用于提取热的布置和其方法与流程

本发明涉及一种用于提取热的布置。本发明还涉及一种用于提取热的方法。

背景技术：

1、由油或气供功率的船用发动机在本领域中是众所周知的。用于船用蒸汽生产的燃油和燃气锅炉在本领域中也是众所周知的。通常，用于锅炉操作的燃料的选择是关于针对船用发动机操作所选择的燃料来做出的。因此，如果船用发动机由油供功率，则锅炉通常也由油供功率。然而，船用发动机和锅炉可能由不同的燃料供功率。当今船用发动机中的大多数的一个缺点是海洋空气污染，尤其是在提供推进功率时从船用发动机排放的二氧化碳(co2)的形式的海洋空气污染。大体上认同的是，从环境方面考虑，必须减少co2排放以及其它温室气体排放。作为一种解决方案，当今众所周知的是通过在具有燃烧发动机作为用于推进的功率源的船上引入排气再循环来减少排放。提供排气再循环通常涉及安装所谓的吹扫空气冷却器。吹扫空气冷却器具有通过在排气作为增压空气返回到发动机并从而使排气再循环之前从排气提取热来冷却源自发动机的排气的功能。

2、该解决方案的缺点是由吹扫空气冷却器从排气提取的热通常排到海水中，并从而浪费了热或能量。

3、为了解决该问题的一些部分，文献kr101358115b1公开了一种废热回收系统，其包括工作流体系统和循环水系统。循环水系统与发动机的冷却水系统互连。蒸发器可安装在循环水系统与工作流体系统之间，该蒸发器布置成在循环水与工作流体之间交换热。工作流体可从蒸发器供应到吹扫空气冷却器。然而，kr101358115b1中公开的构想是复杂的设计，其涉及在若干点处互连到彼此的若干系统。这使得其构建麻烦并且控制复杂。

4、然而，如以下将阐释的，现有技术没有公开高效地使用所提取的热并且充分地解决使得可能减少浪费到例如海水中的热的一组设计标准的布置，并且尤其现有技术没有公开当涉及到满足所述一组设计标准时如何提供可随着时间的推移以方便的方式使用的总体稳健的布置。

技术实现思路

1、本公开的目的在于提供一种高效地使用所提取的热并且充分地解决使得可能减少浪费到例如海水中的热的一组设计标准的布置。还有目的在于提供一种稳健的布置。

2、该目的已通过一种用于提取热的布置来实现，该布置包括：

3、吹扫空气冷却器，其构造成从涡轮增压器接收吹扫空气并通过第一冷却介质从吹扫空气提取热，其中第一冷却介质是海水，并从而冷却吹扫空气，

4、第一扩展模块，其布置在吹扫空气冷却器之后，并且构造成从吹扫空气冷却器接收冷却的吹扫空气，并从冷却的吹扫空气提取另外的热，并通过提取的热将液化燃料汽化成气态燃料，其中气态燃料经由气态燃料出口供应到发动机，以及

5、第一扩展模块与发动机之间的连接件，其构造成将进一步冷却的吹扫空气从第一扩展模块作为增压空气供应到发动机。

6、优选地，发动机是由气态燃料供功率的船用发动机。优选地，燃料是氨或液化天然气(lng)。然而，燃料可作为需要蒸发的液体储存的任何燃料。这是有利的，因为与当今通常使用的基于化石油的燃料相比，其使用更环保的燃料，即氨或lng来为发动机供功率。优选地，氨燃料和lng燃料作为液化燃料储存，因为与气态氨和气态天然气(ng)相比，液化氨和lng占用更少的空间，并从而需要更少的储存空间。由于发动机设计为由气态燃料供功率，因此液化燃料在供应到发动机之前必须转化为气态燃料。从液化燃料到气态燃料的该转化由本公开的第一扩展模块提供或至少辅助。通过在吹扫空气冷却器之后引入第一扩展模块，实现了利用从吹扫空气提取的热用于特定目的而不是像当今那样浪费热的布置。因此，所提取的热在供应到发动机之前用于将液化燃料汽化。

7、该布置可在排气再循环(egr)模式中或非排气再循环(egr)模式中运行。在egr模式和非egr模式两者中，源自发动机的排气都用于驱动涡轮增压器。涡轮增压器布置成排出排气并接收新鲜空气。新鲜空气作为吹扫空气供应到吹扫空气冷却器。当该布置在egr模式中操作时，排气的一部分可与吹扫空气混合。在吹扫空气由吹扫空气冷却器接收之前，排气的该部分可与吹扫空气混合。排气的该部分可在吹扫空气冷却器之后与吹扫空气混合。排气的该部分可在该布置之后与吹扫空气混合。因此，在本上下文中，吹扫空气可为清洁的吹扫空气或清洁的吹扫空气和排气的混合物。还应当注意的是，吹扫空气可称为增压空气。因此，由技术人员应当理解，增压空气和吹扫空气可指相同类型的空气。尽管本文中使用用语吹扫空气，但用语增压空气同样适用。

8、吹扫空气冷却器布置成用于冷却吹扫空气，使得吹扫空气在供应到第一扩展单元以用于将液化燃料汽化时可以以高效的方式使用。优选地，吹扫空气冷却器通过使用吹扫空气作为第一介质并且使用第一冷却介质作为第二介质来从吹扫空气提取热。通常，第一冷却介质可为海水，其中吹扫空气冷却器可持续由海水冷却。

9、在吹扫空气冷却器之后引入第一扩展模块便于第一扩展模块的设计和控制。吹扫空气冷却器本质上易于控制，以其设计本质上稳健，并且在一定意义上本质上灵活，在于其能够提取从小量的热到大量的热的任何热，因为其基本构件是通常将热从吹扫空气交换至海水的热交换器。由此，第一扩展模块可设计成在由可设想的热需求确定的操作跨度内是高效的，以将用于不同发动机负载的燃料汽化。由此，第一扩展模块不需要设计为能够处理吹扫空气的所有可设想的能量水平。吹扫空气冷却器在一定意义上将充当保护第一扩展模块的缓冲器。这使得可能减小操作跨度，并从而可能达到第一扩展模块的高效率。这继而又使得可能允许其它模块在吹扫空气提供到第一扩展模块之前从吹扫空气提取更多的热。因此，主动使用吹扫空气中的热的第一扩展模块在实际上简单地除去吹扫空气中的热的吹扫空气冷却器之后的反直觉定位实际上使得可能更高效地使用吹扫空气中的热。因此，该布置提供了对从吹扫空气提取的热的高效使用。

10、该布置的进一步优点在于，已由吹扫空气冷却器和第一扩展单元两者冷却的冷却的吹扫空气作为增压空气供应到发动机。如果吹扫空气包括清洁的吹扫空气和排气的混合物，则吹扫空气的排气再循环至发动机，但具有比从发动机排出时更低的温度。另外，再循环的排气可(但优选地将)导致较低的内燃温度，这导致nox颗粒排放的减少。

11、该布置的更进一步优点在于，吹扫空气冷却器和第一扩展模块能够将吹扫空气冷却至比常规吹扫空气冷却器更低的温度。这优点在于，与使用常规吹扫空气冷却器时相比，较冷的增压空气将包含更多的氧，这将导致更高效的燃烧。

12、在本上下文中可注意到，用语“之后”可(但不一定需要)意指第一扩展模块在物理上位于吹扫空气冷却器之后。之后主要旨在表示当沿吹扫空气的流径看时的位置。当沿吹扫空气的流径看时，第一扩展模块位于吹扫空气冷却器之后，因为供应到第一扩展模块的吹扫空气是已经过吹扫空气冷却器的吹扫空气。如果第一扩展模块是与吹扫空气冷却器在物理上分离的模块，则第一扩展模块可例如位于与吹扫空气冷却器并排，或甚至可位于比吹扫空气冷却器更靠近发动机。

13、第一扩展模块可包括第一热交换器，第一热交换器构造成通过使用吹扫空气作为第一热交换器的第一介质并且使用液化燃料作为第一热交换器的第二介质，将热从来自吹扫空气冷却器的吹扫空气交换到液化燃料。

14、第一热交换器可为直接热交换器，其中给定燃料直接地连接到第一热交换器。这提供了紧凑的设计，其中第一热交换器能够以受控且高效的方式从吹扫空气提取热。与该布置的布置在第一扩展模块之前的其它部分相比，在该布置的该部分中，从吹扫空气提取的热较少。第一热交换器能够使用吹扫空气，通过将液化燃料汽化并通过将冷却的气体作为增压空气供应到发动机来高效地使用吹扫空气。没有或有限量的吹扫空气从第一热交换器浪费。

15、第一热交换器的进一步优点在于，其可替换可包括在用于将液化燃料汽化的常规布置中的锅炉，例如燃油锅炉。通过能够替换锅炉，可减少排放(例如co2排放)的量。

16、优选地，第一热交换器连接到燃料箱，液化燃料从燃料箱供应到第一热交换器。优选地，第一热交换器为板式热交换器、壳式热交换器或管式热交换器。

17、第一扩展模块可包括第一热交换器和第二热交换器，第一热交换器和第二热交换器在热交换回路中互连，并且通过使用吹扫空气作为第一热交换器的第一介质并通过使用液化燃料作为第二热交换器的第二介质，并且通过使用共用热交换介质作为第一热交换器中的第二介质和第二热交换器中的第一介质来共同将热从来自吹扫空气冷却器的吹扫空气交换到液化燃料。

18、第一热交换器和第二热交换器可形成间接热交换器，其中第一热交换器和第二热交换器例如可位于并排，或第一热交换器甚至可位于更靠近吹扫空气冷却器，并且第二热交换器甚至可位于更靠近发动机。这提供了灵活的设计。这进一步提供了对所提取的热的更好的控制和调节。

19、第一热交换器和第二热交换器可通过形成热交换器回路的闭环来连接，共用热交换介质可在热交换器回路中流动。优选地，共用热交换介质是热水、乙二醇或传热流体。可使用的共用热交换介质可基于在给定情形中给出最好热传递和性能的介质。

20、优选地，第二热交换器可连接到燃料箱，液化燃料从燃料箱供应到第二热交换器。第一热交换器可能能够将冷却的吹扫空气作为增压空气供应到发动机。第二热交换器可能能够通过提取的热来将液化燃料汽化。

21、优选地，第一热交换器为板式热交换器、壳式热交换器或管式热交换器。第一热交换器可为排气锅炉。优选地，第二热交换器为板式热交换器、壳式热交换器或管式热交换器。

22、第一扩展模块可整体结合在吹扫空气冷却器中。

23、第一扩展模块可整体结合在吹扫空气冷却器的底部部分中。第一扩展模块可整体结合在吹扫空气冷却器的顶部部分中。整体结合可指的情况是第一扩展模块通过吹扫空气冷却器由一组热交换器板形成并且第一扩展模块由一组热交换器模块形成从而形成热交换器板的共用叠层而整体结合。共用叠层可例如钎焊在一起或通过一组端板夹紧在一起。整体结合还可指的情况是第一扩展模块是固定地附接到吹扫空气冷却器的独立模块。在任何情况下，这都提供了紧凑的设计。

24、通过将第一扩展模块整体结合在吹扫空气冷却器的底部部分中，提供成当沿吹扫空气的流动看时，第一扩展模块布置在吹扫空气冷却器之后。吹扫空气冷却器的底部部分可称为吹扫空气冷却器的出口。

25、如果第一扩展模块整体结合在吹扫空气冷却器中，则第一扩展模块和吹扫空气冷却器可设计和生产为一个单元。

26、第一扩展模块可与吹扫空气冷却器分离并串联布置，并且经由第一排气供应管线连接到吹扫空气冷却器，第一排气供应管线构造成从吹扫空气冷却器接收冷却的吹扫空气并将冷却的吹扫空气供应到第一扩展模块。

27、这提供了灵活的设计，其例如可用于提供第一扩展模块的紧凑且高效的设计。这例如便于这样的设计，其中第一扩展模块包括第一热交换器，该第一热交换器构造成通过使用吹扫空气作为第一热交换器的第一介质并且使用液化燃料作为第一热交换器的第二介质，将热从来自吹扫空气冷却器的吹扫空气交换到液化燃料。

28、第一扩展模块可直接地连接到吹扫空气冷却器。第一扩展模块可用柔性软管或通过管路连接到吹扫空气冷却器。第一扩展模块可用吹扫空气漏斗连接到吹扫空气冷却器。分离允许第一扩展模块与吹扫空气冷却器之间的连接基于造船实践，这继而又便于维护。应当注意的是，第一扩展模块与吹扫空气冷却器之间的其它种类的连接也是可能的，只要该连接能够允许吹扫空气从吹扫空气冷却器流到第一扩展模块即可。

29、如果第一扩展模块与吹扫空气冷却器分离，则第一扩展模块和吹扫空气冷却器可设计和生产为分离的单元。

30、该布置可进一步包括第二扩展模块，该第二扩展模块布置在吹扫空气冷却器之前并且构造成从吹扫空气提取热并将冷却的吹扫空气供应到吹扫空气冷却器。

31、这提供了高效且灵活的设计，其中吹扫空气在供应到吹扫空气冷却器之前冷却。第二扩展模块可能能够从吹扫空气提取尽可能多的热。优选地，与第一扩展模块相比，第二扩展模块能够提取更大量的热。这进一步优点在于，吹扫空气冷却器必须提取的热越少，需要排到例如海水中的热就越少。因此，第二扩展模块的优点在于所提取的能量甚至进一步用于有益的目的。

32、将第二扩展模块引入到该布置提供成吹扫空气可比没有第二扩展模块的布置冷却得更多，而不必须将过多的热排到海中。这优点在于，与排除第二扩展模块时相比，增压空气将包含更多的氧，这将导致更高效的燃烧。

33、在本上下文中可注意到，用语“之前”可(但不一定需要)意指第二扩展模块在物理上位于吹扫空气冷却器之前。之前主要旨在表示当沿吹扫空气的流径看时的位置。当沿吹扫空气的流径看时，第二扩展模块位于吹扫空气冷却器之前，因为供应到第二扩展模块的吹扫空气是尚未经过吹扫空气冷却器的吹扫空气。如果第二扩展模块是与吹扫空气冷却器在物理上分离的模块，则第二扩展模块可例如位于与吹扫空气冷却器并排，或甚至可位于比吹扫空气冷却器更远离发动机。

34、第一扩展模块和第二扩展模块可布置成连接的。如果是这种情况，则第一扩展模块和第二扩展模块两者均布置在吹扫空气冷却器之前。

35、第二扩展模块可连接到热到功率转换布置，该热到功率转换布置构造成将由第二扩展模块从吹扫空气提取的热转换成功率。

36、热到功率转换布置可为构造成将热转变成功率的任何种类的布置。优选地，其是包括在回路中循环的介质的系统，该回路包括蒸发器、冷凝器和压缩机，其中蒸发器从吹扫空气提取热。最优选地，热到功率转换布置是有机朗肯循环(orc)。这优点在于，由第二扩展模块提取的热可用作功率，例如电能。期望传递尽可能多的热能并从而产生尽可能多的电能。第二扩展模块可与发动机一起连续运行。如果不需要功率，则可关闭或切断第二扩展模块。第二扩展模块以何种方式运行取决于船设计和船的操作概况。因此，通过将第二扩展模块连接到热到功率转换布置，第二扩展模块高效地使用吹扫空气，即通过靠使用热到功率转换布置产生电能。

37、第二扩展模块可包括第三热交换器。第三热交换器可构造成从源自发动机的吹扫空气提取热。如果热交换器连接到热到功率转换布置，则吹扫空气可用作第三热交换器的第一介质，且在回路中循环的介质可用作第三热交换器的第二介质。优选地，在回路中循环的介质是热水、乙二醇或传热流体。优选地，第三热交换器为板式热交换器、壳式热交换器或管式热交换器。

38、第二扩展模块可整体结合在吹扫空气冷却器中，优选地整体结合在吹扫空气冷却器的顶部部分中。

39、整体结合可指的情况是第二扩展模块通过吹扫空气冷却器由一组热交换器板形成并且第一扩展模块由一组热交换器板形成从而形成热交换器板的共用叠层而整体结合。共用叠层可例如钎焊在一起或通过一组端板夹紧在一起。整体结合还可指的情况是第二扩展模块是固定地附接到吹扫空气冷却器的独立模块。在任何情况下，这都提供了紧凑的设计。

40、通过将第二扩展模块整体结合在吹扫空气冷却器的顶部部分中，提供成当沿吹扫空气的流动看时，第二扩展模块布置在吹扫空气冷却器之前。吹扫空气冷却器的顶部部分可称为吹扫空气冷却器的入口。

41、如果第二扩展模块整体结合在吹扫空气冷却器中，则第二扩展模块和吹扫空气冷却器可设计和生产为一个单元。

42、第二扩展模块可与吹扫空气冷却器分离并串联布置，并且经由第二吹扫空气供应管线连接到吹扫空气冷却器，第二吹扫空气供应管线构造成将冷却的吹扫空气从第二扩展模块供应到吹扫空气冷却器。

43、这提供了灵活的设计，其例如可用于提供第二扩展模块的紧凑且高效的设计。这例如便于这样的设计，其中第二扩展模块包括第三热交换器，该第三热交换器构造成通过使用吹扫空气作为第三热交换器的第一介质并且使用第三冷却介质作为第三热交换器的第二介质，将热从源自发动机的吹扫空气交换到第三冷却介质。第二扩展模块可直接地连接到吹扫空气冷却器。第二扩展模块可用柔性软管或管路连接到吹扫空气冷却器。第二扩展模块可用吹扫空气漏斗连接到吹扫空气冷却器。第二扩展模块与吹扫空气冷却器之间的连接可基于造船实践。应当注意的是，第一扩展模块与吹扫空气冷却器之间的其它连接也是可能的。

44、如果第二扩展模块与吹扫空气冷却器分离，则第二扩展模块和吹扫空气冷却器可设计和生产为不同的单元。

45、以上提到的目的还根据一种用于提取热的方法来实现，该方法包括：

46、将吹扫空气从涡轮增压器供应到吹扫空气冷却器，

47、通过第一冷却介质从吹扫空气冷却器中的吹扫空气提取热，其中第一冷却介质是海水，并从而冷却吹扫空气，

48、将来自吹扫空气冷却器的冷却的吹扫空气供应到第一扩展模块，

49、通过第二冷却介质从第一扩展模块中的冷却吹扫空气提取热，

50、通过第一扩展模块中提取的热将液化燃料汽化成气态燃料，

51、将气态燃料从第一扩展模块经由气态燃料出口供应到发动机，以及

52、将进一步冷却的吹扫空气从第一扩展模块作为增压空气供应到发动机。

53、以上提到的与该布置相关的其它不同的优选实施例同样适用于该方法。

54、优选地，该布置放置在船上。优选地，该方法在船上执行。然而，可注意到，该布置和该方法均不限于在船上使用。例如，除了船之外，在其它海洋应用中也可能是这种情况。其例如可为平台，诸如用于钻探油或气的种类的平台。该布置和方法也可用于陆基应用。该布置和方法可例如用于伐木或采矿应用。

55、大体上，除非本文另外明确限定，否则权利要求中使用的所有用语应根据其在技术领域中的普通含义来解释。除非另外明确说明，否则所有对“一个/一种/该[元件、装置、构件、手段、步骤等]”的引用均应开放地解释为指代所述元件、装置、构件、手段、步骤等的至少一个实例。除非明确说明，否则本文中公开的任何方法的步骤不必须以所公开的确切顺序执行。

56、在本上下文中可注意到，诸如例如当提到第一冷却介质、第二冷却介质和第三冷却介质时使用的第一、第二和第三旨在充当允许读者在它们之间进行区分的标签。所提到的不同冷却介质形成不同冷却回路的一部分。第一冷却介质、第二冷却介质和/或第三冷却介质可(但不必)为相同种类。还可注意到，尽管不同的实施例可能涉及不同数量的冷却介质回路，但是在整个描述中相同的冷却介质提供有相同的标签，但一些实施例不包括所有中间标签。