一種基於回收餘熱的船舶熱泵熱水系統的製作方法
2023-07-22 14:38:31
本發明實施例涉及船舶餘熱利用、節能減排技術領域，尤其涉及一種基於回收餘熱的船舶熱泵熱水系統。
背景技術：
目前，船舶上熱水系統基本上是鍋爐供水、電熱水器供水。
船舶機艙內氣溫較高，不利於輪機員在機艙內長時間工作，如何能夠適當降低機艙溫度，使其適應輪機員長時間工作且滿足主機正常進氣溫度，且能夠實現空氣餘熱利用，是當前船舶節能減排新的發展方向。
相比於鍋爐供水和電加熱供水，此方案具有整體降低機艙溫度和節能的好處，不需要使用燃料，只需要少量電能，綜上所述，現有的船舶熱水系統工作效率過低而且不夠環保。
技術實現要素：
本發明實施例提供一種基於回收餘熱的船舶熱泵熱水系統，以克服上述技術問題。
本發明是一種基於回收餘熱的船舶熱泵熱水系統，包括：
水熱換熱器、空氣源蒸發器、太陽能蒸發器、節流閥、壓縮機、儲水箱以及太陽能集熱器；
所述空氣源蒸發器用於回收船艙內空氣的熱量，所述太陽能蒸發器器的用於收集太陽能的熱量，所述空氣源蒸發器和太陽能蒸發器採用並聯連接方式，一端通過三通閥與節流閥連接，另一端通過三通閥與壓縮機連接，所述壓縮機另一端連接於水熱換熱器，所述水熱換熱器用於將所述儲水箱內的淡水與所述空氣源蒸發器和太陽能蒸發器之間進行熱量交換。
進一步地，還包括：
電控箱、用於採集儲水箱內壓力的壓力傳感器、用於採集所述儲水箱內溫度的水溫傳感器、用於控制所述水熱換熱器工作的電控混水閥；
所述電控箱用於控制所述壓力傳感器採集的儲水箱內壓力和所述水溫傳感器採集的溫度，並根據所述壓力和溫度實時控制所述電控混水閥，還用於控制連接空氣源蒸發器和太陽能蒸發器的三通閥；
所述壓力傳感器和所述水溫傳感器設置於所述儲水箱內，所述電控混水閥設置於所述儲水箱和所述水熱換熱器的進水口，所述壓力傳感器、所述溫度傳感器以及電控混水閥分別與所述電控箱連接。
進一步地，還包括，設置於水熱換熱器與節流閥之間的充氣閥，所述充氣閥用於補充氣體工質。
進一步地，所述空氣源蒸發器和所述太陽能蒸發器的工質為二氧化碳。
進一步地，所述蒸發器為微通道蒸發器。
本發明空氣源二氧化碳熱泵熱水器在高溫的船舶機艙內吸收空氣餘熱。既能實現機艙降溫，又能實現餘熱利用，有利於船舶的節能減排。為遠洋船員解決了機艙高溫環境工作難的問題，同時為船舶上船員提供一種更高效率和更低成本的製備熱水的方法。本發明對船用空氣源熱泵採用二氧化碳作為冷熱交換工質，具有環保性、高效性、經濟性等優點。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發明基於回收餘熱的船舶熱泵熱水系統結構示意圖；
圖2為本發明太陽能集熱板結構示意圖；
圖3為本發明微通道換熱器內部結構圖；
圖4為本發明熱泵水箱結構及配管示意圖。
具體實施方式
為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
圖1為本發明基於回收餘熱的船舶熱泵熱水系統結構示意圖，如圖1所示，本實施例的系統可以包括：
水熱換熱器1、空氣源蒸發器5、太陽能蒸發器4、節流閥3、壓縮機6以及儲水箱9；
所述空氣源蒸發器用於回收船艙內空氣的熱量，所述太陽能蒸發器的用於收集太陽能的熱量，所述空氣源蒸發器和太陽能蒸發器採用並聯連接方式，一端通過三通閥與節流閥連接，另一端通過三通閥與壓縮機連接，所述壓縮機另一端連接於水熱換熱器，所述水熱換熱器用於將所述儲水箱內的淡水與所述空氣源蒸發器和太陽能蒸發器之間進行熱量交換。
具體來說，所述蒸發器由太陽能蒸發器和空氣源蒸發器兩種蒸發器並聯構成,所述節流閥與第二電磁三通閥連接,所述第二電磁三通閥兩齣口分別與所述太陽能蒸發器及空氣源蒸發器連接,所述太陽能集熱器及空氣源蒸發器分別與第一電磁三通閥的兩進口連接,所述第一電磁三通閥的出口與壓縮機連接。
進一步地，還包括：
電控箱12、用於採集儲水箱內壓力的壓力傳感器10、用於採集所述儲水箱內溫度的水溫傳感器11以及用於控制所述水熱換熱器工作的電控混水閥8；
所述電控箱用於接收所述壓力傳感器採集的儲水箱內壓力和所述水溫傳感器採集的溫度，並根據所述壓力和溫度實時控制所述電控混水閥，還用於控制連接空氣源蒸發器和太陽能蒸發器的三通閥；
所述壓力傳感器和所述水溫傳感器設置於所述儲水箱內，所述電控混水閥設置於所述儲水箱和所述水熱換熱器的進水口，所述壓力傳感器、所述壓力傳感器以及電控混水閥分別與所述電控箱連接。
具體來說，如圖4所示，為熱泵水箱結構及配管圖，對應序號依次為：1、2、8、9、10、11均為溫度傳感器，7和12為高水位傳感器和低水位傳感器，接受遙控器設定的水溫，控制流過水泵19的水量，即改變流入換熱器的水量，冷水的流量與經過換熱器後溫度的升幅大小成反比，冷水經過換熱器後流入儲水箱頂部，完成加熱過程。圖中13、14、15依次表示高溫水、中溫水、低溫水。儲水箱中水加熱的循環管路是：儲水箱底部(低溫水)～水泵19～換熱器入口～換熱器出口～儲水箱頂部。17表示廚房用水，18表示淋浴用水。通過改變冷熱水的比例來改變淋浴和廚房用水的溫度。剩餘表示：1和2溫度傳感器、3表示電動混水閥、4表示流量計、5表示閥門、6表示電磁閥、20止回閥。由於船用空氣源熱泵的蒸發器安裝在船舶主機艙和輔機艙以及船外，二氧化碳氣體由壓縮機提供動力，由蒸發器到壓縮機之間的管路必須在表面加裝隔熱層。
由於跨臨界二氧化碳熱泵系統的運行壓力較高，高壓側壓力可達到10MPa以上，約為傳統工質系統壓力的6～8倍，因此對系統的管路以及壓縮機提出特殊要求。本實施例採用兩級壓縮機，有利於系統的穩定工作，把兩級壓縮機單獨分開，兩級壓縮機之間的管路系統加裝一個中間冷卻器，降低進入第二臺壓縮機的進氣溫度，從而來提高循環效率。本實施例採用兩級壓縮機，滿足二氧化碳氣體跨臨界循環高壓的需求。
電控箱根據船舶需水量以及機艙溫度等工況的不同，確定蒸發器的切換以及儲熱水箱熱水的目標溫度。
圖2為本發明太陽能集熱板結構示意圖，其中，1為透明蓋板、2為保溫材料、3為吸熱體、4為殼體。
進一步地，所述壓縮機與所述水熱換熱器之間設置安全閥7。
進一步地，所述水熱換熱器與節流閥之間設置充氣閥2。
具體來說，所述生活用水迴路由依次連接的進水管路和電控混合閥組成，所述電控混合閥的出口與水熱換熱器相連，使其冷水在水熱換熱器內形成熱交換，然後由回流管路進入儲水箱。水位傳感器和水溫傳感器以及電控混水閥由電控箱控制。所述以二氧化碳為工質的迴路由水熱換熱器、充氣閥、膨脹閥、空氣源蒸發器、太陽能蒸發器、壓縮機、安全閥的封閉迴路組成。
進一步地，所述蒸發器為微通道蒸發器。
具體來說，如圖3所示，為船用太陽能輔助空氣源熱泵熱水器的微通道蒸發器。一種叉流高效緊湊式微通道換熱器，具有較高的結構強度，能承受二氧化碳高壓的條件與普通的殼管式或板翅式換熱器相比，微通道換熱器在船用空氣源熱泵中的應用存在著明顯的優勢。
將船用空氣源熱泵安裝至主機艙和輔機艙，以二氧化碳為工質熱泵能在較大的外界溫度範圍下穩定運行，且獲得較多能量。
熱泵系統中的蒸發器安裝在船舶的主機艙和輔機艙以及船外，以船舶機艙熱空氣和太陽能作為熱源，利用太陽能和機艙空氣熱能，在不同的工況下單獨工作以及聯合工作，從而在水熱換熱器處實現冷水換熱，系統包括工質循環迴路、生活用水迴路。熱泵壓縮機採用雙極壓縮，中間管路加裝中間冷卻器。
本發明採用船用太陽能輔助空氣源二氧化碳熱泵熱水器，以船舶機艙熱空氣和太陽能作為熱源，利用太陽能和機艙空氣熱能，在不同的工況下單獨工作以及聯合工作，使其能達到降低機艙溫度和製取船用生活熱水的雙重目的。二氧化碳工質具有環保性和安全性等優點，具有較高的性能係數(COP)。
本發明既能降低機艙溫度，有利於機械設備的正常運行，也能有利於輪機管理人員正常工作。在機艙降低溫度的同時，製取船用生活熱水。大大的降低了船舶能耗，增加了餘熱利用的效率。同時還能利用太陽能，實現節能環保，熱泵工質二氧化碳氣體環保無汙染。
最後應說明的是：以上各實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述各實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的範圍。