[發明專利]一種船用有機朗肯循環非共沸工質組分調節系統

有效

• 申請號: 202110882803.4
• 申請日: 2021-08-02
• 公開（公告）號: CN113550800B
• 公開（公告）日: 2022-04-26
• 發明（設計）人: 王恩華;張波;孟凡驍;彭寧建
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: F01K13/00
• 分類號: F01K13/00;F01K7/00;F01K13/02;F01K21/00;F01K25/08
• 代理公司: 北京共騰律師事務所 16031
• 代理人: 姚星

本發明提供了一種船用有機朗肯循環非共沸工質組分調節系統，涉及有機朗肯循環余熱發電技術領域。該系統包括主系統和子系統，主系統包括：發動機、冷凝器和多個工質泵，冷凝器包括冷卻水進口和冷卻水出口；子系統為組分調節系統，包括分餾塔、多個動力泵、多個控制閥、控制器及與控制器通信連接的溫度傳感器、工質組分濃度傳感器。本發明的溫度傳感器得到冷卻水進口的溫度，通過優化計算得到此溫度下最優的混合工質組分配比，將溫度傳感器與工質組分濃度傳感器的數值作為控制器的輸入量，根據組分計算結果控制控制閥和動力泵，直到工質組分濃度傳感器的組分為目標組分。本發明以海水溫度變化作為控制策略，冷卻水作為生活用水，能量利用率高。

技術領域

本發明涉及有機朗肯循環余熱發電技術領域，具體涉及一種船用有機朗肯循環非共沸工質組分調節系統。

背景技術

當前我國在工程上有大量余熱資源未得到有效利用，其中船舶一般搭載低轉速柴油機作為動力源，柴油機的熱效率在40-50%左右，大量的熱能分別通過尾氣和冷卻液排放到空氣和海水中，有機朗肯循環系統可以回收尾氣余熱提高動力系統的整體利用效率。

工質是影響有機朗肯循環熱效率的重要因素，純工質在蒸發和冷凝等相變過程中保持恒溫，而非共沸工質會產生溫度滑移，可以減少換熱過程的?損失，提高循環效率。當混合工質的配比發生變化時，可以在不同熱源或冷卻條件下提供最大熱效率。

黃仁龍，羅向龍，陳穎等，一種非共沸混合工質有機朗肯循環系統（實用新型專利），CN206233960U。提出了一種有機朗肯循環組分調節系統，該系統可以通過分液冷凝器有效調整混合工質組分來適應工況的變化。

李惟毅，徐博睿，使用混合有機工質的內置熱泵的有機朗肯循環系統（發明專利），CN104033200B。提出一種在同一系統中調節混合有機工質組分的方法。

現有技術未提供具體的適用場景與混合工質組合，同時升溫后的冷卻水可以作為船舶上的生活熱水，已有系統未實現該需求。

因此，亟需提供一種船用有機朗肯循環非共沸工質組分調節系統，以解決現有技術中存在的無法滿足升溫后的冷卻水可以作為船舶上的生活熱水的技術問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種船用有機朗肯循環非共沸工質組分調節系統，將冷卻系統結合海水溫度變化作為組分調節控制策略，同時將冷凝器出口的冷卻水用于船舶生活用水，實現冷卻系統的能量應用。

為實現上述目的，提供以下技術方案：

本發明提供了一種船用有機朗肯循環非共沸工質組分調節系統，包括主系統和子系統，主系統包括：發動機、冷凝器和多個工質泵，冷凝器包括冷卻水進口和冷卻水出口；子系統為組分調節系統，包括分餾塔、多個動力泵、多個控制閥、控制器及與控制器通信連接的溫度傳感器、工質組分濃度傳感器；

組分調節系統的控制方法包括：溫度傳感器得到冷卻水進口的溫度一，通過優化計算得到溫度一下最優的混合工質組分配比，將溫度傳感器與工質組分濃度傳感器的數值作為控制器的輸入量，根據前述的組分計算結果控制多個控制閥和多個動力泵，直到工質組分濃度傳感器的組分為目標組分。

進一步地，組分調節系統還包括多個儲液罐，包括儲液罐一、儲液罐二和儲液罐三。

進一步地，船用有機朗肯循環非共沸工質組分調節系統還包括蒸發器、膨脹機和回熱器，蒸發器的熱源進口連接發動機的出口、熱源出口連接膨脹機的蒸汽進口，膨脹機的蒸汽出口連接回熱器的氣體進口，回熱器的氣體出口連接冷凝器的熱氣進口，冷凝器的熱氣出口連接儲液罐一，儲液罐一的出口一通過工質泵一連接回熱器的液體進口，回熱器的液體出口連接蒸發器的液體進口，儲液罐一的出口二連接組分控制系統。

進一步地，儲液罐一的出口二經過工質泵二連接分餾塔的進口，分餾塔的高沸點出口連接儲液罐二、低沸點出口連接儲液罐三。