一种船舶主机高温水回收系统的制作方法

1.本发明属于船舶制造技术领域，具体的，涉及一种船舶主机高温水回收系统。


背景技术：

2.淡水对于航行或工作在海上的船舶来说是一种极为重要的消耗性资源，因此，需要在船舶上装备制水机，以在减少船舶上的淡水储备量的同时，又能满足船舶对于淡水的需求。
3.目前，船舶主机产生的高温水的废热是制水机工作的热量来源，但废热的品质(即温度和流量)会直接影响制水机的淡水产量。在现有的主机高温水回收系统中，空冷器和气缸通常以串联的形式连通，参照图1所示，这种设计受限于主机高温水出口温度要求的影响，限制了制水机可利用的废热品质，进而影响了淡水的产量。此外，除了主机中的废水产生废热外，还有大量的废热储存在主机废气中，但目前主机废气中的废热主要通过废气经济器来回收，而发电机废气中的废热往往没有被回收，即便是通过废气经济器后，主机废气中仍含有品质较高的废热，因此，这部分的废热亟需被利用起来以提高制水机的淡水产量。


技术实现要素：

4.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明提供一种船舶主机高温水回收系统，在该系统中，主机中的气缸和空冷器并联设置，有助于提高流向制水机的高温水的温度或流量，即制水机可利用的热量增加，从而增加淡水产量；其次，本发明通过在回收系统中设置废气经济器、第一换热器和第二换热器，将主机废气中的热量及发电机废气中的热量有效利用，提高了废热利用率，有助于增加淡水产量；另外，在制水机与主机之间增设主机预热器，能够提高进入制水机中的高温水的温度，同样能够提高淡水产量；最后，本发明通过独特的管路设计，以及运用控制器对管路的连接进行调整，从而能够实现多种工作模式，满足生产需要。
5.为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种船舶主机高温水回收系统，包括：
6.主机，所述主机中设置有气缸和空冷器，且所述气缸和所述空冷器并联设置；
7.主机预热器，与所述主机的废液出口连通，用于对所述主机输出的高温水进行预加热；
8.冷却器，所述冷却器的入口与所述预热器连通，所述冷却器的出口与所述主机连通，且所述预热器与所述冷却器之间设置有第一截止阀；
9.制水机，设置于所述预热器与所述冷却器之间，且与所述第一截止阀并联设置，用于生产淡水。
10.可选的，所述主机预热器包括：
11.第一预热器，与所述主机的废液出口相连通，且所述第一预热器与所述主机之间还设置有温度传感器，用于探测所述主机输出的所述高温水的温度；
12.第二预热器，与所述第一预热器串联设置，且所述第二预热器与所述第一预热器之间设置有第一三通阀，用于使所述第一预热器输出的所述高温水流向所述冷却器和/或所述第二预热器。
13.可选的，所述第二预热器的出口设置有第二三通阀，用于使所述第二预热器输出的所述高温水流向所述主机和/或所述制水机。
14.可选的，所述船舶主机高温水回收系统还包括循环管路，所述循环管路与所述第一预热器相连通，且所述循环管路中具有流动介质，所述流动介质用于为所述第一预热器提供热量。
15.可选的，所述循环管路上设置有循环泵、制水机预热器、第一换热器和第二换热器，其中，所述第一换热器和所述第二换热器并联设置。
16.可选的，所述制水机预热器与所述制水机连通，且所述制水机预热器上设置有进水口，海水自所述进水口依次流入所述制水机预热器、所述制水机，并在所述制水机中转化成淡水。
17.可选的，所述船舶主机高温水回收系统还包括废气经济器，所述废气经济器的入口与所述主机的废气出口连通，所述废气经济器的出口与所述第一换热器连通，所述废气经济器用于回收所述主机产生的废气中的热量。
18.可选的，所述制水机的入口设置有第二截止阀，用于控制所述高温水流入所述制水机；所述制水机的出口设置有第三截止阀，用于控制所述高温水流出所述制水机。
19.可选的，所述冷却器的入口设置有第三三通阀，用于使流经的高温水流向主机和/或冷却器。
20.可选的，所述船舶主机高温水回收系统还包括控制器，用于控制管路连接。
21.本发明提供的船舶主机高温水回收系统，至少具有以下有益效果：
22.在本发明提供的船舶主机高温水回收系统中，主机中的气缸和空冷器并联设置，有助于提高流向制水机的高温水的温度或流量，即制水机可利用的热量增加，从而增加淡水产量；其次，本发明通过在回收系统中设置废气经济器、第一换热器和第二换热器，将主机废气中的热量及发电机废气中的热量有效利用，提高了废热利用率，有助于增加淡水产量；另外，在制水机与主机之间增设主机预热器，能够提高进入制水机中的高温水的温度，同样能够提高淡水产量；最后，本发明通过独特的管路设计，以及运用控制器对管路的连接进行调整，从而能够实现多种工作模式，满足生产需要。
附图说明
23.图1显示为现有技术中船舶主机高温水回收系统的结构示意图。
24.图2显示为实施例提供的船舶主机高温水回收系统的结构示意图。
25.图3a～3f显示为实施例提供的船舶主机高温水回收系统的不同工作模式下的工作原理图。
26.元件标号说明
27.10
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主机
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71
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预热泵
28.11
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气缸
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72
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冷却泵
29.12
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空冷器
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81
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第一截止阀
30.101
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废液出口
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82
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第二截止阀
31.102
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废液入口
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83
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第三截止阀
32.103
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废气出口
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90
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循环管路
33.21
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第一预热器
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91
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循环泵
34.22
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第二预热器
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92
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制水机预热器
35.30
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冷却器
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920
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制水机预热器进水口
36.40
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制水机
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93
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第一换热器
37.50
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温度传感器
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930
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第一换热器排气口
38.61
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第一三通阀
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94
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第二换热器
39.62
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第二三通阀
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100
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废气经济器
40.63
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第三三通阀
具体实施方式
41.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
42.需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量、位置关系及比例可在实现本方技术方案的前提下随意改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。
43.实施例
44.本实施例提供一种船舶主机高温水回收系统，如图2所示，包括主机10、主机预热器、冷却器30和制水机40。
45.如图2所示，主机10具有废液出口101、废液入口102及废气出口103，主机10中设置有气缸11和空冷器12，且气缸11和空冷器12并联设置，如此设置能够在保证主机高温水出口温度不变的情况下，提高主机高温水的进口温度，从而提高制水机40可利用的废热量。例如，假设主机10中高温水的换热量不变，固定为q，在气缸11和空冷器12串联设置的情况下，主机高温水的进口温度约为55℃，出口温度约为90℃，则主机10中需求的水量f1＝q/(90℃-55℃)/c，其中c为高温水的比热；然而，在气缸11和空冷器12并联设置的情况下，主机高温水的进口温度约为70℃，出口温度仍为90℃，则主机10中需求的水量f2＝q/(90℃-70℃)/c＝1.75*f1，由此可见，需求水量增加，即进入制水机40的水量增加，使制水机40可利用的废热放大了1.75倍。在另一可选实施例中，假设主机10中需求的水量不变，f＝q/(90℃-55℃)/c，其中，q由气缸11的换热量q1和空冷器12的换热量q2组成，一般地，q2＝3q1，为了保持主机10高温水的出口温度不变，则进入气缸11的水量应为f1＝q1/(90℃-70℃)/c，进入空冷器12的水量为f2＝f-f1＝q/(90℃-55℃)/c-q1/(90℃-70℃)/c＝q2/46.7/c，即空冷器12输出的高温水的温度为116.7℃，与气缸11输出的高温水混合后其温度可达到105℃，由此可见，主机10输出的高温水的温度增加，即进入制水机40的高温水的温度增加，大大提高了制水机40可利用的废热品质。
46.作为示例，主机预热器与主机10的废液出口101连通，主机预热器用于对主机10输出的高温水进行预加热，有助于提高进入制水机40中的高温水的温度，从而提高淡水产量。如图2所示，主机预热器包括第一预热器21和第二预热器22，其中，第一预热器21利用循环管路90中的热量对高温水进行预加热，从而能够降低船舶能耗；第二预热器22采用电加热或蒸汽加热的方式对高温水进行预加热。
47.作为示例，第一预热器21与主机的废液出口101相连通，且第一预热器21与主机10之间还设置有温度传感器50，温度传感器50用于探测主机10输出的高温水的温度。在本实施例中，主机10输出的高温水的温度小于或等于90℃。
48.作为示例，第二预热器22与第一预热器21串联设置，且第二预热器22与第一预热器21之间设置有第一三通阀61和预热泵71，第一三通阀61用于使第一预热器21输出的高温水流向冷却器30和/或第二预热器22，且可以通过调节第一三通阀61的开度来调节流向冷却器30和/或第二预热器22的高温水流量；预热泵71用于使第一预热器21输出的高温水流向第二预热器22。参照图2所示，第二预热器22的出口设置还有第二三通阀62，用于使第二预热器22输出的高温水流向主机10和/或制水机40，且可以通过调节第二三通阀62的开度来调节流向主机10和/或制水机40的高温水流量。
49.如图2所示，冷却器30的入口与第一预热器21连通，冷却器30的出口与主机10连通，高温水在冷却器30进行冷却后经主机的废液入口102流回主机10。作为示例，第一预热器21与冷却器30之间设置有第一截止阀81，用于控制管路的开关；冷却器30的入口设置有第三三通阀63，用于使流经的高温水流向主机10和/或冷却器30，且可以通过调节第三三通阀63的开度来调节流向主机10和/或冷却器30的高温水流量；冷却器30的出口与主机的废液入口102之间还设置有冷却泵72，用于使冷却器30输出的高温水流向主机10。
50.如图2所示，制水机40设置于第一预热器21与冷却器30之间，且与第一截止阀81并联设置，制水机40用于生产淡水。作为示例，制水机40的入口设置有第二截止阀82，用于控制高温水流入制水机40；制水机40的出口设置有第三截止阀83，用于控制高温水流出制水机40。
51.如图2所示，船舶主机高温水回收系统还包括废气经济器100，废气经济器100的入口与主机的废气出口103连通，废气经济器100的出口与第一换热器93连通，废气经济器100用于回收主机10产生的废气中的热量。作为示例，废气经济器100还具有淡水进口和蒸汽出口(未在图中示出)，主机10产生的废气流入废气经济器100，由淡水进口(未在图中示出)向废气经济器100中通入淡水对废气进行冷却，冷却后的高温水流向第一换热器93，产生的蒸汽由蒸汽出口(未在图中示出)排出，从而完成对主机10产生的废气中的热量回收。
52.如图2所示，船舶主机高温水回收系统还包括循环管路90，循环管路90与第一预热器21相连通，且循环管路90中具有流动介质，该流动介质用于为第一预热器21提供热量。循环管路90上设置有循环泵91、制水机预热器92、第一换热器93和第二换热器94，其中，第一换热器93和第二换热器94并联设置。
53.在本实施例中，第一换热器93用于对废气经济器100产生的高温水进一步降温，第一换热器93中的气体经由排气口930排出；第二换热器94为发电机废气换热器，用于对发电机(未在图中示出)产生的废气降温。作为示例，循环管路90中的流动介质吸收第一换热器93和第二换热器94中的热量后，流入第一预热器21，使第一预热器21利用该热量对高温水
进行预加热；接着，流动介质在循环泵91的作用下流入制水机预热器92。
54.在本实施例中，制水机预热器92与制水机40连通，且制水机预热器92上设置有进水口920，海水自进水口920流入制水机预热器92，在制水机预热器92被预加热后流入制水机40，并在制水机40中转化成淡水后流出。作为示例，流动介质流入制水机预热器92，为预加热过程提供热量，接着，再分别流向第一换热器93和第二换热器94。
55.在本实施例中，船舶主机高温水回收系统还包括控制器(未在图中示出)，用于控制管路连接。作为示例，控制器与主机10通信连接，以控制主机10的开启或关闭；控制器与第一预热器21和第二预热器22通信连接，以控制第一预热器21和第二预热器22的开启或关闭；控制器与制水机40通信连接，以控制制水机40的开启或关闭；控制器与温度传感器50和第三三通阀63通信连接，控制器根据温度传感器50探测到的高温水的温度对第三三通阀63的开度进行调节，从而控制进入冷却器30的高温水的流量；控制器还与第一三通阀61、第二三通阀62通信连接，以调节高温水的流向和流量；控制器与第一截止阀81、第二截止阀82和第三截止阀83通信连接，以调节管路的开启或关闭。
56.本实施例提供的船舶主机高温水回收系统具有六种工作模式，具体如下所述：
57.一、主机预热模式
58.在该工作模式下，发电机未运行，第二换热器94中不具有可利用的废热。参照图3a所示，利用控制器将第一三通阀61和第二三通阀62均转换至ab连通位置，此时，第一预热器21处于停机状态，第二预热器22处于工作状态，高温水经第二预热器22加热后进入主机10，对气缸10等关键部件进行加热，以保证主机10能够随时启动，在该工作模式下，高温水的流向参照图3a中的箭头所指示。
59.二、主机节能预热模式
60.在该工作模式下，发电机运行，第二换热器94中具有可利用的废热。参照图3b所示，利用控制器将第一三通阀61和第二三通阀62均转换至ab连通位置，此时，第一预热器21处于工作状态，第二预热器22处于停机状态；另外，开启循环泵91，使循环管路90中的流动介质在第二换热器94中吸热，在第一预热器21中放热，即为高温水在第一预热器21中的预加热提供了热量。高温水经第一预热器21加热后进入主机10，对气缸10等关键部件进行加热，以保证主机10能够随时启动，在该工作模式下，高温水及流动介质的流向参照图3b中的箭头所指示。
61.此外，当第二换热器94中的废热不足以保证主机10预热时，控制器启动第二预热器22，对高温水进行补充加热，以保证主机可随时启动。
62.三、主机冷却模式
63.参照图3c所示，利用控制器将第一三通阀61和第三三通阀63均转换至ac连通位置，且第一截止阀81接通，第二截止阀82和第三截止阀83关闭，第一预热器21和第二预热器22均处于停机状态。在该工作模式下，主机10输出的高温水依次流经第一三通阀61、第一截止阀81和第三三通阀63后进入冷却器30，在冷却器30冷却后，经冷却泵72输送回主机10，进而对主机10中的部件进行冷却，高温水的流向参照图3c中的箭头所指示。在该过程中，控制器能够根据温度传感器50探测到的高温水的温度，对第三三通阀63的开度进行调整，进而调节进入冷却器30的水量。
64.四、制水模式
65.参照图3d所示，利用控制器将第一三通阀61和第三三通阀63均转换至ac连通位置，且第一截止阀81关闭，第二截止阀82和第三截止阀83接通，第一预热器21和第二预热器22均处于停机状态。在该工作模式下，主机10输出的高温水依次流经第一三通阀61和第二截止阀82进入制水机40，在制水机40为生产淡水提供热量；接着，高温水从制水机40流出，经过第三三通阀63进入冷却器30，在冷却器30冷却后，经冷却泵72输送回主机10，高温水的流向参照图3d中的箭头所指示。在该过程中，控制器能够根据温度传感器50探测到的高温水的温度，对第三三通阀63的开度进行调整，进而调节进入冷却器30的水量。
66.五、高效制水模式
67.参照图3e所示，用控制器将第一三通阀61和第三三通阀63均转换至ac连通位置，且第一截止阀81关闭，第二截止阀82和第三截止阀83接通，第一预热器21处于工作状态，第二预热器22处于停机状态，并开启循环泵91。在该工作模式下，主机10输出的高温水依次流经第一三通阀61和第二截止阀82进入制水机40，在制水机40为生产淡水提供热量；接着，高温水从制水机40流出，经过第三三通阀63进入冷却器30，在冷却器30冷却后，经冷却泵72输送回主机10，高温水的流向参照图3e中的箭头所指示。另外，循环管路90中的流动介质在第一换热器93和/或第二换热器94中吸热，在第一预热器21中放热，为高温水在第一预热器21中的预加热提供了热量；接着，流动介质进入制水机预热器92，为海水在制水机预热器92中的预加热提供热量，从而能够提高制水机40的工作效率，流动介质的流向参照图3e中的箭头所指示。
68.六、高效增产制水模式
69.该工作模式在高效制水模式的基础上进行，与高效制水模式不同的是：当制水机40的淡水产量低于控制器内的设定值时，控制器将第一三通阀61的ab位置和ac位置均连通，第一预热器21和第二预热器22均处于工作状态。参照图3f所示，主机10输出的高温水在流经第一三通阀61时被分流，一部分高温水流经第一三通阀61的ac连通位置和第二截止阀82进入制水机40；另一部分高温水流经第一三通阀61的ab连通位置，在第二预热器22中被加热后，经过第二三通阀62进入制水机40，因此，制水机40中可利用的热量增加，从而提高了淡水产量，高温水的流向参照图3f中的箭头所指示。另外，循环管路90中的流动介质在第一换热器93和/或第二换热器94中吸热，为高温水在第一预热器21中的预加热，以及海水在制水机预热器92中的预加热提供热量，从而能够提高制水机40的工作效率，流动介质的流向参照图3f中的箭头所指示。
70.上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

技术特征：
1.一种船舶主机高温水回收系统，其特征在于，包括：主机，所述主机中设置有气缸和空冷器，且所述气缸和所述空冷器并联设置；主机预热器，与所述主机的废液出口连通，用于对所述主机输出的高温水进行预加热；冷却器，所述冷却器的入口与所述预热器连通，所述冷却器的出口与所述主机连通，且所述预热器与所述冷却器之间设置有第一截止阀；制水机，设置于所述预热器与所述冷却器之间，且与所述第一截止阀并联设置，用于生产淡水。2.根据权利要求1所述的船舶主机高温水回收系统，其特征在于，所述主机预热器包括：第一预热器，与所述主机的废液出口相连通，且所述第一预热器与所述主机之间还设置有温度传感器，用于探测所述主机输出的所述高温水的温度；第二预热器，与所述第一预热器串联设置，且所述第二预热器与所述第一预热器之间设置有第一三通阀，用于使所述第一预热器输出的所述高温水流向所述冷却器和/或所述第二预热器。3.根据权利要求2所述的船舶主机高温水回收系统，其特征在于，所述第二预热器的出口设置有第二三通阀，用于使所述第二预热器输出的所述高温水流向所述主机和/或所述制水机。4.根据权利要求2所述的船舶主机高温水回收系统，其特征在于，所述船舶主机高温水回收系统还包括循环管路，所述循环管路与所述第一预热器相连通，且所述循环管路中具有流动介质，所述流动介质用于为所述第一预热器提供热量。5.根据权利要求4所述的船舶主机高温水回收系统，其特征在于，所述循环管路上设置有循环泵、制水机预热器、第一换热器和第二换热器，其中，所述第一换热器和所述第二换热器并联设置。6.根据权利要求5所述的船舶主机高温水回收系统，其特征在于，所述制水机预热器与所述制水机连通，且所述制水机预热器上设置有进水口，海水自所述进水口依次流入所述制水机预热器、所述制水机，并在所述制水机中转化成淡水。7.根据权利要求5所述的船舶主机高温水回收系统，其特征在于，所述船舶主机高温水回收系统还包括废气经济器，所述废气经济器的入口与所述主机的废气出口连通，所述废气经济器的出口与所述第一换热器连通，所述废气经济器用于回收所述主机产生的废气中的热量。8.根据权利要求1所述的船舶主机高温水回收系统，其特征在于，所述制水机的入口设置有第二截止阀，用于控制所述高温水流入所述制水机；所述制水机的出口设置有第三截止阀，用于控制所述高温水流出所述制水机。9.根据权利要求1所述的船舶主机高温水回收系统，其特征在于，所述冷却器的入口设置有第三三通阀，用于使流经的高温水流向主机和/或冷却器。10.根据权利要求1所述的船舶主机高温水回收系统，其特征在于，所述船舶主机高温水回收系统还包括控制器，用于控制管路连接。

技术总结
本发明提供一种船舶主机高温水回收系统，在该系统中，主机中的气缸和空冷器并联设置，有助于提高流向制水机的高温水的温度或流量，即制水机可利用的热量增加，从而增加淡水产量；其次，本发明通过在回收系统中设置废气经济器、第一换热器和第二换热器，将主机废气中的热量及发电机废气中的热量有效利用，提高了废热利用率，有助于增加淡水产量；另外，在制水机与主机之间增设主机预热器，能够提高进入制水机中的高温水的温度，同样能够提高淡水产量；最后，本发明通过独特的管路设计，以及运用控制器对管路的连接进行调整，从而能够实现多种工作模式，满足生产需要。满足生产需要。满足生产需要。


技术研发人员：周鑫元 周清华 蒋雄健 陈依卓 许敏
受保护的技术使用者：江南造船（集团）有限责任公司
技术研发日：2023.02.17
技术公布日：2023/5/16