一种船用lng汽化与空调集成系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种船用LNG汽化与空调集成系统，包括LNG汽化回路、船舶主辅机缸套冷却水回路及船舶空调回路，其中LNG汽化回路包括通过管道依次连接的LNG储液罐、低温截止阀、LNG梯级汽化器、截止阀和船舶主辅机供气系统进气口i以及通过管道首尾依次连接装有第一换热介质的储气罐、气体增压泵、第一换热介质调节阀和LNG梯级汽化器；船舶主辅机缸套冷却水回路包括通过管道首尾依次连接的缓冲罐、船舶主辅机缸套、储液罐、热水泵、LNG梯级汽化器；所述船舶空调回路包括制冷回路和制热回路。本实用新型利用LNG在汽化时产生的冷能及燃烧时释放的热量，解决了LNG汽化问题，满足了船舶空调制冷和制热需求，是一种低能耗、低排放和高能效的LNG动力船舶空调系统。
【专利说明】
一种船用LNG汽化与空调集成系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种船用LNG汽化与空调集成系统，属于空调工程技术领域。
【背景技术】
[0002]进入21世纪以来，我国燃油价格不断上涨，大大增加了船舶运营的成本；同时，随着各类污染的增多，环境问题已经成为了世界的一个时代性主题。使用柴油的船舶产生的大量大气污染物排放，严重影响内陆港口和海岸空气的质量。因此，寻找廉价、环保的燃料成为了船舶行业的一大迫切需求。
[0003]天然气储量丰富，价格便宜，以LNG作为燃料是未来船舶发展的大势所趋。目前，以LNG为主要燃料的动力船，主要采用海水作为热源，将-163°C的LNG汽化。LNG释放的大量高品位冷能直接被海水带走，造成了能源的极大浪费。同时，吸收了LNG汽化产生大量冷能的低温海水直接排入海中，使得附近海域受到严重的冷污染。
[0004]航行于海域上的船舶是一个独立的海上移动建筑，其经常航行在不同的海域，温差变化比较大，为了保证船员与乘客的热舒适性要求，空调系统是船舶系统必不可少的组成部分。
[0005]目前，船用空调系统基本上使用常规风冷或水冷系统。申请号为201310454497.X的专利公开了一种LNG动力船的空调系统，该系统主要由膨胀水箱、进水管路、若干个舱室风机盘管、出水管路、负荷调节换热器、冷媒水栗、水浴式汽化器组成，它利用水浴式汽化器将LNG进行汽化，并将释放的冷量进行吸收和利用，该系统虽利用LNG汽化所释放的冷量，但该系统中直接使用淡水作为载冷剂，在水浴式汽化器中与LNG进行热交换，由于LNG汽化时热交换温差能达到170?2000C，可能使得进行热交换的冷媒水吸收过多冷量而结冰，使得整个系统无法正常运行，同时该系统中LNG的汽化量必须与空调制冷量严格匹配，尤其当船舶在制冷量较小而船舶动力需求较多NG时，该系统将不能满足船舶的正常运行时所需的LNG汽化量。
[0006]申请号为201510172634.X的专利公开了一种LNG动力船空调制冷/供热系统，该系统包含四个回路:LNG汽化回路、冰蓄冷循环回路、热回收回路、海水回路。LNG汽化回路由LNG储罐、第一换热器、船舶主机动力系统燃气输入口利用管道依次连接;冰蓄冷循环回路又由第一冷媒循环和第二冷媒循环构成，第一换热器、第一冷媒罐、第一冷媒栗、第二换热器构成第一冷媒循环;第二换热器、第二冷媒罐、第二冷媒栗、设置在蓄冷蓄热装置中的冷媒盘管构成第二冷媒循环;设置在蓄冷蓄热装置中的冷水盘管中的水与冷媒盘管的第二冷媒通过介质换热后利用管道与船舶舱室连接构成冰蓄冷循环回路;热回收回路依次由船舶主机动力系统、循环栗以及设置在蓄冷蓄热装置中的热水盘管通过管道连接构成;海水回路主要用于第三换热器。该系统将LNG汽化时的冷能回收，采用冰蓄冷的方式用于夏季工况下的船舶舱室空调系统;并将汽化后的LNG燃烧时产生的大量余热回收，用于冬季工况下的船舶舱室空调系统。但该系统结构复杂，采用了三个换热器和三种冷媒，控制极其繁琐，调节极为困难;且LNG汽化所需的热源主要为海水，大量高品位冷能直接排入海水中，既造成了能量浪费，也对海洋造成了严重的冷污染。
[0007]申请号为201420183474.X的专利公开了一种LNG动力船的LNG冷能利用装置，该系统由三个回路组成:利用管道将LNG储罐、第一热交换器、第二热交换器、发动机的燃气输入口依次连接，形成LNG汽化回路;第一热交换器、第一热媒储存箱、冷能释放装置通过管道依次连接构成第一冷能利用回路;第二热交换器、发动机排气管冷却水套、第二热媒储存箱通过管道依次连接构成第二冷能释放回路;第一冷能利用回路和第二冷能释放回路中均设有用以使热媒流动的循环栗。虽然该系统采用两级冷量回收的模式对LNG释放的冷量进行充分回收，但该系统在冷量利用上存在很大缺陷，它将在一级换热器中所吸收的冷量用于冷藏室中，由于冷藏室初次运行和持续运行所需冷量具有较大差异，该系统中的冷藏室需冷量与LNG汽化时的冷能释放量存在着较大差异，产生了释冷量与需冷量严重的不匹配，致使LNG汽化量不足，影响船舶动力系统正常运行时对LNG汽化量的需求。
【发明内容】
[0008]本实用新型的目的是针对上述现有技术的缺陷和问题，通过合理利用LNG动力船舶中LNG汽化时释放的冷能以及LNG燃烧时释放的热量，提供一种既能满足LNG汽化量又能满足船舶舱室的供冷、供热需求，减少冷污染的船舶空调系统，以降低船舶空调系统的能源消耗，提升船舶整体运营的经济性和环保性。
[0009]本实用新型是将LNG动力船舶中LNG汽化及燃烧产生的大量能量和船舶空调系统制冷与供热进行有机整合，利用LNG汽化时释放的大量冷能，作为夏季工况下船舶空调系统的冷源，满足船舶供冷需求;利用LNG燃烧产生大量的余热作为LNG汽化和冬季工况下空调系统的热源，以满足LNG汽化量和船舶空调系统供热需求，达到能源利用效率的最优化。
[0010]为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案:
[0011]一种船用LNG汽化与空调集成系统，包括LNG汽化回路、船舶主辅机缸套冷却水回路及船舶空调回路，所述LNG汽化回路包括通过管道依次连接的LNG储液罐、低温截止阀、LNG梯级汽化器、截止阀和船舶主辅机供气系统进气口 i以及通过管道首尾依次连接装有第一换热介质的储气罐、气体增压栗、第一换热介质调节阀和LNG梯级汽化器;所述船舶主辅机缸套冷却水回路包括通过管道首尾依次连接的缓冲罐、船舶主辅机缸套、储液罐、热水栗、LNG梯级汽化器，所述LNG梯级汽化器上LNG入口为a，LNG出口为b，第一换热介质入口为c，第一换热介质出口为d，冷却水入口为e，冷却水出口为f，所述船舶主辅机缸套冷却水入口为g，所述船舶主辅机缸套冷却水出口为h;所述船舶空调回路包括制冷回路和制热回路，所述制冷回路包括通过管路依次连接的冷却水三通调节阀、冷却水调节阀、空调末端和所述缓冲罐入口，所述冷却水三通调节阀设置在所述冷却水出口f与所述缓冲罐之间，所述制热回路包括通过管路依次连接的第一热水三通接头、第一热水调节阀、所述空调末端和所述缓冲罐入口，所述第一热水三通接头设置在所述热水栗与所述冷却水入口 e之间;所述第一热水三通接头与所述第一热水调节阀之间还设有第二热水三通接头，所述第二热水三通接头通过设置有第二热水调节阀的管路与所述缓冲罐入口连通。
[0012]进一步，所述的LNG梯级汽化器采用的第一换热介质为凝固点温度低于一163°C的流体。可以避免在换热过程中，换热介质凝固而阻塞管道。
[0013]优选的，所述的LNG梯级汽化器采用的第一换热介质为丙烷或R22。这样能较多的回收LNG的冷能，根据实际运行情况，也可选择其他冷媒。
[0014]进一步，第一热水三通接头与所述的LNG梯级汽化器冷却水入口e之间设有第三热水调节阀。
[0015]进一步，所述空调末端的入口设置有三通接头，所述制冷回路和所述制热回路通过所述三通接头与所述空调末端的入口连接。
[0016]本实用新型的一种船用LNG汽化与空调集成系统的控制方法，包含以下三种模式:汽化模式，制冷模式和供热模式:
[0017]所述汽化模式:当不需要所述空调末端制冷和制热时，将所述冷却水三通调节阀调节至全部接通所述缓冲罐，并关闭所述第一热水调节阀和冷却水调节阀，所述缓冲罐内的低温冷却水经船舶主辅机缸套吸收天然气燃烧后的余热成为高温冷却水进入所述储液罐，由所述热水栗加压后经所述第三热水调节阀，通过所述冷却水入口为e进入所述LNG梯级汽化器进行换热后降温为低温冷却水，由所述冷却水出口f流出，经所述冷却水三通调节阀回到所述缓冲罐，完成循环；同时，所述储气罐中的第一换热介质由气体增压栗提供动力，经所述第一换热介质调节阀，通过所述第一换热介质入口 c进入所述LNG梯级汽化器，以相变形式进行换热，实现对LNG吸热汽化和对所述冷却水降温冷却后经所述第一换热介质出口 d回到所述储气罐，完成循环;通过调节所述第一换热介质调节阀可调节所述第一换热介质的循环速度，进而控制所述LNG汽化的速度，通过调节所述第二热水调节阀可以调节进入所述缓冲罐的高温冷却水的量，进而控制所述缓冲罐内冷却水的温度；
[0018]所述制冷模式:当需要所述空调末端制冷时，将所述冷却水三通调节阀调节至部分或全部接通所述空调末端，关小或关闭所述第一热水调节阀，开大所述冷却水调节阀，此时所述低温冷却水由所述冷却水出口 f流出后会通过所述冷却水三通调节阀部分或全部经所述冷却水调节阀流入所述空调末端释放冷量，起到制冷的效果，最后流回所述缓冲罐，完成循环;通过调节冷却水三通调节阀和所述冷却水调节阀，可改变进入所述空调末端的低温冷却水量，进而调整制冷效果，通过调节所述第一热水调节阀可调节进入所述空调末端的低温冷却水的温度，也可以调整制冷效果，同样通过调节所述第二热水调节阀可以调节进入所述缓冲罐的高温冷却水的量，进而控制所述缓冲罐内冷却水的温度；
[0019]所述供热模式:当需要所述空调末端制热时，将所述冷却水三通调节阀调节至部分或全部接通所述缓冲罐，关小或关闭所述冷却水调节阀，开大所述第一热水调节阀，此时所述热水栗出口的所述高温冷却水由所述第一热水三通接头经所述第一热水调节阀流入所述空调末端释放热量，起到制热的效果，最后流回所述缓冲罐，完成循环;通过调节所述第一热水调节阀，可改变进入所述空调末端的高温冷却水量，进而调整制热效果，通过调节所述冷却水调节阀可调节进入所述空调末端的高温冷却水的温度，也可以调整制热效果，同样通过调节所述第二热水调节阀可以调节进入所述缓冲罐的高温冷却水的量，进而控制所述缓冲罐内冷却水的温度。
[0020]本实用新型中所述制冷模式多用于夏季工况，所述空调末端和所述船舶主辅机缸套冷却水冷却的冷源为LNG汽化时产生的冷能;所述供热模式多用于冬季工况，LNG汽化及冬季工况下所述空调末端的热源为LNG汽化燃烧后的余热;所述船舶主辅机缸套冷却水在系统中作为能量载体，将LNG汽化燃烧后的余热运输到所述LNG梯级汽化器，为LNG汽化提供热量，同时将LNG汽化时产生的冷能运输到空调系统，以实现LNG汽化时的冷能与燃烧时热能的综合利用。
[0021]本实用新型的主要功能是将LNG汽化过程与船舶空调系统供冷供热需求进行有机整合，利用LNG汽化时释放的大量冷能，作为船舶主辅机缸套冷却水冷却和夏季工况下船舶空调系统的冷源；利用汽化后的LNG进入船舶主机动力系统燃烧后产生的大量余热，作为LNG汽化和冬季工况下船舶空调系统的热源，以达到能源利用效率的最优化。本实用新型只采用一个换热器即所述LNG梯级汽化器就可实现LNG的汽化，系统简单，控制方便，且充分利用LNG的汽化冷能和燃烧热能，不以海水为热源，不但解决了常规LNG动力船舶运行时，LNG汽化直接与海水换热造成大量冷能浪费和船舶主辅机冷却系统向大气或海洋排放的大量热能浪费及造成的海洋环境污染问题，同时通过有效余热及冷能回收，解决了 LNG汽化问题，满足了船舶空调制冷和制热需求，突破LNG汽化量与空调需冷量不匹配和LNG汽化时间与用冷时间不同步的技术瓶颈，提出了一种低能耗、低排放和高能效的LNG动力船舶空调系统。
【附图说明】
[0022]图1为本实用新型实施例系统构成原理示意图。
[0023]图2为本实用新型实施例控制方法流程框图。
[0024]图中:1.缓冲罐，2.船舶主辅机，3.储液罐，4.热水栗，5.第一热水三通接头，6.第三热水调节阀，7.LNG梯级汽化器，8.冷却水三通调节阀，9.冷却水调节阀，10.三通接头，
11.空调末端，12.四通接头，13.第二热水三通接头，14.第二热水调节阀，15.第一热水调节阀，16.储气罐，17.气体增压栗，18.第一换热介质调节阀，19.LNG储液罐，20.低温截止阀，
21.截止阀。
【具体实施方式】
[0025]下面结合说明书附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
[0026]如图1所示:为了本实用新型的一种船用LNG汽化与空调集成系统，包括LNG汽化回路、船舶主辅机缸套冷却水回路及船舶空调回路，其特征在于:所述LNG汽化回路包括通过管道依次连接的LNG储液罐19、低温截止阀20、LNG梯级汽化器7、截止阀21和船舶主辅机2供气系统进气口 i以及通过管道首尾依次连接装有第一换热介质的储气罐16、气体增压栗17、第一换热介质调节阀18和LNG梯级汽化器7;所述船舶主辅机缸套冷却水回路包括通过管道首尾依次连接的缓冲罐1、船舶主辅机2缸套、储液罐3、热水栗4、LNG梯级汽化器7，所述LNG梯级汽化器7上LNG入口为a，LNG出口为b，第一换热介质入口为c，第一换热介质出口为d，冷却水入口为e，冷却水出口为f，所述船舶主辅机2缸套冷却水入口为g，所述船舶主辅机2缸套冷却水出口为h;所述船舶空调回路包括制冷回路和制热回路，所述制冷回路包括通过管路依次连接的冷却水三通调节阀8、冷却水调节阀9、空调末端11和所述缓冲罐I入口，所述冷却水三通调节阀8设置在所述冷却水出口f与所述缓冲罐I之间，所述制热回路包括通过管路依次连接的第一热水三通接头5、第一热水调节阀15、所述空调末端11和所述缓冲罐I入口，所述第一热水三通接头5设置在所述热水栗4与所述冷却水入口e之间;所述第一热水三通接头5与所述第一热水调节阀15之间还设有第二热水三通接头13，所述第二热水三通接头13通过设置有第二热水调节阀14的管路与所述缓冲罐I入口连通。
[0027]LNG经过所述LNG梯级汽化器7汽化成天然气后，经所述船舶主辅机2供气系统进气口 i进入动力系统燃烧，为船舶提供动力。
[0028]所述缓冲罐I入口还设置有四通接头12，便于其入口的各个管路连接。
[0029]所述的LNG梯级汽化器7采用的第一换热介质为凝固点温度低于一163°C的流体。
[0030]所述的LNG梯级汽化器7采用的第一换热介质为相变冷媒，优选为丙烷或R22。
[0031 ]第一热水三通接头5与所述的LNG梯级汽化器7冷却水入口 e之间设有第三热水调节阀6。
[0032]所述空调末端11的入口设置有三通接头10，所述制冷回路和所述制热回路通过所述三通接头1与所述空调末端11的入口连接。
[0033]控制方法:
[0034]如图2所示:本实用新型的一种船用LNG汽化与空调集成系统的控制方法，包含以下三种模式:汽化模式，制冷模式和制热模式:
[0035]所述汽化模式:当不需要所述空调末端11制冷和制热时，将所述冷却水三通调节阀8调节至全部接通所述缓冲罐I，并关闭所述第一热水调节阀15和冷却水调节阀9，所述缓冲罐I内的低温冷却水经船舶主辅机2缸套吸收天然气燃烧后的余热成为高温冷却水进入所述储液罐3，由所述热水栗4加压后经所述第三热水调节阀6，通过所述冷却水入口为e进入所述LNG梯级汽化器7进行换热后降温为低温冷却水，由所述冷却水出口 f流出，经所述冷却水三通调节阀8回到所述缓冲罐1，完成循环；同时，所述储气罐16中的第一换热介质由气体增压栗17提供动力，经所述第一换热介质调节阀18，通过所述第一换热介质入口 c进入所述LNG梯级汽化器7，以相变形式进行换热，实现对LNG吸热汽化和对所述冷却水降温冷却后经所述第一换热介质出口 d回到所述储气罐16，完成循环;通过调节所述第一换热介质调节阀18可调节所述第一换热介质的循环速度，进而控制所述LNG汽化的速度，通过调节所述第二热水调节阀14可以调节进入所述缓冲罐I的高温冷却水的量，进而控制所述缓冲罐I内冷却水的温度;从而保证所述缓冲罐I内进入所述船舶主辅机2缸套冷却水的温度始终处于合理范围内，防止进入所述船舶主辅机2的缸套的冷却水温度过低，造成船舶主机动力系统的效率降低或损坏。
[0036]所述制冷模式:当需要所述空调末端11制冷时，将所述冷却水三通调节阀8调节至部分或全部接通所述空调末端11，关小或关闭所述第一热水调节阀15，开大所述冷却水调节阀9，此时所述低温冷却水由所述冷却水出口 f流出后会通过所述冷却水三通调节阀8部分或全部经所述冷却水调节阀9流入所述空调末端11释放冷量，起到制冷的效果，最后流回所述缓冲罐I，完成循环;通过调节冷却水三通调节阀8和所述冷却水调节阀9，可改变进入所述空调末端11的低温冷却水量，进而调整制冷效果，通过调节所述第一热水调节阀15可调节进入所述空调末端11的低温冷却水的温度，也可以调整制冷效果，同样通过调节所述第二热水调节阀14可以调节进入所述缓冲罐I的高温冷却水的量，进而控制所述缓冲罐I内冷却水的温度；
[0037]所述制热模式:当需要所述空调末端11制热时，将所述冷却水三通调节阀8调节至部分或全部接通所述缓冲罐I，关小或关闭所述冷却水调节阀9，开大所述第一热水调节阀15，此时所述热水栗4出口的所述高温冷却水由所述第一热水三通接头5经所述第一热水调节阀15流入所述空调末端11释放热量，起到制热的效果，最后流回所述缓冲罐1，完成循环；通过调节所述第一热水调节阀15，可改变进入所述空调末端11的高温冷却水量，进而调整制热效果，通过调节所述冷却水调节阀9可调节进入所述空调末端11的高温冷却水的温度，也可以调整制热效果，同样通过调节所述第二热水调节阀14可以调节进入所述缓冲罐I的高温冷却水的量，进而控制所述缓冲罐I内冷却水的温度。
[0038]除上述实施例外，本实用新型还可以有其他实施方法，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围内。
【主权项】
1.一种船用LNG汽化与空调集成系统，包括LNG汽化回路、船舶主辅机缸套冷却水回路及船舶空调回路，其特征在于:所述LNG汽化回路包括通过管道依次连接的LNG储液罐(19)、低温截止阀(20)、LNG梯级汽化器(7)、截止阀(21)和船舶主辅机(2)供气系统进气口 i以及通过管道首尾依次连接装有第一换热介质的储气罐(16)、气体增压栗(17)、第一换热介质调节阀(18)和LNG梯级汽化器(7);所述船舶主辅机缸套冷却水回路包括通过管道首尾依次连接的缓冲罐(I)、船舶主辅机(2)缸套、储液罐(3)、热水栗(4)、LNG梯级汽化器(7)，所述LNG梯级汽化器(7)上LNG入口为a，LNG出口为b，第一换热介质入口为c，第一换热介质出口为d，冷却水入口为e，冷却水出口为f，所述船舶主辅机(2)缸套冷却水入口为g，所述船舶主辅机(2)缸套冷却水出口为h;所述船舶空调回路包括制冷回路和制热回路，所述制冷回路包括通过管路依次连接的冷却水三通调节阀(8)、冷却水调节阀(9)、空调末端(11)和所述缓冲罐(I)入口，所述冷却水三通调节阀(8)设置在所述冷却水出口f与所述缓冲罐(I)之间，所述制热回路包括通过管路依次连接的第一热水三通接头(5)、第一热水调节阀(15)、所述空调末端(11)和所述缓冲罐(I)入口，所述第一热水三通接头(5)设置在所述热水栗(4)与所述冷却水入口 e之间；所述第一热水三通接头(5)与所述第一热水调节阀(15)之间还设有第二热水三通接头(13)，所述第二热水三通接头(13)通过设置有第二热水调节阀(14)的管路与所述缓冲罐(I)入口连通。2.根据权利要求1所述的一种船用LNG汽化与空调集成系统，其特征在于:所述的第一换热介质为凝固点温度低于一 163°C的流体。3.根据权利要求1或2所述的一种船用LNG汽化与空调集成系统，其特征在于:所述的第一换热介质为丙烷或R22。4.根据权利要求1所述的一种船用LNG汽化与空调集成系统，其特征在于:第一热水三通接头(5)与所述的LNG梯级汽化器(7)冷却水入口 e之间设有第三热水调节阀(6)。5.根据权利要求1所述的一种船用LNG汽化与空调集成系统，其特征在于:所述空调末端(11)的入口设置有三通接头(10)，所述制冷回路和所述制热回路通过所述三通接头(10)与所述空调末端(11)的入口连接。
【文档编号】F25B27/00GK205505271SQ201620307968
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年4月13日
【发明人】赵忠超, 赵凯, 蒋朋朋, 沈仁东, 周乐, 张 林
【申请人】江苏科技大学