一种船用LNG汽化与空调集成系统及控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种船用LNG汽化与空调集成系统及控制方法，所述系统包括LNG汽化回路、船舶主辅机缸套冷却水回路及船舶空调回路，所述控制方法是：利用LNG在船舶主辅机动力系统燃烧时释放的大量热量作为LNG汽化及空调回路的热源，将LNG汽化过程产生的大量冷能作为空调回路的冷源，并以船舶主辅机缸套冷却水作为能量载体，实现船用LNG汽化与空调系统的集成运行，满足船舶航行及空调系统对动力的需求。本发明专利技术充分利用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，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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种船用LNG汽化与空调集成系统及控制方法，属于空调工程

技术介绍
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。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℃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。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。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、冷媒水泵、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170～200℃，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。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、第一冷媒泵、第二换热器构成第一冷媒循环；第二换热器、第二冷媒罐、第二冷媒泵、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、循环泵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。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泵。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。
技术实现思路
本专利技术专利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。本专利技术是将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。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：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、气体增压泵、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、热水泵、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泵与所述冷却水入口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。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－163℃的流体。可以避免在换热过程中，换热介质凝固而阻塞管道。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。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本文档来自技高网...

【技术保护点】
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)、气体增压泵(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)、热水泵(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暖回路，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(1)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(1)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(1)入口，所述第一热水三通接头(5)设置在所述热水泵(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(1)入口连通。...

【技术特征摘要】
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)、气体增压泵(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)、热水泵(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
冷回路和制暖回路，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(1)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(1)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(1)入口，所述
第一热水三通接头(5)设置在所述热水泵(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(1)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－163℃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。
6.根据权利要求1至5任意一项所述的一种船用LNG汽化与空调集成系统的控制方法，
其特征在于：所述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；
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(1)，并关闭所述第一热水调节阀(15)和冷...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵忠超，赵凯，蒋朋朋，沈仁东，周乐，张林，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32