[发明专利]一种船舶余热梯级利用式空调装置及工作方法

摘要

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。

主权项

1.一种船舶余热梯级利用式空调装置，其特征在于包括：热泵系统、有机工质朗肯循环系统、海水循环系统、空调末端系统、烟气管路系统、电动机(10)、发电机(19)和转轴切换器(20)，所述的热泵系统包括：压缩机(1)、气液分离器(2)、四通换向阀(3)、第一换热器(4)、第一单向阀(5‑1)、第二单向阀(5‑2)、第三单向阀(5‑3)、第四单向阀(5‑4)、高压储液器(6)、干燥过滤器(7)、节流阀(8)、第二换热器(9)，所述四通换向阀(3)包括进口a、第一出口b、第二出口d和回口c，所述第一换热器(4)包括第一制冷剂接口e、第二制冷剂接口f、冷/热媒水进口g和冷/热媒水出口h，所述第二换热器(9)包括第三制冷剂接口j、第四制冷剂接口i、第三海水接口y和第四海水接口k，所述压缩机(1)的出口连通所述四通换向阀(3)进口a，所述四通换向阀(3)的第一出口b连通所述第一换热器(4)的第一制冷剂接口e，所述四通换向阀(3)的第二出口d连通所述第二换热器(9)的第三制冷剂接口j，所述四通换向阀(3)的回口c连通所述气液分离器(2)的进口，所述气液分离器(2)的出口连通所述压缩机(1)的进口，所述第一换热器(4)的第二制冷剂接口f连通所述第二单向阀(5‑2)的进口和所述第三单向阀(5‑3)的出口，所述第二换热器(9)的第四制冷剂接口i连通所述第一单向阀(5‑1)的进口和所述第四单向阀(5‑4)的出口，所述第一单向阀(5‑1)和所述第二单向阀(5‑2)的出口均连通所述高压储液器(6)的进口，所述高压储液器(6)的出口依次连接有所述干燥过滤器(7)和所述节流阀(8)然后连通所述第三单向阀(5‑3)和所述第四单向阀(5‑4)的进口；所述有机工质朗肯循环系统包括：冷凝器(11)、工质泵(12)、回热器(17)、蒸发器(16)和透平机(18)，所述冷凝器(11)包括第二海水接口o、第一海水接口p、有机工质进口m和有机工质出口n，所述回热器(17)包括第一进口q、第一出口r、第二进口t和第二出口s，所述冷凝器(11)的有机工质出口n连通所述工质泵(12)的进口，所述工质泵(12)的出口连通所述回热器的第二进口t，所述回热器的第二出口s连通所述蒸发器(16)的进口，所述蒸发器(16)的出口连通所述透平机(18)的进口，所述透平机(18)的出口连通所述回热器的第一进口q，所述回热器的第一出口r连通所述冷凝器(11)的有机工质进口m；所述海水循环系统包括：变频水泵(14)、水流换向阀(13)以及所述冷凝器(11)和所述第二换热器(9)，所述水流换向阀(13)包括进口v、第一接口u、第二接口x和回口w，所述变频水泵(14)的出口连通所述水流换向阀(13)的进口v，所述水流换向阀(13)的第一接口u连通所述冷凝器(11)的第一海水接口p，所述水流换向阀(13)的回口w连通所述变频水泵(14)的进口，所述水流换向阀(13)的第二接口x通过伸缩管连接到深层海水处，所述冷凝器(11)的第二海水接口o连通所述第二换热器(9)的第三海水接口y，所述第二换热器(9)的第四海水接口k通过伸缩管连接到深层海水处；所述空调末端系统包括：余热回收器(24)、第一截止阀(25)、第二截止阀(26)、平衡阀(27)、电磁阀(28)、风机盘管(29)、供水泵(30)以及所述第一换热器(4)，所述供水泵(30)的进口连通所述第一换热器(4)的冷/热媒水出口h和所述余热回收器(24)的出口，所述供水泵(30)的出口管道设有所述平衡阀(27)然后连通所述风机盘管(29)的进口，所述风机盘管(29)的出口设有所述电磁阀(28)然后连通所述余热回收器(24)的进口和所述第一换热器(4)的冷/热媒水进口g，所述余热回收器(24)和所述第一换热器(4)进口前进水管道上分别设有第一截止阀(25)、第二截止阀(26)；所述烟气管路系统包括：烟气管腔(15)、余热锅炉过热器(21)、余热锅炉换热器(22)、余热锅炉(23)以及所述余热回收器(24)和所述蒸发器(16)，所述烟气管腔(15)自烟气入口到出口依次布置所述蒸发器(16)、所述余热锅炉过热器(21)、所述余热锅炉换热器(22)和所述余热回收器(24)；所述余热锅炉(23)通过管道连接所述余热锅炉换热器(22)和所述余热锅炉过热器(21)，所述电动机(10)的输出轴通过离合器与所述压缩机(1)的输入轴传动连接，所述透平机(18)的输出轴通过所述转轴切换器(20)与所述压缩机(1)的输入轴或所述发电机(19)的输入轴传动连接。