一种lng动力集装箱船的蓄冷系统及方法
阅读说明：本技术 一种lng动力集装箱船的蓄冷系统及方法 (Cold accumulation system and method for LNG (liquefied Natural gas) power container ship ) 是由 李博洋 李雅静 邓芳 杨奉儒 张荣秀 于 2021-01-12 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种LNG动力集装箱船的蓄冷系统及方法,该系统包括：LNG燃用系统、LNG换热系统、蓄冷系统。针对LNG动力集装箱船功率大、LNG燃料消耗量多、释放的大量冷能不能被利用的问题,本发明系统利用蓄冷箱制冰的方式对LNG动力集装箱船上过量的冷能进行储存,解决了LNG动力集装箱船冷能过剩的问题,通过本发明方法可以将船舶上的LNG燃料冷能用于陆地所需,使LNG冷能得到充分的利用,也节省了陆地上需要冷能的用户的制冷设备的电力消耗,且随着集装箱船的大型化发展,LNG动力集装箱船的主机功率越来越大,LNG燃料的消耗量也越来越大,所以释放的冷能也越来越多,因此本发明具有较好的应用价值。(The invention discloses a cold accumulation system and a method for an LNG power container ship, wherein the system comprises: LNG fires uses system, LNG heat transfer system, cold-storage system. Aiming at the problems that an LNG power container ship is high in power, LNG fuel consumption is high, and a large amount of released cold energy cannot be utilized, the system stores the excessive cold energy on the LNG power container ship in a cold storage tank ice making mode, so that the problem that the cold energy of the LNG power container ship is excessive is solved.)
技术领域
本发明属于船舶技术领域，具体涉及一种LNG动力集装箱船的蓄冷系统及方法。
背景技术
“LNG动力船”是指以液化天然气(LNG)作为燃料来提供动力的船舶，近年来，船用柴油造成的空气污染问题日益严重，随着人们对环境污染问题的重视，液化天然气以其安全性、环保性、节能性以及经济性等方面的优势，被越来越多的应用在船舶上，因此LNG动力船的数量不断增多，由于LNG是一种-163℃的低温液体，因此在供给LNG动力船的主柴油机燃用前需要进行汽化，达到船舶主柴油机的供气温度，在这一过程中会释放出大量的冷能，因LNG动力集装箱船主机功率较大，LNG燃料消耗量多，在使用LNG燃料过程中释放的冷能会更多。当前已经有人提出在船舶空调以及冷库方面利用这部分冷能，但是在空调和冷库上应用只需要少量的冷能即可实现，还是会有大量冷能没有得到利用，这部分冷能也可以用于朗肯循环进行发电，不过朗肯循环发电系统结构复杂，成本较高，在船舶上很少应用，因此目前在LNG动力集装箱船上存在LNG冷能过剩的情况。
对于LNG动力集装箱船冷能过剩的问题，专利号为CN110901870A的中国专利提出了一种冷藏集装箱利用船舶LNG冷能的系统及方法，本发明实现了在冷藏集装箱上对LNG冷能的利用，在冷藏集装箱较多时，此种方法对冷能的利用率是很高的，受到货源的影响，冷藏集装箱的数量比较少，这样对冷能的利用率就相对较低。其他类似的专利对于船舶LNG冷能的利用，都存在对LNG冷能利用率不高的问题。
基于LNG动力集装箱船的航线特点，其经常经过低纬度地区，例如马六甲海峡、苏伊士运河、巴拿马运河等世界上重要的、繁忙的航线。在低纬度地区，由于外界温度较高，需要的冷能相对较多，而LNG动力集装箱船在航行过程中释放的冷能很多，并且没有得到充分利用，如果可以把航行过程中LNG燃料释放的过量冷能储存起来，在低纬度地区停港时将冷能转移给陆地上需要冷能的地方，将可以使LNG得冷能得到充分的利用，做到节能减排，具有较好的应用前景。
发明内容
本发明的目的就是针对上述的问题，提出一种LNG动力集装箱船的蓄冷系统及方法。
本发明的第一个目的是提出一种LNG动力集装箱船的蓄冷系统，该系统包括：LNG燃用系统、LNG换热系统、蓄冷系统。
其中LNG燃用系统包括：驳运泵、增压泵、温控三通阀、LNG换热器、冷媒A温包、缸套水加热器。
LNG换热系统包括：冷媒A循环泵、乙二醇换热器、冷媒出口接头、冷媒进口接头。
蓄冷系统包括：冷媒B循环泵、电磁阀、蓄冷箱温包、换热盘管、保温层、蓄冷箱、蓄冷箱内壁、蓄冷箱外壁、温度继电器、盘管进口接头、盘管出口接头。
在LNG燃用系统中，驳运泵通过管道与增压泵相连接，所述增压泵通过管道与LNG换热器相连接，其间设有温控三通阀，所述温控三通阀的一个出口和LNG换热器与缸套水加热器之间的管道相连接。
在LNG换热系统中，LNG换热器通过管道与乙二醇换热器相连接，构成循环管路，其间设有冷媒A循环泵和冷媒A温包，所述冷媒A温包与温控三通阀通过线路相连接。
在蓄冷系统中，蓄冷箱由蓄冷箱内壁、蓄冷箱外壁、保温层组成，保温层设置在蓄冷箱内壁和蓄冷箱外壁之间，所述蓄冷箱内设有蓄冷箱温包，所述温度继电器通过线路与蓄冷箱温包相连接，所述换热盘管安装在蓄冷箱内，所述换热盘管有一个盘管进口接头和一个盘管出口接头，盘管出口接头与冷媒进口接头可以相互配合、盘管进口接头与冷媒出口接头可以相互配合，冷媒B循环泵安装在冷媒出口接头与乙二醇换热器之间的管道上，所述换热盘管上设有电磁阀，所述电磁阀通过线路与温度继电器相连接。
本发明的第二个目的就是基于上述一种LNG动力集装箱船的蓄冷系统，提供一种LNG动力集装箱船的蓄冷的方法。
当船舶刚开始航行时，也即是本发明系统正常工作时，在LNG燃用系统中，LNG燃料通过驳运泵从货舱里被驳运出来，经过增压泵进行增压，然后LNG燃料进入LNG换热器，在LNG换热系统中，冷媒A在冷媒A循环泵的作用下进行循环，吸收LNG燃料的冷能，在蓄冷系统中，冷媒B循环泵、电磁阀打开，冷媒B吸收冷媒A携带的冷能，在冷媒B循环泵的作用下进入换热盘管进行循环，把携带的冷能传递给蓄冷箱里的淡水，使其温度降低，直至结冰，此外经过LNG换热器换热过后的LNG燃料进入缸套水加热器，利用船舶废热对LNG燃料进行加热汽化，达到船舶主柴油机的供气温度，送至船舶主机燃用。
其中温控三通阀的开度可以由冷媒A温包控制，温控三通阀可以控制进入旁通管道的LNG燃料的流量，当蓄冷系统负荷较大时，温控三通阀与旁通管路相连的出口开度变小，LNG燃料进入旁通管路的流量变小，进入LNG换热器的流量变大，当蓄冷系统负荷较小时，温控三通阀与旁通管路相连接的出口开度变大，LNG燃料进入旁通管路的流量变大，进入LNG换热器的流量变小，从而使冷媒A的温度控制在-40℃至-30℃。
此外当蓄冷箱温包感应到的温度小于-20℃时，电磁阀关闭，由于本发明系统中具有多个蓄冷箱制冷，当所有蓄冷箱相应的蓄冷箱温包检测到的温度都小于-20℃时，电磁阀全部关闭；当蓄冷箱温包感应到的温度大于-10℃时，电磁阀打开，控制蓄冷箱内的温度在-20℃至-10℃。
船舶在低纬度地区靠港时，由于低纬度温度较高，因此，当地的冷能较为珍贵，且需要的冷能相对较多。由于盘管进口接头与盘管出口接头具有自锁能力，所以此时可将盘管进口接头与冷媒出口接头、盘管出口接头与冷媒进口接头断开连接，将蓄冷箱从船上卸下，通过运输工具运输到陆地上需要冷能的地方，然后将陆地上的传热介质的出口接头与盘管进口接头相连接、传热介质的进口接头与盘管出口接头相连接，通过传热介质循环泵往换热盘管内通入传热介质，把蓄冷箱内的冷能释放出来，供陆地上的冷库、空调等需要冷能的用户使用，以此来实现将船舶上的LNG燃料冷能用于陆地所需。
本发明的优点：
1.本发明系统基于LNG动力集装箱船功率大、燃料消耗量多、冷能释放过多的特点，利用蓄冷箱制冰的方式对LNG动力集装箱船上过量的冷能进行了储存，解决了冷能过剩的问题。
2.本发明系统针对船舶的航线特点，实现了将船舶上的LNG燃料冷能用于低纬度陆地所需，减少了陆地上需要冷能的区域制冷设备的电力消耗，使LNG燃料的冷能得到了充分的利用，实现了船舶经济效益最大化应用。
3.本发明系统把LNG动力集装箱船上的冷能进行了利用和储存，减少了LNG燃料送入船舶主机前汽化需要的热源，节省了船舶的高品位废热。
4.本发明系统结构简单，成本较低，易于实现，且随着集装箱船大型化的发展，LNG动力集装箱船释放的冷能也越来越多，采用本方法可以把船舶上的冷能更多的供给低纬度陆地所需，因此本发明系统具有很好的应用前景。
附图说明
图1是本发明的系统图；
图2是蓄冷箱结构图；
图3是蓄冷箱冷能利用系统图；
附图中：1.驳运泵；2.增压泵；3.温控三通阀；4.LNG换热器；5.冷媒A温包；6.冷媒A循环泵；7.乙二醇换热器；8.缸套水加热器；9.冷媒B循环泵；10.电磁阀；11.蓄冷箱温包；12.换热盘管；13.保温层；14.蓄冷箱；1401.蓄冷箱内壁；1402.蓄冷箱外壁；15.温度继电器；16.盘管进口接头；17.盘管出口接头；18.冷媒出口接头；19.冷媒进口接头。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。
一种LNG动力集装箱船的蓄冷系统，如图1，该系统包括LNG燃用系统、LNG换热系统、蓄冷系统。
其中LNG燃用系统包括：驳运泵1、增压泵2、温控三通阀3、LNG换热器4、冷媒A温包5、缸套水加热器8。
LNG换热系统包括：冷媒A循环泵6、乙二醇换热器7、冷媒出口接头18、冷媒进口接头19。
蓄冷系统包括：冷媒B循环泵9、电磁阀10、蓄冷箱温包11、换热盘管12、保温层13、蓄冷箱14、蓄冷箱内壁1401、蓄冷箱外壁1402、温度继电器15、盘管进口接头16、盘管出口接头17。
在LNG燃用系统中，驳运泵1通过管道与增压泵2相连接，所述增压泵2通过管道与LNG换热器4相连接，其间设有温控三通阀3，所述温控三通阀3的一个出口和LNG换热器4与缸套水加热器8之间的管道相连接，构成旁通管路。
在LNG换热系统中，LNG换热器4通过管道与乙二醇换热器7相连接，构成循环管路，其间设有冷媒A循环泵6和冷媒A温包5，所述冷媒A温包5与温控三通阀3通过线路相连接，可以实现根据冷媒A温包5的温度来控制温控三通阀3的开度。
在蓄冷系统中，蓄冷箱14由蓄冷箱内壁1401、蓄冷箱外壁1402、保温层13组成，保温层13设置在蓄冷箱内壁1401和蓄冷箱外壁1402之间，蓄冷箱的尺寸可以设计成标准集装箱尺寸，便于装卸，图2为蓄冷箱结构图，蓄冷箱内壁1401具有一定的强度和伸缩量，这样可以防止蓄冷箱14里盛放的90％的淡水结冰膨胀对蓄冷箱14造成破坏。所述蓄冷箱14内设有蓄冷箱温包11，所述温度继电器15通过线路与蓄冷箱温包11相连接，可以实现根据蓄冷箱温包11的温度来控制电磁阀10的开合，所述换热盘管12安装在蓄冷箱14内，所述换热盘管12有一个盘管进口接头16和一个盘管出口接头17，盘管出口接头17与冷媒进口接头19可以相互配合、盘管进口接头16与冷媒出口接头18可以相互配合，冷媒B循环泵9安装在冷媒出口接头18与乙二醇换热器7之间的管道上，所述换热盘管12上设有电磁阀10，所述电磁阀10与温度继电器15通过线路相连接。
当船舶刚开始航行时，也即本发明系统正常工作时，在LNG燃用系统中，LNG燃料通过驳运泵1从货舱里被驳运出来，经过增压泵2进行增压，然后LNG燃料进入LNG换热器4，在LNG换热系统中，冷媒A在冷媒A循环泵6的作用下进行循环，吸收LNG燃料的冷能，在蓄冷系统中，冷媒B循环泵9、电磁阀10打开，冷媒B吸收冷媒A携带的冷能，在冷媒B循环泵9的作用下进入换热盘管12进行循环，把携带的冷能传递给蓄冷箱14里的淡水，使其温度降低，直至结冰，经过LNG换热器4换热过后的LNG燃料进入缸套水加热器8，利用船舶废热对LNG燃料进行加热汽化，达到船舶主柴油机的供气温度，送至船舶主机燃用。
其中温控三通阀3的开度可以由冷媒A温包5控制，温控三通阀3可以控制进入旁通管道的LNG燃料的流量，当蓄冷系统负荷大时，温控三通阀3与旁通管路相连的出口开度变小，LNG燃料进入旁通管路的流量变小，进入LNG换热器4的流量变大，当蓄冷系统负荷较小时，温控三通阀3与旁通管路相连接的出口开度变大，LNG燃料进入旁通管路的流量变大，进入LNG换热器4的流量变小，从而使冷媒A的温度控制在-40℃至-30℃。
此外当蓄冷箱温包11感应到的温度小于-20℃时，电磁阀10关闭，由于本发明系统中具有多个蓄冷箱14制冷，当所有蓄冷箱14相应的蓄冷箱温包11检测到的温度都小于-20℃时，电磁阀10全部关闭；在航行过程中，蓄冷箱14内部与外界环境之间存在渗透热，会导致蓄冷箱14内的温度升高，当蓄冷箱温包11感应到的温度大于-10℃时，电磁阀10打开，控制蓄冷箱14的温度在-20℃至-10℃。
船舶在低纬度地区靠港时，由于低纬度温度较高，因此，当地的冷能较为珍贵，且需要的冷能相对较多。盘管进口接头16、盘管出口接头17、冷媒出口接头18、冷媒进口接头19具有自锁能力，当盘管进口接头16、盘管出口接头17、冷媒出口接头18、冷媒进口接头19自锁时，管内液体不会与外界相通，避免在断开之后导致液体的泄露。此时盘管进口接头16与冷媒出口接头18、盘管出口接头17与冷媒进口接头19断开连接，蓄冷箱14可以从船上卸下，通过运输工具运输到陆地上需要冷能的地方，陆地上传热介质的出口接头与盘管进口接头16相连接、传热介质的进口接头与盘管出口接头17相连接，通过传热介质循环泵往换热盘管12内通入传热介质，把蓄冷箱14内的冷能释放出来，供陆地上的冷库、空调等需要冷能的用户使用，以此来实现将船舶上的LNG燃料冷能用于陆地所需，冷能利用系统图如图3所示。这样可以使LNG动力集装箱船上的LNG冷能得到充分的利用，实现了船舶经济效益最大化应用。
此外，图1中所示蓄冷箱14仅为示意，不表示本发明系统仅为一个蓄冷箱14制冷。本发明系统中可用多个蓄冷箱14制冷。
LNG动力集装箱船在实际航行过程中，受到货源和各种因素的影响，通常集装箱不会占用船舶货舱的全部箱位，船舶货舱具有较多的空余箱位，可以根据空箱位的数量确定蓄冷箱的数目，因此对船舶的装载空间影响很小。
随着集装箱大型化的发展，LNG动力集装箱船的主机功率越来越大，LNG燃料的消耗量也越来越大，所以释放的冷能也越来越多，但是船舶本身所需要的LNG冷能并没有明显增多，因此冷能过剩问题越来越严重，所以采用本方法可以把船舶上的冷能更多的供给低纬度陆地需要冷能的用户，因此与其他专利相比在LNG冷能利用率方面具有得天独厚的优势。
以上所述仅是本发明的优先实施方式，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
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