本发明专利技术公开有机朗肯循环余热回收与超低温冷冻耦合系统及控制方法，其系统包括内燃机余热回收系统、有机朗肯循环系统和超低温冷冻系统；本发明专利技术通过余热发电为船舶用电设备提供电力，减少发电燃油消耗量，同时超低温冷冻系统可以实现渔船在远洋捕鱼过程中对各种鱼类进行超低温冷冻，且本发明专利技术采用的超低温冷冻系统采用水冷式冷凝器替代传统的自然对流换热式冷凝器，相比于传统的对流换热式冷凝器，大大提高了超低温冷冻系统的能效比，另外将内燃机缸套水辅助冷凝器、有机朗肯循环系统冷凝器、超低温冷冻系统冷凝器沿着冷却水流动方向按串联的方式耦合成一个换热系统，通过对能源的梯级利用不但提高了整个系统的换热性能，还缩小了换热系统尺寸。缩小了换热系统尺寸。缩小了换热系统尺寸。
【技术实现步骤摘要】
有机朗肯循环余热回收与超低温冷冻耦合系统及控制方法
[0001]本专利技术涉及能源类节能
，尤其涉及有机朗肯循环余热回收与超低温冷冻耦合系统及控制方法。
技术介绍
[0002]能源是指能够提供能量的资源，这里的能量通常指热能、电能、光能、机械能、化学能等，可以为人类提供动能，机械能和能量的物质，随着能源的日益紧张，节能问题已经成为当今全球关注的焦点，世界各国在积极开发新能源的同时也越来越重视回收和利用余热资源，高效的利用余热资源也是解决能源紧张的一种有效途径。
[0003]目前，通过对现有的大中型渔、货船船载柴油发动机指标进行评估，仅有30％～40％的能量作为动力输出，其他的能量均以废热的形式排放到大气中去，这样不但造成大量的能源浪费，而且还会污染环境；
[0004]其次，船舶在运行过程中，存在大量的用电设备，而这些用电设备均采用柴油发电机发电，而柴油发电机的效率一般在30％左右，发电效率较低，用于发电的燃油消耗量较大，不利于节能减排；
[0005]同时，渔船在远洋捕捞过程中需要对各种鱼类进行超低温冷冻，以最大限度保证各种鱼类的鲜度，从而保证渔民的经济收入，进一步增加了能源消耗，实现对船用能源的节能减排使亟需解决的问题，因此，本专利技术提出有机朗肯循环余热回收与超低温冷冻耦合系统及控制方法以解决现有技术中存在的问题。
技术实现思路
[0006]针对上述问题，本专利技术的目的在于提出有机朗肯循环余热回收与超低温冷冻耦合系统及控制方法，将内燃机清洁燃烧技术、有机朗肯循环余热回收技术、超低温制冷技术、换热技术、自动控制技术有机结合，实现系统高效、稳定运行，解决了船用能源的节能减排问题。
[0007]为了实现本专利技术的目的，本专利技术通过以下技术方案实现：有机朗肯循环余热回收与超低温冷冻耦合系统，包括内燃机余热回收系统、有机朗肯循环系统和超低温冷冻系统，所述内燃机余热回收系统包括内燃机本体、缸套水换热器、烟气换热器、余热回收换热器、水泵和串联式复合换热系统，所述缸套水换热器安装于内燃机本体上，所述内燃机本体和缸套水换热器均与烟气换热器连接，所述余热回收换热器通过水泵与串联式复合换热系统连接，所述有机朗肯循环系统通过余热回收换热器与有机朗肯循环系统进行能量耦合；
[0008]所述有机朗肯循环系统包括膨胀机、串联式复合换热系统、储液罐、工质泵和余热回收换热器，所述膨胀机通过机械传动机构连接有发电机，所述串联式复合换热系统通过储液罐与工质泵连接，所述工质泵通过余热回收换热器与膨胀机连接，所述膨胀机与串联式复合换热系统连接；
[0009]所述超低温冷冻系统包括高温制冷循环系统和低温制冷循环系统，所述高温制冷
循环系统通过冷凝蒸发器与低温制冷循环系统耦合。
[0010]进一步改进在于：所述高温制冷循环系统包括通过管路依次连接的高温压缩机、串联式复合换热系统、高温膨胀阀和冷凝蒸发器，所述低温制冷循环系统包括通过管路依次连接的低温压缩机、冷凝蒸发器、低温膨胀阀和超低温系统蒸发器。
[0011]进一步改进在于：所述内燃机余热回收系统和有机朗肯循环系统通过串联式复合换热系统与超低温冷冻系统耦合，所述串联式复合换热系统由超低温冷冻系统冷凝器、有机朗肯循环系统冷凝器和内燃机缸套水辅助冷凝器沿着冷却水流动方向按串联的方式耦合而成。
[0012]进一步改进在于：所述超低温冷冻系统冷凝器的回路进口和出口分别与高温压缩机以及高温膨胀阀连接，所述有机朗肯循环系统冷凝器的回流进口和出口分别与膨胀机以及储液罐连接，所述内燃机缸套水辅助冷凝器的回流进口和出口分别与水泵以及缸套水换热器连接。
[0013]进一步改进在于：所述超低温冷冻系统冷凝器、有机朗肯循环系统冷凝器和内燃机缸套水辅助冷凝器根据换热温度的高低依次排列，所述有机朗肯循环系统冷凝器的换热温度大于超低温冷冻系统冷凝器并小于内燃机缸套水辅助冷凝器。
[0014]进一步改进在于：所述超低温冷冻系统冷凝器的海水进口设有第一进口管路和第二进口管路，所述超低温冷冻系统冷凝器的海水出口通过第一电控调节阀连接有第一出口管路，所述第一进口管路与超低温冷冻系统冷凝器的海水进口连接，所述第二进口管路通过第二电控调节阀与第一出口管路连接。
[0015]进一步改进在于：所述第一出口管路通过第三电控调节阀与有机朗肯循环系统冷凝器的海水进口连接，所述有机朗肯循环系统冷凝器的海水出口连接有第二出口管路，所述第一出口管路通过第四电控调节阀与第二出口管路连接，所述第二出口管路通过第五电控调节阀与内燃机缸套水辅助冷凝器的海水出口连接，所述第二出口管路通过第六电控调节阀与内燃机缸套水辅助冷凝器的海水进口连接。
[0016]有机朗肯循环余热回收与超低温冷冻耦合系统的控制方法，包括以下步骤：
[0017]步骤一：内燃机本体运行产生的缸套水余热通过缸套水换热器与循环冷却水进行热交换，加热后的循环冷却水通过烟气换热器吸收内燃机本体运行时产生的烟气余热后温度进一步升高，随后高温的冷却水进入余热回收换热器中，与来自工质泵出口的高压低温液态有机工质进行热交换，高压低温的液态有机工质在余热回收换热器中吸热变成高温高压的气态有机工质，高温冷却水放热后温度降低，并进入水泵加压后进入串联式复合换热系统中进一步冷却，冷却到设定温度后从新进入缸套水换热器中，形成一个对内燃机本体的余热回收循环，其中内燃机本体产生的高温烟气在烟气换热器中放热后直接排入大气；
[0018]步骤二：储液罐出口的低温液态有机工质进入到工质泵中，被压缩成高压低温的液态有机工质后进入到余热回收换热器中，与来自烟气换热器的高温冷却水进行换热，高压低温的液态有机工质吸热后变成高温高压的气态有机工质后进入到膨胀机中膨胀对外做功后，变成低温低压的气态有机工质后，进入到串联式复合换热系统中冷却放热变成低温低压的液态有机工质，并进入到储液罐中，形成一个有机朗肯循环，其中膨胀机对外做功拖动发电机发电，为超低温冷冻系统中用电设备供电；
[0019]步骤三：从高温压缩机出口的高温高压气态制冷剂进入到串联式复合换热系统后
冷凝成高温液态制冷剂后，进入到高温膨胀阀中节流成低温低压的气液两相制冷剂，随后进入到冷凝蒸发器中与来自低温压缩机出口的高温高压的制冷剂进行换热后变成低温低压的气态制冷剂后，进入高温压缩机，形成一个高温制冷循环；
[0020]步骤四：从低温压缩机出口的高温高压的气态制冷剂进入到冷凝蒸发器后，与来自高温膨胀阀出口的低温低压的气液两相制冷剂换热后，冷凝成高温高压的液态制冷剂，进入到低温膨胀阀节流成低温低压的气液两相制冷剂后，进入到超低温冷冻系统蒸发器中，吸热后变成低温低压的气态制冷剂，进入到低温压缩机中，形成一个低温制冷循环。
[0021]本专利技术的有益效果为：本专利技术将内燃机余热回收系统、有机朗肯循环系统和超低温冷冻系统耦合，通过余热发电为船舶用电设备提供电力，减少发电燃油消耗量，同时超低温冷冻系统可以实现渔船在远洋捕鱼过程中对各种鱼类进行超低温冷冻，最大限度保证各种鱼类的鲜本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.有机朗肯循环余热回收与超低温冷冻耦合系统，其特征在于：包括内燃机余热回收系统、有机朗肯循环系统和超低温冷冻系统，所述内燃机余热回收系统包括内燃机本体(1)、缸套水换热器(2)、烟气换热器(3)、余热回收换热器(4)、水泵(5)和串联式复合换热系统(6)，所述缸套水换热器(2)安装于内燃机本体(1)上，所述内燃机本体(1)和缸套水换热器(2)均与烟气换热器(3)连接，所述余热回收换热器(4)通过水泵(5)与串联式复合换热系统(6)连接，所述有机朗肯循环系统通过余热回收换热器(4)与有机朗肯循环系统进行能量耦合；所述有机朗肯循环系统包括膨胀机(7)、串联式复合换热系统(6)、储液罐(8)、工质泵(9)和余热回收换热器(4)，所述膨胀机(7)通过机械传动机构连接有发电机(10)，所述串联式复合换热系统(6)通过储液罐(8)与工质泵(9)连接，所述工质泵(9)通过余热回收换热器(4)与膨胀机(7)连接，所述膨胀机(7)与串联式复合换热系统(6)连接；所述超低温冷冻系统包括高温制冷循环系统和低温制冷循环系统，所述高温制冷循环系统通过冷凝蒸发器(11)与低温制冷循环系统耦合。2.根据权利要求1所述的有机朗肯循环余热回收与超低温冷冻耦合系统，其特征在于：所述高温制冷循环系统包括通过管路依次连接的高温压缩机(12)、串联式复合换热系统(6)、高温膨胀阀(13)和冷凝蒸发器(11)，所述低温制冷循环系统包括通过管路依次连接的低温压缩机(14)、冷凝蒸发器(11)、低温膨胀阀(15)和超低温系统蒸发器(16)。3.根据权利要求2所述的有机朗肯循环余热回收与超低温冷冻耦合系统，其特征在于：所述内燃机余热回收系统和有机朗肯循环系统通过串联式复合换热系统(6)与超低温冷冻系统耦合，所述串联式复合换热系统(6)由超低温冷冻系统冷凝器(601)、有机朗肯循环系统冷凝器(602)和内燃机缸套水辅助冷凝器(603)沿着冷却水流动方向按串联的方式耦合而成。4.根据权利要求3所述的有机朗肯循环余热回收与超低温冷冻耦合系统，其特征在于：所述超低温冷冻系统冷凝器(601)的回路进口和出口分别与高温压缩机(12)以及高温膨胀阀(13)连接，所述有机朗肯循环系统冷凝器(602)的回流进口和出口分别与膨胀机(7)以及储液罐(8)连接，所述内燃机缸套水辅助冷凝器(603)的回流进口和出口分别与水泵(5)以及缸套水换热器(2)连接。5.根据权利要求3所述的有机朗肯循环余热回收与超低温冷冻耦合系统，其特征在于：所述超低温冷冻系统冷凝器(601)、有机朗肯循环系统冷凝器(602)和内燃机缸套水辅助冷凝器(603)根据换热温度的高低依次排列，所述有机朗肯循环系统冷凝器(602)的换热温度大于超低温冷冻系统冷凝器(601)并小于内燃机缸套水辅助冷凝器(603)。6.根据权利要求3所述的有机朗肯循环余热回收与超低温冷冻耦合系统，其特征在于：所述超低温冷冻系统冷凝器(601)的海水进口设有第一进口管路(604)和第二进口管路(605)，所述超低温冷冻系统冷凝器(601)的海水出口通过第一电控调节阀(606)连接有第一出口管路(607...
【专利技术属性】
技术研发人员：李魁山，吴晓艳，陈轶光，闫龙瑞，
申请(专利权)人：嘉兴学院，
类型：发明
国别省市：
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