[發明專利]基于液態空氣儲能的雙燃料船艦動力系統及其使用方法

有效

• 申請號: 202010319926.2
• 申請日: 2020-04-22
• 公開（公告）號: CN111486479B
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發明（設計）人: 卞詠;張小松;王晨
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: F23R3/28
• 分類號: F23R3/28;F25D3/10;F23J15/06;F01K7/00;F01K25/10;F01D15/10
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 徐紅梅

1.一種基于液態空氣儲能的雙燃料船艦動力系統，其特征在于，包括閉口Rankine循環回路、雙燃料制備過程回路和液態空氣發電過程回路，閉口Rankine循環回路串聯在液態空氣發電過程回路中，且閉口Rankine循環回路的另一個輸入端與雙燃料制備過程回路的輸出端相連，其中，閉口Rankine循環回路用于雙燃料制備過程回路與液態空氣發電過程回路之間的冷能傳遞，雙燃料制備過程回路用于船舶燃料天然氣的制備，液態空氣發電過程回路用于液態空氣氣化為船舶提供動力；

雙燃料制備過程回路包括：空氣透平機組、空氣壓縮機、燃燒室和燃氣透平機組，其中，空氣透平機組具有上側輸入端、上側輸出端、下側輸入端和下側輸出端，空氣壓縮機具有左側輸入端和右側輸出端，燃燒室具有兩個左側輸入端和一個右側輸出端，且其中一個左側輸入端與所述空氣壓縮機的右側輸出端連接，另一個左側輸入端輸入天然氣；燃氣透平機組左側輸入端與燃燒室的右側輸出端連接，燃氣透平機組右側輸出端與空氣透平機組上側輸入端相連；空氣透平機組上側輸出端與閉口Rankine循環回路的冷凝換熱器右側輸入端相連，空氣透平機組的下側輸入端與液態空氣發電過程回路的第二換熱器右側輸出端相連，空氣透平機組的下側輸出端與液態空氣發電過程回路的第二換熱器右側輸入端相連。

2.根據權利要求1所述的一種基于液態空氣儲能的雙燃料船艦動力系統，其特征在于，閉口Rankine循環回路包括：冷凝換熱器、蒸發換熱器、加壓泵和氣體透平，加壓泵輸入端與蒸發換熱器左側輸出端相連，加壓泵輸出端與冷凝換熱器左側輸入端相連，氣體透平輸入端與冷凝換熱器右側輸出端相連，氣體透平輸出端與蒸發換熱器右側輸入端相連；冷凝換熱器的右側輸入端與雙燃料制備過程回路的輸出端相連，蒸發換熱器的左側輸入端和右側輸出端串聯在液態空氣發電過程回路中。

3.根據權利要求1所述的一種基于液態空氣儲能的雙燃料船艦動力系統，其特征在于，空氣透平機組包括至少一組換熱器和空氣透平，換熱器和空氣透平數量相同，其中每組的換熱器并聯連接，且所有換熱器的右側輸入端并列組成空氣透平機組的上側輸入端，所有換熱器的左側輸出端并列組成空氣透平機組的上側輸出端；最前面一個換熱器的左側輸入端即為空氣透平機組的下側輸入端；相鄰兩個換熱器之間串聯一個空氣透平，最后一個換熱器與液態空氣發電過程回路之間串聯一個空氣透平，且最后一個空氣透平的輸出端即為空氣透平機組的下側輸出端。

4.根據權利要求1所述的一種基于液態空氣儲能的雙燃料船艦動力系統，其特征在于，燃氣透平機組包括至少一個燃氣透平。

5.根據權利要求1所述的一種基于液態空氣儲能的雙燃料船艦動力系統，其特征在于，液態空氣發電過程回路包括：液態空氣儲罐、低溫泵、第一換熱器、第二換熱器和混合器，其中，低溫泵的輸入端與液態空氣儲罐相連，輸出端與蒸發換熱器的左側輸入端連接；第一換熱器具有左側輸入端、左側輸出端、右側輸入端、右側輸出端，左側輸入端與所述蒸發換熱器的右側輸出端相連，左側輸出端、右側輸入端與冷凍室相連；第二換熱器具有左側輸入端、左側輸出端、右側輸入端、右側輸出端，左側輸入端與第一換熱器右側輸出端相連，右側輸入端和右側輸出端分別與雙燃料制備過程回路的空氣透平機組下側輸出端和下側輸入端相連；混合器具有右側輸入端、上側輸入端和左側輸出端，上側輸入端與所述第二換熱器的左側輸出端相連，右側輸入端輸入環境空氣，左側輸出端輸出可用于船舶室內制冷的冷空氣。

6.一種權利要求1-5任一項所述基于液態空氣儲能的雙燃料船艦動力系統的使用方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)航行前，用電低谷時，液態空氣作為船舶動力燃料被制備并裝載上船；

(2)航行中，雙燃料制備過程工作：環境空氣進入空壓機中加壓至高壓后，進入燃燒室混合天然氣升溫，獲取可用于船舶動力燃料的燃氣；燃燒室出口的高溫高壓燃氣進入燃氣透平機組膨脹降溫后，依次進入空氣透平機組和冷凝換熱器吸收捕獲的冷量繼續降溫；

(3)用電高峰時段，液態空氣發電過程工作：液態空氣儲罐出口的液態空氣經過低溫泵加壓至高壓，依次經過蒸發換熱器、第一換熱器、第二換熱器釋放冷能升溫，冷能分別用于壓縮式制冷循環、冷凍室制冷和室內空氣調節，然后進入空氣透平機組膨脹發電；汽化后的液態空氣純凈且焓值低，通過混合環境中的熱濕空氣可用于船舶室內的制冷。