本发明涉及一种对船舶压载水携带的冷能及热能进行采集，并提升为可利用的冷能和热能的综合智能利用系统，更具体地说，涉及一种船舶压载水冷能热能的采集利用系统。
背景技术：
问题几乎所有内河及远洋船舶都会配备压载水系统。压载水系统存在的最初目的是保证船舶的安全和稳性，根据船舶运营需要，对全船压载舱完成压载水注入和外排，进而调整船舶吃水深度、船舶横倾及纵倾，提高全船的稳性，减小船体变形，降低船体震动，改善空舱适航性。压载水系统在船舶运营上起着至关重要的作用。
近年来，随着海洋环境保护意识的提高，船舶压载水中携带的异域病原体及水生物随着压载水排放至海水中，引发物种入侵等生态问题，引起社会各界的广泛关注。因此，船舶压载水系统通过配备压载水处理装置，来杀灭注入压载舱中的异域水生物及病原体，当船舶航行至其他区域并排载时，排出经过灭活处理的压载水，不会造成环境污染问题。
然而，压载水处理装置的使用，给船舶运营增加了较大的成本支出，主要包括：系统的电力负荷支出，压载水处理装置正常使用所添加的药剂成本以及压载水处理装置的正常维护保养费用。从运营经济性角度出发，配备压载水处理装置的压载水处理系统仅实现了对压载水的生物灭活，保护水域环境的功能，但其运行成本是船舶运营中不可忽视的一项重要支出。
技术实现要素：
本发明为一种对船舶压载水携带的冷能及热能进行采集，并提升为可利用的冷能和热能的综合智能利用系统，该系统分为冷能采集系统和热能采集系统，二者通过可共用的公共管线及设备部分结合为一个既可以采集冷能，又可以采集热能的循环系统，采用温度传感器对制冷剂的流量调节阀进行智能控制，在消耗少量电能的前提下，能够产生3～4倍的高品位的冷能或热能输送至船舶制冷及制热系统加以利用，降低船舶因制冷制热而需要的电力负荷、燃油消耗及运营成本。
为了达到上述目的，本发明提供一种船舶压载水冷能热能的采集利用系统，包括压载水循环系统，以及通过管路与所述压载水循环系统和用户端相连的冷能热能循环输送系统；
所述压载水循环系统的结构为：设置在船体船舷外部的用于吸收海水的海水阀箱，所述海水阀箱的管路连接压载水吸入泵的入口，所述压载水吸入泵的出口管路连接压载水处理装置，所述压载水处理装置出口管路分出n条支路，n≥2，n条所述支路分别伸入对应的船舶压载水舱内；
每个所述船舶压载水舱各伸出一根支管路汇成一条总管路后，连接压载水舱循环泵的入口，所述压载水舱循环泵的出口的管路分为两个支路，一条支路连接制冷剂冷凝器的外壳，另一条支路与制冷剂蒸发器的蒸发器盘管连接，最终所述冷剂冷凝器的外壳的出口管路与所述蒸发器盘管的出口管路汇合成一条管路回到所述船舶压载水舱内；
所述冷能热能循环输送系统结构为：制冷剂压缩机入口管路与所述制冷剂蒸发器容置制冷剂的外壳连接，所述制冷剂压缩机出口管路与所述制冷剂冷凝器内容置制冷剂的冷凝器盘管入口连接，所述冷凝器盘管的出口管路接回所述制冷剂蒸发器的外壳形成闭合的循环回路；
所述制冷剂压缩机入口管路上设有温度传感器，所述温度传感器与设置在所述冷凝器盘管的出口管路上的电动调节阀连接；
所述用户端的出口管路分两路，第一路与所述冷剂蒸发器的蒸发器盘管连接后，通过用户端循环泵返回所述用户端的入口，第二路与所述制冷剂冷凝器的壳体连接后，通过用户端循环泵返回所述用户端的入口；
所述船舶压载水冷能热能的采集利用系统涉及的管路上均设有电动阀。
优选方式下，所述海水阀箱与所述压载水吸入泵之间的管路上还设有第一道手动阀，所述第一道手动阀后设置压载水粗滤器。
优选方式下，在所述海水阀箱与所述压载水吸入泵之间的管路上所述电动阀和所述第一道手动阀之间设有压载水粗滤器。
本发明节能高效仅消耗少部分电能，其内部制冷剂采用闭式循环方式，没有燃油、燃煤污染，不排放污染物，为绿色环保的能源利用方式。本发明制热时比燃油锅炉节省40％～60％以上能源，制冷时比普通空调节能20％～25％左右。
本发明可大大降低船舶中生活热水加热、空调制冷及锅炉供热等电力负荷及燃料消耗，从而大大节约船舶日常运营成本，间接地减少了船舶压载水系统因配备压载水处理装置而带来的经营支出。本发明充分地利用了压载水中携带的低品位冷/热能，通过系统中手动及电控阀门的组合切换，形成了冷能采集通路或者热能采集通路，并实现了对船舶压载水中所携带的冷能和热能利用上的切换。
本发明中温度传感器可采集系统用户端的冷、热负荷变化信息传递给电控流量调节阀门对制冷剂流量进行智能调节，保证由制冷剂蒸发器输出的制冷剂全部为气态，以此实现压载水冷能/热能采集端的智能反馈。
本发明可在船舶靠港压载操作、船舶压载航行过程中使用，系统使用局限性小。压载舱多为边舱，被压载水冷热能综合智能利用系统利用过的压载舱内的高温/低温压载水，较容易通过船体外壳与外界海水实现热量传递，进而恢复至与外界海水相近的温度，从而外界海水携带的冷/热能可被系统多次采集利用。
附图说明
图1是所述船舶压载水冷能热能的采集利用系统的流程图。
图2是所述船舶压载水冷能采集利用系统的流程图。
图3是所述船舶压载水热能采集利用系统的流程图。
图4是所述船舶压载水冷能热能采集利用系统的立体结构示意图。
图5是所述船舶压载水冷能热能采集利用系统另一个角度的立体结构示意图。
图6是所述船舶压载水冷能热能采集利用系统的俯视结构的平面示意图。
图7是所述船舶压载水冷能热能采集利用系统的侧视结构的平面示意图。
1、海水阀箱；101、电动阀；102、手动阀；2、压载水处理装置；3、船舶压载水舱；4、压载水粗滤器；5、压载水吸入泵；6、压载水舱循环泵；7、用户端循环泵；8、制冷剂蒸发器；9、温度传感器；10、制冷剂冷凝器；11、电动调节阀；12、制冷剂压缩机；13、用户端；14、冷凝器盘管；15、蒸发器盘管。
具体实施方式
如图1所示，本法明包括压载水循环系统，以及通过管路与所述压载水循环系统和用户端13相连的冷能热能循环输送系统；
所述压载水循环系统的结构为：设置在船体外部的容置的海水阀箱1，所述海水阀箱1的管路连接压载水吸入泵5的入口，所述压载水吸入泵5的出口管路连接压载水处理装置2，对压载水中的水生物和病原体等进行灭火处理。所述压载水处理装置2出口管路分出n条支路，n≥2，n条所述支路分别伸入对应的船舶压载水舱3内；
每个所述船舶压载水舱3各伸出一根支管路汇成一条总管路后，连接压载水舱循环泵6的入口，所述压载水舱循环泵6对介质加压，实现正常输送。所述压载水舱循环泵6的出口的管路分为两个支路，一条支路连接制冷剂冷凝器10的外壳，另一条支路与制冷剂蒸发器8的蒸发器盘管15连接，最终所述冷剂冷凝器10的外壳的出口管路与所述蒸发器盘管15的出口管路汇合成一条管路回到所述船舶压载水舱3内，所述制冷剂蒸发器8为螺旋盘管式换热器，液态制冷剂流经壳内，放热介质(用户水/压载水)流经盘管。
所述冷能热能循环输送系统结构为：制冷剂压缩机12入口管路与所述制冷剂蒸发器8容置制冷剂的外壳连接，所述制冷剂压缩机12出口管路与所述制冷剂冷凝器10内容置制冷剂的冷凝器盘管14入口连接，所述制冷剂冷凝器10为螺旋盘管式换热器，气态制冷剂流经盘管，吸热介质(用户水/压载水)流经壳内。所述冷凝器盘管14的出口管路接回所述制冷剂蒸发器8的外壳形成闭合的循环回路；
所述制冷剂压缩机12入口管路上设有温度传感器9，所述温度传感器9与设置在所述冷凝器盘管14的出口管路上的电动调节阀11连接，所述电动调节阀11配备有温度传感器和电子控制箱，实现压缩机入口管路温度采集和阀门开度控制，所述制冷剂压缩机12对常温常压气态制冷剂做功，加压为高温高压气体。
所述用户端13的出口管路分两路，第一路与所述冷剂蒸发器8的蒸发器盘管15连接后，通过用户端循环泵7返回所述用户端13的入口，第二路与所述制冷剂冷凝器10的壳体连接后，通过用户端循环泵7返回所述用户端13的入口。
所述船舶压载水冷能热能的采集利用系统涉及的管路上均设有电动阀101。所述海水阀箱1与所述压载水吸入泵5之间的管路上还设有第一道手动阀102，所述第一道手动阀102后设置压载水粗滤器4。在所述海水阀箱1与所述压载水吸入泵5之间的管路上所述电动阀101和所述第一道手动阀102之间设有压载水粗滤器4，对进入压载水系统的海水粗过滤，所述手动阀102、电动阀101和电动调节阀11即遥控阀门实现了系统管路介质流向通断及冷能利用和热能利用模式切换。
如图2所示，本发明所述压载水冷能采集利用系统的流程：
打开压载水吸入泵5前管路上的手动截止阀102和电动阀101，运行压载水吸入泵5和压载水处理装置，海水经船舶舷侧海水阀箱1进入压载管路，通过压载水粗滤器过滤，经压载水处理装置实现对水生物和病原体的灭活处理，纯净的压载水经通过压载水处理装置出口管路上的各电动阀101分别进入船舶压载水舱3。
船舶压载水舱3内的压载水经压载舱循环水泵6加压后，经压载舱循环水泵6出口管路上的电动阀101进入制冷剂冷凝器10的壳体内，将冷凝器盘管14内的高温高压的制冷剂蒸气冷凝为低温高压液态制冷剂，同时，压载水吸收制冷剂冷凝释放出的热量，经制冷剂冷凝器10壳体的出口管路上的电动阀101即遥控截止阀，返回各船舶压载水舱中。
压载水与高温高压气态制冷剂在冷凝器内换热所产生的低温高压液态制冷剂从冷凝器盘管流出，经电动调节阀11即电控流量调节阀的节流作用，减压为低温常压的雾状液态制冷剂，并进入制冷剂蒸发器壳内。
在靠近制冷剂压缩机入口的制冷剂循环管路上设置温度传感器9，通过实时监测制冷剂循环管路的温度变化，感知用户端对冷能量的需求。
若温度传感器监测的温度降低，说明用户端对冷能需求降低，电子控制箱接收传感器温度信号，并减小流量调节阀开度，进而减小蒸发器的制冷剂量蒸发量，保证进入制冷剂压缩机全部为气态制冷剂。若温度传感器监测的温度升高，说明用户端对冷能需求升高，电子控制箱接收传感器温度信号，并增大流量调节阀开度，进而增大蒸发器的制冷剂量蒸发量。
冷能利用用户端的循环水，经用户端13的出口管路上的电动阀101进入制冷剂蒸发器盘管内，并与进入蒸发器的低温常压雾状液态制冷剂进行换热，将低温常压液态制冷剂蒸发为常温常压气体，同时，冷能利用用户端循环水释放出热量，本身温度降低，变为低温用户端循环水，通过用户端循环水泵加压输送至冷能利用端即用户端13(可通过风冷换热器，将冷能释放给空气，实现船舶舱室内空调降温作用)。
用户端13的循环水与低温常压液态制冷剂在制冷剂蒸发器8内换热，被用户端13循环水蒸发后的常温常压气态制冷剂从制冷剂蒸发器8壳体端出口流出，经气体制冷剂压缩机12压缩，变为高温高压制冷剂蒸气，输送至冷凝器盘管14。
本发明所述压载水热能采集利用系统的流程：
打开压载水吸入泵5前管路上的手动截止阀102和电动阀101，运行压载水吸入泵5和压载水处理装置，海水经船舶舷侧海水阀箱1进入压载管路，通过压载水粗滤器过滤，经压载水处理装置实现对水生物和病原体的灭活处理，纯净的压载水经通过压载水处理装置出口管路上的各电动阀101分别进入船舶压载水舱3。
船舶压载水舱3内的压载水，经压载舱循环水泵6加压，经压载舱循环水泵6出口管路上的开启的电动阀101进入制冷剂蒸发器盘管15内，并与进入制冷剂蒸发器8的低温常压雾状液态制冷剂进行换热，将低温常压液态制冷剂蒸发为常温常压气体，同时，压载水释放出热量，本身温度降低，变为低温压载水，经电动阀101返回至船舶压载水舱3内。
压载水与低温常压液态制冷剂在蒸发器内换热，被压载水蒸发后的常温常压气态制冷剂从蒸发器壳端出口流出，经气体压缩机压缩，变为高温高压制冷剂蒸气，再输送至冷凝器盘管进行循环。
热能利用端循环水经其出口管路上开启的电动阀101进入制冷剂冷凝器10的壳体内，与高温高压气态制冷剂在制冷剂冷凝器10内换热，将冷凝器盘管10内的制冷剂蒸气冷凝为低温高压液态制冷剂，同时，热能利用端循环水吸收制冷剂冷凝释放出的热量，被加热为高温用户水，经制冷剂冷凝器10壳体的出口管路上开启的电动阀101进入用户端循环水泵加压输送至热能利用端(可通过风冷换热器，将热能释放给空气，实现船舶舱室内空调升温作用，也可将高温用户水作为日常生活高温用水使用，以降低锅炉及生活用水加热的燃料和电力消耗)。
制冷剂冷凝器10内产生的低温高压液态制冷剂从冷凝器盘管14中流出，经电动调节阀11节流作用，减压为低温常压的雾状液态制冷剂，并进入制冷剂蒸发器8的壳体内。
在靠近制冷剂压缩机12入口的制冷剂循环管路上设置温度传感器9，通过实时监测制冷剂循环管路的温度变化，感知用户端对冷能量的需求。若温度传感器9监测的温度降低，说明用户端13对热能需求降低，电子控制箱接收传感器温度信号，并减小电动调节阀11的开度，进而减小制冷剂蒸发器8的制冷剂的蒸发量，保证进入制冷剂压缩机12全部为气态制冷剂；若温度传感器监测的温度升高，说明用户端对热能需求升高，电子控制箱接收传感器温度信号，并增大电动调节阀11的开度，进而增大制冷剂蒸发器8的制冷剂的蒸发量，保证进入制冷剂压缩机12全部为气态制冷剂。
本发明为船舶压载水冷热能综合智能利用系统，可将压载水中所携带大量的冷源或热源加以采集，通过系统内部阀门组合切换，实现压载水供应端和用户利用端的换热介质流向切换，从而实现用户端在冷能利用和热能利用模式下随意切换。
系统设置制冷剂循环管路，作为用户端和压载水供应端的中间换热循环，通过制冷剂压缩机消耗少量电能，对常温常压气态制冷剂做功提升为高温高压制冷剂，并通过电控流量调节阀进行系统用户端冷/热量的实时监测和系统智能反馈控制，以实现整个系统对压载水所携带的冷热能综合智能利用。
船舶压载舱内压载水量巨大，携带的低品质冷量和热量巨大，通过选取较大的压载舱循环水泵循环量，以提供充足的系统冷量和热量采集供应，保证压载水冷热能完全满足用户端的使用需求。同时，压载舱多为船舶边舱，被压载水冷热能综合智能利用系统利用过的压载舱内的高温/低温压载水，较容易通过船体外壳与外界海水实现热量传递，进而恢复至与外界海水相近的初始温度，从而外界海水携带的冷/热能可被系统多次采集和利用。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。