CN115164444A - 一种柴油机主机试车用冷却水的制冷系统 - Google Patents
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Abstract
一种柴油机主机试车用冷却水的制冷系统，引入以溴化锂溶液为工质的吸收式制冷机，利用试车时产生废气的余热，为主机循环冷却水提供制冷量；所述制冷系统包括发生器、第一热交换器、第二热交换器、溶液泵、吸收器、蒸发器和冷凝器；主机试车排出的高温废气输入发生器，加热稀溴化锂溶液，产生水蒸气和浓溴化锂溶液，水蒸气在冷凝器内被外部常温水冷却形成液态冷剂水，然后进入蒸发器，高温主机循环冷却水在蒸发器中将该液态冷剂水加热蒸发为气态冷剂水，而本身降温后返回柴油机主机作循环冷却用，同时气态冷剂水进入吸收器，与来自发生器的浓溴化锂溶液混合形成稀溴化锂溶液，再由溶液泵送回发生器。本发明充分利用了主机动车时产生的废热，节约了能源，提高了制冷效率。
Description
技术领域
本发明涉及船用柴油机的冷却水系统，具体涉及一种柴油机主机试车用冷却水的制冷系统，属于船用柴油机技术领域。
背景技术
船用柴油机制造厂为了满足市场的需求，必要时即使在温度高达39℃的室外环境下，也要全天进行主机试车。主机试车时所用冷却水的量很大，而且往往是循环使用的，刚刚从主机冷却水系统排出的高温水经过短暂接触室温后，又要立即进入主机的冷却水系统，这必将导致主机内的冷却水无法得到充分的冷却，从而引发主机的高温报警。
此外主机运行时，扫气空气对主机性能的影响较大。稳定且低温的扫气空气不仅能优化燃烧过程，而且能够使燃料完全燃烧，从而提高燃料的使用效率。因此提供稳定的低温新鲜空气，能够提高燃料燃烧效率和主机的性能。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种柴油机主机试车用冷却水的制冷系统，引入以溴化锂溶液为工质的吸收式制冷机，利用船用柴油机废气的余热，为主机提供冷却水的制冷量，既能有效提供低温的冷却水，又能充分利用主机动车时产生的废热，达到最大限度地节约能源，提高能源利用效率的效果。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种柴油机主机试车用冷却水的制冷系统，其特征在于：引入以溴化锂溶液为工质的吸收式制冷机，利用所述柴油机主机试车时产生废气的余热，为该柴油机主机提供冷却水的制冷量；所述的制冷系统包括：
发生器，容纳有溴化锂溶液且连接所述柴油机主机，以输入的该柴油机主机试车时排出的高温废气为热源，加热稀溴化锂溶液，产生水蒸气和浓溴化锂溶液；
冷凝器，输入外部常温水且连接所述发生器，来自该发生器的水蒸气与所述外部常温水进行热交换，冷凝成为液态冷剂水；
蒸发器，连接所述柴油机主机且输入高温的主机循环冷却水，该主机循环冷却水与来自所述冷凝器的液态冷剂水进行热交换，降低温度为低温的主机循环冷却水，而后返回所述柴油机主机作循环冷却用，同时所述液态冷剂水蒸发为气态冷剂水并流出；
第一热交换器，连接于所述冷凝器与蒸发器之间，来自所述冷凝器的液态冷剂水与来自所述蒸发器的气态冷剂水在该第一热交换器内进行热交换；
吸收器，输入外部常温水且连接所述第一热交换器，来自所述发生器的浓溴化锂溶液与来自该第一热交换器的气态冷剂水混合，稀释为稀溴化锂溶液并流出，所述外部常温水对该稀释过程释放的热量进行吸收和冷却；
第二热交换器，连接于所述发生器与吸收器之间，来自所述发生器的高温的浓溴化锂溶液与来自所述吸收器的低温的稀溴化锂溶液进行热交换；
溶液泵，一端连接所述吸收器，另一端通过所述第二热交换器连接所述发生器，将来自所述吸收器的稀溴化锂溶液打入所述第二热交换器，经过热交换升温后，再送入所述发生器，以实现所述溴化锂溶液的循环使用。
作为进一步改进，所述的制冷系统设置有如下参数监测点：
发生器监测点，用于检测产生的水蒸气的压力、所述发生器的进口处所述稀溴化锂溶液的流量和温度以及出口处所述浓溴化锂溶液的流量和温度；
蒸发器监测点，用于检测所述主机循环冷却水的总流量和进口温度；
发生器监测点，用于检测所述发生器的内部压力、出口处浓溴化锂溶液的温度和底部的浓溴化锂溶液的液位；
冷凝器监测点，用于检测所述冷凝器的内部压力、所述液态冷剂水的液位和所述外部常温水的流量及其进出口处的温度；
蒸发器监测点，用于检测所述蒸发器的内部压力、所述液态冷剂水的液位、进口处该液态冷剂水的温度和出口处所述气态冷剂水的温度；
吸收器监测点，用于检测所述吸收器的内部压力、底部所述浓溴化锂溶液的液位、入口处所述浓溴化锂溶液的温度和所述外部常温水的流量及其进出口处的温度；
溶液泵监测点，用于检测所述溶液泵的进出口压力。
作为进一步改进，所述的制冷系统设置有如下控制部位：所述发生器的温度控制、该发生器中所述水蒸气的蒸发量的控制和所述冷凝器的内部压力的控制。
作为进一步改进，所述的发生器、蒸发器、冷凝器、吸收器、第一热交换器和第二热交换器均为热交换装置。
作为进一步改进，所述的柴油机主机试车时排出的高温废气输入所述发生器，对稀溴化锂溶液进行加热，产生水蒸气和浓溴化锂溶液，该水蒸气进入所述冷凝器，被外部常温水冷却而形成液态冷剂水，然后进入所述蒸发器，来自所述柴油机主机的高温主机循环冷却水在该蒸发器中将所述液态冷剂水加热蒸发为气态冷剂水，而本身温度降低至设定值，之后返回所述柴油机主机作循环冷却用；同时所述气态冷剂水进入所述吸收器，与来自所述发生器的浓溴化锂溶液混合形成稀溴化锂溶液，再由所述溶液泵送回所述发生器，以实现溴化锂溶液的循环使用。
作为进一步改进，来自所述冷凝器的液态冷剂水与来自所述蒸发器的温度更低的气态冷剂水在所述第一热交换器内进行热交换，以进一步降温；来自所述发生器的高温浓溴化锂溶液与来自所述吸收器的低温稀溴化锂溶液在所述第二热交换器内进行热交换，从而提高所述制冷系统的制冷性能。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1)创新性地将吸收式制冷机引入船用柴油机中，提高了制冷效率，保证了低温冷却水的供应，为船用柴油机在室外高温条件下也能顺利进行动车创造了有利条件。
2)利用船用柴油机增压器排出的废气的余热，为主机冷却水提供制冷量，充分利用了主机动车时产生的废热，节约了能源，提高了能源利用效率。
3)选用无毒无爆炸危险的溴化锂溶液作为吸收式制冷机的工质，不仅充分满足了主机冷却水的制冷要求，而且达到了安全无害的效果。
4)在系统中设置了监控点和控制部位，确保了吸收式制冷系统能够根据需要稳定可靠的运行。
附图说明
图1为本发明的系统示意图。
图中，
1—发生器，2—第二热交换器，3—溶液泵，4—吸收器，5—蒸发器，6—第一热交换器，7—冷凝器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的优选实施例作详细说明，以求更为清楚地理解本发明的结构和功能原理，但不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明利用船用柴油机增压器排出的废气的余热，使用以溴化锂溶液作为工质的吸收式制冷机形成的制冷系统，为主机提供冷却水的制冷量。
请参阅图1，所述柴油机主机试车用冷却水的制冷系统引入吸收式制冷机，选用溴化锂溶液作为制冷工质，包括发生器1、第一热交换器6、第二热交换器2、溶液泵3、吸收器4、蒸发器5和冷凝器7。各设备中的压力是不同的，利用水在不同压力下蒸发温度不同的特性来实现水的蒸发液化，通过水蒸发吸热来提供冷量。
所述发生器1为一种热交换装置，利用输入的热源来加热该发生器1中的稀溴化锂溶液，这里输入的热源即为主机试车时增压器排出的高温废气的余热，使稀溴化锂溶液中的水分被蒸发出来，以产生水蒸气和浓溴化锂溶液，该水蒸气作为制冷剂再送入冷凝器，之后冷凝成为液态冷剂水。
所述冷凝器7为一种热交换装置，与所述发生器1相连。所述发生器1产生的水蒸气在所述冷凝器7内凝结为液态冷剂水，提供冷量的是输入的外部常温水，因该冷凝器7的内部压力很低，为真空状态，所以少量的外部常温水即可使高温的水蒸气冷凝，并且该外部常温水可循环使用。然后液态冷剂水经节流阀降低压力，最后送入所述蒸发器5。
所述蒸发器5为一种热交换装置，与所述冷凝器7通过第一热交换器6相连接，从该冷凝器7流出的液态冷剂水经过所述第一热交换器6进一步降温后流入所述蒸发器7。由柴油机主机流出的高温循环冷却水流入所述蒸发器5，其热量将液态冷剂水蒸发为水蒸气，即气态冷剂水，这一过程需要吸热而提供冷量，从而高温循环冷却水获取冷量降低自身温度，而后成为低温循环冷却水流出所述蒸发器5，回流进入柴油机主机供循环使用，为柴油机主机提供源源不断的冷量。在所述蒸发器5内由液态冷剂水蒸发产生的气态冷剂水的温度很低，经所述第一热交换器6后流至所述吸收器4。
所述第一热交换器6分别与所述冷凝器7、蒸发器5和吸收器4连接，来自所述冷凝器7的液态冷剂水与来自所述蒸发器5的温度更低的气态冷剂水在该第一热交换器6内进行热交换，以提高所述制冷系统整体的制冷性能系数。
所述吸收器4为一个配有换热管的大容量容器，与所述发生器1之间通过第二热交换器2相连接。所述发生器1产生的高温的浓溴化锂溶液首先流入所述第二热交换器2降温，而后流入所述吸收器4，同时从所述蒸发器5流出的气态冷剂水也流入该吸收器4，在所述吸收器4中被浓溴化锂溶液吸收，稀释成稀溴化锂溶液。需要注意这一稀释过程是发热的，所以需要由进入所述吸收器4的换热管中的外部常温水进行冷却，但所需的外部常温水的量很小，并且可以重复循环使用。
所述溶液泵3一端连接所述吸收器4，另一端通过所述第二热交换器2连接所述发生器1，将该吸收器4产生的稀溴化锂溶液打入所述第二热交换器2，在该第二热交换器2中与来自所述发生器1的高温浓溴化锂溶液进行热交换而升温，再送入所述发生器1，从而实现溴化锂溶液的循环使用。
所述第二热交换器2分别连接所述发生器1、吸收器4和第二热交换器2，用于来自所述发生器1的高温浓溴化锂溶液与来自所述吸收器4的低温稀溴化锂溶液进行热交换。
本发明的具体工作过程如下：
在发生器1中利用热源来加热稀溴化锂溶液，这里的热源即为主机试车时增压器后排出的废热，使稀溴化锂溶液中作为制冷剂的水蒸气被蒸发出来，再送入冷凝器7冷凝成为液体水(液态冷剂水)；然后液体水经节流阀降低压力，最后液体水在蒸发器5中蒸发为水蒸气(气态冷剂水)，这一过程需要吸热，从而提供冷量，此时从主机出来需要冷却的循环水流入蒸发器5，为液体水(液态冷剂水)蒸发提供热量同时温度降低至设定值，而后流出蒸发器5，返回进入主机作循环冷却用；而蒸发器5出来的水蒸气会再次被送入吸收器4，与从发生器1流入的浓溴化锂溶液混合，水蒸气(气态冷剂水)被吸收形成稀溴化锂溶液，再由溶液泵3将稀溴化锂溶液送到发生器1，从而实现溴化锂溶液的循环使用。为了提高制冷性能系数，来自冷凝器7的液态冷剂水与来自蒸发器5的温度更低的气态冷剂水在第一热交换器6内进行热交换；同理，来自发生器1的高温浓溴化锂溶液与来自吸收器4温度较低的稀溴化锂溶液在第二热交换器2内进行热交换。
需注意的是，水蒸气在所述冷凝器7内凝结为液态冷剂水的过程以及浓溴化锂溶液在所述吸收器4中吸收气态冷剂水稀释成稀溴化锂溶液的过程都会放热，因此需要输入外部常温水来进行冷却。经过计算，所需的外部常温水量仅为主机循环冷却水量的百分之一，并且外部常温水经过所述冷凝器7或吸收器4之后的温度升高仅为4℃左右，因而经过热交换之后出来的外部常温水只需经过静置冷却的方法使水温重新回到室外常温，即可重复使用。
与主机的循环冷却水相比，所消耗的外部常温水的量很少，几乎可以忽略不计。计算表明，对于循环冷却水需要量为450m3/h的双燃料主机，所述制冷系统仅需消耗6m3/h的常温水，就能满足将刚出空冷器的43℃的主机循环冷却水降温至15℃的需要。
为了根据所需制冷量实现操纵控制吸收式制冷机的工作，需要在所述制冷系统中设置参数监测点和控制部位，具体如下：
一、监测点——
(1)发生器1产生的水蒸气的压力、进口处稀溴化锂溶液的流量和温度以及出口处浓溴化锂溶液的流量和温度；
(2)蒸发器5中主机循环冷却水的总进口温度和总流量；
(3)发生器1出口的浓溴化锂溶液的温度、底部空间的液位和发生器1内的压力；
(4)冷凝器7内压力及液态冷剂水的液位、外部常温水的流量及其进出口处的温度；
(5)蒸发器5内压力及液态冷剂水的液位、进口处液态冷剂水的温度和出口处气态冷剂水的温度；
(6)吸收器4内压力及其底部浓溴化锂溶液的液位、入口处浓溴化锂溶液的温度、外部常温水的流量及其进出口处的温度；
(7)溶液泵3的进出口压力。
二、控制部位——
(1)发生器1温度的控制；
(2)发生器1中水蒸气蒸发量的控制；
(3)冷凝器7内压力的控制。
上述仅为本发明的优选实施例，必须指出的是，所属领域的技术人员凡依本发明申请内容所作的各种等效修改、变化与修正，都应成为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种柴油机主机试车用冷却水的制冷系统，其特征在于：引入以溴化锂溶液为工质的吸收式制冷机，利用所述柴油机主机试车时产生废气的余热，为该柴油机主机提供冷却水的制冷量；所述的制冷系统包括：
发生器，容纳有溴化锂溶液且连接所述柴油机主机，以输入的该柴油机主机试车时排出的高温废气为热源，加热稀溴化锂溶液，产生水蒸气和浓溴化锂溶液；
冷凝器，输入外部常温水且连接所述发生器，来自该发生器的水蒸气与所述外部常温水进行热交换，冷凝成为液态冷剂水；
蒸发器，连接所述柴油机主机且输入高温的主机循环冷却水，该主机循环冷却水与来自所述冷凝器的液态冷剂水进行热交换，降低温度为低温的主机循环冷却水，而后返回所述柴油机主机作循环冷却用，同时所述液态冷剂水蒸发为气态冷剂水并流出；
第一热交换器，连接于所述冷凝器与蒸发器之间，来自所述冷凝器的液态冷剂水与来自所述蒸发器的气态冷剂水在该第一热交换器内进行热交换；
吸收器，输入外部常温水且连接所述第一热交换器，来自所述发生器的浓溴化锂溶液与来自该第一热交换器的气态冷剂水混合，稀释为稀溴化锂溶液并流出，所述外部常温水对该稀释过程释放的热量进行吸收和冷却；
第二热交换器，连接于所述发生器与吸收器之间，来自所述发生器的高温的浓溴化锂溶液与来自所述吸收器的低温的稀溴化锂溶液进行热交换；
溶液泵，一端连接所述吸收器，另一端通过所述第二热交换器连接所述发生器，将来自所述吸收器的稀溴化锂溶液打入所述第二热交换器，经过热交换升温后，再送入所述发生器，以实现所述溴化锂溶液的循环使用。
2.根据权利要求1所述的柴油机主机试车用冷却水的制冷系统，其特征在于：所述的制冷系统设置有如下参数监测点：
发生器监测点，用于检测产生的水蒸气的压力、所述发生器的进口处所述稀溴化锂溶液的流量和温度以及出口处所述浓溴化锂溶液的流量和温度；
蒸发器监测点，用于检测所述主机循环冷却水的总流量和进口温度；
发生器监测点，用于检测所述发生器的内部压力、出口处浓溴化锂溶液的温度和底部的浓溴化锂溶液的液位；
冷凝器监测点，用于检测所述冷凝器的内部压力、所述液态冷剂水的液位和所述外部常温水的流量及其进出口处的温度；
蒸发器监测点，用于检测所述蒸发器的内部压力、所述液态冷剂水的液位、进口处该液态冷剂水的温度和出口处所述气态冷剂水的温度；
吸收器监测点，用于检测所述吸收器的内部压力、底部所述浓溴化锂溶液的液位、入口处所述浓溴化锂溶液的温度和所述外部常温水的流量及其进出口处的温度；
溶液泵监测点，用于检测所述溶液泵的进出口压力。
3.根据权利要求1所述的柴油机主机试车用冷却水的制冷系统，其特征在于：所述的制冷系统设置有如下控制部位：所述发生器的温度控制、该发生器中所述水蒸气的蒸发量的控制和所述冷凝器的内部压力的控制。
4.根据权利要求1所述的柴油机主机试车用冷却水的制冷系统，其特征在于：所述的发生器、蒸发器、冷凝器、吸收器、第一热交换器和第二热交换器均为热交换装置。
5.根据权利要求1所述的柴油机主机试车用冷却水的制冷系统，其特征在于：所述的柴油机主机试车时排出的高温废气输入所述发生器，对稀溴化锂溶液进行加热，产生水蒸气和浓溴化锂溶液，该水蒸气进入所述冷凝器，被外部常温水冷却而形成液态冷剂水，然后进入所述蒸发器，来自所述柴油机主机的高温主机循环冷却水在该蒸发器中将所述液态冷剂水加热蒸发为气态冷剂水，而本身温度降低至设定值，之后返回所述柴油机主机作循环冷却用；同时所述气态冷剂水进入所述吸收器，与来自所述发生器的浓溴化锂溶液混合形成稀溴化锂溶液，再由所述溶液泵送回所述发生器，以实现溴化锂溶液的循环使用。
6.根据权利要求5所述的柴油机主机试车用冷却水的制冷系统，其特征在于：来自所述冷凝器的液态冷剂水与来自所述蒸发器的温度更低的气态冷剂水在所述第一热交换器内进行热交换，以进一步降温；来自所述发生器的高温浓溴化锂溶液与来自所述吸收器的低温稀溴化锂溶液在所述第二热交换器内进行热交换，从而提高所述制冷系统的制冷性能。
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