[發明專利]一種船舶柴油機尾氣余熱驅動的熱水系統及控制方法

在審

• 申請號: 202110312023.6
• 申請日: 2021-03-24
• 公開（公告）號: CN112855318A
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 王玉;倪培永;張學文;喜冠南
• 申請（專利權）人: 南通大學
• 主分類號: F01N5/02
• 分類號: F01N5/02;F01N11/00;F01P7/16;F01P11/00;F01P11/14;F01P11/16
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 許潔

本發明公開了一種船舶柴油機尾氣余熱驅動的熱水系統及其控制方法，本發明中柴油機排放的高溫尾氣中的熱量通過翅片式換熱器傳遞給冷卻水，用戶通過觸摸顯示器設定翅片式換熱器冷卻水出口溫度，溫度變送器將溫度傳感器采集到的溫度模擬量轉換為數字量后發送至控制器，控制器根據內置算法改變變頻器的輸出頻率，從而改變循環水泵的轉速以調節冷卻水流量，使翅片式換熱器冷卻水出口溫度穩定在用戶的設定值，控制器監測溫度傳感器和液位計的數據，當溫度和液位超出設定閾值時，向觸摸顯示器發出警報并作出保護動作。

技術領域

本發明屬于內燃機節能的技術領域，具體涉及一種船舶柴油機尾氣余熱驅動的熱水系統及控制方法。

背景技術

船舶柴油機運轉時向大氣直接排放高溫尾氣，其中含有大量未被利用的熱能，降低了能源的利用效率。

船員出海時通過熱水器制備生活所需熱水，需要消耗額外的能源。

船員在使用熱水的過程中通過手動調節的方式無法獲得適宜水溫，體感欠佳。

發明內容

發明目的：為了解決現有技術的不足，本發明提供了一種船舶柴油機尾氣余熱驅動的熱水系統及控制方法。

技術方案：一種船舶柴油機尾氣余熱驅動的熱水系統，包括柴油機、翅片式換熱器、離心式風機、水箱、循環水泵、變頻器、溫度傳感器、溫度變送器、液位計、控制器和觸摸顯示器；

所述的翅片式換熱器包括尾氣進口、尾氣出口、冷卻水進口和冷卻水出口；所述的尾氣進口與尾氣出口的管道連通，所述的冷卻水進口與冷卻水出口的管道連通；

所述的離心式風機與翅片式換熱器的尾氣出口的管道連通，所述的離心式風機的作用是減小柴油機排氣背壓；

尾氣的流通路徑依次經過翅片式換熱器的尾氣進口、翅片式換熱器的尾氣出口和離心式風機；

所述的循環水泵搭載三相異步電動機，支持變頻，其進水口與水箱管路連接，出水口與翅片式換熱器的冷卻水進口管路連接；

所述的變頻器負載輸出端與循環水泵電連接；

所述的溫度傳感器設在翅片式換熱器的冷卻水出口，與溫度變送器通訊連接；

所述的液位計設在水箱中；

冷卻水流通路徑依次經過水箱、循環泵、翅片式換熱器的冷卻水進口和冷卻水出口；

所述的控制器分別與觸摸顯示器、溫度變送器、液位計和變頻器通訊連接；

所述的觸摸顯示器具備觸摸屏和顯示屏，支持觸摸輸入與顯示輸出。

一種根據所述的船舶柴油機尾氣余熱驅動的熱水系統的熱水系統控制方法，包括以下步驟：

S1：控制器初始化系統變量，指令變頻器以10Hz的頻率運行；

S2：控制器檢測用戶是否更新翅片式換熱器冷卻水出口設定溫度T_s：若檢測到更新，則以更新值覆蓋原有值；

S3：控制器讀取傳感器的數據；

S4：控制器判斷各項傳感器數據是否處于安全閾值；

S5：控制器根據當前溫度Tc與設定溫度Ts的差值，根據內置算法計算變頻器的輸出頻率u(k)；

S6：控制器判斷變頻器的計算輸出頻率是否位于安全區間內：若u(k)大于安全區間上限，則賦值u(k)為50Hz；若u(k)小于安全區間下限，則賦值u(k)為10Hz；

S7：控制器將輸出頻率u(k)發送至變頻器，變頻器調節循環水泵的轉速，進而調節冷卻水流量使水溫趨近于設定值；