CN113565595A - 一种船舶废热回收装置及回收方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种船舶废热回收装置，包括：第一换热器，连接船舶废气排放管；第二换热器，与第一换热器连接；压缩机，连接第一换热器和第二换热器，第一换热器、压缩机和第二换热器依次构成冷媒回路；蓄热装置，与第二换热器连接；第一循环泵，连接蓄热装置和第二换热器，第二换热器、第一循环泵和蓄热装置依次构成第一介质回路；风机组件，连接船舶废气排放管；发电机，与风机组件连接，发电机能够在风机组件的驱动下发电；发电机与压缩机电连接，发电机与第一循环泵电连接，应用上述船舶废热回收装置能够充分回收废气当中的热量。

Description

一种船舶废热回收装置及回收方法
技术领域
本发明涉及船舶设备领域，特别涉及一种船舶废热回收装置及回收方法。
背景技术
现有的水面舰艇，大都采用通过燃烧燃料将燃料的化学能转化为机械能的方式驱动舰艇前进，因而需要采用内燃机或外燃机作为动力装置，而燃料在燃烧过程当中，会产生温度很高的废气，将废气直接排放到环境当中，不但会造成能源浪费，还会造成环境污染，特别对于军用舰艇来说，直接排放废气还会增加舰艇的红外特征，使得舰艇容易被探测设备探测到。
为此，现有技术提出一种燃气废热回收方法，利用高温废气驱动涡轮带动发电机发电，达到废热回收的目的；但这种方式处理后的废气，仍然带有较多热量，无法充分回收，使得最终排出的废气仍然会高于环境温度。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种船舶废热回收装置，能够充分回收废气当中的热量。
本发明的船舶废热回收装置，包括：第一换热器，连接船舶废气排放管；第二换热器，与第一换热器连接；压缩机，连接第一换热器和第二换热器，第一换热器、压缩机和第二换热器依次构成冷媒回路；蓄热装置，与第二换热器连接；第一循环泵，连接蓄热装置和第二换热器，第二换热器、第一循环泵和蓄热装置依次构成第一介质回路；风机组件，连接船舶废气排放管；发电机，与风机组件连接，发电机能够在风机组件的驱动下发电；发电机与压缩机电连接，发电机与第一循环泵电连接。
根据本发明的一些实施例，风机组件与第一换热器串联，风机组件设置在第一换热器的上游。
根据本发明的一些实施例，风机组件包括蜗壳和离心风轮，蜗壳的进风部连接船舶废气排放管，蜗壳的出风部连接第一换热器，离心风轮设置在蜗壳当中并与发电机连接，离心风轮的进风侧朝向进风部，离心风轮的出风侧朝向出风部。
根据本发明的一些实施例，船舶废热回收装置还包括主控模块，主控模块与发电机电连接，主控模块与压缩机、第一循环泵电连接。
根据本发明的一些实施例，船舶废热回收装置还包括：第三换热器，与第二换热器连接；第二循环泵，连接第二换热器和第三换热器，第二换热器、第二循环泵和第三换热器依次构成第二介质回路。
根据本发明的一些实施例，发电机与第二循环泵电连接。
根据本发明的一些实施例，第三换热器包括水箱和设置在水箱当中的盘管组件，蓄热装置、第二循环泵和盘管组件依次构成第二介质回路。
本发明还提供一种船舶废热回收方法，运用上述船舶废热回收装置，包括如下步骤：储热步骤，开启压缩机和第一循环泵，使得船舶废气排放管中废气的热量，通过冷媒回路传递到第一换热器上，然后通过第一介质回路传递至蓄热装置当中储存；供能步骤，船舶废气排放管中的废气通过风机组件，使得风机组件带动发电机发电，为压缩机和第一循环泵供电。
根据本发明的一些实施例，船舶废气排放管中的废气依次通过风机组件和第一换热器后排出。
应用上述船舶废热回收装置，在船舶航行过程当中，可以开启压缩机和第一循环泵，使得船舶废气通过第一换热器，使得第一换热器、压缩机和第二换热器依次构成的冷媒回路将第一换热器吸收的废气热量传递至第二换热器，然后通过第二换热器、第一循环泵和蓄热装置依次构成的第一介质回路将热量传递至蓄热装置并储存；通过冷媒系统传递热量，能够使得废气当中的热量被充分吸收，有效提高了废热回收率，降低了废气排放温度，使得废气可以在降低到室温甚至低于室温后排放；另外，废气通过风机组件带动发电机发电，为压缩机和第一循环泵供电，使得整套船舶废热回收装置可以根据船舶结构的需要灵活安装在排放系统附近，无需连接船舶的供电系统，便于整套船舶废热回收装置安装。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明实施例中船舶废热回收装置的系统示意图；
图2为本发明实施例中风机组件和发电机的正视图；
图3为图2中A-A向的剖视图；
上述附图包含以下附图标记。
标号 名称
110 风机组件
111 进风部
112 出风部
113 离心风轮
120 发电机
130 主控模块
210 第一换热器
220 压缩机
230 第二换热器
240 第一循环泵
250 蓄热装置
260 第二循环泵
270 第三换热器
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个及两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
参照图1至图3，本实施例的船舶废热回收装置，包括：第一换热器210，连接船舶废气排放管；第二换热器230，与第一换热器210连接；压缩机220，连接第一换热器210和第二换热器230，第一换热器210、压缩机220和第二换热器230依次构成冷媒回路；蓄热装置250，与第二换热器230连接；第一循环泵240，连接蓄热装置250和第二换热器230，第二换热器230、第一循环泵240和蓄热装置250依次构成第一介质回路；风机组件110，连接船舶废气排放管；发电机120，与风机组件110连接，发电机120能够在风机组件110的驱动下发电；发电机120与压缩机220电连接，发电机120与第一循环泵240电连接。
应用上述船舶废热回收装置，在船舶航行过程当中，可以开启压缩机220和第一循环泵240，使得船舶废气通过第一换热器210，使得第一换热器210、压缩机220和第二换热器230依次构成的冷媒回路将第一换热器210吸收的废气热量传递至第二换热器230，然后通过第二换热器230、第一循环泵240和蓄热装置250依次构成的第一介质回路将热量传递至蓄热装置250并储存；通过冷媒系统传递热量，能够使得废气当中的热量被充分吸收，有效提高了废热回收率，降低了废气排放温度，使得废气可以在降低到室温甚至低于室温后排放；另外，废气通过风机组件110带动发电机120发电，为压缩机220和第一循环泵240供电，使得整套船舶废热回收装置可以根据船舶结构的需要灵活安装在排放系统附近，无需连接船舶的供电系统，便于整套船舶废热回收装置安装。
值得注意的是，在图1当中，各部件之间连接的实线用来表示废气、冷媒以及介质等实体物质流动的路径，而虚线表示电连接路径。
在本实施例当中，蓄热装置250能够通过多种方式储存热量，例如采用现有技术当中广泛运用的化学蓄热装置250或者相变蓄热装置250等。
如图1所示，在收集废热的过程当中，第一换热器210在整个冷媒回路当中充当了蒸发器的作用，第二换热器230在整个冷媒回路当中充当了冷凝器的作用，在设备运行过程当中，第一换热器210吸收了废气当中的热量，热量从冷媒回路通过第一介质回路将热量传递至蓄热装置250，由于冷媒回路的存在，无论即使废气的能源品味较低也能够充分将废气当中的热能回收，降低废气的温度。
如图1所示，风机组件110与第一换热器210串联，风机组件110设置在第一换热器210的上游；此时，能源品味较高的废气先进入风机组件110，带动发电机120发电后变为能源品味较低的废气，而后能源品味较低的废气再进入第一换热器210，做到废热充分回收的同时，有效防止废气温度过高，导致第一换热器210和第二换热器230温差过大，从而出现冷媒回路系统压力过高的情况出现。
如图2、图3所示，风机组件110包括蜗壳和离心风轮113，蜗壳的进风部111连接船舶废气排放管，蜗壳的出风部112连接第一换热器210，离心风轮113设置在蜗壳当中并与发电机120连接，离心风轮113的进风侧朝向进风部111，离心风轮113的出风侧朝向出风部112；此时，高温废气进入蜗壳后，带动离心风轮113转动，使得离心风轮113能够带动发电机120发电。
如图1所示，船舶废热回收装置主控模块130，主控模块130与发电机120电连接，主控模块130与压缩机220、第一循环泵240电连接；此时，主控模块130可以根据现场环境，控制压缩机220和第一循环泵240的启停，此时还可以在冷媒回路当中采用变频压缩机220，并采用变频水泵充当第一循环泵240，由主控模块130根据废气的进气温度和排气温度调整压缩机220和第一循环泵240的工作频率。
其中，主控模块130包括控制单元和电池单元，控制单元与电池单元电连接；废气温度较高，当发电机120的供电量大于压缩机220和第一循环泵240的用电量时，可以用电池单元将多余的电能储存起来，此时发电机120同时为电池单元和压缩机220、第一循环泵240等负载供电；当废气温度较低，发电机120发电效率不高时，可以停止发电机120运转，使得废气仅通过第一换热器210换热，同时用电池单元为压缩机220和第一循环泵240供电，保证系统正常运转；当废气压力较低，难以进入第一换热器210换热时，也可以通过电池带动发电机120转动，此时发电机120变为电动机，带动离心风轮113转动，为废气主动增压；也即，电池单元可以在废气温度过高或者过低时起到调峰的作用。
如图1所示，船舶废热回收装置还包括：第三换热器270，与第二换热器230连接；第二循环泵260，连接第二换热器230和第三换热器270，第二换热器230、第二循环泵260和第三换热器270依次构成第二介质回路；当需要利用蓄热装置250当中储存的热量时，只需开启第二循环泵260，使得蓄热装置250当中的热量通过第二介质回路传递至第三换热器270释放，例如可以驱动水轮发电机120发电，或者可以进入盘管组件烧水等。
如图1所示，发电机120与第二循环泵260电连接；此时第二循环泵260也可以可选择的通过电池或者发电机120供电。
具体地，当需要采用蓄热装置250中的热量烧水时，第三换热器270包括水箱和设置在水箱当中的盘管组件，蓄热装置250、第二循环泵260和盘管组件依次构成第二介质回路；此时，第二介质回路能够将热量从蓄热装置250传递至盘管组件，使得盘管组件能够加热水箱当中的水；此时水箱当中的水可以充当生活用水，也可以与其他加热设备一起将水加热至沸腾，产生水蒸气，供应到船舶上的蒸汽弹射装置等设备使用。
本实施例还提供一种船舶废热回收方法，运用上述船舶废热回收装置，包括如下步骤：
储热步骤，开启压缩机220和第一循环泵240，使得船舶废气排放管中废气的热量，通过冷媒回路传递到第一换热器210上，然后通过第一介质回路传递至蓄热装置250当中储存；
供能步骤，船舶废气排放管中的废气通过风机组件110，使得风机组件110带动发电机120发电，为压缩机220和第一循环泵240供电。
在上述方法当中，船舶废气排放管中的废气依次通过风机组件110和第一换热器210后排出。
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.一种船舶废热回收装置，其特征在于，包括：
第一换热器(210)，连接船舶废气排放管；
第二换热器(230)，与所述第一换热器(210)连接；
压缩机(220)，连接所述第一换热器(210)和所述第二换热器(230)，所述第一换热器(210)、所述压缩机(220)和所述第二换热器(230)依次构成冷媒回路；
蓄热装置(250)，与所述第二换热器(230)连接；
第一循环泵(240)，连接所述蓄热装置(250)和所述第二换热器(230)，所述第二换热器(230)、所述第一循环泵(240)和所述蓄热装置(250)依次构成第一介质回路；
风机组件(110)，连接船舶废气排放管；
发电机(120)，与所述风机组件(110)连接，所述发电机(120)能够在所述风机组件(110)的驱动下发电；
所述发电机(120)与所述压缩机(220)电连接，所述发电机(120)与所述第一循环泵(240)电连接。
2.根据权利要求1所述的船舶废热回收装置，其特征在于，所述风机组件(110)与所述第一换热器(210)串联，所述风机组件(110)设置在所述第一换热器(210)的上游。
3.根据权利要求2所述的船舶废热回收装置，其特征在于，所述风机组件(110)包括蜗壳和离心风轮(113)，所述蜗壳的进风部(111)连接所述船舶废气排放管，所述蜗壳的出风部(112)连接所述第一换热器(210)，所述离心风轮(113)设置在所述蜗壳当中并与所述发电机(120)连接，所述离心风轮(113)的进风侧朝向所述进风部(111)，所述离心风轮(113)的出风侧朝向所述出风部(112)。
4.根据权利要求1所述的船舶废热回收装置，其特征在于，还包括主控模块(130)，所述主控模块(130)与所述发电机(120)电连接，所述主控模块(130)与所述压缩机(220)、所述第一循环泵(240)电连接。
5.根据权利要求4所述的船舶废热回收装置，其特征在于，所述主控模块(130)包括控制单元和电池单元，所述控制单元与所述电池单元电连接。
6.根据权利要求1所述的船舶废热回收装置，其特征在于，还包括：
第三换热器(270)，与所述第二换热器(230)连接；
第二循环泵(260)，连接所述第二换热器(230)和所述第三换热器(270)，所述第二换热器(230)、所述第二循环泵(260)和所述第三换热器(270)依次构成第二介质回路。
7.根据权利要求6所述的船舶废热回收装置，其特征在于，所述发电机(120)与所述第二循环泵(260)电连接。
8.根据权利要求6所述的船舶废热回收装置，其特征在于，所述第三换热器(270)包括水箱和设置在水箱当中的盘管组件，所述蓄热装置(250)、所述第二循环泵(260)和所述盘管组件依次构成所述第二介质回路。
9.一种船舶废热回收方法，运用权利要求1所述的船舶废热回收装置，其特征在于，包括如下步骤：
储热步骤，开启压缩机(220)和第一循环泵(240)，使得船舶废气排放管中废气的热量，通过冷媒回路传递到第一换热器(210)上，然后通过第一介质回路传递至蓄热装置(250)当中储存；
供能步骤，船舶废气排放管中的废气通过风机组件(110)，使得风机组件(110)带动发电机(120)发电，为压缩机(220)和第一循环泵(240)供电。
10.根据权利要求9所述的船舶废热回收方法，其特征在于，船舶废气排放管中的废气依次通过风机组件(110)和第一换热器(210)后排出。
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