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CN110630368A - 船用柴油机超临界二氧化碳联合循环动力装置冷却系统 - Google Patents

船用柴油机超临界二氧化碳联合循环动力装置冷却系统 Download PDF

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CN110630368A
CN110630368A CN201910996232.XA CN201910996232A CN110630368A CN 110630368 A CN110630368 A CN 110630368A CN 201910996232 A CN201910996232 A CN 201910996232A CN 110630368 A CN110630368 A CN 110630368A
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马灿
廖梦然
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戴春辉
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Abstract

本发明涉及船用动力装置技术领域，公开了一种船用柴油机超临界二氧化碳联合循环动力装置冷却系统，包括超临界二氧化碳循环回路和柴油机冷却器，超临界二氧化碳循环回路包括依次连接的二氧化碳透平、超临界二氧化碳冷却器、压缩机和换热器的第一换热侧；柴油机冷却器的冷却介质进口连接于超临界二氧化碳冷却器的出口，柴油机冷却器的冷却介质出口连接于压缩机的进口。该船用柴油机超临界二氧化碳联合循环动力装置冷却系统综合利用了船舶柴油机发电和超临界二氧化碳布雷顿循环发电，而且还解决了现有海水冷却技术直接应用于船用柴油机所导致的流道腐蚀和冷却器故障的问题，增加柴油机运行的可靠性。

Description

船用柴油机超临界二氧化碳联合循环动力装置冷却系统
技术领域
本发明涉及船用动力装置技术领域，尤其涉及一种船用柴油机超临界二氧化碳联合循环动力装置冷却系统。
背景技术
船舶动力装置技术水平关系到国家海上经济的发展，目前柴油机是应用最为普遍的船舶动力装置；相对昂贵的燃气轮机也因其突出的动力重量比而逐渐发展起来，此外，电力推进装置或混合动力装置也得到越来越多的关注。但是，无论是柴油机或是燃气轮机，其能量利用率仅在50％左右，仍有50％左右的能量被排气、冷却介质带走。
目前，船用柴油机冷却器的冷却剂通常是来自舷外的海水，海水尤其是近岸含泥沙海水对冷却器的腐蚀是导致噪声冷却器故障的重要原因，而且海水流速超过3m/s会显著加速海水流道的冲刷腐蚀，此外，对潜水器用柴油机，随下潜深度变化产生的交变海水压力会导致冷却器结构疲劳，降低柴油机冷却器的可靠性。
发明内容
本发明实施例提供一种船用柴油机超临界二氧化碳联合循环动力装置冷却系统，用以解决现有的海水冷却技术应用于船用柴油机会引起海水流道腐蚀导致冷却器故障、可靠性下降、寿命降低的问题，以提高柴油机的运行性能。
本发明实施例提供一种船用柴油机超临界二氧化碳联合循环动力装置冷却系统，包括超临界二氧化碳循环回路和柴油机冷却器，所述超临界二氧化碳循环回路包括依次连接的二氧化碳透平、超临界二氧化碳冷却器、压缩机和换热器的第一换热侧；所述柴油机冷却器的冷却介质进口连接于所述超临界二氧化碳冷却器的出口，所述柴油机冷却器的冷却介质出口连接于所述压缩机的进口。
其中，所述柴油机冷却器的进口通过冷却管路连接于所述超临界二氧化碳冷却器的出口，所述冷却管路上安装有调节阀。
其中，所述冷却管路上还安装有压力传感器。
其中，所述冷却管路上还安装有流量计。
其中，还包括柴油机，所述柴油机冷却器的工作液换热侧串联接入所述柴油机的工作液循环管路。
其中，所述柴油机的排气口接入所述换热器的第二换热侧。
其中，还包括滑油冷却器，所述滑油冷却器的进口通过三通旋塞阀阀连接于所述柴油机冷却器的冷却介质进口，所述滑油冷却器的出口连接于所述柴油机冷却器的冷却介质出口。
本发明实施例提供的船用柴油机超临界二氧化碳联合循环动力装置冷却系统，包括超临界二氧化碳循环回路和柴油机冷却器，超临界二氧化碳循环回路包括依次连接的二氧化碳透平、超临界二氧化碳冷却器、压缩机和换热器的第一换热侧，柴油机冷却器的冷却介质进口连接于超临界二氧化碳冷却器的出口；柴油机冷却器的冷却介质出口连接于压缩机的进口。该船用柴油机超临界二氧化碳联合循环动力装置冷却系统不仅综合利用了船舶柴油机发电和超临界二氧化碳布雷顿循环发电，而且还将超临界二氧化碳冷却器出口的一部分低温低压超临界二氧化碳引导至柴油机冷却器对柴油机内部循环工作液进行冷却，从根本上解决了现有海水冷却技术直接应用于船用柴油机所导致的流道腐蚀和冷却器故障的问题，增加柴油机运行的可靠性。
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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例中的一种船用柴油机超临界二氧化碳联合循环动力装置冷却系统的结构示意图；
附图标记说明：
1：柴油机冷却器； 2：二氧化碳透平； 3：超临界二氧化碳冷却器；
4：压缩机； 5：换热器； 6：柴油机。
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做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。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”“第二”是为了清楚说明产品部件进行的编号，不代表任何实质性区别。“上”“下”“左”“右”的方向均以附图所示方向为准。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在发明实施例中的具体含义。
图1是本发明实施例中的一种船用柴油机超临界二氧化碳联合循环动力装置冷却系统的结构示意图，如图1所示，本发明实施例提供的一种船用柴油机超临界二氧化碳联合循环动力装置冷却系统，包括超临界二氧化碳循环回路和柴油机冷却器1，超临界二氧化碳循环回路包括依次连接的二氧化碳透平2、超临界二氧化碳冷却器3、压缩机4和换热器5的第一换热侧。柴油机冷却器1的冷却介质进口连接于超临界二氧化碳冷却器3的出口，柴油机冷却器1的冷却介质出口连接于压缩机4的进口。
具体地，超临界二氧化碳循环回路的循环介质和柴油机冷却器1的冷却介质均为超临界二氧化碳，常温超临界二氧化碳具有密度大(约为常温液态水密度的30％-50％)、比热比高(约为常温液态水比热比的1.5倍)、粘度低(约为常温液态水的1/30)的特点，由于粘度低，高流速时超临界二氧化碳不会因粘性力过大对冷却流道造成冲刷腐蚀。超临界二氧化碳进入压缩机4压缩后进入换热器5吸热，然后进入二氧化碳透平2中膨胀做功，二氧化碳透平2通过轴系连接于发电机，进而接入船舶的发电系统，最后超临界二氧化碳进入到超临界二氧化碳冷却器3中被冷却至出状态点，重新进入压缩机4完成一个循环过程。同时，超临界二氧化碳冷却器3的出口再引出一路连接至柴油机冷却器1的冷却介质进口，提供一部分的超临界二氧化碳用于冷却柴油机。
本实施例提供的一种船用柴油机超临界二氧化碳联合循环动力装置冷却系统，包括超临界二氧化碳循环回路和柴油机冷却器，超临界二氧化碳循环回路包括依次连接的二氧化碳透平、超临界二氧化碳冷却器、压缩机和换热器的第一换热侧，柴油机冷却器的冷却介质进口连接于超临界二氧化碳冷却器的出口；柴油机冷却器的冷却介质出口连接于压缩机的进口。该船用柴油机超临界二氧化碳联合循环动力装置冷却系统不仅综合利用了船舶柴油机发电和超临界二氧化碳布雷顿循环发电，而且还将超临界二氧化碳冷却器出口的一部分低温低压超临界二氧化碳引导至柴油机冷却器对柴油机内部循环工作液进行冷却，从根本上解决了现有海水冷却技术直接应用于船用柴油机所导致的流道腐蚀和冷却器故障的问题，增加柴油机运行的可靠性。
进一步地，柴油机冷却器1的进口通过冷却管路连接于超临界二氧化碳冷却器3的出口，冷却管路上安装有调节阀(图中未示出)。具体地，可以采用电动调节阀或者手动调节阀，通过调整调节阀的开度来调整通向柴油机冷却器1的超临界二氧化碳压力和流量。
更进一步地，冷却管路上还安装有压力传感器(图中未示出)，冷却管路上还安装有流量计(图中未示出)，具体地可以采用涡街流量计。通过压力传感器和流量计可以实时监控冷却管路内的超临界二氧化碳的状态，及时调整调节阀的开度，满足柴油机冷却需求。
进一步地，还包括柴油机6，柴油机冷却器1的工作液换热侧串联接入柴油机6的工作液循环管路。柴油机6的工作液循环管路可以为柴油机6的机体内循环冷却水管路。
更进一步地，如图1所示，柴油机6的排气口接入换热器5的第二换热侧。超临界二氧化碳循环回路的热源可以来自柴油机6的排气，进而充分利用柴油机6的能量，提高发电效率。
进一步地，还包括滑油冷却器(图中未示出)，滑油冷却器的进口通过三通旋塞阀阀连接于柴油机冷却器1的冷却介质进口，滑油冷却器的出口连接于柴油机冷却器1的冷却介质出口。一部分低温低压超临界二氧化碳经过三通旋塞阀进入滑油冷却器。三通旋塞阀用来控制流过滑油冷却器的超临界二氧化碳流量，以控制滑油的温度。当滑油不需要冷却时，可利用三通旋塞阀转换通路，超临界二氧化碳就会绕开滑油冷却器直接进入柴油机冷却器1。
通过以上实施例可以看出，本发明提供的船用柴油机超临界二氧化碳联合循环动力装置冷却系统，包括超临界二氧化碳循环回路和柴油机冷却器，超临界二氧化碳循环回路包括依次连接的二氧化碳透平、超临界二氧化碳冷却器、压缩机和换热器的第一换热侧，柴油机冷却器的冷却介质进口连接于超临界二氧化碳冷却器的出口；柴油机冷却器的冷却介质出口连接于压缩机的进口。该船用柴油机超临界二氧化碳联合循环动力装置冷却系统不仅综合利用了船舶柴油机发电和超临界二氧化碳布雷顿循环发电，而且还将超临界二氧化碳冷却器出口的一部分低温低压超临界二氧化碳引导至柴油机冷却器对柴油机内部循环工作液进行冷却，从根本上解决了现有海水冷却技术直接应用于船用柴油机所导致的流道腐蚀和冷却器故障的问题，增加柴油机运行的可靠性。
最后应说明的是：以上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精神和范围。

Claims (7)

1.一种船用柴油机超临界二氧化碳联合循环动力装置冷却系统，其特征在于，包括超临界二氧化碳循环回路和柴油机冷却器，所述超临界二氧化碳循环回路包括依次连接的二氧化碳透平、超临界二氧化碳冷却器、压缩机和换热器的第一换热侧；所述柴油机冷却器的冷却介质进口连接于所述超临界二氧化碳冷却器的出口，所述柴油机冷却器的冷却介质出口连接于所述压缩机的进口。
2.根据权利要求1所述的船用柴油机超临界二氧化碳联合循环动力装置冷却系统，其特征在于，所述柴油机冷却器的进口通过冷却管路连接于所述超临界二氧化碳冷却器的出口，所述冷却管路上安装有调节阀。
3.根据权利要求2所述的船用柴油机超临界二氧化碳联合循环动力装置冷却系统，其特征在于，所述冷却管路上还安装有压力传感器。
4.根据权利要求2所述的船用柴油机超临界二氧化碳联合循环动力装置冷却系统，其特征在于，所述冷却管路上还安装有流量计。
5.根据权利要求1所述的船用柴油机超临界二氧化碳联合循环动力装置冷却系统，其特征在于，还包括柴油机，所述柴油机冷却器的工作液换热侧串联接入所述柴油机的工作液循环管路。
6.根据权利要求5所述的船用柴油机超临界二氧化碳联合循环动力装置冷却系统，其特征在于，所述柴油机的排气口接入所述换热器的第二换热侧。
7.根据权利要求1所述的船用柴油机超临界二氧化碳联合循环动力装置冷却系统，其特征在于，还包括滑油冷却器，所述滑油冷却器的进口通过三通旋塞阀阀连接于所述柴油机冷却器的冷却介质进口，所述滑油冷却器的出口连接于所述柴油机冷却器的冷却介质出口。
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