[發(fā)明專利]船用發(fā)動機的冷電雙效余熱回收系統(tǒng)

無效

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• 申請日: 2013-04-09
• 公開（公告）號: CN103245126A
• 公開（公告）日: 2013-08-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 田華;梁友才;舒歌群;衛(wèi)海橋;梁興雨;李曉寧;于國鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: F25B27/02
• 分類號: F25B27/02
• 代理公司: 天津盛理知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 12209
• 代理人: 董一寧

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于內(nèi)燃機的余熱利用，具體涉及一種朗肯循環(huán)與吸收式制冷技術(shù)相結(jié)合的船用發(fā)動機余熱回收裝置。

背景技術(shù)

低速二沖程柴油機由于其效率高，且所用重油價格便宜，因此在船舶行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。目前船用發(fā)動機燃料燃燒得到的熱功轉(zhuǎn)換效率大約只有45%-51%，而其余的熱量大都以廢熱的形式排放到大氣環(huán)境中。為提高其能量利用效率，降低其對環(huán)境的影響，人們自然想到了利用傳統(tǒng)有效的蒸汽朗肯循環(huán)對發(fā)動機的余熱進行回收利用。由于水的液態(tài)潛熱很大，所以大部分的能量在冷凝過程中被損失掉。如何利用這部分能量是提高船用發(fā)動機余熱回收效率的關(guān)鍵。與此同時，為了滿足海上航行的需要，船舶大都安裝了空調(diào)與食品冷庫。傳統(tǒng)的壓縮式制冷裝置均是通過消耗燃油或者電能來驅(qū)動運行的，這必將增加了船舶的能量消耗，使得航程里數(shù)相對減少。

針對以上的狀況，本發(fā)明提出新的的余熱回收方式，在不消耗新能量的前提下將廢熱用于制冷循環(huán)，有效提高發(fā)動機的熱效率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是，提出一種船用發(fā)動機的冷電雙效余熱回收系統(tǒng)，將蒸汽朗肯循環(huán)與吸收式制冷技術(shù)相結(jié)合，使船用發(fā)動機的一次能源利用率得到顯著提高。

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的原理與系統(tǒng)組成進行說明。

船用發(fā)動機的冷電雙效余熱回收系統(tǒng)具有：汽輪機、蒸發(fā)器、水泵、蒸汽冷凝器、溶液熱交換器、溶液冷凝器、溶液膨脹閥、溶液蒸發(fā)器、溶液泵以及發(fā)電機等。其系統(tǒng)組成的技術(shù)方案是：汽輪機、蒸發(fā)器的水側(cè)、水泵以及蒸汽冷凝器的水側(cè)依次串接組成朗肯循環(huán)熱力系統(tǒng)；溶液熱交換器的濃溶液側(cè)、溶液冷凝器的溶液側(cè)、濃溶液膨脹閥、溶液蒸發(fā)器的溶液側(cè)、吸收器以及溶液泵依次串接構(gòu)成吸收式制冷循環(huán)系統(tǒng)；通過蒸汽冷凝器的溶液側(cè)串連接入溶液熱交換器的濃溶液側(cè)與溶液冷凝器的溶液側(cè)之間，組成冷電雙效余熱回收系統(tǒng)。稀溶液膨脹閥通過管路串接于吸收器與溶液熱交換器及蒸汽冷凝器的溶液側(cè)之間。

本發(fā)明通過蒸汽冷凝器將朗肯循環(huán)與吸收式制冷循環(huán)兩個系統(tǒng)聯(lián)合起來，所以朗肯循環(huán)系統(tǒng)中的蒸汽冷凝器又作為吸收式制冷循環(huán)系統(tǒng)中的發(fā)生器。蒸汽冷凝器（發(fā)生器）的溶液側(cè)、溶液熱交換器稀氨水側(cè)、稀溶液膨脹閥依次連接組成一個稀氨水循環(huán)支路。汽輪機連接發(fā)電機，船舶發(fā)動機排氣作為整個余熱回收系統(tǒng)的熱源，即蒸汽朗肯循環(huán)熱力系統(tǒng)輸出電能的同時，通過蒸汽冷凝器又作為吸收式制冷循環(huán)的驅(qū)動熱源，使得發(fā)動機排氣余熱得到了充分的利用，降低船舶發(fā)動機的油耗，有效的增加了船舶的航行里程。

本發(fā)明的特點及有益效果是，該系統(tǒng)利用汽輪機出口的乏氣作為吸收式制冷循環(huán)的驅(qū)動熱源，在不消耗能量的前提下將熱能轉(zhuǎn)化為制冷裝置的驅(qū)動熱源。通過對船用發(fā)動機廢氣能量的回收，不僅提供了船舶上的生活用電，同時還滿足了空調(diào)、食物保鮮等制冷需求，實現(xiàn)了廢氣余熱的高效回收，有效的增加了船舶的航行里程能力。

附圖說明

所示附圖為本發(fā)明的原理與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖通過實施例對本發(fā)明的原理與系統(tǒng)做進一步的說明。需要說明的是本實施例是敘述性的，而非是限定性的，不以此限定本發(fā)明的保護范圍。

船用發(fā)動機的冷電雙效余熱回收系統(tǒng)，其技術(shù)特征是：汽輪機1、蒸發(fā)器2的水側(cè)、水泵3以及蒸汽冷凝器4的水側(cè)依次串接組成朗肯循環(huán)熱力系統(tǒng)，汽輪機與發(fā)電機12軸連接。溶液熱交換器5的濃溶液側(cè)、溶液冷凝器6的溶液側(cè)、濃溶液膨脹閥7、溶液蒸發(fā)器8的溶液側(cè)、吸收器9、以及溶液泵10依次串接構(gòu)成吸收式制冷循環(huán)系統(tǒng)，通過蒸汽冷凝器的溶液側(cè)串連接入溶液熱交換器的濃溶液側(cè)與溶液冷凝器的溶液側(cè)之間，組成冷電雙效余熱回收系統(tǒng)。稀溶液膨脹閥11通過管路串接于吸收器與溶液熱交換器稀溶液側(cè)及蒸汽冷凝器的溶液側(cè)之間。蒸發(fā)器的氣側(cè)與發(fā)動機排氣管路連接；溶液冷凝器的水側(cè)為冷海水。

本發(fā)明的工作過程為：在朗肯熱力循環(huán)系統(tǒng)中，水作為循環(huán)工質(zhì)。經(jīng)過化學(xué)處理過的水經(jīng)水泵加壓進入蒸發(fā)器，與發(fā)動機廢氣進行熱交換后成為過熱蒸汽，驅(qū)動汽輪機帶動發(fā)電機發(fā)電。吸收式制冷循環(huán)所用工質(zhì)為氨溶液。汽輪機出口的乏汽作為制冷系統(tǒng)的熱源，與蒸汽冷凝器中的氨水溶液換熱，蒸汽凝結(jié)水返回水泵，開始下一次循環(huán)。在吸收式制冷中，濃氨水溶液經(jīng)溶液泵加壓后進入溶液熱交換器，先與從發(fā)生器（蒸汽冷凝器）分離出來的稀氨水溶液進行第一次換熱升溫，然后再進入發(fā)生器與汽輪機出口乏汽進行換熱。氨氣從飽和氨水溶液中分離出來后進入溶液冷凝器與外接的冷海水進行熱交換，被冷凝成液氨。液氨經(jīng)濃溶液膨脹閥節(jié)流減壓后，在溶液蒸發(fā)器中吸收環(huán)境中空氣的熱量變成氨蒸汽，然后進入吸收器中與溶液熱交換器回流的稀氨水溶液再次混合成濃氨水溶液，之后進入溶液泵，開始下一次循環(huán)。溶液熱交換器回流的稀氨水是指：從發(fā)生器出來的氨水經(jīng)溶液交換器換熱后，經(jīng)過溶液膨脹閥再進入到吸收器中與溶液蒸發(fā)器出口的氨氣混合成濃氨水，進入到下一個循環(huán)中。