[发明专利]一种船舶余热梯级利用式空调装置及工作方法

说明书

一种船舶余热梯级利用式空调装置，包括热泵系统、有机工质朗肯循环(ORC)系统、海水循环系统、空调末端系统、烟气管路系统、电动机、发电机和转轴切换器。本发明改变以往船舶柴油机余热利用方式，将ORC、热泵技术耦合，实现高温烟气先驱动ORC系统、再进单级余热锅炉、最后换热采暖的余热梯级利用；ORC系统的透平机带动压缩机与发电机，具有“冷、热、电”联产的效果。ORC系统、热泵系统、海水循环系统相配合，高温环境，深层低温海水降低制冷剂冷凝温度，解决了船舶空调制冷性能差的问题；低温环境，有机工质冷凝热提高制冷剂蒸发温度，解决了船舶空调制热性能差的问题。烟气余热的梯级利用，提高了柴油机的余热利用效率，经济又节能。

技术领域

本发明专利涉及一种船舶余热梯级利用式空调装置及工作方法，属于能源与空调工程技术领域。

技术背景

目前，船舶在柴油机余热利用方面，主要以双级余热锅炉的形式回收烟气余热用以发电，来满足船舶用电需求，并将烟气排放温度降低到150℃左右，如果将排出烟气余热再加以回收利用，节能效果将是非常可观的。调整余热利用方式，实现热能的梯级利用，减少余热的浪费，是提高船舶柴油机热效率的有效途径。

船舶空调装置作为船舶用电系统的主要组成部分，用电比例接近半数。以‘烟气进双级余热锅炉，余热转化为蒸汽热能，蒸汽再膨胀做功驱动发电机发电，电动机消耗电能带动压缩机，实现空调装置运行’的方式，因能量传递过程存在损失，势必导致可用能的减少，造成能量浪费，减少能量传递过程损失将是非常必要的。

在低温余热、废热回收方面，有机工质朗肯循环(ORC)装置通过低沸点工质回收余热来膨胀做功，是一种很好的余热利用方式。以ORC回收船舶烟气余热直接驱动空调装置的方式，可有效降低能量传递过程的损失。

现有的船舶空调装置主要以空气源、海水源热泵为主，受船舶所处环境复杂多变的影响，空调装置运行工况不一，比如：高温环境制冷时的冷凝温度过高，低温环境制热时蒸发温度过低，都将导致空调装置压缩机耗功增加、运行效率下降甚至无法工作的问题，增加了船舶空调装置的运行成本，不够经济高效。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，而提供一种船舶余热梯级利用式空调装置及工作方法，实现船舶柴油机余热的梯级利用，减少能量传递过程的损失，提高余热利用效率；并改善空调装置的运行工况，实现船舶空调装置的高效运行。

本发明的技术原理和技术方案如下：