一种基于回收余热的船舶热泵热水系统的制作方法

本发明实施例涉及船舶余热利用、节能减排技术领域，尤其涉及一种基于回收余热的船舶热泵热水系统。

背景技术：

目前，船舶上热水系统基本上是锅炉供水、电热水器供水。

船舶机舱内气温较高，不利于轮机员在机舱内长时间工作，如何能够适当降低机舱温度，使其适应轮机员长时间工作且满足主机正常进气温度，且能够实现空气余热利用，是当前船舶节能减排新的发展方向。

相比于锅炉供水和电加热供水，此方案具有整体降低机舱温度和节能的好处，不需要使用燃料，只需要少量电能，综上所述，现有的船舶热水系统工作效率过低而且不够环保。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种基于回收余热的船舶热泵热水系统，以克服上述技术问题。

本发明是一种基于回收余热的船舶热泵热水系统，包括：

水热换热器、空气源蒸发器、太阳能蒸发器、节流阀、压缩机、储水箱以及太阳能集热器；

所述空气源蒸发器用于回收船舱内空气的热量，所述太阳能蒸发器器的用于收集太阳能的热量，所述空气源蒸发器和太阳能蒸发器采用并联连接方式，一端通过三通阀与节流阀连接，另一端通过三通阀与压缩机连接，所述压缩机另一端连接于水热换热器，所述水热换热器用于将所述储水箱内的淡水与所述空气源蒸发器和太阳能蒸发器之间进行热量交换。

进一步地，还包括：

电控箱、用于采集储水箱内压力的压力传感器、用于采集所述储水箱内温度的水温传感器、用于控制所述水热换热器工作的电控混水阀；

所述电控箱用于控制所述压力传感器采集的储水箱内压力和所述水温传感器采集的温度，并根据所述压力和温度实时控制所述电控混水阀，还用于控制连接空气源蒸发器和太阳能蒸发器的三通阀；

所述压力传感器和所述水温传感器设置于所述储水箱内，所述电控混水阀设置于所述储水箱和所述水热换热器的进水口，所述压力传感器、所述温度传感器以及电控混水阀分别与所述电控箱连接。

进一步地，还包括，设置于水热换热器与节流阀之间的充气阀，所述充气阀用于补充气体工质。

进一步地，所述空气源蒸发器和所述太阳能蒸发器的工质为二氧化碳。

进一步地，所述蒸发器为微通道蒸发器。

本发明空气源二氧化碳热泵热水器在高温的船舶机舱内吸收空气余热。既能实现机舱降温，又能实现余热利用，有利于船舶的节能减排。为远洋船员解决了机舱高温环境工作难的问题，同时为船舶上船员提供一种更高效率和更低成本的制备热水的方法。本发明对船用空气源热泵采用二氧化碳作为冷热交换工质，具有环保性、高效性、经济性等优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明基于回收余热的船舶热泵热水系统结构示意图；

图2为本发明太阳能集热板结构示意图；

图3为本发明微通道换热器内部结构图；

图4为本发明热泵水箱结构及配管示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明基于回收余热的船舶热泵热水系统结构示意图，如图1所示，本实施例的系统可以包括：

水热换热器1、空气源蒸发器5、太阳能蒸发器4、节流阀3、压缩机6以及储水箱9；

所述空气源蒸发器用于回收船舱内空气的热量，所述太阳能蒸发器的用于收集太阳能的热量，所述空气源蒸发器和太阳能蒸发器采用并联连接方式，一端通过三通阀与节流阀连接，另一端通过三通阀与压缩机连接，所述压缩机另一端连接于水热换热器，所述水热换热器用于将所述储水箱内的淡水与所述空气源蒸发器和太阳能蒸发器之间进行热量交换。

具体来说，所述蒸发器由太阳能蒸发器和空气源蒸发器两种蒸发器并联构成,所述节流阀与第二电磁三通阀连接,所述第二电磁三通阀两出口分别与所述太阳能蒸发器及空气源蒸发器连接,所述太阳能集热器及空气源蒸发器分别与第一电磁三通阀的两进口连接,所述第一电磁三通阀的出口与压缩机连接。

进一步地，还包括：

电控箱12、用于采集储水箱内压力的压力传感器10、用于采集所述储水箱内温度的水温传感器11以及用于控制所述水热换热器工作的电控混水阀8；

所述电控箱用于接收所述压力传感器采集的储水箱内压力和所述水温传感器采集的温度，并根据所述压力和温度实时控制所述电控混水阀，还用于控制连接空气源蒸发器和太阳能蒸发器的三通阀；

所述压力传感器和所述水温传感器设置于所述储水箱内，所述电控混水阀设置于所述储水箱和所述水热换热器的进水口，所述压力传感器、所述压力传感器以及电控混水阀分别与所述电控箱连接。

具体来说，如图4所示，为热泵水箱结构及配管图，对应序号依次为：1、2、8、9、10、11均为温度传感器，7和12为高水位传感器和低水位传感器，接受遥控器设定的水温，控制流过水泵19的水量，即改变流入换热器的水量，冷水的流量与经过换热器后温度的升幅大小成反比，冷水经过换热器后流入储水箱顶部，完成加热过程。图中13、14、15依次表示高温水、中温水、低温水。储水箱中水加热的循环管路是：储水箱底部(低温水)～水泵19～换热器入口～换热器出口～储水箱顶部。17表示厨房用水，18表示淋浴用水。通过改变冷热水的比例来改变淋浴和厨房用水的温度。剩余表示：1和2温度传感器、3表示电动混水阀、4表示流量计、5表示阀门、6表示电磁阀、20止回阀。由于船用空气源热泵的蒸发器安装在船舶主机舱和辅机舱以及船外，二氧化碳气体由压缩机提供动力，由蒸发器到压缩机之间的管路必须在表面加装隔热层。

由于跨临界二氧化碳热泵系统的运行压力较高，高压侧压力可达到10MPa以上，约为传统工质系统压力的6～8倍，因此对系统的管路以及压缩机提出特殊要求。本实施例采用两级压缩机，有利于系统的稳定工作，把两级压缩机单独分开，两级压缩机之间的管路系统加装一个中间冷却器，降低进入第二台压缩机的进气温度，从而来提高循环效率。本实施例采用两级压缩机，满足二氧化碳气体跨临界循环高压的需求。

电控箱根据船舶需水量以及机舱温度等工况的不同，确定蒸发器的切换以及储热水箱热水的目标温度。

图2为本发明太阳能集热板结构示意图，其中，1为透明盖板、2为保温材料、3为吸热体、4为壳体。

进一步地，所述压缩机与所述水热换热器之间设置安全阀7。

进一步地，所述水热换热器与节流阀之间设置充气阀2。

具体来说，所述生活用水回路由依次连接的进水管路和电控混合阀组成，所述电控混合阀的出口与水热换热器相连，使其冷水在水热换热器内形成热交换，然后由回流管路进入储水箱。水位传感器和水温传感器以及电控混水阀由电控箱控制。所述以二氧化碳为工质的回路由水热换热器、充气阀、膨胀阀、空气源蒸发器、太阳能蒸发器、压缩机、安全阀的封闭回路组成。

进一步地，所述蒸发器为微通道蒸发器。

具体来说，如图3所示，为船用太阳能辅助空气源热泵热水器的微通道蒸发器。一种叉流高效紧凑式微通道换热器，具有较高的结构强度，能承受二氧化碳高压的条件与普通的壳管式或板翅式换热器相比，微通道换热器在船用空气源热泵中的应用存在着明显的优势。

将船用空气源热泵安装至主机舱和辅机舱，以二氧化碳为工质热泵能在较大的外界温度范围下稳定运行，且获得较多能量。

热泵系统中的蒸发器安装在船舶的主机舱和辅机舱以及船外，以船舶机舱热空气和太阳能作为热源，利用太阳能和机舱空气热能，在不同的工况下单独工作以及联合工作，从而在水热换热器处实现冷水换热，系统包括工质循环回路、生活用水回路。热泵压缩机采用双极压缩，中间管路加装中间冷却器。

本发明采用船用太阳能辅助空气源二氧化碳热泵热水器，以船舶机舱热空气和太阳能作为热源，利用太阳能和机舱空气热能，在不同的工况下单独工作以及联合工作，使其能达到降低机舱温度和制取船用生活热水的双重目的。二氧化碳工质具有环保性和安全性等优点，具有较高的性能系数(COP)。

本发明既能降低机舱温度，有利于机械设备的正常运行，也能有利于轮机管理人员正常工作。在机舱降低温度的同时，制取船用生活热水。大大的降低了船舶能耗，增加了余热利用的效率。同时还能利用太阳能，实现节能环保，热泵工质二氧化碳气体环保无污染。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。