一种船舶LNG动力及冷能保鲜的综合系统的制作方法

2021-02-09 14:02:42|

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本实用新型涉及冷藏船舶lng冷能利用技术领域，特别涉及一种船舶lng动力及冷能保鲜的综合系统。

背景技术：

当前，随着全球和国内对船舶有害气体排放的控制日趋严格，船舶使用纯lng动力或lng/燃料油双燃料动力已渐成趋势，但往往lng在转化成可供船舶发动机正常燃烧的常温天然气时，所释放的冷能都白白浪费，没有得到充分利用。有些虽然提出了一些利用lng冷能的方式，但这些方式往往存在以下一些问题：

1.更多的是理论上的分析，缺乏实际应用的考虑，更缺乏在实际设备边界条件限制下的考虑，在船舶上实际应用的可能性不高。

2.这些方式往往涵盖多种可能利用lng冷能的途径，贪大求全。方式虽多，但往往每种目标实现的效果和程度都比较有限，没有为一种专门目的而深入设计，从而很好的解决船舶应用的某种特殊需求。

3.现有的方式虽然可能满足了原理上实现的要求，但由于缺乏实际应用的考虑，即使真的能在实际船舶上应用，也面临实现的成本高、结构复杂、效率低、对船舶空间及重量带来负担重等很多缺点。

技术实现要素：

为了克服现有技术的缺陷，本实用新型提供了一种船舶lng动力及冷能保鲜的综合系统，通过第一冷媒在冷能回收换热器、储冷罐和冷媒介质换热器之间的持续循环流动，形成冷能回收循环系统，通过第二冷媒在储冷罐、冷媒介质换热器和多个并联的空调式换热器之间的持续循环流动，形成冷能利用循环系统，将用于燃烧的lng气化过程中释放的冷能有效地用于冷库的冷藏保鲜，系统响应时间快、适应性好，占据空间小，维护、实施成本低。

实现上述目的的技术方案是：

本实用新型提供一种船舶lng动力及冷能保鲜的综合系统，包括依次连接的lng储罐、冷能回收换热器和缓冲罐，所述缓冲罐通过管线连接发动机，所述冷能回收换热器具有第一冷端进口、第一冷端出口、第一热端进口和第一热端出口，所述第一冷端出口与所述缓冲罐之间还连接有天然气加热换热器，所述天然气加热换热器连接有外界加热介质；

还包括储冷罐，所述储冷罐中填充有分离的第一冷媒、第二冷媒和储冷物质，且所述储冷罐设有供所述第一冷媒进出的第一冷媒进口和第一冷媒出口，以及供所述第二冷媒进出的第二冷媒进口和第二冷媒出口，第一冷媒在储冷罐的换热管路中运行，并和第二冷媒和储冷物质充分换热；

还包括冷媒介质换热器，所述冷媒介质换热器设有第二冷端进口、第二冷端出口以及第二热端进口和第二热端出口，其中所述第一热端出口连接有三通调节阀，所述三通调节阀还具有第一出口和第二出口，所述第一出口连接所述第一冷媒进口，所述第一冷媒出口通过一循环泵连接所述第一热端进口，所述第二出口连接所述第二冷端进口，所述第二冷端出口通过所述循环泵连接所述第一热端进口，形成冷能回收循环系统，内部运行第一冷媒；

所述第二冷媒出口通过一驱动泵连接所述第二热端进口，所述第二热端出口通过多个并联的冷能利用管路连接所述第二冷媒进口，形成冷能利用循环系统，内部运行第二冷媒，其中，每个冷能利用管路均分别设有控制阀门和空调式换热器。

进一步地，所述第一冷端出口还通过一第二阀门连接所述lng储罐的气相空间，可根据需要补充一部分气体到lng储罐内，确保lng储罐的压力稳定。

进一步地，所述第一冷媒的工作温度区间为-45℃～0℃，所述第二冷媒的工作温度区间为-25℃～0℃。

进一步地，多个所述并联的冷能利用管路中至少一个冷能利用管路上设有制冷换热器，所述制冷换热器具有第三冷端出口和第三冷端进口，所述第三冷端出口依次通过一压缩机、一散热器和一节流阀连接所述第三冷端进口，形成附加制冷循环，提供更高要求下的冷冻用冷能，并能提供所述冷能利用循环系统的应急备用冷源。

进一步地，所述散热器为水冷散热器或风冷散热器。

进一步地，所述外界加热介质的工作温度区间为20℃～100℃，优选为发动机缸套水的废热，可以提高能源利用效率，降低综合使用成本。

本申请还提供了一种利用上述系统的船舶lng动力及冷能保鲜的方法，包括以下步骤：

s1，lng储罐内的lng在罐内压力作用下经冷能回收换热器和天然气加热换热器加热气化后进入缓冲罐，供发动机使用；

s2，在循环泵作用下，第一冷媒以一定的流量在冷能回收换热器中与lng充分换热，第一冷媒通过三通调节阀，或进入储冷罐，在储冷罐内与第二冷媒和储冷物质进行换热，或直接进入冷媒介质换热器与第二冷媒换热，然后回流至冷能回收换热器，形成冷能回收循环系统；

s3，在驱动泵作用下，第二冷媒以所需流量从储冷罐流出后，经冷媒介质换热器进入多个并联的冷能利用管路，在空调式换热器中向多个空间提供冷能，完成换热的第二冷媒返回储冷罐，形成冷能利用循环系统，供冷藏保鲜使用。

进一步地，在步骤s2中，根据工况和冷量利用的实际需要，由在冷媒介质换热器中完成换热的第一冷媒的温度，控制三通调节阀分配流向储冷罐和冷媒介质换热器的流量比例，从而合理控制冷量是直接使用还是存储起来。

进一步地，在步骤s2中，所述储冷物质的凝固温度为-20℃，利用在相变过程中吸收的大量冷能，起到储存冷量的作用。

进一步地，在步骤s3中，在多个所述并联的冷能利用管路中至少一个冷能利用管路上设置制冷换热器，制冷换热器内的制冷剂在换热升温后经压缩机加压至3～5mpa，然后依次在散热器和节流阀作用下回流至制冷换热器，形成附加制冷循环，提供冷冻用冷能，并能提供冷能利用系统的应急备用冷源。

有益效果：同现有技术相比，本实用新型的不同之处在于，本实用新型提供的船舶lng动力及冷能保鲜的综合系统，包括lng储罐、冷能回收换热器、天然气加热换热器和缓冲罐，缓冲罐通过管线连接发动机，冷能回收换热器通过三通调节阀分别连接储冷罐和冷媒介质换热器，再连接循环泵后回到冷能回收换热器，形成冷能回收循环系统；另外，储冷罐、驱动泵、冷媒介质换热器以及多个并联的冷能利用管路依次连接，最后回到储冷罐，形成冷能利用循环系统，通过储冷罐的设置，有效的平衡了发动机负荷的波动，保持供冷的稳定性，并能在发动机停止运行时以及冷量不够时持续供冷；在满足发动机动力需求的同时，有效提高了lng气化释放冷能的利用率；根据冷藏空间所需冷量的多少，可以让第一冷媒和第二冷媒直接在冷媒介质换热器中进行换热，可以保证系统供冷的响应速度，更快的降低存储空间的温度；利用三通调节阀的调节，可以把多余的冷能存储到储冷罐中；系统的设计既保证了系统暂时不能利用的冷能得到有效的存储，又避免了增加储冷罐后系统响应时间过长的弊端；该方案可供lng动力船舶建设大型冷藏保鲜库，亦可使船舶成为专业的冷藏保鲜船；该综合利用系统系统响应时间快，适应性好，占据空间小，实施成本低，且有后备制冷措施能有效应对各种突发情况，具有非常广泛的适用性。

附图说明

图1为本申请一较佳实施例船舶lng动力及冷能保鲜的综合系统的原理图。

其中，100-lng储罐，200-储冷罐，31-冷能回收换热器，32-加热换热器，33-冷媒介质换热器，34-制冷换热器，45-散热器，51-循环泵，52-驱动泵，61-压缩机，62-节流阀，700-缓冲罐。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。

参阅图1所示，本实用新型提供一种船舶lng动力及冷能保鲜的综合系统，包括lng储罐100、冷能回收换热器31和缓冲罐700，lng储罐100通过第一管路l1和第一阀门v1连接冷能回收换热器31的第一冷端进口311，冷能回收换热器31的第一冷端出口312通过第三管路l3连接天然气加热换热器32，然后通过第四管路l4连接缓冲罐700，缓冲罐700通过管线连接发动机提供燃烧用天然气，其中天然气加热换热器32通过外界加热介质进行供热，外界加热介质的工作温度区间为20℃～100℃，优选为发动机缸套水的废热，以提高能源利用效率，降低综合使用成本；

lng储罐100内的lng在罐内压力作用下，进入冷能回收换热器31进行充分的换热，在换热后变为温度相对较高的气体(0℃以下)，但是仍然不能满足发动机正常燃烧需要的温度，且天然气的流量根据发动机功率的变化有较大变化，经过天然气加热换热器32的加热，使天然气的温度满足发动机正常工作所需的温度区间，天然气经加热后进入缓冲罐700，可以进一步稳定供给发动机的天然气的压力和温度。

同时，根据lng储罐100内的压力变化情况，冷能回收换热器31的第一冷端出口312通过第二管路l2和第二阀门v2可补充气体到lng储罐100内，以维持lng储罐100内压力的稳定。

该综合利用系统还包括储冷罐200，所述储冷罐200中填充有分离的第一冷媒、第二冷媒和储冷物质，且所述储冷罐200设有供所述第一冷媒进出的第一冷媒进口201和第一冷媒出口202，以及供所述第二冷媒进出的第二冷媒进口203和第二冷媒出口204，第一冷媒在储冷罐200的换热管路中运行，并与第二冷媒和储冷物质充分换热；

该综合利用系统还包括冷媒介质换热器33，所述冷媒介质换热器33设有第二冷端进口331、第二冷端出口332以及第二热端进口333和第二热端出口334，其中冷能回收换热器31的第一热端出口314通过第五管路l5连接三通调节阀v3，所述三通调节阀v3还具有第一出口和第二出口，所述第一出口连接所述第一冷媒进口201，所述第一冷媒出口202通过循环泵51连接冷能回收换热器31的第一热端进口313，所述第二出口连接冷媒介质换热器33的第二冷端进口331，所述第二冷端出口332通过所述循环泵51连接所述第一热端进口313，形成冷能回收循环系统；

冷能回收循环系统中的第一冷媒在循环泵51的作用下，通过第八管路l8，经第一热端进口313进入冷能回收换热器31，与lng进行充分的换热；换热完成后第一冷媒从冷能回收换热器31的第一热端出口314，通过第五管路l5进入三通调节阀v3，一路可以通过三通调节阀v3的第一出口，通过第六管路l6，经第一冷媒进口201进入储冷罐200与第二冷媒和储冷物质进行换热，另一路可以通过三通调节阀v3的第二出口，通过第七管路l7，经第二冷端进口331进入冷媒介质换热器33与第二冷媒进行换热，第一冷媒在储冷罐200和/或冷媒介质换热器33换热后，在循环泵51的驱动作用下，再次回到循环泵51中，完成完整的循环；

当冷藏保鲜库所需冷量较大时，或冷藏保鲜库刚开始制冷时，根据在冷媒介质换热器33中完成换热的第一冷媒的温度，控制三通调节阀v3分配流向储冷罐200和冷媒介质换热器33的流量比例，尽可能多的控制第一冷媒通过第二出口直接流入冷媒介质换热器33，向冷藏保鲜库直接供冷，而当冷量有富余部分时，或不需要向冷藏保鲜库提供冷量时，控制第一冷媒通过三通调节阀v3尽可能多的通过第一出口流入储冷罐200中的换热管路。

第二冷媒在驱动泵52的驱动作用下，从储冷罐200的第二冷媒出口204通过第九管路l9，经第二热端进口333流入冷媒介质换热器33与第一冷媒进行换热；换热完成后，第二冷媒从冷媒介质换热器33的第二热端出口334分别通过第十管路l10和控制阀门v4流入空调式换热器41、通过第十一管路l11和控制阀门v5流入空调式换热器42、通过第十二管路l12和控制阀门v6流入空调式换热器43以及通过第十三管路l13和控制阀门v7流入空调式换热器44，四个空调式换热器(41、42、43以及44)并联汇集后通过第十四管路l14经第二冷媒进口203回到储冷罐200，并在储冷罐200中与第一冷媒和储冷物质进行充分换热，形成冷能利用循环系统。

由此，冷能回收循环系统和冷能利用循环系统分别独立运行，第一冷媒和第二冷媒在冷媒介质换热器33和储冷罐200中持续换热，并实现了把多余的冷量存储在储冷物质中。该综合利用系统可同时向四个空调式换热器(41、42、43以及44)所在的空间提供冷量，根据船舶中冷藏库的数量以及空间体积的大小，控制阀门和空调式换热器可相应的调整数量以及换热器规格，具体数量多少以及规格大小在此不做限制，均在本申请的保护范围之内。

储冷罐200中的第二冷媒作为向冷藏保鲜库供冷的载冷剂使用，既可以直接在冷媒介质换热器33中换热获得冷量，也可以在储冷罐200内经换热后获得冷量，而储冷罐200中的储冷物质在完成储冷后，能在发动机停止运行时或冷量不够时，通过第二冷媒独立的向冷藏保鲜库持续供冷。

具体地，所述第一冷媒的工作温度区间为-45℃～0℃，其中第一冷媒在冷能回收换热器31换热前的温度区间为-20℃～0℃，在换热后的温度区间为-45℃～-20℃；所述第二冷媒的工作温度区间为-25℃～0℃。

为保证实际应用时的应急情况和冷冻所需较大量制冷的需要，系统还增加有附加制冷循环。以第十三管路l13所在管路为供冷冻所需冷能利用管路。第二驱动泵52经过第十三管路l13和第七阀门v7连接制冷换热器34的第三热端进口343，然后制冷换热器34的第三热端出口344连接空调式换热器44。附加制冷循环，在冷能利用循环系统中可以提供冷冻用冷量，由于通过附加制冷循环制冷的第二冷媒回到储冷罐200中，使得该冷冻用冷量还可以调节整个冷能利用系统内的温度；附加制冷循环中使用常见的冷库用制冷剂，该制冷剂在经过制冷换热器34换热后，升温变为气态，由第三冷端出口342进入压缩机61，经过压缩机61加压至3-5mpa，进入散热器45进行散热降温，然后经过节流阀62，经膨胀过程降温降压，最后由第三冷端进口331回到制冷换热器33，构成完整的制冷循环，散热器45可采用水冷散热器或风冷散热器。

优选地，所述储冷罐200内的储冷物质的凝固温度为-20℃，用于吸收冷能，达到储存冷量的目的，由于储冷物质的作用，可以使流出储冷罐200的第二冷媒基本稳定在-20℃，且最低温度不会超过-25℃。

以上的具体实施方式仅为本创作的较佳实施例，并不用以限制本创作，凡在本创作的精神及原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本创作的保护范围之内。

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