[发明专利]船舶余热驱动CO2

说明书

本发明涉及船舶余热发电技术领域，公开了一种船舶余热驱动CO₂超临界发电耦合跨临界制冷循环系统，包括：循环工质为CO₂的超临界二氧化碳发电系统，包括：热能回收器、膨胀机、发电机、发电循环回热器、混合器I、海水淡化换热器、气体冷却器、分流阀I以及高压压缩机；二氧化碳跨临界制冷系统，包括：中压压缩机、混合器I、所述海水淡化换热器、气体冷却器、分流阀I、过冷器、海水泵II、制冷循环回热器、膨胀阀I、气液分离器、分流阀II、高温蒸发器、膨胀阀II、蒸发冷凝器、低压压缩机以及混合器II。本发明有效利用二氧化碳的热力性能可以在余热回收工况和制冷工况上的耦合效应，实现了发电功能和制冷功能的组合设计。

技术领域

本发明涉及船舶主机余热发电技术领域，尤其涉及一种船舶主机余热驱动的CO₂超临界发电耦合跨临界制冷循环系统。

背景技术

船舶主机工作过程中，伴随着大量的余热产生，其中包括柴油机排烟余热。针对此情况，采用合理的方式对余热加以利用对于节能环保具有重要的意义。目前研究船舶余热回收技术主要包括涡轮系统、朗肯循环、海水淡化、余热制冷、温差发电等。现有余热动力循环主要包括有机朗肯循环(ORC)、有机跨临界循环(OTC)、传统蒸汽朗肯循环等回收余热发电，但余热利用率和发电效率不理想。传统蒸汽朗肯循环吸热过程工质与烟气温度变化匹配性差，传热窄点温度突出。因此，针对中高温烟气放热特性，开展新动力循环的设计和优化及突破余热效率的工艺研究是十分必要的。

近年来，超临界CO₂(S-CO2)在核电、太阳能发电等领域有着重要的应用。作为蒸汽发电循环方式的替代，超临界二氧化碳(S-CO₂)布雷顿循环发电技术已成为全世界范围内的研究热点。超临界二氧化碳循环发电技术具有效率高，体积小及适应于多种热源等诸多优点，在民用及军用(尤其是舰船)领域受到极大关注。

完善的供冷系统是船舶正常工作的重要辅助系统，传统的船舶配备的制冷系统大多为传统的压缩式蒸汽制冷设备，虽然能够满足船舶的日常使用需求，但是能耗大且分散，占地大，安全性能要求高。二氧化碳作为一种天然的制冷剂，具有无毒、安全的优点，且高容积制冷能力能够使得压缩机进一步小型化，应用在船舶当中具有比传统制冷剂更大的优势。因此，如若利用二氧化碳工质的热力性能将发电系统与制冷系统耦合起来，实现功能的协调与互通，将具有较大的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种船舶余热驱动的CO₂超临界发电耦合跨临界制冷循环系统，利用二氧化碳的工质优势，解决现有技术存在的发电功能与制冷功能的协调与互通问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种船舶余热驱动的CO₂超临界发电耦合跨临界制冷循环系统，包括：

超临界二氧化碳发电系统，包括：热能回收器、膨胀机、发电机、发电循环回热器、混合器I、海水淡化换热器、气体冷却器、分流阀I以及高压压缩机；超临界二氧化碳发电系统内的循环工质为CO₂；

二氧化碳跨临界制冷系统，包括：中压压缩机、混合器I、所述海水淡化换热器、气体冷却器、分流阀I、过冷器、海水泵II、制冷循环回热器、膨胀阀I、气液分离器、分流阀II、高温蒸发器、膨胀阀II、蒸发冷凝器、低压压缩机以及混合器II；

热能回收器的工质出口连接膨胀机的进口，膨胀机的出口I连接发电机，膨胀机的出口II连接发电循环回热器的进口I，发电循环回热器的出口I连接混合器I的进口I，混合器I的进口II连接二氧化碳跨临界制冷系统的中压压缩机的出口，混合器I的出口连接海水淡化换热器的进口，海水淡化换热器的出口连接气体冷却器的进口I，气体冷却器的出口I连接分流阀I的进口，分流阀I的出口I连接高压压缩机的进口，高压压缩机的出口连接发电循环回热器的进口II，发电循环回热器的出口II连接热能回收器的工质进口；