一种发动机余热利用的制冷与海水淡化系统的制作方法

本发明涉及船舶余热利用领域，具体是一种发动机余热利用的制冷与海水淡化系统。

背景技术：

1、当前，不同类型船舶柴油发动机的高功率、高排气流量和高温度产生的大量余热一直是一项未被充分利用的资源。发动机燃料燃烧所释放的能量只有三分之一左右被有效利用，而有效回收与利用燃气轮机排气余热是推动和扩大燃气轮机发展的最有效途径。传统发动机结构中引入间冷器和回热器，虽然能够有效利用发动机排气余热提升其性能，但会导致发动机结构更复杂，同时制造难度和研制成本大幅增加；因此为了更好地提高船舶在远海环境中的需要，如何充分利用柴油发动机的余热，一直亟待解决。

技术实现思路

1、为了避免和克服现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种发动机余热利用的制冷与海水淡化系统。本发明大幅提高了船舶的余热利用率。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种发动机余热利用的制冷与海水淡化系统，包括制冷剂循环管路，制冷剂循环管路设置有高压发生器、第一低压发生器以及第二低压发生器，柴油发动机的高温烟气通过高压发生器的翅片换热器后进入海水淡化模块与海水换热，发动机的缸套冷却液通过第一低压发生器的翅片换热器后回流至发动机内；

4、吸收器排出的制冷剂通过第一换热器的冷端后分流，一部分进入第一低压发生器，另一部分通过第二换热器的冷端后进入高压发生器，进入高压发生器以及第一低压发生器的制冷剂均喷淋至对应的翅片换热器上，形成制冷剂蒸汽以及升温的制冷剂溶液，高压发生器排出的制冷剂溶液通过第二换热器的热端后，与第一低压发生器的制冷剂溶液在第二低压发生器汇集，并喷淋第二低压发生器的翅片换热器以形成制冷剂蒸汽以及升温的制冷剂溶液，第二低压发生器排出的制冷剂溶液通过第一换热器的热端后回流至吸收器内；高压发生器内的制冷剂蒸汽依次通过第二低压发生器的翅片换热器、冷凝器以及蒸发器后回流至吸收器。

5、作为本发明进一步的方案：潜热储存单元内的水依次通过吸收器的翅片换热器、冷凝器的翅片换热器后回流至潜热储存单元以完成加热，吸收器翅片换热器进水口的上游端安装有用于输送水的第四变频泵，冷凝器与潜热储存单元之间的输水管路上布置有温度传感器。

6、作为本发明再进一步的方案：冷凝器排出的制冷剂溶液喷淋蒸发器的翅片换热器，一部分形成制冷剂蒸汽后通入吸收器内，另一部分形成升温的制冷剂溶液，收集后与冷凝器排出的制冷剂溶液混合并重新喷淋蒸发器的翅片换热器；蒸发器内的制冷剂蒸汽与第一换热器热端排出的制冷剂溶液混合后与吸收器的翅片换热器换热；高温冷冻水自冷冻水进口通过蒸发器的翅片换热器换热后，通过冷冻水出口排出。

7、作为本发明再进一步的方案：蒸发器的制冷剂溶液收集管路上设置有电阻率计以及冷剂变频泵，冷冻水出口处安装有温度传感器，蒸发器的喷淋口处安装有第二节流阀。

8、作为本发明再进一步的方案：柴油发动机的缸套冷却液通过第三换热器的热端后进入第一低压发生器的翅片换热器内换热，再经第一变频泵输送后通过第三换热器的冷端，以回流至柴油发动机内；第三换热器的热端出口以及冷端出口均安装有温度传感器；柴油发动机的烟气出口处安装有温度传感器以及压力传感器。

9、作为本发明再进一步的方案：高压发生器的蒸汽出口处安装有温度传感器以及压力传感器，高压发生器的翅片换热器出口处安装有温度传感器；第二换热器的冷端出口处安装有第一电动调节阀、流量计以及温度传感器；第二低压发生器的翅片换热器出口处安装有第一节流阀；吸收器的溶液出口处安装有溶液泵、流量计、温度传感器以及压力传感器。

10、作为本发明再进一步的方案：海水沿海水进口通过海水换热器的冷端后进入烟气换热器内，并与高温烟气换热后形成水蒸汽，水蒸汽通过直接接触式膜蒸馏器的疏水膜分离提纯后，通过海水换热器的热端，进入储水单元内；经直接接触式膜蒸馏器分离出的浓盐水一部分通过浓盐水出口排出，另一部分重新通入海水换热器的冷端二次循环。

11、作为本发明再进一步的方案：海水换热器的热端分流，一部分直接通往储水单元内，另一部分通过管壳换热器的冷流体侧以形成淡水循环，海水进口处的海水分流后一部分通过海水换热器的冷端，另一部分通过管壳换热器与淡水换热后排出。

12、作为本发明再进一步的方案：海水进口处安装有温度传感器，海水换热器的冷端进口处安装有电导率计、流量计、压力传感器以及第三变频泵，管壳换热器的淡水进口处安装有第二变频泵，管壳换热器的淡水出口处安装有温度传感器以及压力传感器；管壳换热器的海水入口处安装有循环泵。

13、作为本发明再进一步的方案：储水单元通过淡水出口向外输送储存的淡水，储水单元的储水进口处安装有电导率计以及流量计，储水单元与潜热储存单元之间的淡水循环流动以加热淡水；直接接触式膜蒸馏器的浓盐水出口处安装有电导率计以及第二电动调节阀。

14、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

15、1、本发明通过优化分配从柴油发动机的烟气和冷却水中回收的热量，来直接驱动船舶内置的直接接触式海水淡化系统，以产生足够的淡水用于船舶的各种使用需要。同时也从回收到的热量，直接驱动混合效应吸收式制冷机产生足够的制冷量，用于船舶的空调制冷以及电子设备的冷却。

16、2、本发明的高压发生器排出的中温烟气进入烟气换热器的管程内，对壳程内的定量预热海水进行加热，中温烟气变为低温废弃排出艇外，预热海水在一定的真空度下被加热沸腾产生水蒸汽流入直接接触式膜蒸馏器内。高热水蒸汽在疏水性微孔膜两侧的压差作用透过膜孔到达膜冷侧，再被循环蒸馏出来的低温淡水吸热降温变为淡水，从而达到分离提纯的目的。如此循环，不断增加的蒸馏淡水流入储水单元中，为船舶提供生活淡水和潜热存储单元提供水源。

17、3、本发明考虑到船舶空间、重量和技术等原因，选择采用潜热存储单元来为冷凝器和蒸发器提供冷却淡水。由低压发生器生成的制冷剂蒸汽和高温冷剂水进入冷凝器内部混合，将其热量传递给潜热存储单元送出的低温淡水，变为低温冷剂水。低温冷剂水节流阀节流后，在蒸发器内部吸收热量降低冷冻水的温度，然后冷冻水移向负荷，用于冷却电子设备和空调。经节流蒸发后的制冷剂蒸汽最后进入吸收器被溴化锂浓溶液吸收发热，再被潜热存储单元送出的低温淡水降温，最后变为溴化锂稀溶液。低温淡水通过依次流入蒸发器和冷凝器，温升后流回潜热存储单元内，实现将热量转换为电能的充电过程。

技术特征：

1.一种发动机余热利用的制冷与海水淡化系统，其特征在于，包括制冷剂循环管路，制冷剂循环管路设置有高压发生器（2）、第一低压发生器（3）以及第二低压发生器（4），柴油发动机（7）的高温烟气通过高压发生器（2）的翅片换热器后进入海水淡化模块（8）与海水换热，发动机的缸套冷却液通过第一低压发生器（3）的翅片换热器后回流至发动机内；

2.根据权利要求1所述的一种发动机余热利用的制冷与海水淡化系统，其特征在于，冷凝器（5）排出的制冷剂溶液喷淋蒸发器（6）的翅片换热器，一部分形成制冷剂蒸汽后通入吸收器（1）内，另一部分形成升温的制冷剂溶液，收集后与冷凝器（5）排出的制冷剂溶液混合并重新喷淋蒸发器（6）的翅片换热器；蒸发器（6）内的制冷剂蒸汽与第一换热器（11）热端排出的制冷剂溶液混合后与吸收器（1）的翅片换热器换热；高温冷冻水自冷冻水进口（62）通过蒸发器（6）的翅片换热器换热后，通过冷冻水出口（63）排出。

3.根据权利要求2所述的一种发动机余热利用的制冷与海水淡化系统，其特征在于，蒸发器（6）的制冷剂溶液收集管路上设置有电阻率计以及冷剂变频泵（64），冷冻水出口（63）处安装有温度传感器，蒸发器（6）的喷淋口处安装有第二节流阀（61）。

4.根据权利要求1所述的一种发动机余热利用的制冷与海水淡化系统，其特征在于，柴油发动机（7）的缸套冷却液通过第三换热器（71）的热端后进入第一低压发生器（3）的翅片换热器内换热，再经第一变频泵（31）输送后通过第三换热器（71）的冷端，以回流至柴油发动机（7）内；第三换热器（71）的热端出口以及冷端出口均安装有温度传感器；柴油发动机（7）的烟气出口处安装有温度传感器以及压力传感器。

5.根据权利要求1～4中任意一项所述的一种发动机余热利用的制冷与海水淡化系统，其特征在于，高压发生器（2）的蒸汽出口处安装有温度传感器以及压力传感器，高压发生器（2）的翅片换热器出口处安装有温度传感器；第二换热器（12）的冷端出口处安装有第一电动调节阀（121）、流量计以及温度传感器；第二低压发生器（4）的翅片换热器出口处安装有第一节流阀（41）；吸收器（1）的溶液出口处安装有溶液泵（13）、流量计、温度传感器以及压力传感器。

6.根据权利要求1～4中任意一项所述的一种发动机余热利用的制冷与海水淡化系统，其特征在于，潜热储存单元（9）内的水依次通过吸收器（1）的翅片换热器、冷凝器（5）的翅片换热器后回流至潜热储存单元（9）以完成加热，吸收器（1）翅片换热器进水口的上游端安装有用于输送水的第四变频泵（91），冷凝器（5）与潜热储存单元（9）之间的输水管路上布置有温度传感器。

7.根据权利要求1～4中任意一项所述的一种发动机余热利用的制冷与海水淡化系统，其特征在于，海水沿海水进口（86）通过海水换热器（84）的冷端后进入烟气换热器（81）内，并与高温烟气换热后形成水蒸汽，水蒸汽通过直接接触式膜蒸馏器（82）的疏水膜（821）分离提纯后，通过海水换热器（84）的热端，进入储水单元（85）内；经直接接触式膜蒸馏器（82）分离出的浓盐水一部分通过浓盐水出口（87）排出，另一部分重新通入海水换热器（84）的冷端二次循环。

8.根据权利要求7所述的一种发动机余热利用的制冷与海水淡化系统，其特征在于，海水换热器（84）的热端分流，一部分直接通往储水单元（85）内，另一部分通过管壳换热器（83）的冷流体侧以形成淡水循环，海水进口（86）处的海水分流后一部分通过海水换热器（84）的冷端，另一部分通过管壳换热器（83）与淡水换热后排出。

9.根据权利要求8所述的一种发动机余热利用的制冷与海水淡化系统，其特征在于，海水进口（86）处安装有温度传感器，海水换热器（84）的冷端进口处安装有电导率计、流量计、压力传感器以及第三变频泵（841），管壳换热器（83）的淡水进口处安装有第二变频泵（832），管壳换热器（83）的淡水出口（88）处安装有温度传感器以及压力传感器；管壳换热器（83）的海水入口处安装有循环泵（831）。

10.根据权利要求7所述的一种发动机余热利用的制冷与海水淡化系统，其特征在于，储水单元（85）通过淡水出口（88）向外输送储存的淡水，储水单元（85）的储水进口处安装有电导率计以及流量计，储水单元（85）与潜热储存单元（9）之间的淡水循环流动以加热淡水；直接接触式膜蒸馏器（82）的浓盐水出口（87）处安装有电导率计以及第二电动调节阀（871）。

技术总结本发明涉及船舶余热利用领域，具体是一种发动机余热利用的制冷与海水淡化系统，包括制冷剂循环管路，制冷循环管路设置有高压发生器、第一低压发生器以及第二低压发生器，发动机的高温烟气通过高压发生器的翅片换热器后进入海水淡化模块与海水换热，发动机的缸套冷却液通过第一低压发生器的翅片换热器后回流至发动机内；本发明大幅提高了船舶的余热利用率。技术研发人员：朱长青,陈恩,郭建,程镇,郑荣波受保护的技术使用者：合肥通用机械研究院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/11