本發(fā)明屬于船舶余熱利用、節(jié)能減排技術(shù)領(lǐng)域，具體地涉及一種滿足船舶各種運(yùn)營狀態(tài)下的人員需求的船舶多熱源冷熱水系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化的深入，通過船舶運(yùn)輸?shù)呢浳锛s占世界貨物運(yùn)輸量的90%，消耗了大量的化石能源，污染環(huán)境的同時(shí)，降低了船舶的經(jīng)濟(jì)型。如何提高船舶的綜合運(yùn)行能效系數(shù)，已成航運(yùn)界越來越關(guān)注的重要課題。船員所需的生活熱水主要是由船舶鍋爐提供的過熱蒸汽進(jìn)行加熱，消耗寶貴的船用蒸汽，而船舶余熱資源極為豐富，在以往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)為主機(jī)的絕大多數(shù)船舶中，燃料燃燒后僅有50%的熱量轉(zhuǎn)化為有用功，其余的熱量則以各種方式被帶走，其中柴油機(jī)廢氣溫度約為為300～450℃，所占余熱比例最高，這些余熱均可以作為熱水系統(tǒng)的熱源。

目前，船用熱水系統(tǒng)主要采用蒸汽加熱、常規(guī)電熱和空氣源熱泵，少數(shù)采用海水做為熱源。專利：cn103353169b，公開了一種雙熱源船用熱泵熱水器及其控制方法，所述熱水器包括制冷劑回路、生活用水回路、海水回路和電控箱，通過切換蒸發(fā)器，將空氣源熱泵與海水源熱泵有機(jī)結(jié)合起來，對船舶的經(jīng)濟(jì)性有一定提高。然而該系統(tǒng)與熱水負(fù)荷存在一定矛盾，在船舶航行于低緯度海域時(shí)，空氣和海水的溫度較高，所攜帶熱量也較高，能夠滿足船上工作人員的生活需求，但在低緯度時(shí)，所需的熱水負(fù)荷往往也較低；當(dāng)船舶航行在高緯度海域或冬季時(shí)，熱水需求量也隨之增加，但由于空氣和海水溫度都較低，所攜帶的熱能也較少，熱泵難于從中吸熱生產(chǎn)熱水。

專利：cn106403284a，公開了一種回收余熱的船舶熱泵熱水系統(tǒng)，所述熱水系統(tǒng)包括水熱換熱器、蒸發(fā)器、壓縮機(jī)、節(jié)流閥、儲水箱以及太陽能集熱器。所述蒸發(fā)器用于回收船舶艙內(nèi)空氣的熱量和太陽能集熱器的熱量，利用熱泵吸收機(jī)艙內(nèi)的余熱，一定程度抑制了機(jī)艙內(nèi)環(huán)境溫度的升高，實(shí)現(xiàn)制備熱水的目的。但該方法沒有利用航行時(shí)船舶廢氣中的高溫?zé)嵩?，完全由壓縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生熱水，同時(shí)在船舶靠港或拋錨后，由于主機(jī)停轉(zhuǎn)，機(jī)艙內(nèi)環(huán)境溫度隨之降低，熱泵產(chǎn)水所需的耗電量增加，在高緯度海域或冬季其經(jīng)濟(jì)性有待商榷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于為解決上述問題而提供一種充分利用太陽能、空氣源、海水源和船用廢氣能，效率更高，成本更低，能耗少且能滿足船舶各種運(yùn)營狀態(tài)下人員熱水及機(jī)艙降溫的需求的多熱源船舶冷熱水系統(tǒng)。

為此，本發(fā)明公開了一種多熱源船舶冷熱水系統(tǒng)，包括空氣源制熱回路、太陽能制熱回路、太陽能與空氣源的耦合制熱回路、船舶廢氣利用回路、制冷回路、生活用水回路和電控箱，所述空氣源制熱回路用于收集船艙內(nèi)空氣的熱量以對生活用水回路的水進(jìn)行加熱，所述太陽能制熱回路用于收集太陽能的熱量以對生活用水回路的水進(jìn)行加熱，所述太陽能與空氣源的耦合制熱回路用于收集船艙內(nèi)空氣的熱量和太陽能的熱量以對生活用水回路的水進(jìn)行加熱，所述船舶廢氣利用回路用于利用廢氣的余熱對生活用水回路的水進(jìn)行加熱，所述制冷回路用于降低船艙內(nèi)的溫度，所述電控箱用于對空氣源制熱回路、太陽能制熱回路、太陽能與空氣源的耦合制熱回路、船舶廢氣利用回路和制冷回路進(jìn)行相應(yīng)控制。

進(jìn)一步的，所述空氣源制熱回路、太陽能制熱回路以及太陽能與空氣源的耦合回路包括太陽能集熱板、第一電磁閥、壓縮機(jī)、第二電磁三通閥、儲熱水箱、第一電磁三通閥、干燥器、膨脹閥、蒸發(fā)器、風(fēng)機(jī)和氣液分離器，所述儲熱水箱內(nèi)設(shè)有用于與儲熱水箱內(nèi)的水進(jìn)行熱交換的第一熱交換管道，所述蒸發(fā)器的出口通過管道依次連接氣液分離器、壓縮機(jī)和第二電磁三通閥的進(jìn)口，第二電磁三通閥的第一出口通過管道依次連接第一熱交換管道和第一電磁三通閥的第一進(jìn)口，第一電磁三通閥的出口通過管道依次連接干燥器、膨脹閥和蒸發(fā)器的進(jìn)口，風(fēng)機(jī)用于將空氣吹向蒸發(fā)器，太陽能集熱板的進(jìn)口通過管道接膨脹閥的出口，太陽能集熱板的出口通過管道接氣液分離器的進(jìn)口，第一電磁閥設(shè)置在太陽能集熱板的進(jìn)口端或出口端，第一電磁閥、第一電磁三通閥、第二電磁三通閥和風(fēng)機(jī)的控制端分別與電控箱連接，管道內(nèi)填充有熱泵工質(zhì)。

更進(jìn)一步的，所述制冷回路包括壓縮機(jī)、第二電磁三通閥、第一電磁三通閥、干燥器、膨脹閥、蒸發(fā)器、風(fēng)機(jī)、海水冷凝器和氣液分離器，所述海水冷凝器的進(jìn)口通過管道接第二電磁三通閥的第二出口，所述海水冷凝器的出口接第一電磁三通閥的第二進(jìn)口。

進(jìn)一步的，還包括視液鏡，所述視液鏡設(shè)置在干燥器和膨脹閥之間的管道上。

進(jìn)一步的，所述蒸發(fā)器設(shè)置在機(jī)艙內(nèi)，并與風(fēng)機(jī)緊貼。

進(jìn)一步的，所述船舶廢氣利用回路包括第二電磁閥、儲熱水箱，所述儲熱水箱內(nèi)設(shè)有用于與儲熱水箱內(nèi)的水進(jìn)行熱交換的第二熱交換管道，所述第二熱交換管道的進(jìn)口通過管道依次連接第二電磁閥和廢氣渦輪增壓器的廢氣出口，第二熱交換管道的出口伸出儲熱水箱外接廢氣排放管，所述第二電磁閥的控制端與電控箱連接。

進(jìn)一步的，所述生活用水回路包括冷水上水閥門、儲熱水箱、淋浴噴頭及出熱水閥門，儲熱水箱的冷水進(jìn)水口接有冷水管，冷水上水閥門設(shè)置冷水管上，所述淋浴噴頭及出熱水閥門分別通過熱水管與儲熱水箱的熱水出水口連接。所述冷水上水閥門的控制端與電控箱連接。

更進(jìn)一步的，所述儲熱水箱內(nèi)設(shè)有壓力傳感器、溫度傳感器和液位傳感器，所述壓力傳感器、溫度傳感器和液位傳感器的輸出端分別與電控箱的輸入端連接。

進(jìn)一步的，所述儲熱水箱內(nèi)裝有相變材料，所述相變材料填充在扁球狀的蓄熱體內(nèi)，蓄熱體的外徑大于冷熱水管的管徑，同時(shí)冷熱水水管在儲熱水箱內(nèi)呈斜切口狀。

更進(jìn)一步的，所述相變材料的相變溫度為75℃左右，在達(dá)到該溫度后能夠相變吸熱，而在溫度低于該溫度時(shí)，能夠進(jìn)行相變放熱。

本發(fā)明的有益技術(shù)效果：

本發(fā)明制取熱水時(shí)既能實(shí)現(xiàn)主機(jī)產(chǎn)生的廢氣熱量利用，同時(shí)也可利用太陽能與空氣源的單一熱源或耦合熱源實(shí)現(xiàn)熱水，克服低溫海域時(shí)空氣源效率較低的缺陷。制冷時(shí)，能夠利用船舶工作環(huán)境水源充足的條件，利用海水吸收機(jī)艙內(nèi)的熱量，實(shí)現(xiàn)機(jī)艙降溫，利于遠(yuǎn)洋船員工作。從而大大降低了熱水制備的耗電量或耗汽量，提高船舶有限能源的利用率，降低了使用成本，且通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，安裝簡便。

附圖說明

圖1為本發(fā)明具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明進(jìn)一步說明。

一種多熱源船舶冷熱水系統(tǒng)，包括空氣源制熱回路、太陽能制熱回路、太陽能與空氣源的耦合制熱回路、船舶廢氣利用回路、制冷回路、生活用水回路和電控箱，所述空氣源制熱回路用于收集船艙內(nèi)空氣的熱量以對生活用水回路的水進(jìn)行加熱，所述太陽能制熱回路用于收集太陽能的熱量以對生活用水回路的水進(jìn)行加熱，所述太陽能與空氣源的耦合制熱回路用于收集船艙內(nèi)空氣的熱量和太陽能的熱量以對生活用水回路的水進(jìn)行加熱，所述船舶廢氣利用回路用于利用廢氣的余熱對生活用水回路的水進(jìn)行加熱，所述制冷回路用于降低船艙內(nèi)的溫度，所述電控箱用于對空氣源制熱回路、太陽能制熱回路、太陽能與空氣源的耦合制熱回路、船舶廢氣利用回路和制冷回路進(jìn)行相應(yīng)控制。

本具體實(shí)施例中，如圖1所示（圖中實(shí)線表示管道，虛線表示控制線），所述空氣源制熱回路、太陽能制熱回路以及太陽能與空氣源的耦合回路包括太陽能集熱板1、第一電磁閥13、壓縮機(jī)16、第二電磁三通閥17、儲熱水箱10、第一電磁三通閥8、干燥器7、膨脹閥5、蒸發(fā)器3、風(fēng)機(jī)2和氣液分離器14，所述制冷回路包括壓縮機(jī)16、第二電磁三通閥17、第一電磁三通閥8、干燥器7、膨脹閥5、蒸發(fā)器3、風(fēng)機(jī)2、海水冷凝器4和氣液分離器14，所述船舶廢氣利用回路包括第二電磁閥22、儲熱水箱10，所述生活用水回路包括冷水上水閥門23、儲熱水箱10、淋浴噴頭11及出熱水閥門12。

本具體實(shí)施例中，儲熱水箱10內(nèi)設(shè)有用于與儲熱水箱10內(nèi)的水進(jìn)行熱交換的第一熱交換管道和第二熱交換管道（圖中未示出），同時(shí)還裝有相變材料，所述相變材料填充在扁球狀的蓄熱體內(nèi)，蓄熱體相互之間具有間隙，可以使水進(jìn)入其中，蓄熱體的外徑大于冷熱水管的管徑，防止蓄熱體跑出儲熱水箱10外，本具體實(shí)施例中，相變材料的相變溫度為75℃左右，在達(dá)到該溫度后能夠相變吸熱，而在溫度低于該溫度時(shí)，能夠進(jìn)行相變放熱，當(dāng)然，在其它實(shí)施例中，相變材料的相變溫度可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇，相變材料采用公知的相變材料，此不再細(xì)說。儲熱水箱10的底部設(shè)有冷水進(jìn)水口，頂部設(shè)有熱水出水口，當(dāng)然，在其它實(shí)施例中，冷水進(jìn)水口和熱水出水口的位置可以根據(jù)實(shí)際情況而定。冷水進(jìn)水口連接有冷水水管，熱水出水口連接有熱水水管，冷熱水水管在儲熱水箱10內(nèi)的端口呈斜切口狀，防止蓄熱體堵住冷熱水水管口。

儲熱水箱內(nèi)還設(shè)有壓力傳感器18、溫度傳感器19和液位傳感器20，壓力傳感器18、溫度傳感器19和液位傳感器20的輸出端分別與電控箱24的輸入端連接。

所述蒸發(fā)器3的出口通過管道依次連接氣液分離器14、壓縮機(jī)16和第二電磁三通閥17的進(jìn)口a，第二電磁三通閥17的第一出口b通過管道依次連接第一熱交換管道和第一電磁三通閥8的第一進(jìn)口b，第一電磁三通閥8的出口a通過管道依次連接干燥器7、膨脹閥5和蒸發(fā)器3的進(jìn)口，風(fēng)機(jī)2用于將空氣吹向蒸發(fā)器3，太陽能集熱板1的進(jìn)口通過管道接膨脹閥5的出口，太陽能集熱板1的出口通過管道接氣液分離器14的進(jìn)口，第一電磁閥13設(shè)置在太陽能集熱板1的出口端，當(dāng)然，在其它實(shí)施中，也可以設(shè)置在太陽能集熱板1的進(jìn)口端，第一電磁閥13、第一電磁三通閥8、第二電磁三通閥17和風(fēng)機(jī)2的控制端分別與電控箱24連接，管道內(nèi)填充有熱泵工質(zhì)，熱泵工質(zhì)采用公知的熱泵工質(zhì)，如二氧化碳等。

所述海水冷凝器4的進(jìn)口通過管道接第二電磁三通閥17的第二出口c，所述海水冷凝器4的出口接第一電磁三通閥8的第二進(jìn)口c，海水冷凝器4的海水入水口接海水泵15的出口，海水泵15的入口伸入海水內(nèi)。

所述第二熱交換管道的進(jìn)口通過管道依次連接第二電磁閥22和廢氣渦輪增壓器21的廢氣出口，第二熱交換管道的出口伸出儲熱水箱10外接廢氣排放管（圖中未示出），所述第二電磁閥22的控制端與電控箱24連接。

儲熱水箱10的冷水進(jìn)水口接有冷水管，冷水上水閥門23設(shè)置冷水管上，所述淋浴噴頭11及出熱水閥門12分別通過熱水管與儲熱水箱10的熱水出水口連接。所述冷水上水閥門23的控制端與電控箱24連接。

進(jìn)一步的，還包括視液鏡6，所述視液鏡6設(shè)置在干燥器5和膨脹閥7之間的管道上。

進(jìn)一步的，還包括安全閥9，安全閥9設(shè)置在儲熱水箱10的熱水出口的熱水水管上，實(shí)現(xiàn)對儲熱水箱1箱體及熱水水管的保護(hù)

進(jìn)一步的，本具體實(shí)施例中，蒸發(fā)器3設(shè)置在機(jī)艙內(nèi)，并與風(fēng)機(jī)2緊貼。

工作過程：

在船舶航行時(shí)，開啟冷水上水閥23、第二電磁閥22，停第一電磁三通閥8、風(fēng)機(jī)2、第一電磁閥13、壓縮機(jī)14及第二電磁三通閥17，由冷水上水閥門23自儲熱水箱10底部補(bǔ)水，主機(jī)廢氣經(jīng)廢氣渦輪增壓器利用后溫度仍然較高，電控箱24打開電磁閥22，使得廢氣能夠進(jìn)入儲熱水箱10內(nèi)的第二熱交換管道，廢氣在第二熱交換管道中對水進(jìn)行加熱，水作為傳熱介質(zhì)，對相變材料進(jìn)行加熱，在水達(dá)到75℃后，扁球狀蓄熱體開始相變儲熱，待相變完成，蓄熱體間的水溫穩(wěn)定達(dá)到90℃時(shí)，關(guān)閉第二電磁閥23，在此過程中，安全閥9能夠監(jiān)測儲熱水箱10箱體內(nèi)的壓強(qiáng)，必要時(shí)開啟。

在停航時(shí)，在空氣源熱泵熱水模式下，開啟第一電磁三通閥8的a、b口，開啟第二電磁三通閥17的a、b口，關(guān)閉第一電磁閥13、啟動壓縮機(jī)16，使其能夠吸管道內(nèi)的熱泵工質(zhì)，高溫高壓的熱泵工質(zhì)在儲熱水箱10內(nèi)的第一熱交換管道中對扁球狀蓄熱體間的水進(jìn)行加熱，進(jìn)一步地將熱量傳遞給蓄熱體，放熱后的熱泵工質(zhì)經(jīng)第一電磁三通閥8的b口進(jìn)入，經(jīng)干燥器7、視液鏡6后，進(jìn)入膨脹閥5，經(jīng)節(jié)流降壓后，進(jìn)入蒸發(fā)器3中，在蒸發(fā)器3中的管道中吸收管外空氣中的熱量，進(jìn)一步，吸收熱量后的熱泵工質(zhì)自蒸發(fā)器3出來后進(jìn)入氣液分離器14，經(jīng)氣液分離后，熱泵工質(zhì)被壓縮機(jī)16吸入后壓縮，自第二電磁三通閥17的a口進(jìn)入，自b口流出后進(jìn)入儲熱水箱10內(nèi)，如此循環(huán)。

在停航時(shí)，在太陽能熱泵熱水模式下，電控箱24開啟第一電磁三通閥8的a、b口，開啟第二電磁三通閥17的a、b口，停風(fēng)機(jī)2，啟動壓縮機(jī)16，其能夠吸收管道中的熱泵工質(zhì)，并進(jìn)行壓縮，壓縮完成后，高溫高壓的熱泵工質(zhì)在儲熱水箱10內(nèi)的第一熱交換管道中對扁球狀蓄熱體間的水進(jìn)行加熱，進(jìn)一步地將熱量傳遞給蓄熱體，放熱后的熱泵工質(zhì)經(jīng)第一電磁三通閥8的b口進(jìn)入，自第一電磁三通閥8的a口出來，經(jīng)干燥器7、視液鏡6后，進(jìn)入膨脹閥5，經(jīng)節(jié)流降壓后，進(jìn)入太陽能集熱器1中，在太陽能集熱器1的管道中吸收太陽輻射能，進(jìn)一步地，吸收熱量后的熱泵工質(zhì)自太陽能集熱器1出來后進(jìn)入電磁閥13的a口，經(jīng)電磁閥13的b口出來后，進(jìn)入氣液分離器14，經(jīng)氣液分離后，熱泵工質(zhì)被壓縮機(jī)16吸入后壓縮，進(jìn)入第二電磁三通閥17的a口，自b口流出后進(jìn)入儲熱水箱10內(nèi)，如此循環(huán)。

在停航時(shí)，在太陽能與空氣源耦合熱泵熱水模式下，電控箱24開啟第一電磁三通閥8的a、b口，開啟第二電磁三通閥17的a、b口，開啟第一電磁閥13、開啟風(fēng)機(jī)2，啟動壓縮機(jī)16，其能夠吸收管道中的熱泵工質(zhì)，并進(jìn)行壓縮，壓縮完成后，高溫高壓的熱泵工質(zhì)在儲熱水箱10內(nèi)的第一熱交換管道中對扁球狀蓄熱體間的水進(jìn)行加熱，進(jìn)一步地將熱量傳遞給蓄熱體，放熱后的熱泵工質(zhì)經(jīng)第一電磁三通閥8的b口進(jìn)入，自第一電磁三通閥8的a口出來，經(jīng)干燥器7、視液鏡6后，進(jìn)入膨脹閥5，經(jīng)節(jié)流降壓后，進(jìn)入太陽能集熱器1和蒸發(fā)器2的管道中，在管道中吸收太陽輻射能和空氣能，進(jìn)一步地，吸收熱量后的熱泵工質(zhì)自太陽能集熱器1出來后進(jìn)入第一電磁閥13的a口，經(jīng)第一電磁閥13的b口出來，與自蒸發(fā)器2出來熱泵工質(zhì)混合后進(jìn)入氣液分離器14，經(jīng)氣液分離后，熱泵工質(zhì)被壓縮機(jī)16吸入后壓縮，進(jìn)入第二電磁三通閥17的a口，自b口流出后進(jìn)入儲熱水箱10內(nèi)，如此循環(huán)。

在制冷模式時(shí)，電控箱24開啟第一電磁三通閥8的a、c口，開啟第二電磁三通閥17的a、c口，停第一電磁閥13、開啟海水泵15、啟動壓縮機(jī)16，其能夠吸收管道中的熱泵工質(zhì)，并進(jìn)行壓縮，壓縮完成后，高溫高壓的熱泵工質(zhì)在海水冷凝器4內(nèi)的熱交換管道中將熱量傳遞給管外的海水，被海水冷凝后的熱泵工質(zhì)自海水冷凝器4出來，進(jìn)入第一電磁三通閥的c口，后經(jīng)干燥器7、視液鏡6后，進(jìn)入膨脹閥5，經(jīng)節(jié)流降壓后，進(jìn)入蒸發(fā)器4中，工質(zhì)在蒸發(fā)器3的管道中吸收管外空氣中的熱量，進(jìn)一步，吸收熱量后的熱泵工質(zhì)自蒸發(fā)器3出來后進(jìn)入氣液分離器14，經(jīng)氣液分離后，熱泵工質(zhì)被壓縮機(jī)16吸入后壓縮，自第二電磁三通閥17的a口進(jìn)入，c口流出后進(jìn)入海水冷凝器4中冷凝，如此循環(huán)，實(shí)現(xiàn)機(jī)艙降溫，利于遠(yuǎn)洋船員工作。

盡管結(jié)合優(yōu)選實(shí)施方案具體展示和介紹了本發(fā)明，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明白，在不脫離所附權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，在形式上和細(xì)節(jié)上可以對本發(fā)明做出各種變化，均為本發(fā)明的保護(hù)范圍。