应用于船舶及海洋工程领域的余热发电系统的制作方法

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1.本发明涉及船舶与海洋工程技术领域，特别涉及一种应用于船舶及海洋工程领域的余热发电系统。

背景技术：

2.目前在船舶及海洋工程领域，实践中对内燃机余热利用较为普遍方式是利用内燃机的废气提供热源，或利用内燃机冷却水制取淡水，并未对能量的品质进行提升。已公开的利用内燃机余热进行发电的技术，存在如下问题：
3.1.对内燃机余热的利用不充分，具体表现为只利用内燃机废气中的高温余热，或采用水蒸汽作为做功介质，导致无法利用内燃机冷却水中的低温余热。
4.2.系统构成复杂，具体表现为采用多个回路完成工质冷凝放热、增压、吸热、做功、降压的工作循环。
5.3.对内燃机原有系统进行功能性修改，具体表现为对冷却水系统进行加热，背离了其用于冷却的初衷，增加了风险性。

技术实现要素：

6.本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种应用于船舶及海洋工程领域的余热发电系统。
7.本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
8.一种应用于船舶及海洋工程领域的余热发电系统，其包括用于冷却内燃机的冷却水回路，其还包括以内燃机排出的废气为热源的废气换热回路和为发电机提供动力的发电动力回路，发电动力回路的管路内具有第一工质；发电动力回路包括依次连接的用于将第一工质加热到气态的热量交换装置、用于驱动发电机的膨胀机、用于将第一工质降温到液态的冷凝器和用于驱动第一工质在回路内循环流动的工质增压泵；工质增压泵连接于热量交换装置；冷却水回路的管路和废气换热回路的管路均穿设于热量交换装置；冷却水回路的位于热量交换装置内的管路和废气换热回路的位于热量交换装置内的管路均作为用于加热第一工质的加热源。
9.所述应用于船舶及海洋工程领域的余热发电系统还包括用于控制废气换热回路和发电动力回路的发电系统控制单元；膨胀机和热量交换装置之间的管路上设有用于检测第一工质的温度或压力的传感器。
10.废气换热回路的管路内具有第二工质，废气换热回路包括用于驱动第二工质流动的循环泵和用于为第二工质加热的废气换热器，废气换热器设于内燃机的排气管路上；废气换热器具有废气旁通装置。
11.所述应用于船舶及海洋工程领域的余热发电系统通过废气旁通装置，控制进入热量交换装置的第二工质的温度。
12.废气换热回路的管路上还设有调节阀。
13.所述应用于船舶及海洋工程领域的余热发电系统通过废气旁通装置或调节阀，控制进入热量交换装置的第二工质的温度。
14.废气旁通装置和调节阀为独立控制。
15.废气旁通装置和调节阀为联合控制；发电系统控制单元通过传感器获取膨胀机进口的第一工质的温度或压力后调节废气旁通装置和调节阀。
16.热量交换装置为蒸发器。
17.膨胀机为螺杆膨胀机或透平膨胀机。
18.第一工质为有机工质。
19.第二工质为热油，废气换热回路的管路上还设有除气柜，除气柜上连接有膨胀柜。
20.第二工质为水，废气换热回路的管路上还设有膨胀柜。
21.本发明的有益效果在于：本发明的余热发电系统，采用单回路系统，同时从内燃机的废气和冷却水中吸收余热，不改变内燃机原有系统的各项功能，通过膨胀机发电，将低品质热能提升为高品质的电能，提升能量利用的效率、降低co2排放，具有余热利用充分、系统构成简单、操作维护方便、风险性低的特点。
附图说明
22.图1为本发明实施例1的结构示意图。
23.图2为本发明实施例2的结构示意图。
具体实施方式
24.下面举两个较佳实施例，并结合附图来更清楚完整地说明本发明。
25.实施例1
26.如图1所示，一种应用于船舶及海洋工程领域的余热发电系统，其包括用于冷却内燃机的冷却水回路30、以内燃机排出的废气为热源的废气换热回路20和为发电机提供动力的发电动力回路10。
27.发电动力回路10的管路内具有第一工质；发电动力回路10包括依次连接的用于将第一工质加热到气态的热量交换装置14、用于驱动发电机16的膨胀机11、用于将第一工质降温到液态的冷凝器12和用于驱动第一工质在回路内循环流动的工质增压泵13；工质增压泵13连接于热量交换装置14。
28.第一工质为有机工质。
29.膨胀机11为螺杆膨胀机或透平膨胀机。
30.膨胀机11和热量交换装置14之间的管路上设有用于检测第一工质的温度或压力的传感器15。
31.废气换热回路20的管路内具有第二工质，废气换热回路包括用于驱动第二工质流动的循环泵21和用于为第二工质加热的废气换热器22，废气换热器22设于内燃机的排气管路23上；废气换热回路的管路上还设有调节阀60。废气换热器22具有用于控制废气换热器的废气旁通装置24。
32.本实施例中，第二工质为热油，废气换热回路20的管路上还设有除气柜25，除气柜25上连接有膨胀柜26。废气换热回路的管路上还设有安全阀27，安全阀27同时连接于膨胀
柜26。
33.冷却水回路30的管路内具有用于给内燃机31降温的第三工质，冷却水回路上设有冷却水泵32和淡水冷却器33。第三工质为水。
34.冷却水回路的管路和废气换热回路的管路均穿设于热量交换装置14。
35.冷却水回路的位于热量交换装置内的管路和废气换热回路的位于热量交换装置内的管路均作为用于加热第一工质的加热源。
36.本实施例中，热量交换装置14包括依次连接的第一蒸发器141和第二蒸发器142。第一蒸发器141连接于工质增压泵13。
37.冷却水回路的管路穿设于第一蒸发器141，并作为第一蒸发器141的热源，对流经第一蒸发器的第一工质的进行加热。第一蒸发器也可以为预热器。
38.废气换热回路的管路穿设于第二蒸发器142，并作为第二蒸发器142的热源，对流经第二蒸发器的第一工质进行加热。
39.本发明的应用于船舶及海洋工程领域的余热发电系统还包括用于控制废气换热回路和发电动力回路的发电系统控制单元40。发电系统控制单元40可以对调节阀60和废气旁通装置24进行控制，可以通过传感器15监测第一工质的温度或压力。
40.图1中，发电动力回路10、发电机16和发电系统控制单元40组成发电系统；冷却水回路30和内燃机31组成内燃机冷却水系统；内燃机的排气管路23和废气换热器22组成内燃机排气系统。图1中，各个系统用双点划线框出。
41.本发明的余热发电系统工作原理：
42.热量交换装置中，第一工质从内燃机的冷却水及废气吸收热量，从液态变成高温高压的蒸汽，进入膨胀机后，通过膨胀机驱动发电机发电；第一工质流经膨胀机后降压，通过冷凝器放热变成液体；然后，液态的第一工质通过增压泵加压后进入热量交换装置。如此循环，形成第一工质流动的循环回路。
43.本发明的余热发电系统通过废气旁通装置、调节阀中的一个或若干个，控制进入蒸发器的第二工质的温度，确保第一工质充分吸收热量。
44.废气旁通装置和调节阀可以分别独立控制。
45.废气旁通装置和调节阀可以联合控制。进行联合控制时，发电系统控制单元通过传感器，获取膨胀机进口的工质温度或压力，并根据此参数调节废气旁通装置和调节阀。
46.本实施例的余热发电系统采用预热器(或蒸发器)同蒸发器的串联。
47.本发明的余热发电系统，利用有机工质，采用单回路系统，同时从内燃机的废气和冷却水中吸收余热，不改变内燃机原有系统的各项功能，通过膨胀机发电，将低品质热能提升为高品质的电能，提升能量利用的效率、降低co2排放，具有余热利用充分、系统构成简单、操作维护方便、风险性低的特点。
48.实施例2
49.如图2所示，一种应用于船舶及海洋工程领域的余热发电系统，其包括用于冷却内燃机的冷却水回路30、以内燃机排出的废气为热源的废气换热回路50和为发电机提供动力的发电动力回路10。
50.发电动力回路10的管路内具有第一工质；发电动力回路10包括依次连接的用于为第一工质加热到气态的热量交换装置14、用于驱动发电机16的膨胀机11、用于将第一工质
降温到液态的冷凝器12和用于驱动第一工质在回路内循环流动的工质增压泵13；工质增压泵13连接于热量交换装置14。
51.第一工质为有机工质。
52.膨胀机11为螺杆膨胀机或透平膨胀机。
53.膨胀机11和热量交换装置14之间的管路上设有用于检测第一工质的温度或压力的传感器15。
54.废气换热回路50的管路内具有第二工质，废气换热回路包括用于驱动第二工质流动的循环泵51和用于为第二工质加热的废气换热器52，废气换热器52设于内燃机的排气管路53上；废气换热回路的管路上还设有调节阀60。废气换热器52还包括用于控制废气换热器的废气旁通装置54。
55.本实施例中，第二工质为水，废气换热回路的管路上还设有膨胀柜55和安全阀56。
56.冷却水回路30的管路内具有用于给内燃机31降温的第三工质，冷却水回路上设有冷却水泵32和淡水冷却器33。第三工质为水。
57.冷却水回路的管路和废气换热回路的管路均穿设于热量交换装置14。
58.冷却水回路的位于热量交换装置内的管路和废气换热回路的位于热量交换装置内的管路均作为用于加热第一工质的加热源。
59.本实施例中，热量交换装置14为蒸发器。
60.冷却水回路的管路和废气换热回路的管路分别穿设于蒸发器，对流经蒸发器的第一工质的进行加热。
61.本发明的应用于船舶及海洋工程领域的余热发电系统还包括用于控制废气换热回路和发电动力回路的发电系统控制单元40。发电系统控制单元40可以对调节阀60和废气旁通装置24进行控制，可以通过传感器15监测第一工质的温度或压力。
62.图2中，发电动力回路10、发电机16和发电系统控制单元40组成发电系统；冷却水回路30和内燃机31组成内燃机冷却水系统；内燃机的排气管路53和废气换热器52组成内燃机排气系统。图2中，各个系统用双点划线框出。
63.本发明的余热发电系统工作原理：
64.热量交换装置中，第一工质从内燃机的冷却水及废气吸收热量，从液态变成高温高压的蒸汽，进入膨胀机后，通过膨胀机驱动发电机发电；第一工质流经膨胀机后降压，通过冷凝器放热变成液体；然后，液态的第一工质通过增压泵加压后进入热量交换装置。如此循环，形成第一工质流动的循环回路。
65.本发明的余热发电系统通过废气旁通装置和调节阀中的一个或若干个，控制进入蒸发器的第二工质的温度，确保第一工质充分吸收热量。
66.废气旁通装置和调节阀可以分别独立控制。
67.废气旁通装置和调节阀可以联合控制。进行联合控制时，发电系统控制单元通过传感器，获取膨胀机进口的工质温度或压力，并根据此参数调节废气旁通装置和调节阀。
68.本实施例的余热发电系统采用拥有多个热侧回路的蒸发器。
69.在其他实施例中，也可以采用多个蒸发器的并联。
70.本发明的余热发电系统，利用有机工质，采用单回路系统，同时从内燃机的废气和冷却水中吸收余热，不改变内燃机原有系统的各项功能，通过膨胀机发电，将低品质热能提
升为高品质的电能，提升能量利用的效率、降低co2排放，具有余热利用充分、系统构成简单、操作维护方便、风险性低的特点。
71.虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

技术特征：

1.一种应用于船舶及海洋工程领域的余热发电系统，其包括用于冷却内燃机的冷却水回路，其特征在于，其还包括以内燃机排出的废气为热源的废气换热回路和为发电机提供动力的发电动力回路，发电动力回路的管路内具有第一工质；发电动力回路包括依次连接的用于将第一工质加热到气态的热量交换装置、用于驱动发电机的膨胀机、用于将第一工质降温到液态的冷凝器和用于驱动第一工质在回路内循环流动的工质增压泵；工质增压泵连接于热量交换装置；冷却水回路的管路和废气换热回路的管路均穿设于热量交换装置；冷却水回路的位于热量交换装置内的管路和废气换热回路的位于热量交换装置内的管路均作为用于加热第一工质的加热源。2.如权利要求1所述的应用于船舶及海洋工程领域的余热发电系统，其特征在于，所述应用于船舶及海洋工程领域的余热发电系统还包括用于控制废气换热回路和发电动力回路的发电系统控制单元；膨胀机和热量交换装置之间的管路上设有用于检测第一工质的温度或压力的传感器。3.如权利要求2所述的应用于船舶及海洋工程领域的余热发电系统，其特征在于，废气换热回路的管路内具有第二工质，废气换热回路包括用于驱动第二工质流动的循环泵和用于为第二工质加热的废气换热器，废气换热器设于内燃机的排气管路上；废气换热器具有废气旁通装置。4.如权利要求3所述的应用于船舶及海洋工程领域的余热发电系统，其特征在于，所述应用于船舶及海洋工程领域的余热发电系统通过废气旁通装置，控制进入热量交换装置的第二工质的温度。5.如权利要求3所述的应用于船舶及海洋工程领域的余热发电系统，其特征在于，废气换热回路的管路上还设有调节阀。6.如权利要求5所述的应用于船舶及海洋工程领域的余热发电系统，其特征在于，所述应用于船舶及海洋工程领域的余热发电系统通过废气旁通装置或调节阀，控制进入热量交换装置的第二工质的温度。7.如权利要求5所述的应用于船舶及海洋工程领域的余热发电系统，其特征在于，废气旁通装置和调节阀为独立控制。8.如权利要求5所述的应用于船舶及海洋工程领域的余热发电系统，其特征在于，废气旁通装置和调节阀为联合控制；发电系统控制单元通过传感器获取膨胀机进口的第一工质的温度或压力后调节废气旁通装置和调节阀。9.如权利要求1所述的应用于船舶及海洋工程领域的余热发电系统，其特征在于，热量交换装置为蒸发器。10.如权利要求1所述的应用于船舶及海洋工程领域的余热发电系统，其特征在于，膨胀机为螺杆膨胀机或透平膨胀机。11.如权利要求1所述的应用于船舶及海洋工程领域的余热发电系统，其特征在于，第一工质为有机工质。12.如权利要求1所述的应用于船舶及海洋工程领域的余热发电系统，其特征在于，第二工质为热油，废气换热回路的管路上还设有除气柜，除气柜上连接有膨胀柜。13.如权利要求1所述的应用于船舶及海洋工程领域的余热发电系统，其特征在于，第二工质为水，废气换热回路的管路上还设有膨胀柜。

技术总结

本发明公开了一种应用于船舶及海洋工程领域的余热发电系统，其包括冷却水回路、废气换热回路和发电动力回路，发电动力回路的管路内具有第一工质；发电动力回路包括依次连接的热量交换装置、膨胀机、冷凝器和工质增压泵；工质增压泵连接于热量交换装置；冷却水回路的管路和废气换热回路的管路均穿设于热量交换装置；冷却水回路的位于热量交换装置内的管路和废气换热回路的位于热量交换装置内的管路均作为用于加热第一工质的加热源。本发明具有余热利用充分、系统构成简单、操作维护方便、风险性低的特点。性低的特点。性低的特点。