[发明专利]一种海水热源利用的船用空调机

说明书

本发明公开了一种海水热源利用的船用空调机及其控制方法。所述系统由海水回路、制冷剂回路、热回收回路及电控箱组成，通过工作模式的转换，实现夏季制冷，冬季制热。所述方法是当船舶航行时，充分利用船舶排至环境的余热预热低温海水；当船舶锚泊时，利用燃油锅炉预热低温海水，实现船用海水源热泵空调系统在低温海域或锚泊时正常或高效运行。本发明不但解决了常规船用海水源热泵空调系统不能全天候、全海域运行的技术屏障，同时通过有效回收利用船舶排至环境的余热，进一步提高船舶能量的利用率，实现低能耗、低排放和高能效的船舶空调系统。

技术领域

本发明涉及一种船舶上使用热泵技术，具体是以更低的成本获得高效节能、绿色环保的 热泵系统，特别是涉及一种充分利用船舶余热的可切换控制的热回收型高效海水源热泵，属 于空调工程技术领域。

技术背景

随着全球经济一体化程度的不断提高，世界货物运输量的90％以上主要通过船舶，消耗 了大量的化石能源，是造成海洋污染的主要因素。如何实现船舶运营的节能增效，提高船舶 运营综合能效系数，降低污染物的排放，已成为航运界越来越关注的重要课题。作为占船舶 能耗20％的船舶空调系统，通过采用新型船舶空调技术实现其节能降耗，对船舶运营综合能 效系数的提高具有重要意义。海水源热泵技术是适应可持续发展战略要求而发展的一种新型 的集制冷、制热于一体的空调系统，具有高效节能、绿色环保的优点。

目前，船用空调基本上使用常规风冷或水冷系统，少数船用空调利用海水做冷热源。申 请号为201120030749.2的专利，公开了一种船用海水源热泵空调系统，主要由制冷剂循环系 统、船底换热介质环路系统和空调水系统组成。该空调系统是将聚乙烯盘管构成的集成回路 安装在船底，使海水直接与盘管内的介质进行换热，同时由于轮船的高速行驶形成的湍流， 大大增强了盘管的换热效率，理论上达到了高效节能的目的。然而，该系统的实际运行效果 还有待商榷。首先，船速对盘管的换热效率影响较大，当船舶低速行驶或者停泊时，盘管的 换热效率急速降低，进而导致该空调系统的整体效率大幅度降低。其次，实际工程中船舶属 于流动载体，随其航行区域不同，热泵的低温热源(海水)的温度不断变化，当船舶行至海 水温度低于10℃的海域时，该空调系统已不能正常运行甚至无法运行。

申请号为201220622911.4的专利，公开了一种余热回收分布式能源与海水热泵耦合系统， 该系统是燃气机燃烧天然气带动发电机，发电机发电驱动热泵产生一部分热量；同时燃气机 产生的烟气进入到余热锅炉中，冷凝换热器和吸收式热泵分别吸收余热锅炉排放出的烟气和 蒸汽，冷凝换热器放出的热量输入吸收式热泵中，从而提供另一部分热量，在一定程度上提 高了系统的整体效率，达到了节能环保的目的，但实际上并不理想。首先，该系统余热回收 利用率较低，中介质水温仅提高2℃，系统效率提高6％左右，节能效果并不明显。其次，在 船舶锚泊期间，主机停止工作，此时无余热可回收，海水温度低的难题依然存在，该系统在 海水温度低的海域依然无法运行。而且，燃气轮机的体积非常大，一般用于排水量大的船舶 上，应用范围受到限制。目前绝大多数的船舶都在使用内燃机中的往复式柴油机作为主机， 为船舶提供动力。船舶余热资源极其丰富，主机作为船舶的动力和能源中心，仅有50％的热 量转换为有用功，其余的热量则以各种方式被带走，主要分为缸套冷却水余热和柴油机排气 余热两种形式。船舶主机为几千千瓦甚至上万千瓦的大功率柴油机，其缸套冷却水的温度为 70℃～95℃，其排烟温度300℃～450℃；而发电机功率为200kW～400kW的中速柴油机，其 冷却水的温度为65℃～80℃，排烟温度为300℃～400℃。这些余热均可以作为海水源热泵的 辅助热源。因此，将陆地技术船用化非常具有实用意义。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术所存在的缺陷和问题，提出通过合理的控制策略，充 分利用船舶工作时的环境热量，再结合船舶主、辅机(柴油机)排至大气的废热，夏季将此 热量加热生活用水以及船舶上的重油，冬季则为海水预热以提高低温热源的温度，最大化利 用资源为船舶提供优质的能源，为船舶上的船员提供一种更高效率和更低成本的空调系统。