技术摘要：
本发明属于船舶余热利用、节能减排技术领域，具体地说，是一种多能互补型船舶冷热水系统，能满足船舶各种运行工况下的船舶冷热水供给，包括烟气回路、蒸汽回路、缸套水回路、冷却水回路、冷冻水回路、热泵工质回路和生活用水回路。烟气回路和热泵工质回路属于制热回路  全部
背景技术：
为了解决现有技术中存在的问题，本发明针对以上问题提出了一种充分利用船舶 余热、太阳能、空气热源和海水源的多能互补型船舶冷热水系统。该系统在满足船舶在各种 运行工况下的生活热水负荷和制冷需求的同时，效率更高，成本更低，能耗更少，更环保。 本发明公开了一种多能互补型船舶冷热水系统，该系统包括：烟气回路、蒸汽回 路、缸套水回路、冷却水回路、冷冻水回路、热泵工质回路和生活用水回路。其中，烟气回路 用于收集船舶主机和船舶发电机组废气中的余热以对生活用水回路中的水进行加热，蒸汽 回路和缸套水回路用于利用废气锅炉和缸套水中的热量以对冷冻水回路中的冷冻水进行 冷却，热泵工质回路用于收集机舱内空气和太阳能的热量以对生活用水回路中的水进行加 热，冷冻水回路用于给船舶生活舱室或船舶机舱进行降温，生活用水回路用于为船舶提供 生活冷热水。 本发明的进一步改进，上述烟气回路包括依次连接的船舶主机、船舶发电机组、船 舶废气锅炉和储热水箱。其中，船舶主机和船舶发电机组并联，产生的废气合流后通入废气 锅炉进行第一次余热回收，然后再进入储热水箱进行第二次余热回收。 本发明的进一步改进，上述蒸汽回路包括依次连接的锅炉给水调节阀、船舶废气 锅炉、第一气三通调节阀、第二气三通调节阀、船舶吸收式制冷机和储热水箱。其中，热井中 的冷水经锅炉给水调节阀进入废气锅炉被加热成过热蒸汽，然后经第一气三通调节阀调 节，一部分用于燃油和滑油的预热，另一部分经过第二气三通调节阀调节进入船舶吸收式 制冷机用于制取冷冻水，与制冷机换热的后蒸汽和第二气三通调节阀调节的蒸汽合流后进 入储热水箱的第二热交换管内进行二次换热，然后再经第二热交换管出口排入热井，形成 循环。 本发明的进一步改进，上述缸套水回路包括并联的船舶主机和船舶发电机组、主 机缸套水调节阀、主机缸套水循环泵、发电机组缸套水调节阀、发电机组缸套水循环泵和船 舶吸收式制冷机。其中，主机缸套水和发电机组缸套水分别经主机缸套水循环泵和发电机 组缸套水循环泵流出设备在管道中合流，然后进入吸收式制冷机内进行换热，换热后的缸 套水分别经主机缸套水调节阀和发电机组缸套水调节阀回到设备当中形成循环。 本发明的进一步改进，上述冷却水回路包括依次与船舶冷却水塔连接的第一冷却 水循环泵和船舶压缩式制冷机，以及依次与船舶冷却水塔连接的第二冷却水循环泵和船舶 吸收式制冷机。 本发明的进一步改进，上述冷冻水回路包括依次与船舶吸收式制冷机连接的第二 冷冻水循环泵和生活舱室冷却系统，以及依次与船舶压缩式制冷机连接的第一冷冻水循环 泵和机舱冷却系统。 本发明的进一步改进，上述热泵工质回路包括依次与储热水箱连接的第一电磁三 通阀、干燥器、视液镜、膨胀阀、太阳能集热板、第一电磁阀、气液分离器、压缩机、第二电磁 三通阀、海水循环泵、海水冷凝器、蒸发器和风机。其中，海水冷凝器的进口与第二电磁三通 4 CN 111605667 A 说　明　书 3/7 页 阀的第二出口c连接，海水冷凝器的出口与第一电磁三通阀的第二进口c连接，蒸发器的进 口与膨胀阀的出口连接，蒸发器的出口与气液分离器的进口连接。管道内填充热泵工质。 本发明的进一步改进，上述生活用水回路包括依次连接的冷水给水阀、储热水箱、 安全阀、淋浴喷头和出热水阀。 本发明的进一步改进，上述蒸汽回路中锅炉给水阀的进口与热井连接，上述蒸汽 回路中储热水箱的蒸汽出口与热井连接。 本发明的进一步改进，上述热泵工质采用公知的热泵工质，如二氧化碳等。 本发明的进一步改进，，上述蒸发器设置在机舱内，并与风机紧贴。 本发明的进一步改进，上述储热水箱内设有电加热棒、第一热交换管、第二热交换 管和第三热交换管，第一热交换管为蒸汽换热管，第二热交换管为烟气换热管，第三热交换 管为热泵工质换热管。 本发明的进一步改进，上述储热水箱内装有液位传感器、压力传感器、温度传感器 和扁球状蓄热体，上述扁球状蓄热体相互之间具有间隙，水可以进入其中，蓄热体的外径大 于冷热水管的管径，且蓄热水箱内的冷热水管管口形状为斜切口状。 本发明的进一步改进，上述扁球状蓄热体内填充有相变材料，相变温度为75℃，当 温度高于该温度后能够相变吸热，当温度低于该温度后能够相变放热。相变材料也可以根 据实际需要想相变温度进行选择。 本发明的进一步改进，上述船舶废气锅炉上设有燃烧器，用于对废气锅炉进行补 燃。 本发明的进一步改进，上述船舶吸收式制冷机包括蒸汽型溴化锂吸收式制冷机。 本发明披露的一种多能互补型船舶冷热水系统，主要在以下几方面具有突出的优 点： 1、当船舶航行在高纬度海域时，由于该系统集成了热泵工质回路，热泵工质回路中的 太阳能集热装置可以很大程度减少生活热水负荷所需的船舶蒸汽消耗，从而保证燃油和滑 油预热所需的蒸汽量。 2、当船舶航行在低纬度海域时，船舶冷负荷需求增大，由于该系统集成了蒸汽回 路和缸套水回路，生活舱室或机舱、舵机舱室的冷负荷需求可以由船舶吸收式制冷机转换 提供，节省了利用传统压缩式制冷机制冷时所消耗的电能，同时也降低排放，起到了节能减 排的作用。由于该系统还集成了热泵工质制热回路，通过管中的热泵工质在蒸发器中吸收 空气的热量，然后再由海水经海水循环泵在海水冷凝器中将热量带走，也能起到给机舱、舵 机舱等舱室降温的作用，进一步减少船舶的能耗。 3、当船舶处于停泊工况时，船舶主机停止工作，废气供气量不足。由于该系统烟气 回路中的废气锅炉上集成了燃烧器，通过对废气锅炉进行补燃，可以增加废气量以满足船 舶的冷热负荷需求。同时，由于该系统还集成了热泵工质回路，通过太阳能集热板回收太阳 能中的热量来制取生活热水，在满足船舶冷热负荷需求的同时还能进一步降低船舶的能 耗。 4、当船舶处于停靠工况时，船舶主机停止工作，废气供气量不足。由于该系统集成 了压缩式电制冷机和储热水箱内设置了电加热棒，船舶可以在满足地方排放标准的同时， 通过连接岸电以满足船舶在停靠工况下的冷热负荷需求。 5 CN 111605667 A 说　明　书 4/7 页 5、由于本系统集合了余热中的热能、太阳能和电能三种能源形式的利用，因此可 以满足船舶在各种运行工况和环境下的冷热负荷需求。 附图说明 图1为本发明具体实施例的系统结构示意图。 图中：1-船舶吸收式制冷机、2-船舶主机、3-船舶发电机组、4-船舶废气锅炉、5-储 热水箱、6-船舶压缩式电制冷机、7-船舶冷却水塔、8-生活舱室冷却系统、9-机舱冷却系统、 10-冷水给水阀、11-电加热棒、12-第一热交换管、13-第二热交换管、14-第三热交换管、15- 第一电磁三通阀、16-干燥器、17-夜视镜、18-膨胀阀、19-太阳能集热板、20-第一电磁阀、 21-气液分离器、22-压缩机、23-第二电磁三通阀、24-海水循环泵、25-海水冷凝器、26-蒸发 器、27-风机、28-安全阀、29-淋浴喷头、30-出热水阀、31-锅炉给水调节阀、32-第一气三通 调节阀、33-主机缸套水调节阀、34-第二气三通调节阀、35-主机缸套水循环泵、36-发电机 组缸套水调节阀、37-发电机组缸套水循环泵、38-第一冷却水循环泵、39-第二冷却水循环 泵、40-第一冷冻水循环泵、41-第二冷冻水循环泵。
技术实现要素：
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，结合附图及实施案例，对本 发明作进一步的详细说明。此处所描述的具体实施案例仅仅用于解释本发明，并不用于限 定本发明。 实施例：如图1所示，一种多能互补型船舶冷热水系统，该系统包括烟气回路、蒸汽 回路、缸套水回路、冷却水回路、冷冻水回路、热泵工质回路和生活用水回路。其中，烟气回 路用于收集船舶主机2和船舶发电机组3废气中的余热以对生活用水回路中的水进行加热， 蒸汽回路和缸套水回路用于利用废气锅炉4和缸套水中的热量以对冷冻水回路中的冷冻水 进行冷却，热泵工质回路用于收集机舱内空气和太阳能的热量以对生活用水回路中的水进 行加热，以达到制取生活热水和对舱室进行降温的目的，冷冻水回路用于给船舶生活舱室8 或船舶机舱9进行降温，生活用水回路用于为船舶提供生活冷热水。 如图1所示，本实施案例中，烟气回路包括依次连接的船舶主机2、船舶发电机组3、 船舶废气锅炉4和储热水箱5。 具体的，烟气回路中船舶主机2和发电机组3产生的废气进入废气锅炉4与蒸汽回 路中的水进行第一次换热，完成换热的废气继续通过管道被排入到储热水箱5的第二热交 换管12中进行二次换热，用于对生活用水回路中的水进行加热，然后再排入大气，以提高船 舶烟气中余热的利用率，保护自然环境。 本实施案例中，蒸汽回路包括依次连接的锅炉给水调节阀31、船舶废气锅炉4、第 一气三通调节阀32、第二气三通调节阀34、船舶吸收式制冷机1和储热水箱5。 具体的，蒸汽回路热井中的冷水通过锅炉给水调节阀31进入到船舶废气锅炉4中， 冷水通过吸收烟气中的热量而变成过热蒸汽，变成蒸汽的锅炉水经第一气三通调节阀32分 流，一部分用于加热燃油和滑油，另一部分再由第二气三通调节阀34分流，分流后的过热蒸 汽一部分进入船舶吸收式制冷机1用于制取冷能，提供给船舶舱室冷却系统8，另一部分蒸 汽直接通入到储热水箱5对生活用水回路中的冷水进行加热，而进入船舶吸收式制冷机1的 6 CN 111605667 A 说　明　书 5/7 页 蒸汽也通入到储热水箱5中，蒸汽经储热水箱5进行热量交换后排入到热井中，形成循环，源 源不断的回收烟气中的余热。 具体的，船舶废气锅炉4上设有燃烧器，用于对废气锅炉进行补燃。 该实施案例中，缸套水回路包括并联的船舶主机2和船舶发电机组3、主机缸套水 调节阀33、主机缸套水循环泵35、发电机组缸套水调节阀36和发电机组缸套水循环泵37，以 及与之串联的船舶吸收式制冷机1。 具体的，缸套水回路中的主机缸套水和发电机组缸套水分别经主机缸套水循环泵 35和发电机组缸套水循环泵37流出设备在管道中合流，然后进入吸收式制冷机1内进行换 热，用于制取冷能，提供给船舶舱室冷却系统8，换热后的缸套水分别经主机缸套水调节阀 33和发电机组缸套水调节阀36回到设备当中形成循环，源源不断的利用缸套水中的热量。 具体的，船舶吸收式制冷机1包括蒸汽型溴化锂吸收式制冷机。 该实施案例中，冷却水回路包括依次与船舶冷却水塔7连接的第一冷却水循环泵 38和船舶压缩式制冷机6，依次与船舶冷却水塔7连接的第二冷却水循环泵39和船舶吸收式 制冷机1。 具体的，冷却水回路中的冷却水主要用于船舶吸收吸收式制冷机1和船舶压缩式 电制冷机6中的热量。 该实施案例中，冷冻水回路包括依次与船舶吸收式制冷机1连接的第二冷冻水循环泵 41和生活舱室冷却系统8，依次与船舶压缩式制冷机6连接的第一冷冻水循环泵40和机舱冷 却系统9。 具体的，冷冻水回路中的冷冻水主要用于船舶生活舱室8、舵机舱或机舱9的冷却 降温。冷冻水在舱室内吸收热量，然后经冷冻水循环泵40或41进入到制冷机内进行放热，以 达到制冷的目的。 该实施案例中，热泵工质回路包括依次与储热水箱5连接的第一电磁三通阀15、干 燥器16、视液镜17、膨胀阀18、太阳能集热板19、第一电磁阀20、气液分离器21、压缩机22、第 二电磁三通阀23、海水循环泵24、海水冷凝器25、蒸发器26和风机27。其中，海水冷凝器25的 进口与第二电磁三通阀23的第二出口c连接，海水冷凝器25的出口与第一电磁三通阀15的 第二进口c连接，蒸发器26的进口与膨胀阀18的出口连接，蒸发器26的出口与气液分离器21 的进口连接。管道内填充热泵工质，热泵工质采用公知的热泵工质，如二氧化碳等。 具体的，蒸发器26设置在机舱内，并与风机27紧贴。 该实施案例中，所述生活用水回路包括依次连接的冷水给水阀10、储热水箱5、安 全阀28、淋浴喷头29和出热水阀30。 具体的，生活用水回路中的冷水通过冷水给水阀10进入到储热水箱5中，冷水在水 箱内吸收扁球状蓄热体中的热量升温而变成热水，热水经过生活用水管道给淋浴喷头29和 出热水阀30供水，安全阀28用于保护管道和储热水箱的安全。 该实施案例中，储热水箱内还设有电加热棒11、第一热交换管12、第二热交换管13 和第三热交换管14，第一热交换管12为蒸汽换热管，第二热交换管13为烟气换热管，第三热 交换管14为热泵工质换热管。 具体的，储热水箱内装有液位传感器、压力传感器、温度传感器和扁球状蓄热体， 所述扁球状蓄热体的外径大于冷热水管的管径，且蓄热水箱内的冷热水管管口形状为斜切 7 CN 111605667 A 说　明　书 6/7 页 口状。 具体的，扁球状蓄热体内填充有相变材料，相变温度为75℃，当温度高于该温度后 能够相变吸热，当温度低于该温度后能够相变放热。 工作过程： 本发明实施案例中，当船舶处于航行工况时，船舶主机2和船舶发电机组3产生烟气，烟 气合流后进入到废气锅炉4中，与锅炉中的冷水进行热量交换，经过换热的烟气再进入到储 热水箱5中对水箱内的水进行加热，然后才排入大气。而蒸汽回路中的冷水在船舶废气锅炉 4中吸收烟气中的热量后变成过热蒸汽，变成蒸汽的锅炉水经第一气三通调节阀32分流，一 部分用于加热燃油和滑油，另一部分再由第二气三通调节阀34分流，二次分流后的过热蒸 汽一部分进入船舶吸收式制冷机1用于制取冷能，提供给船舶舱室冷却系统8，另一部分蒸 汽直接通入到储热水箱5对生活用水回路中的冷水进行加热，而经过船舶吸收式制冷机1利 用的蒸汽也通入到储热水箱5中，蒸汽经储热水箱5进行热量交换后排入到热井中，形成循 环，源源不断的回收烟气中的余热。 本发明实施案例中，还可以利用船舶主机2和船舶发电机组3中的缸套水来制取冷 能，缸套水回路中的主机缸套水和发电机组缸套水分别经主机缸套水循环泵35和发电机组 缸套水循环泵37流出设备在管道中合流，然后进入吸收式制冷机1内进行换热，用于制取冷 能，提供给船舶舱室冷却系统8，换热后的缸套水分别经主机缸套水调节阀33和发电机组缸 套水调节阀36回到设备当中形成循环，源源不断的利用缸套水中的热量。 具体的，本发明实施案例中，还可以根据需要调节缸套水流量和蒸汽流量来控制 是否为舱室供冷以及调节舱室的供冷温度，从而提高系统的灵活性。 该实施案例中，还可以利用热泵工质回路来为船舶提供生活热水负荷。具体的，打 开冷水给水阀门10、第一电磁三通阀15的a、b口、第二电磁三通阀23的a、b口和第一电磁阀 20，开启风机27，启动压缩机22对管道中的热泵工质进行吸收和压缩，压缩完成后的高温高 压热泵工质在储热水箱5内的第三热交换管14中对蓄热体间的水进行加热，放热后的热泵 工质经过第一电磁三通阀15、干燥器16、夜视镜17后，进入膨胀阀18，经膨胀阀18节流降压 后进入到太阳能集热器19和蒸发器26中吸收热量，从太阳能集热器出来的热泵工质经第一 电磁阀20后与从蒸发器出来的热泵工质混合后进入气液分离器21，然后经压缩机22压缩后 进入储热水箱5进行放热，如此循环。以达到制取热水和给机舱降温的目的。 在航行过程中，船舶还可以根据航区的气候条件或运行工况来选择制冷或制热的 方案，进而最大程度的降低船舶的能耗，提高能源的利用率。 当船舶航行在低纬度海域时，船舶冷负荷需求大，太阳能充足。这时可以在满足燃 油预热蒸汽量的情况下关闭第二气三通调节阀的第一出口b，将剩下的蒸汽全部用来制取 冷能，而船舶的生活热水负荷可以由烟气回路和热泵工质回路提供。当船舶航行在高纬度 海域时，船舶热负荷需求大，这是可以关闭第二气三通调节阀的第二出口c，打开第一出口 b，将剩下的蒸汽全部用来制取生活热水，以满足船舶的生活热水负荷。 本发明实施案例中，当船舶处于停泊工况时，由于船舶主机不工作，废气供应量不 足，船舶吸收式制冷机1的制冷能力变弱，无法满足船舶冷热负荷需求。这时，在本发明实施 案例中，可以通过对船舶废气锅炉4的燃烧器进行补燃来提高供气量，以满足船舶的冷热负 荷需求，同时船舶的热负荷需求也可以通过热泵工质回路来进行补充，以减少燃料消耗，达 8 CN 111605667 A 说　明　书 7/7 页 到节能减排的目的。 具体的，当船舶停靠在城市港口时，考虑到船舶的冷热负荷要求和当地的排放标 准。在该实施案例中，可以把船舶和岸电接通，生活舱室冷却系统8的冷热负荷需求可以由 船舶压缩式电制冷机6来提供，而船舶生活热水负荷可以通过储热水箱5中的电加热棒11来 制取。同时，还可以将船舶热泵工质回路作为制备生活热水的补充。在满足各方面要求的前 提下达到节能减排的目的。 以上所述，仅为本发明的一种