CN105444309A - 一种lng船用空调及冻库系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种LNG船用空调及冻库系统，属于船用空调领域。本发明公开了一种LNG船用空调及冻库系统,包括载冷模块、空调模块、及冻库模块，载冷模块的冷能输入端连接冷源体，冻库模块的冷能输出端先后连接冻库模块和空调模块；空调模块包括供暖模块、供冷模块、及送风模块，供暖模块连接于热源体与送风模块之间，供冷模块连接与载冷模块和送风模块之间；冷源体的冷能经载冷模块先后进入冻库模块和供冷模块，供冷模块将获取的冷能转移至送风模块处对空气制冷，热源体的热能经供暖模块转移至送风模块处对空气制热。能够有效的实现能量的节约使用，易于推广，提高LNG船的能量利用率，降低船只成本。

Description

一种LNG船用空调及冻库系统

技术领域

本发明涉及一种LNG船用空调及冻库系统，属于船用空调领域。

背景技术

船舶航行于各海域，气象条件复杂，气候多变，为了使船员、旅客有一个舒适的生活、工作环境，可以用空调技术在舱室内创造一个适宜的人工气候，改善环境。现有的船用空调一般为用电的空调或者用油来驱动，但是在船只航行时，由于供电困难或者油的补给困难，因此，如何减少空调耗能成为需要解决的问题，特别是针对LNG船来说，如何利用LNG的冷能是解决减少船用空调能耗的有效手段。而且在现有的能量循环控制中，由于LNG的温度过低不宜直接用于空调控制和供冷，否者，会因为温差变化明显对设备的寿命赵成影响，同时需求更多的特殊管道用于LNG运输，提高使用安装成本。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述存在的问题，提供一种LNG船用空调及冻库系统，载冷模块构成循环路径将船只自带的冷能运输，然后对送风模块处的空气制冷，实现空气的降温或升温控制；供暖模块对构成的循环通道，吸收船体上的热源的热量，对空气进行升温控制。其多级的冷能循环和热能循环、海水温度循环，能够充分合理的利用LNG船的自身优势，保证能量的充分利用，其续航时间长，能够有效的减少低温管道的长度，避免了温差变化过大对设备的顺坏，提高设备的使用寿命。能够有效的实现能量的节约使用，易于推广，提高LNG船的能量利用率，降低船只成本。

本发明采用的技术方案如下：

本发明公开了一种LNG船用空调及冻库系统,包括载冷模块、空调模块、及冻库模块，载冷模块的冷能输入端连接冷源体，冻库模块的冷能输出端先后连接冻库模块和空调模块；空调模块包括供暖模块、供冷模块、及送风模块，供暖模块连接于热源体与送风模块之间，供冷模块连接与载冷模块和送风模块之间；冷源体的冷能经载冷模块先后进入冻库模块和供冷模块，供冷模块将获取的冷能转移至送风模块处对空气制冷，热源体的热能经供暖模块转移至送风模块处对空气制热。该结构能够实现LNG冷能的多级释放，首先将冷源体中的冷能经过在载冷模块循环至冻库模块中，在冻库模块中实现冷能的初步释放，由于冻库模块中需要的温度更低，因此，需要将其设置在空调模块之前，能够将冻库中的温度控制的更低，此外，经过初步冷能释放后，载冷介质的温度提升，且能够继续为空调提供冷能，空调模块的供冷模块将冷能再次转移，并在送风模块处实现对空调的调节，这种多级释放的方式，不经在不同的温度阶段有效的利用了冷能，而且，能够减少冷能过程中，因载能介质温差变化过大对设备的影响，提高设备寿命；这种多级循环的方式冷能的利用率提高，能够减少过低温度对设备的要求，根据需要的不同，合理的布置利用冷能，降低该LNG船用空调及冻库系统的安装成本。

更进一步,所述载冷模块包括第二介质箱和冷能换热器，冷能换热器具有吸热腔和放热腔，吸热腔的出口经过阀门、冻库模块、冷源电加热器、供冷模块、第二介质箱、过滤器、泵连回到吸热腔的进口，放热腔的进出口分别与冷源体的出口和进口对应相连。上述结构能够将LNG储罐中的冷能快速吸收，提高空气制冷效率，能够对换热过程进行有效控制，减少了冷能在转移过程中的消耗。其循环的路径简单，减少循环过程中的能耗，提高冷能利用率。该结构的冷源电加热器用于控制空调模块处的水乙二醇的温度，即进入空调模块的温度的恒定，防止温差对空调模块的影响。

更进一步,所述介质箱中的介质为水乙二醇，所述冷能换热器包括第二换热器和第三换热器，冷能换热器的吸热腔中的介质为水乙二醇、放热腔中的介质为LNG；冻库模块和冷能模块分别并联有短路阀，短路阀用于调节进入冻库模块或冷能模块的水乙二醇的流量。以水乙二醇作为介质能够有效的提高冷能的转移效率，短路阀的设置能够控制流经冻库模块和空调模块的冷能的量，能够有效提高冷能利用，避免浪费。

更进一步,所述冻库模块包括冻库换热器，冷能从冻库模块一端流入，流经阀门、冻库换热器、过滤器、及阀门后流出，冷能在冻库换热器处被消耗。上述结构的冻库换热器能够直接利用载冷模块中的冷能，不需重复进入换热器，增加冻库的温度下限。

更进一步,所述供冷模块包括第一换热器和第一介质箱，第一换热器包括吸热腔和放热腔，其放热腔的进出口分别对应连接到载冷模块上，吸热腔的出口经阀门、送风模块、第一介质箱、及泵连回到吸热腔的进口，供冷模块的冷能在送风模块处对空气制冷。该结构能够从载冷模块中吸收冷能并用于送风模块处对空气制冷，其结构简单，控制方便能够提高空气制冷效率，能够对换热过程进行有效控制，减少了冷能在转移过程中的消耗。

更进一步,所述供暖模块包括水箱和热源换热器，热源换热器的吸热腔的出口经过滤器、阀门、泵、热源电加热器及送风模块连回到吸热腔的出口，热源换热器的吸热腔的进口与热源体对应相连。该供热模块的设置构成一个循环的系统，能够持续的将发动机水冷却系统所带出的热量转移到送风装置处，并用于对空气加热，能够提高热能的转移速度，不仅能够提高发动机的降温效率，还能提高空气的制热效率。

更进一步,所述送风模块包括送风通道和依次设置在送风通道内的混合室、空气过滤器、换热管、冷能管、热能管、加湿器和出风室；混合室具有新风口和回风口，新风口连通到LNG船外，回风口连通到出风室所连通的空间；所述出风室内设置有风机。新风口的设置有利于船体内外的空气交换，保持空气清新，回风口的设置能够将空气中的热能或者冷能回收利用，减少能耗，提高能量利用率。本送风模块用于实现船体内的温度控制能够快速实现温度的制冷或者制热，具有较高的稳定性和操作的便宜性。

更进一步,还包括海水换热模块，该海水换热模块与送风模块相连，海水换热模块吸收海水的能量并将其转移到送风模块处用于温度控制；海水换热模块包括第四换热器，第四换热器的吸热腔的出口经泵、送风模块、水箱连回吸热腔的进口，其放热通道的进口经泵连通到海面下、出口连通到海面下。该结构能够在无法利用发动机或者LNG进行温度控制时，能够吸收海洋中的热能或者冷能，增加控制调节的热源或冷源，能够从分利用海洋资源，提高能源利用率。

更进一步,所述冷源体为LNG供气系统，所述热源体为发动机水冷却系统。采用LNG储罐不仅因为在LNG船上其冷能供给方便，而且LNG的温度低，冷能的转移速度快，能够快速实现温度的降温控制，提高温度调节效率；采用发动机作为热源，因为发动机的供热量大，时间久，能够长期供热。

本发明还公开了一种LNG船的空调及冻库冷能控温方法，包括：

一级冷能循环：LNG供气系统中的LNG流经冷能换热器并释放冷能，作为冷能载体的水乙二醇在冷能换热器、冻库换热器、冷源电加热器、第一换热器、及第二介质箱之间循环，并在冻库换热器将冷能释放至空气，在第一换热器处将冷能转移至二级冷能循环；

二级冷能循环：以水乙二醇为冷能载体在第一换热器、冷能管、及第一介质箱之间循环；该二级冷能循环将从一级冷能循环中获取的冷能循环至冷能管处并在冷能管处转移至三级冷能循环；

三级冷能循环：以空气为冷能在冷盘管、加湿器、出风室、LNG船的船体空间、混合室、空气过滤器、及换热管之间循环；该三级冷能循环将从二级冷能循环中获取的冷能循环至LNG船的船体空间中，实现制冷；

热能循环：发动机水冷却系统中的热水流经热源换热器并释放热能，热能以水为载体在热源换热器、水箱、热源电加热器、及热能管之间循环；热能经热能循环并在热能管处对空气加热，被加热的空气沿三级冷能循环的路径实现制热；

海水温度循环：海水中的温度热能或冷能经海水换热模块内的第四换热器并释放热能或冷能，热能或冷能以水为载体在第四换热器、水箱、及换热管之间循环；该海水温度循环将海水中的冷能或者热能用于控制LNG船的船体空间内的温度。

由于上述方法，其多种能量循环的方式，提高了冷能或者热能的利用率，形成独立的温度控制系统，能够有效的实现温度控制的准确性和快捷性，充分合理的利用LNG船的自身优势，保证能量的充分利用，其续航时间长，能够有效的减少低温管道的长度，避免了温差变化过大对设备的顺坏，提高设备的使用寿命。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、充分利用LNG船自带的冷能源和热能源对为船内的进行空调控制，实现船只温度调节，减少LNG船的空调耗能，能够合理利用和分配冷能释放路径，根据不同的需要提供不同的供能回路，提高系统的适用性和多用性。

2、载冷模块构成循环路径将船只自带的冷能运输，然后对送风模块处的空气制冷，实现空气的降温或升温控制；供暖模块对构成的循环通道，吸收船体上的热源的热量，对空气进行升温控制。本系统使用能够适用于大型的LNG船的安装和使用。

3、其多级的冷能循环和热能循环、海水温度循环，能够充分合理的利用LNG船的自身优势，保证能量的充分利用，其续航时间长，能够有效的减少低温管道的长度，避免了温差变化过大对设备的顺坏，提高设备的使用寿命。能够有效的实现能量的节约使用，易于推广，提高LNG船的能量利用率，降低船只成本。

附图说明

图1是本发明中LNG船用空调及冻库系统结构图；

图2是本发明中船用送风模块结构图；

图中标记：1-海水换热模块，2-热源体，3-热源换热器，4-第一介质箱，5-热源电加热器，6-送风模块，601-混合室，602-空气过滤器，603-换热管，604-冷能管，605-热能管，606-加湿器，607-出风室，7-冻库换热器，8-冷源电加热器，9-第一换热器，10-第二介质箱，11-第二换热器，12-第三换热器，13-冷源体。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，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。

具体实施例1：

如图1所示，本发明的LNG船用空调及冻库系统,包括载冷模块、空调模块、冻库模块、海水换热模块1，载冷模块的冷能输入端连接冷源体13，冻库模块的冷能输出端先后连接冻库模块和空调模块；空调模块包括供暖模块、供冷模块、及送风模块6，供暖模块连接于热源体2与送风模块6之间，供冷模块连接与载冷模块和送风模块6之间；冷源体13的冷能经载冷模块先后进入冻库模块和供冷模块，供冷模块将获取的冷能转移至送风模块6处对空气制冷，热源体2的热能经供暖模块转移至送风模块6处对空气制热。冷源体13为LNG供气系统，所述热源体2为发动机水冷却系统。

送风模块6包括送风通道和依次设置在送风通道内的混合室601、空气过滤器602、换热管603、冷能管604、热能管605、加湿器606和出风室607；混合室601具有新风口和回风口，新风口连通到LNG船外，回风口连通到出风室607所连通的空间；所述出风室607内设置有风机。新风口的设置有利于船体内外的空气交换，保持空气清新，回风口的设置能够将空气中的热能或者冷能回收利用，减少能耗，提高能量利用率。本送风模块6用于实现船体内的温度控制能够快速实现温度的制冷或者制热，具有较高的稳定性和操作的便宜性。

载冷模块包括第二介质箱10和冷能换热器，冷能换热器具有吸热腔和放热腔，吸热腔的出口经过阀门、冻库模块、冷源电加热器8、供冷模块、第二介质箱10、过滤器、泵连回到吸热腔的进口，放热腔的进出口分别与冷源体13的出口和进口对应相连。上述结构能够将LNG储罐中的冷能快速吸收，提高空气制冷效率，能够对换热过程进行有效控制，减少了冷能在转移过程中的消耗。其循环的路径简单，减少循环过程中的能耗，提高冷能利用率。该结构的冷源电加热器8用于控制空调模块处的水乙二醇的温度，即进入空调模块的温度的恒定，防止温差对空调模块的影响。第二介质箱10中的介质为水乙二醇，所述冷能换热器包括第二换热器11和第三换热器12，冷能换热器的吸热腔中的介质为水乙二醇、放热腔中的介质为LNG液体，LNG液体冷能释放后气化为NG；冻库模块和冷能模块分别并联有一个短路阀，短路阀用于调节进入冻库模块或冷能模块的水乙二醇的流量。以水乙二醇作为介质能够有效的提高冷能的转移效率，短路阀的设置能够控制流经冻库模块和空调模块的冷能的量，能够有效提高冷能利用，避免浪费。

冻库模块包括冻库换热器7，冷能从冻库模块一端流入，流经阀门、冻库换热器7、过滤器、及阀门后流出，冷能在冻库换热器7处被消耗。上述结构的冻库换热器7能够直接利用载冷模块中的冷能，不需重复进入换热器，增加冻库的温度下限。

供冷模块包括第一换热器9和第一介质箱4，第一换热器9包括吸热腔和放热腔，其放热腔的进出口分别对应连接到载冷模块上，吸热腔的出口经阀门、送风模块6内的冷能管604、第一介质箱4、及泵连回到吸热腔的进口，在冷能管604的两端并联有另一个短路阀，该短路阀用于控制进入冷能管604的流量，供冷模块的冷能在送风模块6的冷能管604处对空气制冷。该结构能够从载冷模块中吸收冷能并用于送风模块6处对空气制冷，其结构简单，控制方便能够提高空气制冷效率，能够对换热过程进行有效控制，减少了冷能在转移过程中的消耗。

供暖模块包括水箱和热源换热器3，热源换热器3的吸热腔的出口经过滤器、阀门、泵、热源电加热器5及送风模块6的热能管605连回到吸热腔的出口，热源换热器3的吸热腔的进口与热源体2对应相连。该供热模块的设置构成一个循环的系统，能够持续的将发动机水冷却系统所带出的热量转移到送风装置处，并用于对空气加热，能够提高热能的转移速度，不仅能够提高发动机的降温效率，还能提高空气的制热效率。

该海水换热模块1与送风模块6的换热管603相连，海水换热模块1吸收海水的能量并将其转移到送风模块6处用于温度控制；海水换热模块1包括第四换热器，第四换热器的吸热腔的出口经泵、送风模块6的换热管603、水箱连回吸热腔的进口，其放热通道的进口经泵连通到海面下、出口连通到海面下。该结构能够在无法利用发动机或者LNG进行温度控制时，能够吸收海洋中的热能或者冷能，增加控制调节的热源或冷源，能够从分利用海洋资源，提高能源利用率。

上述各换热器分别具有吸热腔和放热腔，冷能或者吸热腔与放热腔之间进行热交换。

本系统中，各部件处的温度为：热源换热器3放热腔进口温度75-90℃、出口处温度55-70℃，吸热腔的进口处温度50℃、出口处温度60℃；混合室601的室内内温度27℃，新风口温度32℃，回风口温度25℃，冷能管604的进口处温度5℃、出口处温度12℃；热能管605的进口处温度60℃、出口处温度50℃；出风室607处的冷风温度13℃、热风温度35℃；第一换热器9的放热腔进口温度0℃、出口处温度5℃，吸热腔的进口处温度12℃、出口处温度5℃；第二换热器11或第三换热器12的放热腔进口温度-162℃、出口处温度-30℃，吸热腔的进口处温度6℃、出口处温度-30℃；

具体实施例2：

本发明公开了一种LNG船的空调及冻库冷能控温方法，包括：

一级冷能循环：LNG供气系统中的LNG流经冷能换热器并释放冷能，作为冷能载体的水乙二醇在冷能换热器、冻库换热器7、冷源电加热器8、第一换热器9、及第二介质箱10之间循环，并在冻库换热器7将冷能释放至空气，在第一换热器9处将冷能转移至二级冷能循环；

二级冷能循环：以水乙二醇为冷能载体在第一换热器9、冷能管604、及第一介质箱4之间循环；该二级冷能循环将从一级冷能循环中获取的冷能循环至冷能管604处并在冷能管604处转移至三级冷能循环；

三级冷能循环：以空气为冷能在冷盘管、加湿器606、出风室607、LNG船的船体空间、混合室601、空气过滤器602、及换热管603之间循环；该三级冷能循环将从二级冷能循环中获取的冷能循环至LNG船的船体空间中，实现制冷；

热能循环：发动机水冷却系统中的热水流经热源换热器3并释放热能，热能以水为载体在热源换热器3、水箱、热源电加热器5、及热能管605之间循环；热能经热能循环并在热能管605处对空气加热，被加热的空气沿三级冷能循环的路径实现制热；

海水温度循环：海水中的温度热能或冷能经海水换热模块1内的第四换热器并释放热能或冷能，热能或冷能以水为载体在第四换热器、水箱、及换热管603之间循环；该海水温度循环将海水中的冷能或者热能用于控制LNG船的船体空间内的温度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种LNG船用空调及冻库系统，其特征在于,包括载冷模块、空调模块、及冻库模块，载冷模块的冷能输入端连接冷源体（13），冻库模块的冷能输出端先后连接冻库模块和空调模块；空调模块包括供暖模块、供冷模块、及送风模块（6），供暖模块连接于热源体（2）与送风模块（6）之间，供冷模块连接与载冷模块和送风模块（6）之间；冷源体（13）的冷能经载冷模块先后进入冻库模块和供冷模块，供冷模块将获取的冷能转移至送风模块（6）处对空气制冷，热源体（2）的热能经供暖模块转移至送风模块（6）处对空气制热。

2.根据权利要求1所述的LNG船用空调及冻库系统，其特征在于,所述载冷模块包括第二介质箱（10）和冷能换热器，冷能换热器具有吸热腔和放热腔，吸热腔的出口经过阀门、冻库模块、冷源电加热器（8）、供冷模块、第二介质箱（10）、过滤器、泵连回到吸热腔的进口，放热腔的进出口分别与冷源体（13）的出口和进口对应相连。

3.根据权利要求2所述的LNG船用空调及冻库系统，其特征在于,所述介质箱中的介质为水乙二醇，所述冷能换热器包括第二换热器（11）和第三换热器（12），冷能换热器的吸热腔中的介质为水乙二醇、放热腔中的介质为LNG；冻库模块和冷能模块分别并联有短路阀，短路阀用于调节进入冻库模块或冷能模块的水乙二醇的流量。

4.根据权利要求1所述的LNG船用空调及冻库系统，其特征在于,所述冻库模块包括冻库换热器（7），冷能从冻库模块一端流入，流经阀门、冻库换热器（7）、过滤器、及阀门后流出，冷能在冻库换热器（7）处被消耗。

5.根据权利要求1-4任一项所述的LNG船用空调及冻库系统，其特征在于,所述供冷模块包括第一换热器（9）和第一介质箱（4），第一换热器（9）包括吸热腔和放热腔，其放热腔的进出口分别对应连接到载冷模块上，吸热腔的出口经阀门、送风模块（6）、第一介质箱（4）、及泵连回到吸热腔的进口，供冷模块的冷能在送风模块（6）处对空气制冷。

6.根据权利要求1-4任一项所述的LNG船用空调及冻库系统，其特征在于,所述供暖模块包括水箱和热源换热器（3），热源换热器（3）的吸热腔的出口经过滤器、阀门、泵、热源电加热器（5）及送风模块（6）连回到吸热腔的出口，热源换热器（3）的吸热腔的进口与热源体（2）对应相连。

7.根据权利要求1-4任一项所述的LNG船用空调及冻库系统，其特征在于,所述送风模块（6）包括送风通道和依次设置在送风通道内的混合室（601）、空气过滤器（602）、换热管（603）、冷能管（604）、热能管（605）、加湿器（606）和出风室（607）；混合室（601）具有新风口和回风口，新风口连通到LNG船外，回风口连通到出风室（607）所连通的空间；所述出风室（607）内设置有风机。

8.根据权利要求1-4任一项所述的LNG船用空调及冻库系统，其特征在于,还包括海水换热模块（1），该海水换热模块（1）与送风模块（6）相连，海水换热模块（1）吸收海水的能量并将其转移到送风模块（6）处用于温度控制；海水换热模块（1）包括第四换热器，第四换热器的吸热腔的出口经泵、送风模块（6）、水箱连回吸热腔的进口，其放热通道的进口经泵连通到海面下、出口连通到海面下。

9.根据权利要求1-4任一项所述的LNG船用空调及冻库系统，其特征在于,所述冷源体（13）为LNG供气系统，所述热源体（2）为发动机水冷却系统。

10.一种LNG船的空调及冻库冷能控温方法，其特征在于，包括：

一级冷能循环：LNG供气系统中的LNG流经冷能换热器并释放冷能，作为冷能载体的水乙二醇在冷能换热器、冻库换热器（7）、冷源电加热器（8）、第一换热器（9）、及第二介质箱（10）之间循环，并在冻库换热器（7）将冷能释放至空气，在第一换热器（9）处将冷能转移至二级冷能循环；

二级冷能循环：以水乙二醇为冷能载体在第一换热器（9）、冷能管（604）、及第一介质箱（4）之间循环；该二级冷能循环将从一级冷能循环中获取的冷能循环至冷能管（604）处并在冷能管（604）处转移至三级冷能循环；

三级冷能循环：以空气为冷能在冷盘管、加湿器（606）、出风室（607）、LNG船的船体空间、混合室（601）、空气过滤器（602）、及换热管（603）之间循环；该三级冷能循环将从二级冷能循环中获取的冷能循环至LNG船的船体空间中，实现制冷；

热能循环：发动机水冷却系统中的热水流经热源换热器（3）并释放热能，热能以水为载体在热源换热器（3）、水箱、热源电加热器（5）、及热能管（605）之间循环；热能经热能循环并在热能管（605）处对空气加热，被加热的空气沿三级冷能循环的路径实现制热；

海水温度循环：海水中的温度热能或冷能经海水换热模块（1）内的第四换热器并释放热能或冷能，热能或冷能以水为载体在第四换热器、水箱、及换热管（603）之间循环；该海水温度循环将海水中的冷能或者热能用于控制LNG船的船体空间内的温度。