一种利用船舶余热的喷射-压缩耦合制冷系统及方法

1.本发明属于船舶制冷技术领域，具体涉及一种利用船舶余热的喷射-压缩耦合制冷系统及方法。


背景技术：

2.这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。
3.海运业承载了85％以上的商品贸易货运量，船舶作为其主要载体，存在能耗较大、余热浪费严重的弊端。目前，“绿色低碳”已成为海洋行业的发展目标，这也对船舶动力余热利用水平提出了更新和更高的要求。
4.现有的船舶主机热效率约为40％～50％，其余部分消耗的能源大多以低温余热的形式排放到环境中去，被缸套冷却水、润滑油带走或以热辐射等方式损失。其中柴油机排气温度在330℃～380℃左右；辅助锅炉排气温度在150～350℃；如能将船舶动力余热加以回收利用，不仅可以降低船舶运营成本，同时还能够有效降低船舶能效设计指数(eedi)，在环保方面具有重大现实价值。而当前船用制冷系统主要为蒸汽压缩，消耗的是柴油发动机的动力，存在着能耗高的问题。


技术实现要素：

5.针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种利用船舶余热的喷射-压缩耦合制冷系统及方法，该系统实现了高效回收船舶余热，并为蒸汽压缩制冷系统冷凝侧供冷，增加了原有蒸汽压缩制冷系统的制冷量，提高了能源的利用率。
6.为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
7.第一方面，本发明提供了一种利用船舶余热的喷射-压缩耦合制冷系统，包括喷射器制冷系统和蒸汽压缩式制冷系统，喷射器制冷系统包括喷射器，喷射器出口与第一冷凝器入口相连，第一冷凝器出口与储液器入口相连；储液器第一路与蒸汽发生器入口连接，蒸汽发生器吸收船舶余热，蒸汽发生器的出口与喷射器一次流进口相连，储液器第二路与复叠式换热器冷侧入口连接，复叠式换热器冷侧出口与喷射器的二次流进口相连；复叠式换热器热侧与蒸汽压缩式制冷系统连接以进行热量交换。
8.作为进一步的技术方案，所述储液器和蒸汽发生器之间设置工质泵，储液器第一路与工质泵入口相连，工质泵出口与蒸汽发生器入口相连。
9.作为进一步的技术方案，所述工质泵和蒸汽发生器之间设置止回阀。
10.作为进一步的技术方案，所述储液器和复叠式换热器之间设置第一节流阀。
11.作为进一步的技术方案，所述蒸汽压缩式制冷系统包括第二冷凝器，第二冷凝器出口与复叠式换热器热侧入口相连，复叠式换热器热侧出口与蒸发器入口相连，蒸发器出口与压缩机吸入口相连，压缩机出口与第二冷凝器入口相连。
12.作为进一步的技术方案，所述复叠式换热器和蒸发器之间设置第二节流阀。
13.作为进一步的技术方案，所述喷射器制冷系统内设置第一混合工质，蒸汽压缩式
制冷系统内设置第二混合工质。
14.作为进一步的技术方案，所述第一混合工质在第一冷凝器处与海水进行热交换，第二混合工质在第二冷凝器处与海水进行热交换。
15.作为进一步的技术方案，所述工质泵和蒸汽发生器之间设置预热器。
16.第二方面，本发明还提供了一种如上所述的利用船舶余热的喷射-压缩耦合制冷系统的工作方法，包括以下步骤：
17.混合工质在蒸汽发生器内吸收船舶余热产生高温高压的工作蒸汽进入到喷射器内，引射来自复叠式换热器冷侧的低温低压混合工质蒸汽，两股蒸汽在喷射器内混合均匀，从喷射器出口排出后在第一冷凝器内与海水进行换热，冷凝为液体；
18.在储液器内混合工质分为两路，第一路进入到复叠式换热器的冷侧吸收热量变为低温低压的制冷剂蒸汽；第二路经过工质泵的绝热压缩后，重新进入到蒸汽发生器内，进而完成循环。
19.作为进一步的技术方案，复叠式换热器热侧与冷侧的混合工质进行热交换，复叠式换热器热侧的混合工质在蒸发器内为用冷场所提供冷量，并变为制冷剂蒸汽，经过压缩机的压缩作用，进入到第二冷凝器内与海水进行换热，随后进入到复叠式换热器内进而完成整个循环。
20.上述本发明的有益效果如下：
21.本发明的喷射-压缩耦合制冷系统，由蒸汽发生器吸收船舶余热，由冷凝器与海水进行热量交换，充分利用船舶的低品位工业余热和天然冷源(海水)，利用喷射器制冷系统将蒸汽压缩式制冷系统节流阀前的制冷剂过冷，增大了系统的制冷量。
22.本发明的喷射-压缩耦合制冷系统，采用非共沸混合工质，与单一工质相比，增大了喷射器的效率；并且在换热器内相变换热的过程中存在温度滑移，实现近似的劳伦兹循环，使换热器换热系数更高，可以缩小换热器的尺寸，降低成本。
23.本发明的喷射-压缩耦合制冷系统，可以实现对船舶余热梯级利用，提高余热回收的效率和能源的利用率。
附图说明
24.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
25.图1是本发明根据一个或多个实施方式的喷射-压缩耦合制冷系统的示意图；
26.图中：为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意使用；
27.其中，1、喷射器，3、第一冷凝器，3、储液器，4、工质泵，5、蒸汽发生器，6、压缩机，7、第二冷凝器，8、复叠式换热器，9、第二节流阀，10、蒸发器，11、第一节流阀，13、预热器。
具体实施方式
28.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
29.本发明的一种典型的实施方式中，如图1所示，提出一种利用船舶余热的喷射-压
缩耦合制冷系统，其包括喷射器1，喷射器1的出口与第一冷凝器3的入口相连，第一冷凝器3的出口与储液器3的入口相连。
30.在储液器3内，液体分为两路；储液器3第一路与工质泵4的入口相连，工质泵4的出口经过止回阀与蒸汽发生器5的入口相连，蒸汽发生器5的出口与喷射器1的一次流进口相连。储液器3另一路经过第一节流阀11与复叠式换热器8冷侧入口相连，复叠式换热器8冷侧出口与喷射器1的二次流进口相连。该部分构成喷射器制冷系统。
31.压缩机6的出口与第二冷凝器7的入口相连，第二冷凝器7的出口与复叠式换热器8热侧的入口相连，复叠式换热器8热侧的出口经过第二节流阀9与蒸发器10的入口相连，蒸发器10的出口与压缩机6的吸入口相连。该部分构成蒸汽压缩式制冷系统。
32.该制冷系统中采用混合工质，喷射器制冷系统和蒸汽压缩式制冷系统中所采用的工质是不同的，即喷射器制冷系统内设置第一混合工质，蒸汽压缩式制冷系统内设置第二混合工质；优选的，喷射器制冷系统的混合工质为r134a/r345fa，质量配比为：0.4/0.6。蒸汽压缩式制冷系统的混合工质为r410a或r404a。
33.在进一步的方案中，在工质泵4和蒸汽发生器5之间设置预热器13，可以利用船舶余热中的低品位余热(如缸套水)实现对来自工质泵的混合制冷剂进行预热。预热后的制冷剂进入到蒸汽发生器中与来自来自船舶余热中的高温余热资源(如柴油机尾排)等进行换热，从而产生高温高压的制冷剂蒸汽。
34.该制冷系统的工作原理为：
35.喷射器制冷系统中，混合工质在蒸汽发生器5内吸收船舶余热(发动机尾排、锅炉尾排等)产生高温高压的工作蒸汽进入到喷射器1内，引射来自复叠式换热器8冷侧的低温低压混合工质蒸汽。两股蒸汽在喷射器1内混合均匀，从喷射器1出口排出后在第一冷凝器3内与海水进行换热，冷凝为液体。在储液器3内，混合工质分为两路，第一路经过第一节流阀11节流降压后进入到复叠式换热器8的冷侧吸收热量变为低温低压的制冷剂蒸汽；第二路经过工质泵4的绝热压缩后，重新进入到蒸汽发生器5内，进而完成循环。
36.蒸汽压缩式制冷系统中，在复叠式换热器8的热侧与冷侧的混合工质进行热交换，增大了进入第二节流阀9前液体的过冷度。复叠式换热器热侧的混合工质在蒸发器10内为用冷场所提供冷量，并变为制冷剂蒸汽，经过压缩机6的压缩作用，进入到第二冷凝器7内与海水进行换热，随后进入到复叠式换热器8内进而完成整个循环。
37.过冷度增大后蒸汽压缩式制冷系统比之前的系统能够提供更大的制冷量。
38.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。