一种海水热源利用的船用空调机制造技术

本发明专利技术公开了一种海水热源利用的船用空调机及其控制方法。所述系统由海水回路、制冷剂回路、热回收回路及电控箱组成，通过工作模式的转换，实现夏季制冷，冬季制热。所述方法是当船舶航行时，充分利用船舶排至环境的余热预热低温海水；当船舶锚泊时，利用燃油锅炉预热低温海水，实现船用海水源热泵空调系统在低温海域或锚泊时正常或高效运行。本发明专利技术不但解决了常规船用海水源热泵空调系统不能全天候、全海域运行的技术屏障，同时通过有效回收利用船舶排至环境的余热，进一步提高船舶能量的利用率，实现低能耗、低排放和高能效的船舶空调系统。

A marine air conditioner using seawater as heat source

【技术实现步骤摘要】
一种海水热源利用的船用空调机
本专利技术涉及一种船舶上使用热泵技术，具体是以更低的成本获得高效节能、绿色环保的热泵系统，特别是涉及一种充分利用船舶余热的可切换控制的热回收型高效海水源热泵，属于空调工程
技术背景随着全球经济一体化程度的不断提高，世界货物运输量的90％以上主要通过船舶，消耗了大量的化石能源，是造成海洋污染的主要因素。如何实现船舶运营的节能增效，提高船舶运营综合能效系数，降低污染物的排放，已成为航运界越来越关注的重要课题。作为占船舶能耗20％的船舶空调系统，通过采用新型船舶空调技术实现其节能降耗，对船舶运营综合能效系数的提高具有重要意义。海水源热泵技术是适应可持续发展战略要求而发展的一种新型的集制冷、制热于一体的空调系统，具有高效节能、绿色环保的优点。目前，船用空调基本上使用常规风冷或水冷系统，少数船用空调利用海水做冷热源。申请号为201120030749.2的专利，公开了一种船用海水源热泵空调系统，主要由制冷剂循环系统、船底换热介质环路系统和空调水系统组成。该空调系统是将聚乙烯盘管构成的集成回路安装在船底，使海水直接与盘管内的介质进行换热，同时由于轮船的高速行驶形成的湍流，大大增强了盘管的换热效率，理论上达到了高效节能的目的。然而，该系统的实际运行效果还有待商榷。首先，船速对盘管的换热效率影响较大，当船舶低速行驶或者停泊时，盘管的换热效率急速降低，进而导致该空调系统的整体效率大幅度降低。其次，实际工程中船舶属于流动载体，随其航行区域不同，热泵的低温热源(海水)的温度不断变化，当船舶行至海水温度低于10℃的海域时，该空调系统已不能正常运行甚至无法运行。申请号为201220622911.4的专利，公开了一种余热回收分布式能源与海水热泵耦合系统，该系统是燃气机燃烧天然气带动发电机，发电机发电驱动热泵产生一部分热量；同时燃气机产生的烟气进入到余热锅炉中，冷凝换热器和吸收式热泵分别吸收余热锅炉排放出的烟气和蒸汽，冷凝换热器放出的热量输入吸收式热泵中，从而提供另一部分热量，在一定程度上提高了系统的整体效率，达到了节能环保的目的，但实际上并不理想。首先，该系统余热回收利用率较低，中介质水温仅提高2℃，系统效率提高6％左右，节能效果并不明显。其次，在船舶锚泊期间，主机停止工作，此时无余热可回收，海水温度低的难题依然存在，该系统在海水温度低的海域依然无法运行。而且，燃气轮机的体积非常大，一般用于排水量大的船舶上，应用范围受到限制。目前绝大多数的船舶都在使用内燃机中的往复式柴油机作为主机，为船舶提供动力。船舶余热资源极其丰富，主机作为船舶的动力和能源中心，仅有50％的热量转换为有用功，其余的热量则以各种方式被带走，主要分为缸套冷却水余热和柴油机排气余热两种形式。船舶主机为几千千瓦甚至上万千瓦的大功率柴油机，其缸套冷却水的温度为70℃～95℃，其排烟温度300℃～450℃；而发电机功率为200kW～400kW的中速柴油机，其冷却水的温度为65℃～80℃，排烟温度为300℃～400℃。这些余热均可以作为海水源热泵的辅助热源。因此，将陆地技术船用化非常具有实用意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述现有技术所存在的缺陷和问题，提出通过合理的控制策略，充分利用船舶工作时的环境热量，再结合船舶主、辅机(柴油机)排至大气的废热，夏季将此热量加热生活用水以及船舶上的重油，冬季则为海水预热以提高低温热源的温度，最大化利用资源为船舶提供优质的能源，为船舶上的船员提供一种更高效率和更低成本的空调系统。本专利技术的海水热源利用的船用空调机充分利用船舶航行条件，将取之不尽的海水热量充分利用起来，再回收船舶航行时主、辅机排出的废热，通过合理的系统控制策略，最大化利用船舶上的余热，克服低温海域制热困难的缺点，保证系统在低温海域和锚泊时皆可正常甚至高效运行，提高柴油机的工作效率以及减少废热对环境的污染。实现船舶空调系统全天候、全海域高效运行，降低船舶废热的排放、提高船舶运营综合能效系数的目的。为实现上述的目的，本专利技术采用如下技术方案：一种海水热源利用的船用空调机，由海水回路、制冷剂回路、热回收回路及电控箱5构成。其中，所述海水回路由海水泵1、水处理设备2、第一电动三通阀3、第一换热器4、第三电动三通阀22、第二换热器19、蒸发器17依次连接构成。所述制冷剂回路由依次连接的压缩机24、冷凝器13、节流机构16及蒸发器17构成。本专利技术的热回收主要分为缸套冷却水余热和柴油机排气余热两种形式。柴油机12产生热量传递至柴油机12内部通道的缸套水，缸套水通过第一换热器4将热量传递给海水；柴油机12工作时的排气废热通过管道进入船用燃油废气组合锅炉23进行加热，产生的饱和蒸汽经过第二换热器19与海水换热。所述的热回收回路由柴油机12、第一循环泵11、第二电动三通阀9、第一换热器4、船用燃油废气组合锅炉23和第二换热器19构成。其中，船用燃油废气组合锅炉23除燃油加热生产饱和蒸汽外，亦回收柴油机12排气余热生产蒸汽。此锅炉主要用于船舶上的重油、主机缸套水、油舱、生活用水以及空调等的升温介质，其对节能减排及提高船用燃油总效率有积极的意义。所述电控箱分别与第一、第二、第三电动三通阀3、9、22连接外，还分别与检测空气湿度传感器6、空气温度传感器7、海水温度传感器8以及热水温度传感器18相连接。所述热源由海水、缸套冷却水和蒸汽串联构成，所述水处理设备2与第一电动三通阀3的进口连接，所述第一电动三通阀3两出口分别与所述的第一换热器4及第三旁通支管21连接；所述柴油机12分别与第二电动三通阀9及船用燃油废气组合锅炉23的进口连接，所述第二电动三通阀9两出口分别与所述的第一换热器4及第一旁通支管10连接，所述船用燃油废气组合锅炉23的出口与第二换热器19连接；所述第一换热器4与第三旁通支管21的混合出口与第三电动三通阀22的进口连接，所述的第二换热器19及第二旁通支管20的进口分别与所述第三电动三通阀22两出口连接。本专利技术的海水热源利用的船用空调机的控制方法，在不同季节，不同时期，不同海域确定辅助热源的控制方法，具体包括以下步骤：(1)通过空气温度传感器7实时检测空气温度T环，再根据当地实时时间综合计算出当日的平均温度T空平，通过海水温度传感器8实时检测海水温度T海，通过空气湿度传感器6实时检测空气湿度R，通过热水温度传感器18实时检测热水温度T热；由所测空气湿度R和计算出的平均空气温度T空平，确定当时所在的季节；(2)根据当地地理环境确定冬季和夏季的空气湿度设定值，当空气湿度达到夏季设定值，且T空平≥25℃则判定为夏季，实现空调系统制冷模式；当空气湿度小于冬季设定值，且T空平≤15℃则判为冬季，实现空调系统制热模式；当空气湿度为非设定值，且15℃＜T空平＜25℃则判定为过渡季节；(3)根据检测的海水温度、热水温度以及所确定的季节，确定辅助热源的控制方法。热水温度传感器18检测加热后的海水温度，确定辅助热源的启停，以及第一、第三电动三通阀3、22的开闭。本专利技术的海水热源利用的船用空调机的运行主要三种模式，具本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种海水热源利用的船用空调机，其特征是：包括海水回路、制冷剂回路、热回收 回路以及电控箱(5)，所述海水回路由海水泵(1)、水处理设备(2)、第一电动三通阀(3)、 第一换热器(4)、第三电动三通阀(22)、第二换热器(19)、蒸发器(17)依次通过管道连 接构成；所述制冷剂回路依次由压缩机(24)、冷凝器(13)、节流机构(16)以及蒸发器(17) 通过管道连接构成；所述热回收回路由第一换热器(4)、第一循环泵(11)、柴油机(12)、 第二电动三通阀(9)、船用燃油废气组合锅炉(23)和第二换热器(19)依次通过管道连接 构成；所述电控箱(5)分别与第一、第二、第三电动三通阀(3)、(9)、(22)、检测空气湿 度传感器(6)、空气温度传感器(7)、海水温度传感器(8)以及热水温度传感器(18)相连 接。/n

【技术特征摘要】
1.一种海水热源利用的船用空调机，其特征是：包括海水回路、制冷剂回路、热回收回路以及电控箱(5)，所述海水回路由海水泵(1)、水处理设备(2)、第一电动三通阀(3)、第一换热器(4)、第三电动三通阀(22)、第二换热器(19)、蒸发器(17)依次通过管道连接构成；所述制冷剂回路依次由压缩机(24)、冷凝器(13)、节流机构(16)以及蒸发器(17)通过管道连接构成；所述热回收回路由第一换热器(4)、第一循环泵(11)、柴油机(12)、第二电动三通阀(9)、船用燃油废气组合锅炉(23)和第二换热器(19)依次通过管道连接构成；所述电控箱(5)分别与第一、第二、第三电动三通阀(3)、(9)、(22)、检测空气湿度传感器(6)、空气温度传感器(7)、海水温度传感器(8)以及热水温度传感器(18)相连接。


2.根据权利要求1所述的海水热源利用的船用空调机...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴新亚，
申请(专利权)人：吴新亚，
类型：发明
国别省市：江苏;32