一种船舶用水源热泵温湿分控中央空调

技术领域

本发明涉及一种船舶用中央空调

背景技术

现行船舶用集中式中央空调，夏季由新风与船舱回风进行一次混合后，由水冷式冷水装置的空气冷却器进行冷却处理，经送风机与风管送入船舱内风量调节分配装置后进入船舱，以达到空调降温目的，冬季由新风与船舱回风进行一次混合后，由空气蒸汽或电加热器加热升温处理，经送风机与风管送入船舱内风量调节分配装置后进入船舱，以达到供暖的目的，船舱回风由排风机引出，一部分作为回风用于与新风混合，另一部分则直接排出舱外，所述的水冷式冷水装置包括一压缩机、一水冷冷凝器、一膨胀阀、一空气冷却器，其特征在于所述压缩机排气口通过工质管连接水冷冷凝器的一个端口，该水冷冷凝器另一端口通过工质管连接膨胀阀的一个端口，该膨胀阀的另一端口通过工质管连接空气冷却器的一个端口，该空气冷却器的另一端口通过工质连接所述压缩机的吸气口。

现行船舶用集中式中央空调存在如下缺陷：

1.新风与回风按照一个固定比例(1∶1左右)混合后处理，再经送风机送到船舱内，由于船舱内人员数量差距大，满足人体卫生要求的新风无法按需进行调控，造成人数少的房间，所供新风过多而浪费(能量浪费)，人数多的，新风供应不足而影响人员的健康。

2.为达到船舱内空调目的，需将新风与回风混合后的总送风量冷却处理到较低温度，造成制冷系统能效比低下。

3.由于总的送风量与排风(含回风)量均较大，而空气本身承载能量的能力差，因而造成送风机与排风机能量消耗大。

4.排风是从空调船舱内的空气直接排出舱外，造成冷热量的巨大浪费。

5.冬季空气加热多数采用燃油锅炉或尾气锅炉提供的蒸汽为热源，少数还有用电直接加热供暖，而没有采用船舶废弃热或海水可再生能源，同样存在能源浪费。

6.由于送排风量均大，造成风管管网尺寸大，占用船舱较大的空间，给安装与维护带来不便。

发明内容

针对上述不足，本发明提供一种具有温湿分控功能、工厂集成订制、便于现场安装维修、船舶余热与海水可再能源综合利用、高效可靠的船舶用水源热泵中央空调。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明一种船舶用水源热泵温湿分控中央空调，包括设置在船舱内的冷热辐射板、新风送风装置或新风混合干式风机盘管与布置在船舶专用机舱内由一套新排风组合处理装置，一套水源热泵冷热风装置I和另一套水源热泵冷热水装置II组合构成的整装机组，所述设置在船舱内的冷热辐射板或新风混合干式风机盘管的进出水接口通过循环水泵和水管连接所述整装机组的冷热水进出水接口，构成本发明所述的温湿分控中央空调中对 船舱内空气干球温度进行处理与控制的循环工作系统；所述设置在船舱内的新风送风装置或新风混合干式风机盘管的新风接入口与排风风口，通过风管分别连接所述整装机组的新风出口和排风入口，所述整装机组的排风出口，新风入口通过风管接至船舱外，由此，构成本发明所述的温湿分控中央空调中对船舱内空气湿度进行处理与控制，并同时满足船舱内人体卫生要求的工作系统。

所述新排风组合处理装置包括新风处理风道，排风处理风道和新排风热湿交换器，所述新风处理风道由新风入口、新风过滤器、所述新排风热湿交换器、新风冷却加热器I、新风余热加热器、新风加湿器、新风送风机和新风出口顺次连接组成；所述排风处理风道由排风入口、排风过滤器、所述新排风热湿交换器、排风风机与排风出口顺次连接组合；所述新排风热湿交换器的两个流道分别接入新风处理风道与排风处理风道、无特定顺序，所述新风余热加热器的余热热源进出口通过水管经过本发明所述整装机组的余热热源进出口接至余热热源。所述新风加湿器湿源接口通过水管经过本发明所述整装机组的湿源接入口接至加湿湿源。

所述水源热泵冷热风装置I，包括压缩机I、四通阀I、水源侧干式蒸发冷凝I、膨胀阀I和新风冷却加热器I，所述新风冷却加热器I置于所述新风处理风道中，其冷媒回路的两个端口通过冷媒管分别连接所述四通阀I的一个端口和膨胀阀I的一个端口，所述四通阀I的另三个端口经冷媒管分别连接所述水源侧干式蒸发冷凝器I第一冷媒回路的一个端口和所述压缩机I的吸排气口，所述水源侧干式蒸发冷凝器I第一冷媒回路的另一个端口通过冷媒管与所述膨胀阀I的另一个端口连接，所述水源侧干式蒸发冷凝器I的海水回路的两个端口通过水管与本发明所述整装机组海水源进出口接至海水源，由此，构成所述水源热泵冷热风装置I。

所述水源热泵冷热水装置II包括压缩机II、四通阀II、冷热水侧干式蒸发冷凝器II、膨胀阀II、水源侧干式蒸发冷凝器I和冷热水余热加热器，所述压缩机II的排气口经冷媒管连接四通阀II的一个端口，该四通阀II的另三个端口经冷媒管分别连接所述冷热水侧干式蒸发冷凝器II冷媒回路的一个端口、水源侧干式蒸发冷凝器I第二冷媒回路的一个端口和所述压缩II的吸气口，所述冷热水侧干式蒸发冷凝器II冷媒回路的另一个端口经冷媒管连接所述膨胀阀II的一个端口，该膨胀阀II的另一端口经冷媒管与所述水源侧干式蒸发冷凝器I第二冷媒回路的另一个端口连接，所述冷热水侧干式蒸发冷凝器II冷热水回路的出水端口经水管与三通I的一个端口连接，该三通的另外二个端口经水管分别连接阀门I与阀门II的一个端口，所述阀门I的另一个端口经水管与所述冷热水余热加热器冷热水回路的一个端口连接，该冷热水余热加热器冷热水回路的另一个端口经水管连接三通阀II的一个端口，该三通II的另二个端口经水管分别与所述阀门II的另一个端口和本发明整装机组冷热水出口连接，所述整装机组冷热水进口经水管与所述冷热水侧干式蒸发冷凝器II冷热水回路上的另一个端口连接，所述冷热水余热加热器余热热源回路的两个端口经水管并联接入本发明所述新风余热加热器的余热热源供回管路，由此，构成本发明所述的水源热泵冷热水装置II。

由于采用上述技术方案，本发明具有以下技术效果：

1、对船舶船舱内空气进行温湿分控调节，高效实现船舱空调目的。

当今空气调节理论最新成果，以“温湿分控”理论更具“节能减排”的效益，因而引 起空调界研究和开发各种技术手段，以获得“温湿分控”技术的突破，本发明针对船舶空调的特点，根据温湿分控原理，基于海水源热泵技术、船舶余热利用技术与新排风热湿回收利用技术，本发明提出船舱内空气显热负荷(温度)由本发明所述的水源热泵冷热水装置II制取高温冷水(20℃左右)或低温热水(38℃左右)来调控，船舱内空气含湿量(湿度)由本发明所述的水源热泵冷热风装置II与新排风组合处理装置联合工作，夏季制取低温干燥(tw≤14℃，dw≤9.8q/kg)的新风，冬季制取高温湿润(tw≥30℃，dw≥6.6g/kg)新风来调控的整体技术解决方案，本发明的工作原理如下：

针对船舱内空气温度的调控

夏季，本发明所述的水源热泵冷热水装置II运行制冷循环，其压缩机II吸气口吸入在所述冷热水侧干式蒸发器冷凝器I中蒸发气化的低温低压气态冷媒，压缩成高温高压的气态冷媒，从该压缩机II排气口排出，该高温高压气态冷媒经所述四通阀II进入水源侧干式蒸发冷凝器I第二次冷媒回路中，被海水冷却，释放出热量，变成高温高压的液态冷媒，该高温高压的液态冷媒，再经所述膨胀阀II节流减压后变成低温低压的液态冷媒，该低温低压的液态冷媒进入冷热水侧干式蒸发冷凝器II中再次蒸发，吸收冷热水回路中水的热量，制取20℃左右的高温冷水，该高温冷水被所述循环水泵经过水管输送到设置在船舱内的冷热辐射板或新风混合干式风机盘管内，通过辐射换热方式或对流换热方式对船舱内空气干球温度进行调控，实现夏季船舱内空气降温的目的，冬季，侧由本发明所术的水源热泵冷热装置II反向运行制热，或利用船舶余热加热，制取38℃左右的低温热水来调控，实现冬季船舱内空气加热升温的目的。

针对船舱内空气含湿量(湿度)的调控：

夏季，本发明所述的新排风组合处理装置与本发明所述的水源热泵冷热风装置I联合工作，新风从船舱外经风管进入本发明所述的整装机组新风入口，经新风过滤器过滤后，进入本发明所述的新排风热湿交换器，与从空调舱内排出的排风进行热湿交换，被一次降温除湿后再进入新风冷却加热器中，被本发明所述的水源热泵冷热风装置I中工作的低温低压冷媒蒸发吸热，再次被降温除湿，制取低温干燥的新风，被新风送风风机通过风管送入到设置在船舱内的新风送装置或新风混合干式风机盘管中，通过与舱内空气混合调控舱内空气的含湿量，既满足空调舱内的人体卫生要求，同时满足空调舱内空气湿度舒适要求，空调舱内的排风到从设置在舱内的排风口，经风管进入本发明所述的整装机组排风入口，经过滤后进入新排风热湿交换器，被新风加热加湿后，由所述排风风机经风管排出船舱外，本发明所述的水源热泵冷热风装置I工作原理类同于上述本发明所述水源热泵冷热水装置II的工作原理，这里不再作详细介绍；冬季，新风从船舱外经过风管进入本发明所述的整装机组新风入口，经过滤后进入新排风热湿交换器，被从空调舱内排出的排风一次加热加湿后，再进入新风冷却加热器中，被本发明所述的水源热泵冷热风装置I中反向工作的高温高压气态冷媒加热再次升温，或经新风余热加热器中被余热热源加热升温，再进入新风加湿器，被湿源加湿，制取成高温湿润的新风，被所述新风送风风机经风管送入设置在船舱内的新风送风装置或新风混合干式风机盘管内，通过与空调舱内的空气混合调控空调舱内空气的含湿量，既满足空调舱内人体卫生要求，同时满足空调舱内空气湿度舒适要求，空调船舱内的排风经过与新风热湿交换后，被降温除湿，由所述排风风机经风管排出舱外；由此，构成本发明所述的温湿分控中央空调完整的工作原理。

本发明上述技术效果与传统船舶用集中式中央空调比较中看出，本发明所述高效节能在于：

(1)由于船舶中央空调新排风比：1∶1左右。因此，中央空调系统送排风量减少一半左右，由此，大幅减少风机输入送能耗(循环水泵输送能耗要运少于风机输送能耗)。

(2)充分利用了空调舱内排风所排弃的冷热量与含温量，降低了新风的冷热负荷与湿负荷，节省了处理新风所需的能耗。

(3)水源热泵只需制取高温冷水和低温热水，热泵能效提升。

(4)新风经过新排风热湿回收后，再经水源热泵冷却或加热，热泵工况得到改善，能效比升高。

(5)冬季新风与热水加热充分利用船舶废弃热，节省了一次能源的消耗。

(6)冬季，当余热不满足需求时，可启动水源热泵制热，高效利用了海水可再生能源，节省了一次能源的消耗。

2、节省空间，便于安装维护。

本发明所述的新排风处理组合装置，水源热泵冷热风装置I与水源热泵冷热水装置II为整装机组，便于工厂定制生产，因此，即可节省船舱空间又能便于安装与维护。

本发明一种船舶用水源热泵温湿分控中央空调只有新风与排风，排风量小于新风，较现行的船舶用集中式中央空调，风管将减少一半左右，节省了船舱空间，便于风系统安装与维护。

附图说明

附图为本发明一种船舶用水源热泵温湿分控式中央空调结构原理图，图中1.冷热辐射板、2.新风送风装置、3.舱内排风口、4.新风混合干式风机盘管、5.舱内排风口、6.循环水泵、7.新风出口、8.排风入口、9.排风过滤器、10.新风送风风机、11.冷热水余热加热器、12.冷热水侧干式蒸发冷凝器II、13.四通阀II、14.压缩机II、15.膨胀阀II、16.新风加湿器、17.新风余热加热器、18.膨胀阀I、19.新风冷却加热器I、20.水源侧干式蒸发冷凝器I、21.四通阀I、22.压缩机I、23.新排风热湿交换器、24.排风风机、25.排风出口、26.新风入口、27.新风过滤器、28.加湿源接入口、29.余热热源接出口、30.余热源源接入口、31.海水源接入口、32.海水源接出口、33.水阀I、34.三通I、35.水阀II、36.三通II、37.冷热水接出口、38.冷热水接入口。

具体实施例

参照附图，本发明一种船舶用水源热泵温湿分控中央空调，包括设置在船舱内的冷热辐射板1、新风送风装置2或新风混合干式风机盘管4与布置在船舶专用机舱内由一套新排风组合处理装置，一套水源热泵冷热风装置I和另一套水源热泵冷热水装置II组合构成的整装机组，所述设置在船舱内的冷热辐射板1或新风混合干式风机盘管4的进出水接口通过循环水泵6和水管连接所述整装机组的冷热水进出水接口37、38，构成本发明所述的温湿分控中央空调中对船舱内空气干球温度进行处理与控制的循环工作系统；所述设置在船舱内的新风送风装置2或新风混合干式风机盘管4的新风接入口与排风风口3、5，通过风管分别连接所述整装机组的新风出口7和排风入口8，所述整装机组的排风出口25，新风 入口26通过风管接至船舱外，由此构成本发明所述的温湿分控中央空调中对船舱内空气湿度进行处理与控制，并同时满足船舱内人体卫生要求的工作系统。

所述新排风组合处理装置包括新风处理风道，排风处理风道和新排风热湿交换器23，所述新风处理风道由新风入口26、新风过滤器27、所述新排风热湿交换器23、新风冷却加热器I 19、新风余热加热器17、新风加湿器16、新风送风机10和新风出口7顺次连接组成；所述排风处理风道由排风入口8、排风过滤器9、所述新排风热湿交换器23、排风风机24与排风出口25顺次连接组合；所述新排风热湿交换器23的两个流道分别接入新风处理风道与排风处理风道、无特定顺序，所述新风余热加热器17的余热热源进出口通过水管经过本发明所述整装机组的余热热源进出口29、30接至余热热源。所述新风加湿器湿源接口通过水管经过本发明所述整装机组的加湿源接入口28接至加湿湿源。

所述水源热泵冷热风装置I，包括压缩机I 22、四通阀I 21、水源侧干式蒸发冷凝I 20、膨胀阀I 18和新风冷却加热器I 19，所述新风冷却加热器I 19置于所述新风处理风道中，其冷媒回路的两个端口通过冷媒管分别连接所述四通阀I 21的一个端口和膨胀阀I 18的一个端口，所述四通阀I 21的另三个端口经冷媒管分别连接所述水源侧干式蒸发冷凝器I 20第一冷媒回路的一个端口和所述压缩机I 22的吸排接气口，所述水源侧干式蒸发冷凝器I 20第一冷媒回路的另一个端口通过冷媒管与所述膨胀阀I 18的另一个端口连接，所述水源侧干式蒸发冷凝器I 20的海水回路的两个端口通过水管与本发明所述整装机组海水源进出口31、32接至海水源，由此，构成所述水源热泵冷热风装置I。

所述水源热泵冷热水装置II包括压缩机II 14、四通阀II 13、冷热水侧干式蒸发冷凝器II 12、膨胀阀II 15、水源侧干式蒸发冷凝器I 20和冷热水余热加热器11，所述压缩机II 14的排气口经冷媒管连接四通阀II 13的一个端口，该四通阀II 13的另三个端口经冷媒管分别连接所述冷热水侧干式蒸发冷凝器II 15冷媒回路的一个端口、水源侧干式蒸发冷凝器I 20第二冷媒回路的一个端口和所述压缩机II 14的吸气口，所述冷热水侧干式蒸发冷凝器II 12冷媒回路的另一个端口经冷媒管连接所述膨胀阀II 15的一个端口，该膨胀阀II 15的另一端口经冷媒管与所述水源侧干式蒸发冷凝器I 20第二冷媒回路的另一个端口连接，所述冷热水侧干式蒸发冷凝器II 12冷热水回路的出水端口经水管与三通I 34的一个端口连接，该三通I 34的另外二个端口经水管分别连接阀门I 33与阀门II 35的一个端口，所述阀门I 33的另一个端口经水管与所述冷热水余热加热器11冷热水回路的一个端口连接，该冷热水余热加热器11冷热水回路的另一个端口经水管连接三通阀II 36的一个端口，该三通II 36的另二个端口经水管分别与所述阀门II 34的另一个端口和本发明整装机组冷热水出口37连接，所述整装机组冷热水进口38经水管与所述冷热水侧干式蒸发冷凝器II 12冷热水回路上的另一个端口连接，所述冷热水余热加热器11余热热源回路的两个端口经水管并联接入本发明所述新风余热加热器的余热热源供回管路，由此，构成本发明所述的水源热泵冷热水装置II。

本发明的工作原理如下：

针对船舱内空气温度的调控：

夏季，本发明所述的水源热泵冷热水装置II运行制冷循环，其压缩机II 14吸气口吸入在所述冷热水侧干式蒸发器冷凝器I 12中蒸发气化的低温低压气态冷媒，压缩成高温高压的气态冷媒，从该压缩机II 14排气口排出，该高温高压气态冷媒经所术四通阀 II 13进入水源侧干式蒸发冷凝器I 20第二次冷媒回路中，被海水冷却，释放出热量，变成高温高压的液态冷媒，该高温高压的液态冷媒，再经所述膨胀阀II 15节流减压后变成低温低压的液态冷媒，该低温低压的液态冷媒进入冷热水侧干式蒸发冷凝器II 12中再次蒸发，吸收冷热水回路中水的热量，制取20℃左右的高温冷水，该高温冷水被所述循环水泵6经过水管输送到设置在船舱内的冷热辐射板1或新风混合干式风机盘管4内，通过辐射换热方式或对流换热方式对船舱内空气干球温度进行调控，实现夏季船舱内空气降温的目的，冬季，侧由本发明所术的水源热泵冷热装置II反向运行制热，或利用船舶余热加热，制取38℃左右的低温热水来调控，实现冬季船舱内空气加热升温的目的。

针对船舱内空气含湿量(湿度)的调控：

夏季，本发明所述的新排风组合处理装置与本发明所述的水源热泵冷热风装置I联合工作，新风从船舱外经风管进入本发明所述的整装机组新风入口26，经新风过滤器27过滤后，进入本发明所述的新排风热湿交换器23，与从空调舱内排出的排风进行热湿交换，被一次降温除湿后，再进入新风冷却加热器19中，被本发明所述的水源热泵冷热风装置I中工作的低温低压冷媒蒸发吸热，再次被降温除湿，制取低温干燥的新风，被新风送风风机10通过风管送入到设置在船舱内的新风送装置2或新风混合干式风机盘管4中，通过与舱内空气混合调控舱内空气的含湿量，既满足空调舱内的人体卫生要求，同时满足空调舱内空气湿度舒适要求，空调舱内的排风到从设置在舱内的排风口3、5，经风管进入本发明所述的整装机组排风入口8，经过滤后进入新排风热湿交换器23，被新风加热加湿后，由所述排风风机24经风管排出船舱外，本发明所述的水源热泵冷热风装置I工作原理类同于上述本发明所述水源热泵冷热水装置II的工作原理，这里不再作详细介绍；冬季，新风从船舱外经过风管进入本发明所述的整装机组新风入口27，经过滤后进入新排风热湿换器23，被从空调舱内排出的排风一次加热加湿后，再进入新风冷却加热器19中，被本发明所述的水源热泵冷热风装置I中反向工作的高温高压气态冷媒加热再次升温，或经新风余热加热器17中被余热热源加热升温，再进入新风加湿器16中被湿源加湿，制取成高温湿润的新风，被所述新风送风风机10经风管送入设置在船舱内的新风送风装置2或新风混合干式风机盘管4内，通过与空调舱内的空气混合调控空调舱内空气的含湿量，既满足空调舱内人体卫生要求，同时满足空调舱内空气湿度舒适要求，空调船舱的排风经过与新风热湿交换后，被降温除湿，由所述排风风机24经风管排出舱外；由此，构成本发明所述的温湿分控中央空调完整的工作原理。