CN112523826A - 多模式船舶主机余热利用系统及运行方法 - Google Patents

多模式船舶主机余热利用系统及运行方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多模式船舶主机余热利用系统及运行方法，该余热系统采用环保的二氧化碳为单一工质，以船舶主机排出的废气为热源，通过调节模式转换阀，系统可在超临界布雷顿循环、跨临界朗肯循环和喷射制冷循环三种工作模式下进行转换和组合，将主机排出的废气余热转换为电能、热能和冷能。本发明可根据船舶运行海域温度的变化情况和用户对能量的需求，灵活调整系统电能、冷能和热能输出量的大小和类型，即合理利用不同品位的能量，又实现余热利用系统不同种类输出能的解耦，达到了船舶主机节能减排的有益效果。

Description

多模式船舶主机余热利用系统及运行方法
技术领域
本发明属于能源转换与利用领域，具体涉及一种多模式船舶主机余热利用系统及运行方法。
背景技术
进入21世纪，能源危机与环境保护一直是备受关注的热点话题。船舶作为最主要的运输工具，在社会和经济发展中发挥着巨大作用。然而，目前性能先进的船用二冲程柴油机主机仍有近一半以上的燃料能量没有被利用，而是随废气和冷却水排入环境。这一方面使船舶运行成本增加，另一方面也带来了严重的环境问题。近年来船舶节能技术的研究备受关注，如何有效地提高主机热效率以及利用主机排气余热是急需解决的问题之一。
同时，随着人们出行需求和交通的发展，远洋客轮、大型邮轮无论是数量还是出航率都远超以往。对此类大型船舶而言，由于航行时间普遍较长，人们在船上的活动离不开电能、热能和冷能等多种形式能量的供给。通常情况下，电能由船舶机舱中专用的柴油发电机组提供；热能由燃油锅炉产生的蒸汽供给；冷能一般由船舶独立设置的压缩式空调系统提供。因此，这类船舶在航行过程中需要消耗大量的燃料。此外，这些能量的需求还具有明显的季节特性。例如，冬季或较低环境温度时需要较多的热能，而夏季时对冷能需求量相对提高。如何根据季节的变换和航行区域的环境温度特点，进行所需能量数量和种类的有效调节，以提升船员及乘客的日常生活质量也是相关领域的重点研究课题之一。
目前大型船舶主机余热利用利用系统的效率还需进一步提高。另外，针对船舶航行特点的多模式余热利用冷热电联产系统研究不多。现有船舶余热联产系统多集中于热电联产或冷电联产，很少考虑船舶航行区域变化多、用户对能量需求频繁改变的特点，缺乏利用主机余热驱动的多模式可调节冷热电联产系统。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种多模式船舶主机余热利用系统及运行方法，解决目前船舶余热系统无法根据航行特性及用户不同的用能需求而改变运行模式，低品位热能不能很好利用、能耗高的问题。本发明的目的在于解决现有技术存在的不足，提出一种多模式船舶主机余热利用系统及运行方法。本发明采用环保的二氧化碳为单一工质，以船舶主机排出的废气为热源，通过调节模式转换阀，系统可在超临界布雷顿循环、跨临界朗肯循环和喷射制冷循环三种工作模式下进行转换和组合，将主机排出的废气余热转换为电能、热能和冷能。系统可根据船舶运行海域温度的变化情况和用户对能量的需求，灵活调整系统电能、冷能和热能输出量的大小和类型，即合理利用不同品位的能量，又实现余热利用系统不同种类输出能的解耦，达到了船舶主机节能减排的有益效果。
技术方案：本发明所述的多模式船舶主机余热利用系统，包括气体加热器、第一膨胀机、第二膨胀机、发电机、高温热水器、混合阀、冷凝器、第一模式转换阀、工质泵、主压气机、回热器、低温热水器、第二模式转换阀、喷射器、气液分离器、辅压气机、节流阀和蒸发器，其中，所述气体加热器的低温侧出口的一个支路依次连通第一膨胀机和高温热水器；所述高温热水器的高温侧出口与混合阀的第一入口连通，混合阀的出口与冷凝器的高温侧入口连通；所述冷凝器的高温侧出口通过第一模式转换阀分别连通工质泵和主压气机的入口；所述工质泵和主压气机的出口通过回热器与气体加热器连通；所述气体加热器的低温侧出口的另一支路依次连通第二膨胀机、回热器和低温热水器；所述低温热水器的高温侧出口通过第二模式转换阀分别连通喷射器的入口和混合阀的第二入口；所述喷射器的出口连通气液分离器；所述气液分离器的液体出口支路依次通过节流阀和蒸发器连通喷射器的引射流入口，气液分离器的气体出口支路连通辅压气机的入口，辅压气机的出口与混合阀的第二入口连通；所述第一膨胀机和第二膨胀机均与发电机连接。
为了调节进入到第一膨胀机和第二膨胀机的二氧化碳工质流量，所述气体加热器的低温侧出口通过流量调节阀分别连通第一膨胀机和第二膨胀机的入口；
所述工质泵和主压气机的出口通过三通阀连通回热器低温侧的入口；
所述第一膨胀机、第二膨胀机和发电机通过齿轮箱连接。
本发明所述的多模式船舶主机余热利用系统的运行方法，当船舶不需要冷能时，第二模式转换阀使从低温热水器高温侧出口的二氧化碳全部流入混合阀的第二入口；
当船舶需要冷能时，第二模式转换阀使低温热水器高温侧出口的二氧化碳全部流入喷射器中，其工作过程为：从低温热水器高温侧出口的二氧化碳温度降至喷射器工作范围，然后进入喷射器的喷嘴进行降压，形成低压区，把蒸发器低温侧出口的饱和蒸汽引射入喷射器内，工质在喷射器的出口处形成气液两相流，然后经气液分离器分离，其中分离出的饱和液体作为制冷工质，经过节流阀降至蒸发压力后进入到蒸发器的低温侧，吸收高温侧空气的热量使空气温度降低，从而对外输出冷能后再次回到喷射器。从气液分离器分离出的饱和蒸汽，进入到辅压气机增压至冷凝压力，然后流入混合阀的第二入口。
本发明所述的多模式船舶主机余热利用系统的运行方法，当海水温度较高不足以将气态二氧化碳工质冷凝至饱和液体时，第一模式转换阀关闭连通工质泵入口的支路，冷凝器高温侧出口的气态二氧化碳被海水冷却后全部进入主压气机，此时系统的热力循环方式为超临界布雷顿动力循环，具体工作过程为：第一模式转换阀出口的二氧化碳全部进入主压气机中被压缩至系统最高运行压力，然后经过三通阀进入到回热器的低温侧吸收热量。回热器低温侧出口的二氧化碳工质再进入到气体加热器的低温侧，被依次流经气体加热器高温侧进口和出口的船舶主机废气进一步加热至系统最高温度，从气体加热器低温侧出口的二氧化碳工质一部分通过流量调节阀的一个出口进入到第一膨胀机膨胀至某一超临界压力，输出的机械功用于驱动发电机对外提供电能，然后进入高温热水器的高温侧，将低温侧的淡水加热，对外输出高温热能；另一部分二氧化碳通过流量调节阀的另一个出口进入到第二膨胀机，膨胀至与第一膨胀机出口相同的压力，输出的机械功用于驱动发电机对外提供电能，然后进入回热器的高温侧，向回热器低温侧的二氧化碳放出热量，温度降低的二氧化碳进入到低温热水器的高温侧，加热低温侧的热水，对外输出低温热能后流经第二模式转换阀，高温热水器和第二模式转换阀出口的二氧化碳工质分别流入混合阀的第一入口和第二入口进行混合，再进入冷凝器的高温侧被海水冷却，然后经过第一模式调节阀进入到主压气机的入口，完成整个热力过程。
当海水温度较低可以使气态工质冷凝至饱和液体时，第一模式转换阀关闭连通主压气机的支路，冷凝器高温侧出口的二氧化碳被低温侧的海水冷凝为液态后全部进入工质泵，此时系统的热力循环方式为跨临界动力循环，其具体工作过程为：第一模式转换阀出口的二氧化碳全部流入工质泵中被压缩至系统最高运行压力，然后经过三通阀进入到回热器的低温侧吸收热量，回热器低温侧出口的二氧化碳工质再进入到气体加热器的低温侧，被依次流经气体加热器高温侧进口和出口的船舶主机废气进一步加热至系统最高温度，从气体加热器低温侧出口的二氧化碳工质一部分通过流量调节阀的一个出口进入到第一膨胀机完全膨胀至冷凝压力，输出的机械功用于驱动发电机对外提供电能，然后进入高温热水器的高温侧，将低温侧的淡水加热，对外输出高温热能；另一部分二氧化碳通过流量调节阀的另一个出口进入到第二膨胀机，膨胀至喷射器所需的工作压力，输出的机械功用于驱动发电机对外提供电能，然后进入回热器的高温侧，向回热器低温侧的二氧化碳放出热量，温度降低的二氧化碳进入到低温热水器的高温侧，加热低温侧的热水，对外输出低温热能后流经第二模式转换阀。高温热水器和第二模式转化阀出口的二氧化碳工质分别流入混合阀的第一入口和第二入口进行混合，再进入冷凝器的高温侧被海水冷却，然后经过第一模式调节阀进入到工质泵的入口，完成整个热力过程。
有益效果：本发明中用环保的二氧化碳为单一工质，以船舶主机排出的废气为热源，通过调节模式转换阀，系统可在超临界布雷顿循环、跨临界朗肯循环和喷射制冷循环三种工作模式下进行转换和组合，将主机排出的废气余热转换为电能、热能和冷能。系统可根据船舶运行海域温度的变化情况和用户对能量的需求，灵活调整系统电能、冷能和热能输出量的大小和类型，即合理利用不同品位的能量，又实现余热利用系统不同种类输出能的解耦，达到了船舶主机节能减排；本发明采用双膨胀机并行工作，通过流量调节阀调节出口处工质的流量比例，既保证了系统能够对所产生的电能、热能和冷能进行数量调节，又能对膨胀机出口工质的能量进行梯级利用；本发明通过在喷射器入口处设置模式转换阀，可以使系统工作于冷热电联产模式或热电联产模式，达到余热利用系统输出能量类型变化的目的；本发明采用的二氧化碳工质与传统有机工质相比，可以减少系统部件的体积，提高系统的紧凑性。此外，二氧化碳安全性好，不可燃，无腐蚀性，化学性质稳定，对环境无污染，适合应用于船舶余热利用系统中，可提高船舶主机的热效率。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明超临界布雷顿动力循环时的结构示意图；
图3为本发明跨临界动力循环时的结构示意图；
图4为本发明跨临界动力和喷射制冷联合循环时的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步说明。
如图1所示，本发明公开的多模式船舶主机余热利用系统中，组成跨临界朗肯动力循环和超临界二氧化碳布雷顿循环的部件包括气体加热器1、流量调节阀2、第一膨胀机3、第二膨胀机4、发电机5、高温热水器6、混合阀7、冷凝器8、第一模式转换阀9、工质泵10、主压气机11、三通阀12、回热器13和低温热水器14；组成二氧化碳喷射制冷循环的部件包括第二模式转换器15、喷射器16、气液分离器17、辅压气机18、节流阀19、蒸发器20。
在跨临界朗肯动力循环和超临界布雷顿动力循环支路中，船舶主机的高温废气依次通过气体加热器1高温侧的入口和出口，气体加热器1的低温侧入口与回热器13的低温侧出口连通，气体加热器1的低温侧出口与流量调节阀2的入口连通，流量调节阀2 的第一出口与第一膨胀机3的入口连通，第一膨胀机3的出口与高温热水器6的高温侧入口连通，高温热水器6的高温侧出口与混合阀7的第一入口连通，流量调节阀2的第二出口与第二膨胀机4的入口连通，第二膨胀机4的出口与回热器13的高温侧入口连通，回热器13的高温侧出口与低温热水器14的高温侧入口连通，低温热水器14的高温侧出口与第二模式转换阀15的入口连通，第二模式转换阀15的第一出口与混合阀7 的第二入口连通，混合阀7的出口与冷凝器8的高温侧入口连通，冷凝器8的高温侧出口与第一模式转换阀9的入口处连通，第一模式转换阀9的一个出口与工质泵10的入口连通，工质泵10的出口与三通阀12的一个入口连通，第一模式转换阀9的另一个出口与主压气机11的入口连通，主压气机11的出口与三通阀12的另一个入口连通，三通阀12的出口与回热器13的低温侧入口连通。第一膨胀机3、第二膨胀机4和发电机通过齿轮箱连接。
在二氧化碳喷射制冷循环支路中，第二模式转换阀15的第二出口与喷射器16的工作流体入口连通，喷射器16的引射流入口与蒸发器20的低温侧出口连通，喷射器16 的出口与气液分离器17的入口连通，气液分离器17的液体出口与节流阀19的入口连通，节流阀19的出口与蒸发器20的低温侧进口连通，气液分离器17的气体出口与辅压气机18的入口连通，辅压气机18的出口和混合阀7的第二入口连通。
采用本发明的运行过程为：
当船舶行驶区域的海水温度较高(例如超过25℃)，海水不足以将冷凝器8中的气态二氧化碳工质冷凝至饱和液体时，第一模式转换阀9关闭连通工质泵10入口的支路，气态二氧化碳在冷凝器8高温侧被海水冷却后全部进入主压气机11，此时系统的热力循环方式为超临界布雷顿动力循环，余热利用系统对外输出热能和电能。通过调节流量调节阀2的开度，可以控制流入第一膨胀机3和第二膨胀机4的二氧化碳流量，从而达到调节高温热水器6和低温热水器14产生的高温热能和低温热能输出数量。
具体的，如图2所示，第一模式转换阀9出口的二氧化碳全部进入主压气机11中被压缩至系统最高运行压力16MPa，然后经过三通阀12进入到回热器13的低温侧吸收高温侧二氧化碳放出的热量。回热器13低温侧出口的二氧化碳工质再进入到气体加热器1的低温侧，被流经气体加热器1高温侧的船舶主机废气(温度为270℃)进一步加热至系统最高温度230℃。从气体加热器1低温侧出口的二氧化碳工质一部分通过流量调节阀2的一个出口进入到第一膨胀机3，完全膨胀至7.8MPa，输出的机械功用于驱动发电机5对外提供电能，然后进入高温热水器6的高温侧，将低温侧的淡水加热至90℃，对外输出高温热能；另一部分二氧化碳通过流量调节阀2的另一个出口进入到第二膨胀机4膨胀至7.4MPa，输出的机械功用于驱动发电机5对外提供电能，然后进入回热器 13的高温侧，向回热器13低温侧的二氧化碳放出热量，温度降低的二氧化碳进入到低温热水器14的高温侧，加热低温侧的热水至45℃，对外输出低温热能后流经第二模式转换阀15，高温热水器6和第二模式转换阀15出口的二氧化碳工质分别流入混合阀7 的第一入口和第二入口汇合后，再进入冷凝器8的高温侧被低温侧的海水冷却至35℃，然后经过第一模式调节阀9进入到主压气机11的入口，完成整个热力过程。
当海水温度较低(例如低于25℃)，可以使气态工质冷凝至饱和液体，且船舶不需要冷能供应时，第一模式转换阀9关闭连通主压气机11的支路，二氧化碳在冷凝器8 高温侧被低温侧的海水冷凝为液态后全部进入工质泵10；另外，第二模式转换阀15使从低温热水器14高温侧出口的二氧化碳全部流入混合阀7的第二入口。此时系统的热力循环方式为跨临界动力循环，余热利用系统对外输出热能和电能。通过调节流量调节阀2的开度，可以控制流入第一膨胀机3和第二膨胀机4的二氧化碳流量，从而达到调节高温热水器6和低温热水器14产生的高温热能和低温热能输出数量。
具体的，如图3所示，第一模式转换阀9出口的二氧化碳全部流入工质泵10中被压缩至系统最高运行压力13MPa，然后经过三通阀12进入到回热器13的低温侧吸收热量。回热器13低温侧出口的二氧化碳工质再进入到气体加热器1的低温侧，被依次流经气体加热器1高温侧进口和出口的船舶主机废气(温度为270℃)进一步加热至系统最高温度230℃。从气体加热器1低温侧出口的二氧化碳工质一部分通过流量调节阀2 的一个出口进入到第一膨胀机3中完全膨胀至冷凝压力5.73MPa，输出的机械功用于驱动发电机5对外提供电能，然后进入高温热水器6的高温侧，将低温侧的淡水加热至 90℃，对外输出高温热能；另一部分二氧化碳通过流量调节阀2的另一个出口进入到第二膨胀机4，膨胀至喷射器16所需的工作压力8.4MPa，输出的机械功用于驱动发电机 5对外提供电能，然后进入回热器13的高温侧，向回热器13低温侧的二氧化碳放出热量，温度降低的二氧化碳进入到低温热水器14的高温侧，加热低温侧的热水至45℃，对外输出低温热能后流经第二模式转换阀15，高温热水器6和第二模式转换阀15出口的二氧化碳工质分别流入混合阀7的第一入口和第二入口进行混合，再进入冷凝器8的高温侧被海水冷却，然后经过第一模式调节阀9进入到工质泵10的入口，完成整个热力过程。
当余热利用系统工作于跨临界朗肯动力循环，当船舶需要冷能时，第二模式转换阀 15使低温热水器14高温侧出口的二氧化碳全部流入喷射器16中，此时系统的热力循环方式为跨临界动力和喷射制冷联合循环，余热利用系统对外输出电能、热能和冷能。通过调节流量调节阀2的开度，可以控制流入第一膨胀机3和第二膨胀机4的二氧化碳流量，从而达到调节电能、热能和冷能输出数量的目的。
具体的，如图4所示，第一模式转换阀9出口的二氧化碳全部流入工质泵10中被压缩至系统最高运行压力13MPa，然后经三通阀12进入到回热器13的低温侧吸收热量。回热器13低温侧出口的二氧化碳工质再进入到气体加热器1的低温侧，被依次流经气体加热器1高温侧进口和出口的船舶主机废气(温度为270℃)进一步加热至系统最高温度230℃。从气体加热器1低温侧出口的二氧化碳工质一部分通过流量调节阀2的一个出口进入到第一膨胀机3中完全膨胀至冷凝压力5.73MPa，输出的机械功用于驱动发电机5对外提供电能，然后进入高温热水器6的高温侧，将低温侧的淡水加热至90℃，对外输出高温热能；另一部分二氧化碳通过流量调节阀2的另一个出口进入到第二膨胀机4，膨胀至喷射器16所需的工作压力8.4MPa，输出的机械功用于驱动发电机5对外提供电能，然后进入回热器13的高温侧，向回热器13低温侧的二氧化碳放出热量，温度降低的二氧化碳进入到低温热水器14的高温侧，加热低温侧的热水至45℃，对外输出低温热能。从低温热水器14高温侧出口的二氧化碳温度降至36℃，然后进入喷射器 16的喷嘴进行降压，形成低压区，把蒸发器20低温侧出口的饱和蒸汽引射入喷射器16 内。工质在喷射器16的出口处形成气液两相流，然后经气液分离器17分离，其中分离出的饱和液体作为制冷工质，经过节流阀19降至蒸发压力后进入到蒸发器20的低温侧，吸收高温侧空气的热量，将空气冷却至5℃从而对外输出冷能后再次回到喷射器16。从气液分离器17分离出的饱和二氧化碳蒸汽，进入到辅压气机18增压至冷凝压力；高温热水器6和辅压气机18出口的二氧化碳工质分别流入混合阀7的第一入口和第二入口进行混合，再进入冷凝器8的高温侧被海水冷却为饱和液体，然后经过第一模式调节阀 9进入到工质泵10的入口，完成整个热力过程。

Claims (6)

1.一种多模式船舶主机余热利用系统，其特征在于，包括气体加热器(1)、流量调节阀(2)、第一膨胀机(3)、第二膨胀机(4)、发电机(5)、高温热水器(6)、混合阀(7)、冷凝器(8)、第一模式转换阀(9)、工质泵(10)、主压气机(11)、三通阀(12)回热器(13)、低温热水器(14)、第二模式转换阀(15)、喷射器(16)、气液分离器(17)、辅压气机(18)、节流阀(19)和蒸发器(20)；所述气体加热器(1)的低温侧出口的一个支路依次连通第一膨胀机(3)和高温热水器(6)；所述高温热水器(6)的高温侧出口与混合阀(7)的第一入口连通，混合阀(7)的出口与冷凝器(8)的高温侧入口连通；所述冷凝器(8)的高温侧出口通过第一模式转换阀(9)分别连通工质泵(10)和主压气机(11)的入口；所述工质泵(10)和主压气机(11)的出口通过回热器(13)与气体加热器(1)连通；所述气体加热器(1)的低温侧出口的另一支路依次连通第二膨胀机(4)、回热器(13)和低温热水器(14)；所述低温热水器(14)的高温侧出口通过第二模式转换阀(15)分别连通喷射器(16)的入口和混合阀(7)的第二入口；所述喷射器(16)的出口连通气液分离器(17)入口；所述气液分离器(17)的液体出口支路依次通过节流阀(19)和蒸发器(20)连通喷射器(16)的引射流入口，气液分离器(17)的气体出口支路连通辅压气机(18)的入口，辅压气机(18)的出口与混合阀(7)的第二入口连通；所述第一膨胀机(3)和第二膨胀机(4)均与发电机(5)连接。
2.根据权利要求1所述的多模式船舶主机余热利用系统，其特征在于，所述气体加热器(1)的低温侧出口通过流量调节阀(2)分别连通第一膨胀机(3)和第二膨胀机(4)的入口。
3.根据权利要求1所述的多模式船舶主机余热利用系统，其特征在于，所述工质泵(10)和主压气机(11)的出口通过三通阀(12)连通回热器(13)低温侧的入口。
4.根据权利要求1所述的多模式船舶主机余热利用系统，其特征在于，所述第一膨胀机(3)、第二膨胀机(4)和发电机(5)通过齿轮箱连接。
5.采用如权利要求1所述的多模式船舶主机余热利用系统的运行方法，其特征在于，当船舶不需要冷能时，第二模式转换阀(15)使从低温热水器(14)高温侧出口的二氧化碳全部流入混合阀(7)的第二入口。
当船舶需要冷能时，第二模式转换阀(15)使低温热水器(14)高温侧出口的二氧化碳全部流入喷射器(16)中，从低温热水器(14)高温侧出口的二氧化碳温度降至喷射器(16)所需的工作范围，然后进入喷射器(16)的喷嘴进行降压，形成低压区，把蒸发器(20)低温侧出口的二氧化碳饱和蒸汽引射入喷射器(16)内，工质在喷射器(16)的出口处形成气液两相流，然后经气液分离器(17)分离，其中分离出的饱和液作为制冷工质，经过节流阀(19)降至蒸发压力后进入到蒸发器(20)的低温侧，吸收高温侧空气的热量使空气的温度降低，从而对外输出冷能后再次回到喷射器(16)。从气液分离器(17)分离出的饱和蒸汽，进入到辅压气机(18)增压至冷凝压力，然后流入混合阀(7)的第二入口。
6.采用如权利要求1所述的多模式船舶主机余热利用系统的运行方法，其特征在于，当海水温度较高不足以将气态二氧化碳工质冷凝至饱和液体时，第一模式转换阀(9)关闭连通工质泵(10)入口的支路，气态二氧化碳在冷凝器(8)的高温侧被海水冷却后全部进入主压气机(11)，形成超临界布雷顿动力循环，具体工作过程为：第一模式转换阀(9)出口的二氧化碳全部进入主压气机(11)中被压缩至系统最高运行压力，然后经过三通阀(12)进入回热器(13)的低温侧吸收热量，回热器(13)低温侧出口的二氧化碳工质再进入到气体加热器(1)的低温侧，被依次流经气体加热器(1)高温侧的船舶主机废气进一步加热至系统最高温度，从气体加热器(1)低温侧出口的二氧化碳工质一部分通过流量调节阀(2)的一个出口进入到第一膨胀机(3)膨胀至超临界压力，输出的机械功用于驱动发电机(5)对外提供电能，然后进入高温热水器(6)的高温侧，将低温侧的淡水加热，对外输出高温热能；另一部分二氧化碳通过流量调节阀(2)的另一个出口进入到第二膨胀机(4)，膨胀至与第一膨胀机(3)出口相同的压力，输出的机械功用于驱动发电机(5)对外提供电能，然后进入回热器(13)的高温侧，向回热器低温侧的二氧化碳放出热量，温度降低的二氧化碳进入到低温热水器(14)的高温侧，加热低温侧的热水，对外输出低温热能后流经第二模式转换阀(15)。高温热水器(6)和第二模式转换阀(15)出口的二氧化碳工质分别流入混合阀(7)的第一入口和第二入口进行混合，再进入冷凝器(8)的高温侧被海水冷却，然后经过第一模式调节阀(9)进入到主压气机(11)的入口，完成整个热力过程。
当海水温度较低可以使气态工质冷凝至饱和液体时，第一模式转换阀(9)关闭连通主压气机(11)的支路，进入到冷凝器(8)高温侧的二氧化碳被低温侧的海水冷凝为液态后全部进入工质泵(10)，此时系统的热力循环方式为跨临界动力循环，具体工作过程为：第一模式转换阀(9)出口的二氧化碳全部流入工质泵(10)中被压缩至系统最高压力，然后经过三通阀(12)进入到回热器(13)的低温侧吸收热量，回热器(13)低温侧出口的二氧化碳工质再进入到气体加热器(1)的低温侧，被气体加热器(1)高温侧的船舶主机废气进一步加热至系统最高温度，从气体加热器(1)低温侧出口的二氧化碳工质一部分通过流量调节阀(2)的一个出口进入到第一膨胀机(3)完全膨胀至冷凝压力，输出的机械功用于驱动发电机(5)对外提供电能，然后进入高温热水器(6)的高温侧，将低温侧的淡水加热，对外输出高温热能；另一部分二氧化碳通过流量调节阀(2)的另一个出口进入到第二膨胀机(4)，膨胀至喷射器(16)所需的工作压力，输出的机械功用于驱动发电机(5)对外提供电能，然后进入回热器(13)的高温侧，向回热器低温侧的二氧化碳放出热量，温度降低的二氧化碳进入到低温热水器(14)的高温侧，加热低温侧的热水，对外输出低温热能后流经第二模式转换阀(15)。高温热水器(6)和第二模式转换阀(15)出口的二氧化碳工质分别流入混合阀(7)的第一入口和第二入口进行混合，再进入冷凝器(8)的高温侧被海水冷却，然后经过第一模式调节阀(9)进入到工质泵(10)的入口，完成整个热力过程。
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