一種lng動(dòng)力船空調(diào)制冷/供熱系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種LNG動(dòng)力船空調(diào)制冷/供熱系統(tǒng)，具體是以更低的成本獲得高效節(jié)能、綠色環(huán)保的空調(diào)制冷/供暖系統(tǒng)，特別是涉及一種充分利用冰蓄冷回收LNG動(dòng)力船運(yùn)行時(shí)，LNG在汽化過程中產(chǎn)生大量的冷量作為船舶空調(diào)系統(tǒng)的冷源，以及汽化后的LNG燃燒時(shí)產(chǎn)生的大量余熱作為船舶空調(diào)系統(tǒng)熱源的LNG動(dòng)力船空調(diào)制冷及供熱系統(tǒng)，屬于空調(diào)工程技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著經(jīng)濟(jì)全球一體化的快速發(fā)展，船舶行業(yè)生機(jī)盎然，但是隨著船舶行業(yè)的快速發(fā)展，隨之而來的就是海洋環(huán)境的不斷惡化。目前，船舶主要用柴油作為燃料，其主要成分為碳?xì)浠衔镆约捌渌恍┰?，燃燒過程中排放大量的二氧化碳、硫化物和粉塵，無疑對(duì)海洋環(huán)境造成了巨大的破壞。因此減少氣體中的有害氣體排放已經(jīng)成為改善環(huán)境污染的關(guān)鍵問題。以LNG作為燃料的動(dòng)力船是未來船舶發(fā)展的大勢(shì)所趨，目前以LNG為主要燃料的動(dòng)力船，主要采用海水作為熱源與_163°C的LNG進(jìn)行熱交換將其汽化。LNG釋放的大量的高品位冷能直接被海水帶走，造成了能源的極大浪費(fèi)。吸收了 LNG汽化后產(chǎn)生大量冷能的低溫海水直接排入海中，使得附近海域受到嚴(yán)重的冷污染。
[0003]航行于海域上的船舶是一個(gè)獨(dú)立的海上移動(dòng)建筑，其經(jīng)常航行在不同的海域，溫差變化比較大，為了保證船員與乘客的熱舒適性要求，空調(diào)系統(tǒng)是船舶系統(tǒng)必不可少的組成部分。
[0004]目前，船舶用空調(diào)系統(tǒng)基本上使用常規(guī)風(fēng)冷或水冷系統(tǒng)。申請(qǐng)?zhí)枮?01310454497.X的專利公開了一種LNG動(dòng)力船的空調(diào)系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由膨脹水箱、進(jìn)水管路、若干個(gè)艙室風(fēng)機(jī)盤管、出水管路、負(fù)荷調(diào)節(jié)換熱器、冷媒水泵、水浴式汽化器組成，它利用水浴室汽化器將LNG進(jìn)行汽化，并將釋放的冷量進(jìn)行吸收和利用，該系統(tǒng)雖利用LNG汽化所釋放的冷量，但該系統(tǒng)中直接使用淡水作為載冷劑，在汽水換熱器中與LNG進(jìn)行熱交換，由于LNG汽化時(shí)熱交換溫差能達(dá)到170?200°C，可能使得進(jìn)行熱交換的冷媒水吸收過多冷量從而結(jié)冰，使得整個(gè)系統(tǒng)無法正常運(yùn)行，同時(shí)該系統(tǒng)中LNG的汽化量必須與空調(diào)制冷量嚴(yán)格匹配，尤其當(dāng)船舶在制冷量較小而船舶動(dòng)力需求較多NG時(shí)，該系統(tǒng)將不能滿足船舶的正常運(yùn)行時(shí)所需的LNG汽化量。
[0005]申請(qǐng)?zhí)枮?01420183474.X的專利公開了一種LNG動(dòng)力船的LNG冷能利用裝置，該系統(tǒng)主要由儲(chǔ)存有液化天然氣的燃料罐，燃料罐上的天然氣輸出管道依次經(jīng)過第一熱交換器和第二熱交換器后與發(fā)動(dòng)機(jī)的燃?xì)廨斎肟谶B接，第一熱交換器、第一熱媒儲(chǔ)存箱、冷能釋放裝置通過管道依次頭尾連接構(gòu)成第一冷能利用回路，第二熱交換器、發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管冷卻水套、第二熱媒儲(chǔ)存箱通過管道依次頭尾連接構(gòu)成第二冷能釋放回路，第一冷能利用回路和第二冷能釋放回路中各設(shè)有用以流動(dòng)回路中熱媒的循環(huán)泵等組成，雖然該系統(tǒng)利用兩級(jí)冷量回收的模式對(duì)LNG釋放的冷量進(jìn)行回收，能充分吸收LNG的釋放的冷量。但該系統(tǒng)在冷量利用上存在很大缺陷，它將在一級(jí)換熱器中所吸收的冷量利用于冷藏室中，由于冷藏室初次運(yùn)行和持續(xù)運(yùn)行所需冷量具有較大差異，該系統(tǒng)中的冷藏室需冷量與LNG汽化時(shí)的釋放量存在著較大差異，產(chǎn)生了釋冷量與需冷量嚴(yán)重的不匹配，致使LNG汽化量不足，影響船舶動(dòng)力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)對(duì)LNG汽化量的需求；該二級(jí)冷量回收系統(tǒng)中，將吸收的冷量用于冷卻船舶動(dòng)力裝置中升溫后的缸套水。在現(xiàn)有許多技術(shù)中，對(duì)于船舶發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻缸套水余熱的回收利用很多，該系統(tǒng)將從LNG中釋放的冷量用于冷卻缸套水，顯然不經(jīng)濟(jì)環(huán)保，不僅浪費(fèi)了 LNG釋放的冷量，也浪費(fèi)了冷卻缸套水中的熱量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明目的是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷和問題，通過合理利用LNG動(dòng)力船舶中LNG汽化時(shí)釋放的冷能以及LNG燃燒時(shí)釋放的熱量，提供一種船舶空調(diào)系統(tǒng)滿足船舶艙室的供冷、供熱需求，以降低船舶空調(diào)系統(tǒng)的能源消耗，提升船舶整體運(yùn)營(yíng)的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性。
[0007]本發(fā)明是將LNG動(dòng)力船舶中LNG汽化或燃燒產(chǎn)生的大量能量和船舶空調(diào)系統(tǒng)制冷與供熱進(jìn)行有機(jī)整合，利用LNG汽化時(shí)釋放的大量冷能，作為船舶空調(diào)系統(tǒng)的冷源，滿足船舶供冷需求。利用LNG燃燒產(chǎn)生大量的余熱作為空調(diào)系統(tǒng)熱源，滿足船舶空調(diào)系統(tǒng)供熱需求。以達(dá)到能源利用效率的最優(yōu)化。本發(fā)明中采用冰蓄冷空調(diào)蓄冷方式，冰蓄冷利用水的相變潛熱進(jìn)行冷量的儲(chǔ)存，除可以利用一定溫差的顯熱外，主要利用的是冰與水在0°C進(jìn)行相變時(shí)的潛熱，與水蓄冷相比，冰蓄冷空調(diào)的蓄冷能力提高10倍以上，并可使蓄冷槽體積減少80%左右。這樣一方面滿足了船舶動(dòng)力以及空間要求，在減少對(duì)海洋環(huán)境污染的同時(shí)也降低了 LNG使用的汽化成本，為L(zhǎng)NG動(dòng)力船的廣泛應(yīng)用起到了積極的推動(dòng)作用。另一方面也解決了船舶空調(diào)的制熱需求，進(jìn)一步提升船舶空調(diào)節(jié)能效率。節(jié)約了空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)所消耗的巨額電能，很大程度提高了船舶的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性。
[0008]本發(fā)明利用冰蓄冷空調(diào)的方式，解決了 LNG汽化量與空調(diào)需冷量不匹配，LNG汽化時(shí)間與用冷時(shí)間不同步的問題，當(dāng)空調(diào)系統(tǒng)所需冷量較少時(shí)，則利用蓄冰槽貯存LNG汽化時(shí)產(chǎn)生的多余的冷量，保證船舶正常運(yùn)行時(shí)所需的LNG汽化量；本發(fā)明還利用水蓄熱的方式回收LNG燃燒時(shí)釋放的余熱，滿足船舶空調(diào)的供熱需求，實(shí)現(xiàn)LNG動(dòng)力船的能量高效利用。
[0009]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案。
[0010]一種LNG動(dòng)力船空調(diào)制冷/供熱系統(tǒng)，由LNG汽化回路，冰蓄冷循環(huán)回路，熱回收回路以及海水回路構(gòu)成。其中所述LNG汽化回路依次由LNG儲(chǔ)液罐1、第一電控閥2，第一換熱器3的進(jìn)口 b、出口 a，第二電控閥4，船舶主機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)5通過管連接構(gòu)成；所述冰蓄冷循環(huán)回路依次由第一換熱器3出口 c，第一冷媒儲(chǔ)存罐6，第一冷媒泵7，第二換熱器8的進(jìn)口 f、出口 e，閥門9通過管連接第一換熱器3進(jìn)口 d構(gòu)成第一冷媒循環(huán)；依次由第二換熱器8出口 g，第二冷媒儲(chǔ)存罐10，第二冷媒泵11，第一電動(dòng)三通閥13，設(shè)置在蓄冷蓄熱裝置18中的冷媒盤管19，第二電動(dòng)三通閥14通過管連接第二換熱器8進(jìn)口 h構(gòu)成第二冷媒循環(huán)；設(shè)置在蓄冷蓄熱裝置18中的冷水盤管20中的水與冷媒盤管19中的第二冷媒通過介質(zhì)換熱后利用管道與船舶艙室連接構(gòu)成冰蓄冷循環(huán)回路；所述熱回收回路依次由船舶主機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)5，第三電控閥15，循環(huán)泵16以及設(shè)置在蓄冷蓄熱裝置18中的熱水盤管17通過管連接構(gòu)成；所述海水回路依次由第一電動(dòng)三通閥13，第三換熱器12的進(jìn)口 p、出口 m以及第三電動(dòng)三通閥14通過管連接構(gòu)成。
[0011]上述所述的蓄冷蓄熱裝置18還連接有若干空調(diào)用戶。所述的第三換熱器12還設(shè)置有海水進(jìn)口 ο和海水出口 η。
[0012]上述所述的第一冷媒為相變冷媒。所述的相變冷媒優(yōu)選為Rl34a或R404a中的任一種。
[0013]上述所述的第二冷媒為無相變冷媒，如鹽水溶液或乙二醇水溶液。所述的無相變冷媒優(yōu)選為鹽水溶液或乙二醇水溶液中的任一種。
[0014]本發(fā)明中所需第一冷媒是與LNG直接換熱，因此第一冷媒的凝固點(diǎn)不能太高，否則在換熱過程中，第一冷媒容易凝固并且阻塞管道。另外，為了盡可能多的回收LNG的冷能，應(yīng)選擇相變冷媒作為第一冷媒，比如R134a，R404a，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況，也可選擇其他冷媒。
[0015]本發(fā)明中所需的第二冷媒主要是接受第一冷媒傳遞來的冷量，夏季與冰蓄冷空調(diào)中的蓄冷介質(zhì)進(jìn)行換熱，將冷量?jī)?chǔ)存在冰蓄冷空調(diào)中的冰水中，冬季直接與海水換熱。因此對(duì)第二冷媒的要求不是很高，可采用無相變冷媒，如鹽水溶液或乙二醇水溶液等。
[0016]LNG汽化回路:LNG儲(chǔ)液罐I里的天然氣輸出管道經(jīng)過第一電控閥2，通過第一換熱器3的進(jìn)口 b進(jìn)入第一換熱器3與第一冷媒進(jìn)行換熱，然后通過第一換熱器3的出口 c以及第二電控閥4進(jìn)入船舶主機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)5燃燒為船舶運(yùn)行提供動(dòng)力支持。
[0017]冰蓄冷循環(huán)回路:第一冷媒在第一換熱器中與LNG換熱溫度降低后通過第一冷媒儲(chǔ)存罐6以及第一冷媒泵7后通過第二熱交換器8的進(jìn)口 f進(jìn)入第二換熱器8與第二冷媒換熱，溫度升高后第一冷媒通過第二換熱器8的出口 g以及閥門9由第一換熱器3的進(jìn)口 d進(jìn)入第一換熱器3與LNG換熱，完成第一冷媒的循環(huán)。第二冷媒與第一冷媒在第二換熱器8中換熱溫度降低后通過第二換熱器8的出口 e經(jīng)過第二冷媒儲(chǔ)存罐10、第二冷媒泵11以及第一電動(dòng)三通閥13進(jìn)入設(shè)置在蓄冷蓄熱裝置18中的冷媒盤管19，與設(shè)置在蓄冷蓄熱裝置18中的冷水盤管20中的水換熱后第二冷媒溫度升高，經(jīng)過第二電動(dòng)三通閥14由第二換熱器8的進(jìn)口 h返回第二換熱器8與第一冷媒換熱，完成第二冷媒的循環(huán)。設(shè)置在蓄冷蓄熱裝置8中冷水盤管20中的水與第二冷媒換熱吸收冷量冷凍成冰，完成LNG冷能的儲(chǔ)存并向船舶艙室輸送所需冷量，空調(diào)系統(tǒng)中的載冷劑進(jìn)入蓄冷蓄熱裝置18將冰塊中的冷量帶走，通過空調(diào)熱交換系統(tǒng)滿足船舶艙室供冷需求，蓄冷蓄熱裝置中的冰融化成水，再接收第二冷媒傳遞的冷量，完成冰蓄冷循環(huán)回路。
[0018]熱回收回路:汽化后的LNG進(jìn)入船舶主機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)5燃燒做功后會(huì)產(chǎn)生大量余熱，主機(jī)冷卻水通過第三電控閥15，循環(huán)泵16以及蓄冷蓄熱裝置18中的熱水盤管17與蓄冷蓄熱裝置18中的蓄熱介質(zhì)進(jìn)行換熱冷卻后返回船舶主機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)5，蓄冷蓄熱裝置18中的蓄熱介質(zhì)與布置在其中的冷水盤管20中的水進(jìn)行換熱，由于吸收蓄冷蓄熱裝置18中蓄熱介質(zhì)的熱量，冷水盤管20中的水溫度升高后經(jīng)空調(diào)末端送至船舶艙室進(jìn)行換熱，實(shí)現(xiàn)冬季船舶艙室供暖需求。
[0019]海水回路:冬季船舶艙室不需要供冷時(shí)，第二冷媒與第一冷媒在第二換熱器8中換熱后溫度降低通過第二換熱器8的出口 g經(jīng)過第二冷媒儲(chǔ)存罐10，第二冷媒泵11，通過第一電動(dòng)三通閥13的另