CN208360469U - 船舶冷能热能综合利用系统 - Google Patents

Abstract

一种船舶冷能热能综合利用系统，包括储液箱、过滤器、动力泵、三通分流阀、第一换热器、第二换热器和电加热器；三通分流阀设置的第一输出端、第一换热器设置的第一流体通道、电加热器、第二换热器设置的第一流体通道和储液箱依次串联；三通分流阀设置的第二输出端、第二换热器设置的第一流体通道和储液箱依次串联；第二换热器设置的第二流体通道与供能管路串联。船舶冷能热能综合利用系统能够通过换热介质循环回路，将动力装置工作产生并传递到冷却管路中冷却液内的热能，传递给供能管路中的低温液化气体，使动力装置工作产生的热能，利用到低温液化气体的气化，避免热能浪费；同时低温液化气体的冷能，能够降低冷却液的温度，以便进一步对动力装置进行冷却，保证动力装置工作稳定，避免了冷能的浪费。

Description

船舶冷能热能综合利用系统

技术领域

本实用新型属于船舶设备领域，尤其涉及一种船舶冷能热能综合利用系统。

背景技术

现今有些船舶采用低温液化气体作为燃料，以便满足越来越严格IMO的燃气排放要求。低温液化气体为了满足发动机的要求，必须要把低温液化气体加热到零摄氏度以上才可以使用。

而现在通常采用的是就地取材的方法，也就是通过船舶航行的水道进行采水，通过换热器将采集的水与低温液化气体进行热交换，实现对低温液化气体的加热升温，以便使低温液化气体气化，达到发动机对气体的使用要求。而这种方法的结果就是造成了低温液化气体的冷能浪费，且通过水进行换热时，很容易使作为换热介质的水结冰，在长时间运作后，水流动的管路被冰逐渐封堵，水流的速度降低，换热速度减慢，低温液化气体的加热升温效果不佳，并且水结冰也容易使船舶的管路损坏，不易维修，增加设备使用和维护的成本。另外，船舶中各个动力装置运行时会发热，为了避免动力装置过热损坏，需要利用冷却水进行冷却，使动力装置运行时发热产生的热能，也被冷却水释放到大气中，造成了热能的浪费。

实用新型内容

本实用新型针对上述的现有技术的技术问题，提出一种能够充分利用船舶运行时的冷能和热能的船舶冷能热能综合利用系统。

为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种船舶冷能热能综合利用系统，用于将船舶中动力装置产生的热能与供能管路中流通的低温液化气体的冷能进行热交换；

包括储液箱、过滤器、动力泵、三通分流阀、第一换热器、第二换热器和电加热器；

所述储液箱中存储有换热介质；

所述储液箱、动力泵和三通分流阀设置的输入端串联，用以使动力泵将储液箱中的换热介质泵送到三通分流阀设置的输入端中；

所述过滤器串联在储液箱和动力泵之间，用以对离开储液箱的换热介质进行过滤；

所述三通分流阀设置的第一输出端、第一换热器设置的第一流体通道、电加热器、第二换热器设置的第一流体通道和储液箱依次串联，形成闭合的液体回路；

所述三通分流阀设置的第二输出端、第二换热器设置的第一流体通道和储液箱依次串联，形成闭合的液体回路；

所述第一换热器设置的第二流体通道串联在所述动力装置设置的冷却管路中，用以使动力装置产生的热能通过冷却管路中流通的冷却液传递到第一换热器中；

所述第二换热器设置的第二流体通道与供能管路串联，用以使低温液化气体流入第二换热器进行热交换。

作为优选，进一步包括控制器，所述第一换热器设置的第一流体通道与电加热器之间连接有第一温度传感器，所述第一温度传感器和电加热器都与控制器电连接，用以使控制器通过第一温度传感器检测到的温度控制电加热器；

所述第二换热器中第二流体通道的输出端连接有第二温度传感器，所述第二温度传感器和三通分流阀都与控制器电连接，用以使控制器通过第二温度传感器检测到的温度控制三通分流阀的开度。

作为优选，所述第二换热器自下而上串联多个，相邻第二换热器的第一流体通道相互串联，第二流体通道相互串联；

位于底端的第二换热器与三通分流阀和电加热器相连。

作为优选，所述第一换热器并联有多个，第一换热器的第一流体通道并联后，串联在三通分流阀设置的第一输出端和电加热器之间；所述第一换热器的第二流体通道并联后，串联在动力装置设置的冷却管路上。

与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果在于：

1、船舶冷能热能综合利用系统能够通过储液箱、第一换热器和第二换热器组成的换热介质循环回路，将动力装置工作产生并传递到冷却管路中冷却液内的热能，传递给供能管路中的低温液化气体，使动力装置工作产生的热能，利用到低温液化气体的气化，避免热能浪费；同时低温液化气体的冷能，能够降低冷却液的温度，以便进一步对动力装置进行冷却，保证动力装置工作稳定，避免了冷能的浪费。

2、三通分流阀能够将换热介质分为两路，其中一路吸收动力装置传递到冷却液中的热能，从而对输送到第二换热器中的换热介质进行温度调节，适应低温液化气体不同的气化作业要求。第一换热器串联有电加热器，能够在动力装置的冷却液热能不足时，增加换热介质的热量，提高换热介质温度调节范围的高值，进一步提高对低温液化气体不同的气化作业要求的适应性。动力泵设置在三通分流阀之前，能够向三通分流阀内泵送换热介质，使流入三通分流阀的换热介质流速较快，从而通过三通分流阀的换热介质流速依然较快，三通分流阀对换热介质的流动阻挡作用较小，保证换热介质循环管路的循环速度，从而提高热能冷能的换热效率，进一步减少热能和冷能的浪费。

3、电加热器和三通分流阀均根据温度传感器检测到的温度，在控制器的控制下运行，通过温度调节三通分流阀和/或电加热器，自动调节换热介质的温度，适应低温液化气体液化后不同的温度要求。

4、第二换热器串联多个，能够增加低温液化气体与换热介质热交换的面积，使热交换充分，冷能和热能利用充分。同时第二换热器竖直设置，使低温液化气体和换热介质都自下而上移动，气化出的气体能够直接上升，避免其回到液态气体中，使气化作业流畅进行；换热介质中的热能自然上升，与上升的低温液化气体进一步充分接触，进一步增强冷热交换，提高气化作业的效率。第一换热器并联多个，能够使换热介质能够更加充分的与冷却液进行接触，提高热能的利用率，同时在船舶在运行期间，能够做一备一用，避免换热器的损坏影响船舶系统的正常运行。

附图说明

图1船舶冷能热能综合利用系统的结构示意图；

以上各图中：1、动力装置；2、供能管路；3、储液箱；4、过滤器；5、动力泵；6、三通分流阀；6.1、输入端；6.2、第一输出端；6.3、第二输出端；7、第一换热器；8、第二换热器；9、电加热器；10、冷却管路；11、第一温度传感器；12、第二温度传感器。

具体实施方式

下面，通过示例性的实施方式对本实用新型进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“上”、“下”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1所示，船舶冷能热能综合利用系统，用于将船舶中动力装置1产生的热能与供能管路2中流通的低温液化气体的冷能进行热交换，使动力装置1产生的热能能够利用到低温液化气体的加热汽化，同时低温液化气体的冷能能够利用到动力装置1的冷却降温。

船舶冷能热能综合利用系统包括储液箱3、过滤器4、动力泵5、三通分流阀6、第一换热器7、第二换热器8和电加热器9。

储液箱3中存储有能够流动的换热介质，储液箱3、动力泵5和三通分流阀6设置的输入端6.1串联，过滤器4串联在储液箱3和动力泵5之间。

三通分流阀6设置的第一输出端6.2、第一换热器7设置的第一流体通道、电加热器7、第二换热器8设置的第一流体通道和储液箱3依次串联，形成闭合的液体回路。

三通分流阀6设置的第二输出端6.3、第二换热器8设置的第一流体通道和储液箱3依次串联，形成闭合的液体回路。

第一换热器7设置的第二流体通道串联在动力装置1设置的冷却管路10中，第二换热器8设置的第二流体通道与供能管路2串联。

系统运行时，动力泵5将储液箱3中的换热介质泵出，通过过滤器4过滤后，输送到三通分流阀6的输入端6.1中。三通分流阀6将送入的换热介质分为两路，第一路换热介质通过第一输出端6.2送入到第一换热器7的第一流体通道，再经过电加热体7内设置的管路，接着流过第二换热器8设置的第一流体通道，回到储液箱3中；第二路换热介质通过第二输出端6.3送入到第二换热器8设置的第一流体通道，然后回到储液箱3中。

动力装置1运行产生的热能，通过热交换传递到冷却管路10的冷却液中，冷却液流入串联在冷却管路10中的第一换热器7设置的第二流体通道中，使冷却液中的热能通过热交换传递到第一换热器7中第一流体通道内的冷却介质中，使冷却液降温，第一换热器中冷却介质升温。

降温的冷却液回到动力装置1，再次吸收动力装置1工作产生的热能，为动力装置1降温，防止动力装置1过热，保证动力装置1长时间稳定运行。

第一换热器中升温的冷却介质，流入到第二换热器8中的第一流体通道中。低温液化气体通过供能管路2流入到第二换热器8的第二流体通道中，与第二换热器8中第一流体通道内的换热介质进行热交换，使低温液化气体升温加热，换热介质降温。

升温加热的低温液化气体变成气态，继续沿供能管路2流动，输入到动力装置1中，作为动力装置1运行的燃料。降温的换热介质回到储液箱3中，以便再次被动力泵5并送出，形成循环。

由于低温液化气体的温度极低，与其进行热交换的换热介质，采用乙二醇和水的混合溶液等冰点低于水的流体，能够进一步避免与温度极低的低温液化气体热交换时，发生结冰现象，防止结冰阻碍或阻塞换热介质流动，从而保证换热介质的正常循环，保证系统运行的换热效率。

第一路换热介质被冷却管路10的冷却液加热升温，然后与温度比其更低的第二路换热介质混合后，进入到第二换热器8中的第一流体通道中，与低温液化气体进行热交换。

通过调节三通分流阀6的开度，调节分配到第一输出端6.2和第二输出端6.3的换热介质比例，从而调节第一路换热介质的流量和第二路换热介质的流量。根据流量不同、温度不同的两路换热介质的混合，调节进入到第二换热器8中第一流体通道内换热介质的温度，从而满足低温液化气体不同的升温要求。

通过调节三通分流阀6的开度，当第二输出端6.3完全封闭，全部换热介质分配到第一输出端6.2送到第一换热器7内进行热交换。若此时热交换后的换热介质无法满足低温液化气体较高的升温要求时，启动电加热器9，通过电能对换热介质进行加热，进一步提高换热介质的温度，提高换热介质温度调节范围的最大值，满足低温液化气体较高的升温要求。

船舶冷能热能综合利用系统进一步包括控制器，第一换热器7设置的第一流体通道与电加热器9之间连接有第一温度传感器11，第一温度传感器11和电加热器9都与控制器电连接，第一温度传感器11检测与冷却液热交换后第一路换热介质的温度，当温度低于控制器内的第一设定温度时，控制器控制电加热器9加热，提高第一路换热介质的温度，满足低温液化气体更高的加热升温要求。

第二换热器8中第二流体通道的输出端连接有第二温度传感器12，第二温度传感器12和三通分流阀6都与控制器电连接。三通分流阀6设置有能够调节阀芯开度的行程电子式电动执行机构，第二温度传感器12检测低温液化气体升温后气体的温度，当气体温度低于控制器内满足动力装置1要求的第二设定温度时，控制器控制三通分流阀6的执行机构，调节三通分流阀6的开度，增加第一路换热介质的流量，减小第二路换热介质的流量，使更多的换热介质与冷却液通过热交换进行加热升温。

为了使低温液化气体与换热介质的热交换充分，第二换热器8自下而上串联多个，相邻第二换热器8的第一流体通道相互串联，第二流体通道相互串联。

位于最底端的第二换热器8与三通分流阀6和电加热器9相连，使换热介质通过串联的多个第二换热器8时，流动方向为自下而上的方向。供能管路2中流动的低温液化气体，自下而上流过多个第二换热器8，同时与同向流动的换热介质进行热交换。

低温液化气体自上而下流动，使气化出的气体能够直接上升，管路中液态气体位于下方，气态气体位于上方，液态气体不会阻塞气态气体的流动，使管路流动流畅，气化作业流畅进行。由于换热介质中的热能能够自然上升，换热介质与低温液化气体均自下而上流动，使上升的低温液化气体能够持续与热能进行热交换，增强热交换效率，提高气化作业效率。

为了充分地与冷却管路中的冷却液进行热交换，更多吸收冷却液中的热量，第一换热器7并联有多个，各个第一换热器7的第一流体通道并联后，串联在三通分流阀6设置的第一输出端6.2和电加热器9之间，将第一路换热介质接入到各个第一换热器7中；各个第一换热器7的第二流体通道并联后，串联在动力装置1设置的冷却管路10上，将冷却管路10中的冷却液接入到各个第一换热器7中，分别与各个第一换热器7中的换热介质进行热交换。

多个第一换热器7能够满足船级社一备一用的要求，在其中一些第一换热器7损坏时，另一些第一换热器7能够正常工作，避免因第一换热器7的损害而使得整个系统不能运行。

Claims (4)

1.一种船舶冷能热能综合利用系统，用于将船舶中动力装置(1)产生的热能与供能管路(2)中流通的低温液化气体的冷能进行热交换；

其特征在于，包括储液箱(3)、过滤器(4)、动力泵(5)、三通分流阀(6)、第一换热器(7)、第二换热器(8)和电加热器(9)；

所述储液箱(3)中存储有换热介质；

所述储液箱(3)、动力泵(5)和三通分流阀(6)设置的输入端(6.1)串联，用以使动力泵(5)将储液箱(3)中的换热介质泵送到三通分流阀(6)设置的输入端(6.1)中；

所述过滤器(4)串联在储液箱(3)和动力泵(5)之间，用以对离开储液箱(3)的换热介质进行过滤；

所述三通分流阀(6)设置的第一输出端(6.2)、第一换热器(7)设置的第一流体通道、电加热器(9)、第二换热器(8)设置的第一流体通道和储液箱(3)依次串联，形成闭合的液体回路；

所述三通分流阀(6)设置的第二输出端(6.3)、第二换热器(8)设置的第一流体通道和储液箱(3)依次串联，形成闭合的液体回路；

所述第一换热器(7)设置的第二流体通道串联在所述动力装置(1)设置的冷却管路(10)中，用以使动力装置(1)产生的热能通过冷却管路(10)中流通的冷却液传递到第一换热器(7)中；

所述第二换热器(8)设置的第二流体通道与供能管路(2)串联，用以使低温液化气体流入第二换热器(8)进行热交换。

2.根据权利要求1所述的船舶冷能热能综合利用系统，其特征在于，进一步包括控制器，所述第一换热器(7)设置的第一流体通道与电加热器(9)之间连接有第一温度传感器(11)，所述第一温度传感器(11)和电加热器(9)都与控制器电连接，用以使控制器通过第一温度传感器(11)检测到的温度控制电加热器(9)；

所述第二换热器(8)中第二流体通道的输出端连接有第二温度传感器(12)，所述第二温度传感器(12)和三通分流阀(6)都与控制器电连接，用以使控制器通过第二温度传感器(12)检测到的温度控制三通分流阀(6)的开度。

3.根据权利要求1所述的船舶冷能热能综合利用系统，其特征在于，所述第二换热器(8)自下而上串联多个，相邻第二换热器(8)的第一流体通道相互串联，第二流体通道相互串联，位于底端的第二换热器(8)与三通分流阀(6)和电加热器(9)相连。

4.根据权利要求1所述的船舶冷能热能综合利用系统，其特征在于，所述第一换热器(7)并联有多个，第一换热器(7)的第一流体通道并联后，串联在三通分流阀(6)设置的第一输出端(6.2)和电加热器(9)之间；所述第一换热器(7)的第二流体通道并联后，串联在动力装置(1)设置的冷却管路(10)上。