本發(fā)明實(shí)施例涉及船舶余熱利用、節(jié)能減排技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于回收余熱的船舶熱泵熱水系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前，船舶上熱水系統(tǒng)基本上是鍋爐供水、電熱水器供水。

船舶機(jī)艙內(nèi)氣溫較高，不利于輪機(jī)員在機(jī)艙內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間工作，如何能夠適當(dāng)降低機(jī)艙溫度，使其適應(yīng)輪機(jī)員長(zhǎng)時(shí)間工作且滿足主機(jī)正常進(jìn)氣溫度，且能夠?qū)崿F(xiàn)空氣余熱利用，是當(dāng)前船舶節(jié)能減排新的發(fā)展方向。

相比于鍋爐供水和電加熱供水，此方案具有整體降低機(jī)艙溫度和節(jié)能的好處，不需要使用燃料，只需要少量電能，綜上所述，現(xiàn)有的船舶熱水系統(tǒng)工作效率過低而且不夠環(huán)保。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明實(shí)施例提供一種基于回收余熱的船舶熱泵熱水系統(tǒng)，以克服上述技術(shù)問題。

本發(fā)明是一種基于回收余熱的船舶熱泵熱水系統(tǒng)，包括：

水熱換熱器、空氣源蒸發(fā)器、太陽能蒸發(fā)器、節(jié)流閥、壓縮機(jī)、儲(chǔ)水箱以及太陽能集熱器；

所述空氣源蒸發(fā)器用于回收船艙內(nèi)空氣的熱量，所述太陽能蒸發(fā)器器的用于收集太陽能的熱量，所述空氣源蒸發(fā)器和太陽能蒸發(fā)器采用并聯(lián)連接方式，一端通過三通閥與節(jié)流閥連接，另一端通過三通閥與壓縮機(jī)連接，所述壓縮機(jī)另一端連接于水熱換熱器，所述水熱換熱器用于將所述儲(chǔ)水箱內(nèi)的淡水與所述空氣源蒸發(fā)器和太陽能蒸發(fā)器之間進(jìn)行熱量交換。

進(jìn)一步地，還包括：

電控箱、用于采集儲(chǔ)水箱內(nèi)壓力的壓力傳感器、用于采集所述儲(chǔ)水箱內(nèi)溫度的水溫傳感器、用于控制所述水熱換熱器工作的電控混水閥；

所述電控箱用于控制所述壓力傳感器采集的儲(chǔ)水箱內(nèi)壓力和所述水溫傳感器采集的溫度，并根據(jù)所述壓力和溫度實(shí)時(shí)控制所述電控混水閥，還用于控制連接空氣源蒸發(fā)器和太陽能蒸發(fā)器的三通閥；

所述壓力傳感器和所述水溫傳感器設(shè)置于所述儲(chǔ)水箱內(nèi)，所述電控混水閥設(shè)置于所述儲(chǔ)水箱和所述水熱換熱器的進(jìn)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(jìn)一步地，還包括，設(shè)置于水熱換熱器與節(jié)流閥之間的充氣閥，所述充氣閥用于補(bǔ)充氣體工質(zhì)。

進(jìn)一步地，所述空氣源蒸發(fā)器和所述太陽能蒸發(fā)器的工質(zhì)為二氧化碳。

進(jìn)一步地，所述蒸發(fā)器為微通道蒸發(fā)器。

本發(fā)明空氣源二氧化碳熱泵熱水器在高溫的船舶機(jī)艙內(nèi)吸收空氣余熱。既能實(shí)現(xiàn)機(jī)艙降溫，又能實(shí)現(xiàn)余熱利用，有利于船舶的節(jié)能減排。為遠(yuǎn)洋船員解決了機(jī)艙高溫環(huán)境工作難的問題，同時(shí)為船舶上船員提供一種更高效率和更低成本的制備熱水的方法。本發(fā)明對(duì)船用空氣源熱泵采用二氧化碳作為冷熱交換工質(zhì)，具有環(huán)保性、高效性、經(jīng)濟(jì)性等優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作一簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明基于回收余熱的船舶熱泵熱水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明太陽能集熱板結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明微通道換熱器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖；

圖4為本發(fā)明熱泵水箱結(jié)構(gòu)及配管示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

圖1為本發(fā)明基于回收余熱的船舶熱泵熱水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，本實(shí)施例的系統(tǒng)可以包括：

水熱換熱器1、空氣源蒸發(fā)器5、太陽能蒸發(fā)器4、節(jié)流閥3、壓縮機(jī)6以及儲(chǔ)水箱9；

所述空氣源蒸發(fā)器用于回收船艙內(nèi)空氣的熱量，所述太陽能蒸發(fā)器的用于收集太陽能的熱量，所述空氣源蒸發(fā)器和太陽能蒸發(fā)器采用并聯(lián)連接方式，一端通過三通閥與節(jié)流閥連接，另一端通過三通閥與壓縮機(jī)連接，所述壓縮機(jī)另一端連接于水熱換熱器，所述水熱換熱器用于將所述儲(chǔ)水箱內(nèi)的淡水與所述空氣源蒸發(fā)器和太陽能蒸發(fā)器之間進(jìn)行熱量交換。

具體來說，所述蒸發(fā)器由太陽能蒸發(fā)器和空氣源蒸發(fā)器兩種蒸發(fā)器并聯(lián)構(gòu)成,所述節(jié)流閥與第二電磁三通閥連接,所述第二電磁三通閥兩出口分別與所述太陽能蒸發(fā)器及空氣源蒸發(fā)器連接,所述太陽能集熱器及空氣源蒸發(fā)器分別與第一電磁三通閥的兩進(jìn)口連接,所述第一電磁三通閥的出口與壓縮機(jī)連接。

進(jìn)一步地，還包括：

電控箱12、用于采集儲(chǔ)水箱內(nèi)壓力的壓力傳感器10、用于采集所述儲(chǔ)水箱內(nèi)溫度的水溫傳感器11以及用于控制所述水熱換熱器工作的電控混水閥8；

所述電控箱用于接收所述壓力傳感器采集的儲(chǔ)水箱內(nèi)壓力和所述水溫傳感器采集的溫度，并根據(jù)所述壓力和溫度實(shí)時(shí)控制所述電控混水閥，還用于控制連接空氣源蒸發(fā)器和太陽能蒸發(fā)器的三通閥；

所述壓力傳感器和所述水溫傳感器設(shè)置于所述儲(chǔ)水箱內(nèi)，所述電控混水閥設(shè)置于所述儲(chǔ)水箱和所述水熱換熱器的進(jìn)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(jié)構(gòu)及配管圖，對(duì)應(yīng)序號(hào)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(shè)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(jīng)過換熱器后溫度的升幅大小成反比，冷水經(jīng)過換熱器后流入儲(chǔ)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(chǔ)水箱中水加熱的循環(huán)管路是：儲(chǔ)水箱底部(低溫水)～水泵19～換熱器入口～換熱器出口～儲(chǔ)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。剩余表示：1和2溫度傳感器、3表示電動(dòng)混水閥、4表示流量計(jì)、5表示閥門、6表示電磁閥、20止回閥。由于船用空氣源熱泵的蒸發(fā)器安裝在船舶主機(jī)艙和輔機(jī)艙以及船外，二氧化碳?xì)怏w由壓縮機(jī)提供動(dòng)力，由蒸發(fā)器到壓縮機(jī)之間的管路必須在表面加裝隔熱層。

由于跨臨界二氧化碳熱泵系統(tǒng)的運(yùn)行壓力較高，高壓側(cè)壓力可達(dá)到10MPa以上，約為傳統(tǒng)工質(zhì)系統(tǒng)壓力的6～8倍，因此對(duì)系統(tǒng)的管路以及壓縮機(jī)提出特殊要求。本實(shí)施例采用兩級(jí)壓縮機(jī)，有利于系統(tǒng)的穩(wěn)定工作，把兩級(jí)壓縮機(jī)單獨(dú)分開，兩級(jí)壓縮機(jī)之間的管路系統(tǒng)加裝一個(gè)中間冷卻器，降低進(jìn)入第二臺(tái)壓縮機(jī)的進(jìn)氣溫度，從而來提高循環(huán)效率。本實(shí)施例采用兩級(jí)壓縮機(jī)，滿足二氧化碳?xì)怏w跨臨界循環(huán)高壓的需求。

電控箱根據(jù)船舶需水量以及機(jī)艙溫度等工況的不同，確定蒸發(fā)器的切換以及儲(chǔ)熱水箱熱水的目標(biāo)溫度。

圖2為本發(fā)明太陽能集熱板結(jié)構(gòu)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(jìn)一步地，所述壓縮機(jī)與所述水熱換熱器之間設(shè)置安全閥7。

進(jìn)一步地，所述水熱換熱器與節(jié)流閥之間設(shè)置充氣閥2。

具體來說，所述生活用水回路由依次連接的進(jìn)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(nèi)形成熱交換，然后由回流管路進(jìn)入儲(chǔ)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(zhì)的回路由水熱換熱器、充氣閥、膨脹閥、空氣源蒸發(fā)器、太陽能蒸發(fā)器、壓縮機(jī)、安全閥的封閉回路組成。

進(jìn)一步地，所述蒸發(fā)器為微通道蒸發(fā)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(fā)器。一種叉流高效緊湊式微通道換熱器，具有較高的結(jié)構(gòu)強(qiáng)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(yīng)用存在著明顯的優(yōu)勢(shì)。

將船用空氣源熱泵安裝至主機(jī)艙和輔機(jī)艙，以二氧化碳為工質(zhì)熱泵能在較大的外界溫度范圍下穩(wěn)定運(yùn)行，且獲得較多能量。

熱泵系統(tǒng)中的蒸發(fā)器安裝在船舶的主機(jī)艙和輔機(jī)艙以及船外，以船舶機(jī)艙熱空氣和太陽能作為熱源，利用太陽能和機(jī)艙空氣熱能，在不同的工況下單獨(dú)工作以及聯(lián)合工作，從而在水熱換熱器處實(shí)現(xiàn)冷水換熱，系統(tǒng)包括工質(zhì)循環(huán)回路、生活用水回路。熱泵壓縮機(jī)采用雙極壓縮，中間管路加裝中間冷卻器。

本發(fā)明采用船用太陽能輔助空氣源二氧化碳熱泵熱水器，以船舶機(jī)艙熱空氣和太陽能作為熱源，利用太陽能和機(jī)艙空氣熱能，在不同的工況下單獨(dú)工作以及聯(lián)合工作，使其能達(dá)到降低機(jī)艙溫度和制取船用生活熱水的雙重目的。二氧化碳工質(zhì)具有環(huán)保性和安全性等優(yōu)點(diǎn)，具有較高的性能系數(shù)(COP)。

本發(fā)明既能降低機(jī)艙溫度，有利于機(jī)械設(shè)備的正常運(yùn)行，也能有利于輪機(jī)管理人員正常工作。在機(jī)艙降低溫度的同時(shí)，制取船用生活熱水。大大的降低了船舶能耗，增加了余熱利用的效率。同時(shí)還能利用太陽能，實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保，熱泵工質(zhì)二氧化碳?xì)怏w環(huán)保無污染。

最后應(yīng)說明的是：以上各實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述各實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。