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船舶低速主机高温缸套水有机工质朗肯循环余热利用系统

阅读：46发布：2021-03-01

IPRDB可以提供船舶低速主机高温缸套水有机工质朗肯循环余热利用系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型公开了一种船舶低速主机高温缸套水有机工质朗肯循环余热利用系统，该系统包括透平膨胀机、交流发电机、冷凝器、有机工质增压泵、蒸发器和再热器，所述透平膨胀机、交流发电机、冷凝器、有机工质增压泵、蒸发器和再热器之间依次通过管路连接。本实用新型以低速主机高温缸套水为载体，将船舶低速主机高温缸套水的余热和主机尾气余热通过有机工质朗肯循环转化为电能，可以提高船舶低速主机的能量利用效率、经济性和环境友好性。，下面是船舶低速主机高温缸套水有机工质朗肯循环余热利用系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种船舶低速主机高温缸套水有机工质朗肯循环余热利用系统，其特征在于：该系统包括透平膨胀机（1）、交流发电机（2）、冷凝器（3）、有机工质增压泵（4）、蒸发器（5）和再热器（6），所述透平膨胀机（1）、交流发电机（2）、冷凝器（3）、有机工质增压泵（4）、蒸发器（5）和再热器（6）之间依次通过管路连接，主机尾气（7）的余热和主机高温缸套水（8）的热源叠加作为有机工质郎肯循环的热源，船舶中央冷却水（9）作为有机工质郎肯循环的冷源。

2.根据权利要求1所述的船舶低速主机高温缸套水有机工质朗肯循环余热利用系统，其特征在于，所述透平膨胀机（1）和交流发电机（2）集成在一个公共底座上，在所述透平膨胀机（1）和交流发电机（2）之间连接有减速装置。

3.根据权利要求1所述的船舶低速主机高温缸套水有机工质朗肯循环余热利用系统，其特征在于，所述透平膨胀机（1）的排气背压不低于0.1MPa，所述透平膨胀机（1）为向心式、螺杆式、滚动转子式及涡旋式透平膨胀机中的一种。

4.根据权利要求1所述的船舶低速主机高温缸套水有机工质朗肯循环余热利用系统，其特征在于，所述冷凝器（3）为传热系数高的热交换器，其冷凝压力不低于0.1MPa，所述冷凝器（3）采用船舶中央冷却水作为有机工质的冷却介质。

5.根据权利要求1所述的船舶低速主机高温缸套水有机工质朗肯循环余热利用系统，其特征在于，所述有机工质增压泵（4）为高增压压力泵，有机工质增压泵（4）将从冷凝器（3）流出的有机工质加压到透平膨胀机（1）入口处的压力。

6. 根据权利要求1所述的船舶低速主机高温缸套水有机工质朗肯循环余热利用系统，其特征在于，所述透平膨胀机（1）入口处的压力不低于0.7MPa ，所述透平膨胀机（1）为离心泵。

7.根据权利要求1所述的船舶低速主机高温缸套水有机工质朗肯循环余热利用系统，其特征在于，所述蒸发器（5）为热交换器。

8.根据权利要求1所述的船舶低速主机高温缸套水有机工质朗肯循环余热利用系统，其特征在于，所述再热器（6）为传热系数高的热交换器。

说明书全文

船舶低速主机高温缸套水有机工质朗肯循环余热利用系统

技术领域

[0001] 本实用新型属于船舶低速主机高温缸套水余热和尾气余热的回收系统，具体涉及一种船舶低速主机高温缸套水有机工质朗肯循环余热利用系统。

背景技术

[0002] 船舶是各国贸易往来的主要运输工具，在全球经济发展中起到非常重要的作用。据统计，世界上90%以上的进出口商品是通过船舶运输的。而常规商用运输船舶的主要推进动力以低速柴油主机为主。船用低速柴油主机是本实用新型专利的研究对象。

[0003] 目前，高性能低速柴油主机燃烧所产生的热量中，仅有50%的功率用于轴系推进；其余50%的热量被滑油、缸套水和废气等所带走，其中缸套水占5.2%、废气占25.5%。通常情况下，占比5.2%的缸套水热量被循环冷却水、海水冷却后直接排入外界。如何充分利用船舶低速柴油主机高温缸套水和尾气排放中的余热，通过有机工质朗肯循环将其转化为电能为本实用新型专利所阐述的内容。
实用新型内容

[0004] 针对现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种船舶低速主机高温缸套水有机工质朗肯循环余热利用系统，本实用新型能够提高船舶低速主机高温缸套水中的能量和尾气余热中的能量的利用效率。

[0005] 为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

[0006] 一种船舶低速主机高温缸套水有机工质朗肯循环余热利用系统，该系统包括透平膨胀机、交流发电机、冷凝器、有机工质增压泵、蒸发器和再热器，所述透平膨胀机、交流发电机、冷凝器、有机工质增压泵、蒸发器和再热器之间依次通过管路连接，主机尾气的余热通过再热器进一步叠加到主机高温缸套水中，将来自主机高温缸套水的余热和主机尾气的余热通过蒸发器一并注入到有机工质郎肯循环中，形成有机工质郎肯循环的热源；由船舶中央冷却水作为有机工质郎肯循环的冷源；有机工质吸热后通过所述透平膨胀机和交流发电机组合形成的发电装置产生电力，再通过冷凝器在循环泵的驱动下形成周而复始的循环。

[0007] 所述透平膨胀机和交流发电机集成在一个公共底座上，在所述透平膨胀机和交流发电机之间连接有减速装置。

[0008] 所述透平膨胀机的排气背压不低于0.1MPa，所述透平膨胀机为向心式、螺杆式、滚动转子式及涡旋式透平膨胀机中的一种。

[0009] 所述冷凝器为传热系数高的热交换器，其冷凝压力不低于0.1MPa，所述冷凝器采用船舶中央冷却水作为有机工质的冷却介质。

[0010] 所述有机工质增压泵为高增压压力泵，有机工质增压泵将从冷凝器流出的有机工质加压到透平膨胀机入口处的压力。

[0011] 所述透平膨胀机入口处的压力不低于0.7MPa ，所述透平膨胀机为离心泵。

[0012] 所述蒸发器为热交换器。

[0013] 所述再热器为传热系数高的热交换器。

[0014] 所述有机工质采用甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、异丁烷、戊烷、异戊烷、新戊烷、乙烯、丙烯中的一种或两种以上的混合物。

[0015] 所述船舶低速主机高温缸套水有机工质朗肯循环余热利用系统包括以下步骤：

[0016] 步骤1、83 88℃的主机高温缸套水进入再热器中与来自主机尾气的余热进一步叠~加，使缸套水温度上升到90 130℃，通过蒸发器一并注入到有机工质郎肯循环中，形成有机~
工质郎肯循环的热源，进入蒸发器中加热有机工质液体，蒸发器中的有机工质液体被加热为不低于0.7MPa的高压过热的有机工质蒸气；

[0017] 步骤2、所述步骤1中高压过热的有机工质蒸气流入透平膨胀机，高压过热的有机工质蒸气在透平膨胀机中膨胀，从而推动透平膨胀机的转轴旋转，输出机械能，驱动交流发电机产生与安装船舶低速主机高温缸套水有机工质朗肯循环余热利用系统的船舶所需的电制一样的电能；

[0018] 步骤3、所述步骤2中高压过热的有机工质蒸气在透平膨胀机中膨胀做功后，全部进入冷凝器经船舶中央冷却水进行冷凝，冷却成饱和液体，有机工质增压泵将冷凝后的有机工质液体加压到不低于0.7MPa，压缩成高压液体后，泵入蒸发器。

[0019] 与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：①本实用新型将主机高温缸套水和尾气中的部分热量一并通过有机工质朗肯循环产生出可以利用的电能；②将主机高温缸套水和来自船上废气锅炉或经济器所产生的多余蒸汽作为有机工质的加热介质，与透平膨胀机的有机组合，将低品位的热能转化为高品位的电能；③可以有效地提高船舶低速主机的能量利用率及船舶的环境友好性、经济性，不影响船舶其他已有系统的正常运行。

附图说明

[0020] 图1为本实用新型的结构框图。

具体实施方式

[0021] 下面结合附图和实施例对本实用新型的技术方案做进一步详细的描述。

[0022] 如图1所示，本实施例船舶低速主机高温缸套水有机工质朗肯循环余热利用系统，该系统包括透平膨胀机1、交流发电机2、冷凝器3、有机工质增压泵4、蒸发器5和再热器6，所述透平膨胀机1、交流发电机2、冷凝器3、有机工质增压泵4、蒸发器5和再热器6之间依次通过管路连接，主机尾气7的余热通过再热器6进一步叠加到主机高温缸套水8中，将来自主机高温缸套水8的余热和主机尾气7的余热通过蒸发器5一并注入到有机工质郎肯循环中，形成有机工质郎肯循环的热源；由船舶中央冷却水9作为有机工质郎肯循环的冷源；有机工质吸热后通过所述透平膨胀机1和交流发电机2组合形成的发电装置产生电力，再通过冷凝器3在循环泵4的驱动下形成周而复始的循环。

[0023] 本实施例透平膨胀机1和交流发电机2集成在一个公共底座上，在所述透平膨胀机1和交流发电机2之间连接有减速装置。能够实现船舶低速主机高温缸套水有机工质朗肯循环余热利用系统主要部件的模块化，以实现紧凑化。

[0024] 本实施例中透平膨胀机1的排气背压不低于0.1MPa，根据具体需求透平膨胀机1可选择向心式、螺杆式、滚动转子式及涡旋式透平膨胀机中的一种。

[0025] 作为优选，本实施例冷凝器3为传热系数高的热交换器，其冷凝压力不低于0.1MPa，所述冷凝器3采用船舶中央冷却水作为有机工质的冷却介质；所述有机工质增压泵
4为高增压压力泵，有机工质增压泵4将从冷凝器3流出的有机工质加压到透平膨胀机1入口处的压力，透平膨胀机1入口处的压力不低于0.7MPa ，所述透平膨胀机1选择为离心泵。

[0026] 作为进一步优选，本实施例所述蒸发器5为热交换器；再热器6为传热系数高的热交换器。

[0027] 作为更进一步优选，本实施例所述有机工质采用甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、异丁烷、戊烷、异戊烷、新戊烷、乙烯、丙烯中的一种或两种以上的混合物。

[0028] 本实施例船舶低速主机高温缸套水有机工质朗肯循环余热利用系统包括以下步骤：

[0029] 步骤1、83 88℃的主机高温缸套水8进入再热器6中与来自主机尾气7的余热进一~步叠加，使缸套水温度上升到90 130℃，通过蒸发器5一并注入到有机工质郎肯循环中，形~
成有机工质郎肯循环的热源，进入蒸发器5中加热有机工质液体，蒸发器5中的有机工质液体被加热为不低于0.7MPa的高压过热的有机工质蒸气；

[0030] 步骤2、所述步骤1中高压过热的有机工质蒸气流入透平膨胀机1，高压过热的有机工质蒸气在透平膨胀机1中膨胀，从而推动透平膨胀机1的转轴旋转，输出机械能，驱动交流发电机2产生与安装船舶低速主机高温缸套水有机工质朗肯循环余热利用系统的船舶所需的电制一样的电能；

[0031] 步骤3、所述步骤2中高压过热的有机工质蒸气在透平膨胀机1中膨胀做功后，全部进入冷凝器3经船舶中央冷却水9进行冷凝，冷却成饱和液体，有机工质增压泵4将冷凝后的有机工质液体加压到不低于0.7MPa，压缩成高压液体后，泵入蒸发器5。

[0032] 本实施例中以9400TEU集装箱船采用的低速主机10S90ME-C9.2为例，其主机高温缸套水8中可以利用的热量为7850kW，通过再热器6可以将主机尾气7中不小于2000KW的余热，一并叠加到缸套水中，形成具有不小于9850KW的加热源。通过蒸发器5将这些热量注入到有机工质的朗肯循环余热利用系统中；以船上36度的船舶中央冷却水9为冷却源；在热源和冷源间形成的温度梯度下，可以形成持续的热循环，推动膨胀机，本实施例中选用正戊烷作为有机工质，通过本系统后在不同的进口温度下发出的电能见表1：

[0033] 表1发出的电能表

[0034]项目名称参数
透平膨胀机进口温度，deg.C 105
有机工质质量流量，kg/h 3.0x10^5
透平膨胀机进口压力，bar 8
透平膨胀机发出的电能，kW 847

标题	发布/更新时间	阅读量
朗肯循环系统-专利编号CN102812211B	2020-05-12	672
朗肯循环系统-专利编号CN103032990A	2020-05-12	381
朗肯循环-专利编号CN103608548A	2020-05-11	789
朗肯循环系统-专利编号CN102418622A	2020-05-13	544
朗肯循环系统-专利编号CN102812211A	2020-05-13	423
朗肯循环系统-专利编号CN103032990B	2020-05-13	958
朗肯循环系统-专利编号CN103797218A	2020-05-11	838
朗肯循环膨胀机-专利编号CN102758650A	2020-05-12	721
朗肯循环-专利编号CN103748347B	2020-05-11	74
朗肯循环-专利编号CN103748347A	2020-05-11	788

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