘管18、通气孔19。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
一种船舶余热梯级驱动的溶液除湿空调系统包括蒸发冷却模块Ⅰ、溶液除湿模块Ⅱ、沸腾溶液再生模块Ⅲ、废气锅炉模块Ⅳ；具体连接方式如下：蒸发冷却模块Ⅰ包括与除湿器7左侧出口相连的室内回风显热换热器12右侧入口，显热换热器12左侧出口连接间接蒸发冷却器13右侧入口。溶液除湿模块Ⅱ只包括溶液除湿器7，废气锅炉模块Ⅳ只包括废气锅炉1。
沸腾溶液再生模块Ⅲ包括所述的废气锅炉1的排气出口与沸腾溶液再生器2的左上方废气入口连接，沸腾溶液再生器2的下方左侧出口与回热器3的右侧入口相连接，回热器3的左侧出口连接浓溶液泵4的入口，所述浓溶液泵4的出口连接海水换热器5右侧的入口，海水换热器5左侧的出口连接浓溶液储液罐6右侧入口，浓溶液储液罐6左侧出口与除湿器7上方的喷淋装置连接，除湿器7下方出口与稀溶液泵8的入口相连接，稀溶液泵8的出口连接稀溶液储液罐9的入口，所述稀溶液储液罐9的出口与柴油机润滑油换热器10的左侧入口相连接，柴油机润滑油换热器10的右侧出口与柴油机缸套冷却水换热器11的左侧入口相连接，柴油机缸套冷却水换热器11的右侧出口连接回热器3上方的入口，所述回热器3上方的出口连接沸腾再生器上方的喷淋装置16；沸腾除湿器2包括沸腾除湿器2下方的沸腾池14，左侧最上方的稀溶液喷淋装置16，左侧的沸腾室盘管15，右侧最上方的通气孔19，右侧的冷凝室盘管18以及右侧的冷凝水托盘17。
利用一种船舶余热梯级驱动的溶液除湿空调系统进行再生的方法，包括下述步骤：
启动稀溶液泵8，溶液沸腾再生模块开启。稀溶液从除湿器7的底部流出，进入到稀溶液储液罐9储存，再生时稀溶液储液罐9的稀溶液先通过柴油机润滑油换热器10进行预热，柴油机润滑油的温度是柴油机余热中温度较低的热源。柴油机润滑油换热器10预热后的稀溶液进入到柴油机缸套冷却水换热器11中进一步加热，沸腾溶液再生器2中再生后的浓溶液温度较高，为了充分利用这部分热量，柴油机缸套冷却水换热器11出口的溶液进入回热器3中进一步加热，最后被加热的稀溶液通过回热器3上方出口进入到沸腾溶液再生器2中进行沸腾再生，与此同时废气锅炉1的排气也进入沸腾溶液再生器2中对稀溶液沸腾再生过程持续提供热量，沸腾溶液再生器2中喷淋装置16将稀溶液喷淋到沸腾室盘管15上加热，稀溶液沸腾再生变成浓溶液收集在沸腾池14内，稀溶液中的水份沸腾后变成水蒸气后进入冷凝室盘管18，冷凝室盘管18内由舷外海水作为冷源用来吸收水蒸气冷凝后释放出的潜热，水蒸气凝结成水收集在冷凝水托盘17内，右侧最上方的通气孔19为了维持沸腾再生器2内的常压状态。
利用一种船舶余热梯级驱动的溶液除湿空调系统进行除湿的方法，包括下述步骤：
浓溶液储液罐6中的浓溶液流入到除湿器7上方的喷淋装置中，在除湿器7中浓溶液与室外新风进行热质交换，除湿后干燥的空气被送到室内回风显热换热器12中，利用室内回风的较低温度对干燥的新风进行预冷，预冷后的干燥空气被分成两部分，分别作为间接蒸发冷却器13的一次空气和二次空气，二次空气进入间接蒸发冷却器13进行直接蒸发，二次空气等焓降温后与一次空气进行换热，干燥降温后的一次空气被作为送风空气送入舱室内。
Claims (4)
1.一种船舶余热梯级驱动的溶液除湿空调系统，其特征在于：包括废气锅炉（1），所述的废气锅炉（1）的排气出口与沸腾溶液再生器（2）的左上方废气入口连接，沸腾溶液再生器（2）的下方左侧溶液出口与回热器（3）的右侧入口相连接，回热器（3）的左侧出口连接浓溶液泵（4）的入口，所述浓溶液泵（4）的出口连接海水换热器（5）右侧的入口，海水换热器（5）左侧的出口连接浓溶液储液罐（6）右侧入口，浓溶液储液罐（6）左侧出口与除湿器（7）上方的喷淋装置连接，除湿器（7）下方出口与稀溶液泵（8）的入口相连接，稀溶液泵（8）的出口连接稀溶液储液罐（9）的入口，所述稀溶液储液罐（9）的出口与柴油机润滑油换热器（10）的左侧入口相连接，柴油机润滑油换热器（10）的右侧出口与柴油机缸套冷却水换热器（11）的左侧入口相连接，柴油机缸套冷却水换热器（11）的右侧出口连接回热器（3）上方的入口，所述回热器（3）上方的出口连接沸腾再生器上方的喷淋装置；所述除湿器（7）左侧出口与室内回风显热换热器（12）右侧入口相连，显热换热器（12）左侧出口连接间接蒸发冷却器（13）右侧入口。
2.根据权利要求1所述的一种船舶余热梯级驱动的溶液除湿空调系统，其特征在于：所述的沸腾溶液再生器（2）上方由沸腾侧和冷凝侧组成，沸腾侧和冷凝侧中间由带孔的隔板隔开，下方是沸腾池（14），左侧为沸腾侧，沸腾侧最上方为稀溶液喷淋装置（16），稀溶液喷淋装置下方设有沸腾室盘管（15）连接废气锅炉（1），右侧为冷凝侧，冷凝侧设有冷凝室盘管（18），冷凝室盘管下方设有冷凝水托盘（17），冷凝侧的侧上方设有通气孔（19）。
3.利用权利要求1所述的一种船舶余热梯级驱动的溶液除湿空调系统进行再生的方法，其特征在于：包括下述步骤：
启动稀溶液泵（8），溶液沸腾再生模块开启，稀溶液从除湿器（7）的底部流出，进入到稀溶液储液罐（9）储存，再生时稀溶液储液罐（9）的稀溶液先通过柴油机润滑油换热器（10）进行预热，柴油机润滑油的温度是柴油机余热中温度较低的热源，柴油机润滑油换热器（10）预热后的稀溶液进入到柴油机缸套冷却水换热器（11）中进一步加热，沸腾溶液再生器（2）中再生后的浓溶液温度较高，为了充分利用这部分热量，柴油机缸套冷却水换热器（11）出口的溶液进入回热器（3）中进一步加热，最后被加热的稀溶液通过回热器（3）上方出口进入到沸腾溶液再生器（2）中进行沸腾再生，与此同时废气锅炉（1）的排气也进入沸腾溶液再生器（2）中对稀溶液沸腾再生过程持续提供热量，沸腾溶液再生器（2）中喷淋装置（16）将稀溶液喷淋到沸腾室盘管（15）上加热，稀溶液沸腾再生变成浓溶液收集在沸腾池（14）内，稀溶液中的水份沸腾后变成水蒸气后进入冷凝室盘管（18），冷凝室盘管（18）内由舷外海水作为冷源用来吸收水蒸气冷凝后释放出的潜热，水蒸气凝结成水收集在冷凝水托盘（17）内，右侧最上方的通气孔（19）为了维持沸腾溶液再生器（2）内的常压状态。
4.利用权利要求1所述的一种船舶余热梯级驱动的溶液除湿空调系统进行除湿的方法，其特征在于：包括下述步骤：
浓溶液储液罐（6）中的浓溶液流入到除湿器（7）上方的喷淋装置中，在除湿器（7）中浓溶液与室外新风进行热质交换，除湿后干燥的空气被送到室内回风显热换热器（12）中，利用室内回风的较低温度对干燥的新风进行预冷，预冷后的干燥空气被分成两部分，分别作为间接蒸发冷却器（13）的一次空气和二次空气，被送入到蒸发冷却器（13）中进一步降温，被冷却后的干燥的、温度较低的一次新风送入到舱室内。
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