CN106573672B - 用于在船舶中提供制冷的系统 - Google Patents

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Abstract

一种向船舶(1)的冷却介质回路(55)提供冷却能量的系统。该冷却系统包括：液化气储罐(20)；液化气汽化器(30)，其包括第一热交换器，第一热交换器在液化气与中间流回路中的第二介质之间交换热量；液化气给料管线(22)，其将来自液化气储罐(20)的液化气输送至液化气汽化器(30)；第二热交换器(50)，其被配置成在第二介质和冷却介质回路(55)中的冷却介质之间交换热量；吸附式或吸收式制冷机(40)，其通过燃烧来自液化气汽化器(30)的气体而运行；和气体给料管线(23)，其用于将来自液化气汽化器(30)气体输送至吸附式或吸收式制冷机(40)。吸附式或吸收式制冷机(40)包括第三热交换器，第三热交换器被配置成与冷却介质回路(55)中的冷却介质交换热量。

Description

用于在船舶中提供制冷的系统
技术领域
本发明涉及一种用于在船舶中提供制冷的系统，特别地涉及一种为船舶的供热通风与空气调节(HVAC)设施提供冷却能量或冷却船舶的货舱的冷却系统。
背景技术
船舶、特别是集装箱船或冷藏船，在停泊以及在航海时，除了常规的船员舱的冷却之外，通常还对冷却货物有大量的需求。客船对与用于乘客和船员舱的HVAC系统相关的冷却有大量的需求。对此，已知船舶具有冷却设备，其包括由电动马达驱动的压缩机。在一个或多个发电机组中(即，四冲程内燃机驱动一个发电机)使用气态燃料或柴油向冷却系统供电。发电机与将电力分配给各种耗电件的主配电板连接。耗电件之一是压缩机站，在其中，按蒸汽压缩循环的方式，电能转换成机械能并且机械能转换成冷却能。这种冷却系统的效率有可能提高，并且由于用于在船上冷却船舶的成本重大，因此可以以比较便宜的方式提供冷却能量，以节省大量成本。
发明内容
在此背景下，第一方面提供一种用于向船舶的冷却介质回路提供冷却能量的更有成本效益的系统，所述冷却系统包括：液化气储罐；液化气汽化器，所述液化气汽化器包括第一热交换器，所述第一热交换器在所述液化气与中间流回路中的第二介质之间交换热量；液化气给料管线，所述液化气给料管线用于将来自所述液化气储罐的液化气输送至所述液化气汽化器；第二热交换器，所述第二热交换器被配置成在所述第二介质和所述冷却介质回路中的冷却介质之间交换热量；吸附式或吸收式制冷机，所述吸附式或吸收式制冷机通过燃烧来自所述液化气汽化器的气体而运行；以及气体给料管线，所述气体给料管线用于将来自所述液化气汽化器的气体输送至所述吸附式或吸收式制冷机，所述吸附式或吸收式制冷机包括第三热交换器，所述第三热交换器被配置成与所述冷却介质回路中的所述冷却介质交换热量。
通过将使用储存在船舶上液化气储罐中的液化气的冷的直接冷却与使用由燃烧来自蒸发液化天然气的气体而产生的热量和可选的来自蒸汽等的过剩热量的气体制冷机结合，得到一种用于在船舶上提供冷却能量的高能量有效系统。这种系统可以在具有通常通过燃油和/或重燃油而运行的主发动机和发电机组的船舶上安装或改造。该系统还可以在具有通过液化天然气而运行的主发动机的船舶上安装或改造。
在第一方面的第一可行实现形式中，所述第二冷却介质回路与所述船舶中的冷库连接。
在第一方面的第二可行实现形式中，第二冷却介质回路与船舶中的HVAC系统连接。
在第一方面的第三可行实现形式中，系统还包括第一温度传感器，所述第一温度传感器被配置成感测所述冷却介质的温度，其中，通过接收来自所述第一温度传感器的信号的变速驱动器而驱动所述液化天然气给料泵，并且其中，所述变速驱动器被配置成关于来自所述第一温度传感器的所述信号而调整所述液化气给料泵的速度。
在第一方面的第四可行实现形式中，系统还包括第二温度传感器，所述第二温度传感器被配置成感测所述冷却介质的温度，通过变速驱动器驱动所述中间电路中的第二介质泵，所述变速驱动器接收来自所述第二温度传感器的信号，其中，所述变速驱动器被配置成关于来自所述第二温度传感器的所述信号而调整所述第二介质泵的速度。
在第一方面的第五可行实现形式中，系统还包括可变输出液化气给料泵，所述可变输出液化气给料泵用于经由所述液化气给料管线将液化气从所述液化气储罐泵送至所述液化气汽化器。
根据第二方面，提供一种船舶，其具有船体、通过燃油或重燃油而运行的内燃机、用于燃油的燃料罐、通过燃油而运行的多个发电机组和根据第一方面及其实现形式的系统。
在第二方面的第一实现中，船舶还包括用于将来自除了燃烧所述气体所产生的热量之外的来源的热量供给至所述吸收式制冷机或吸附式制冷机以使所述所述吸收式制冷机或吸附式制冷机运行的装置。
从下面描述的示例性实施方式中，本发明的这些和其它方面将变得明显。
附图说明
在本说明书的以下部分中，将参考附图中所示的示例性实施方式更详细地解释本发明，其中：
图1是示意性示出根据示例性实施方式的冷却系统的船舶的截面图；
图2是根据示例性实施方式的用于船舶的冷却系统的示意图；
图3是吸收式制冷机的示意图；和
图4是吸附式制冷机的示意图。
具体实施方式
在以下详细描述中，将通过示例性实施方式描述用于船舶的冷却系统。图1示意性示出示出冷却系统的船舶1的截面图。该冷却系统可以用于冷却货船上的舱室。这可以是(非详尽列表)：滚装船(RORO)、集装箱船、供应船、散货船或游轮等。冷却系统还可以用于冷却客船、渡船和ROPAX(适于运载大量乘客的客滚船)的舱室，并用于货船例如香蕉船和集装箱船(非详尽列表)上的货物冷却。在示出的示例中，用框5表示过程。用附图标记60示出冷却系统，其用于冷却具有HVAC系统的船员舱室2并用于冷却货舱3。在船的船尾示出液化天然气储罐20。还示出了可选的蒸汽锅炉80。船舶1具有船体并具有至少一个内燃机，例如用于驱动螺旋桨的主发动机。主发动机可以是四冲程内燃机，或者在示例性实施方式中主发动机是大型低速运行的二冲程内燃机(未示出)。可以通过燃油或重燃油操作内燃机，并且船舶包括至少一个燃油罐和至少一个通过燃油运行的发电机组。
图2是根据示例性实施方式的冷却系统的示意图。该冷却系统包括绝热罐20，其用于在低温和压力下(即，-150℃以下和1大气压以上)容纳液化气例如液化天然气(LNG)。在下文中，参考液化天然气(LNG)和天然气，但应理解的是，可以使用任何其他具有相似性质的气体例如丙烷或丁烷作为替代。
通过由变速驱动器(Variable Speed Drive,VSD)11驱动的液化天然气给料泵10而从绝热储罐20供应LNG。替选地，可以通过罐20中少量气体的蒸发而增加罐20中的压力来传送LNG。LNG给料管线22将LNG从LNG储罐20运输至LNG汽化器30。
LNG汽化器30包括第一热交换器，其在从储罐20供应的LNG与中间流回路36中的第二冷却介质之间交换热量。在一实施方式中，第一热交换器将热量从第二介质传递到LNG，使得离开汽化器30的天然气具有大约45℃的温度。在实施方式中，第二介质可以是乙二醇或类似介质。中间流回路36包括由变速驱动器(ESD)37驱动的第二介质泵32，其用于使第二冷却介质在中间流回路36中沿箭头表示的方向循环。膨胀罐39与中间流回路36相连，该膨胀罐39用于吸收中间流回路中流体体积的任何波动。
中间流回路36还通过第二热交换器50传送第二冷却介质。
船舶1的冷却系统60的冷却回路55包括冷却介质循环泵46并设置有膨胀罐48，该膨胀罐48用于吸收冷却回路55中流体体积的任何波动。冷却回路55通过第二热交换器50传送冷却介质，以便与第二介质交换热量。在这个过程中，将来自冷却介质的热量传递至第二介质。冷却介质回路55使用诸如水、盐水或气体的冷却介质。
气体给料导管23将LNG汽化器30的排气口与以吸收式制冷机或吸附式制冷机40形式的“气体”制冷机的进气口连接。由气体给料导管23传送的天然气在吸收式制冷机或吸附式制冷机40中燃烧，并且由该燃烧过程产生的热量用于吸收式制冷机或吸附式制冷机40的运行。可以将其他用于运行吸收式制冷机或吸附式制冷机40的热源附加到由燃烧天然气产生的热量中。这种附加的热源可以是来自蒸汽锅炉80的剩余的蒸汽，或者来自船舶的一个或多个发动机的剩余的(废)热量。
吸收式制冷机或吸附式制冷机40包括第三热交换器，其被配置成与冷却介质回路55中的冷却介质交换热量。在这个过程中，来自冷却介质的热量被传送到气体制冷机40。
冷却介质回路55具有：第一温度传感器42，其位置靠近冷却介质离开气体制冷机40的位置；和第二温度传感器44，其位置在靠近冷却介质离开第二热交换器50的位置。在一实施方式中，冷却介质是水或盐水，并且在全负荷下，离开气体制冷机40的冷却介质的温度大约是6℃，并且离开冷却系统60的冷却介质的温度大约是12℃。
电子控制单元70经由信号电缆连接至第一温度传感器42、第二温度传感器44、变速驱动器11和变速驱动器37。该电子控制单元被配置成响应于来自两个温度传感器42、44的温度信号而改变LNG给料泵10的速度和/或第二介质泵32的速度，以维持离开气体制冷机40的冷却介质的期望温度。电子控制单元70还可以被配置成控制在第二热交换器50与LNG汽化器30之间的第二介质的温度。
因此，通过蒸发器和气体制冷机将以LNG中的冷能量和LNG中的化学能这两种形式的能量以冷却的形式传递至冷却系统。吸收过程或吸附过程的目的除了转化气体所含的大量能量之外，还防止甲烷和其他气体排放至大气中。
如上所述，“气体”制冷机40可以是吸收式制冷机或吸附式制冷机。下面将更详细地描述气体制冷机40。
图3是吸收式气体驱动制冷机40的示意图。制冷机40包括蒸汽发生器，在该蒸汽发生器中，施加由燃烧天然气产生的热量(最终由诸如剩余的蒸汽的其他源供应)，并将工艺液体的分离的一部分蒸发成蒸汽。剩余液体部分流向吸收器。蒸汽进入例如用海水冷却的冷凝器，在其中，来自蒸汽发生器的分离的蒸汽部分被冷凝。通过压力差将液体从冷凝器输送至蒸发器。在建立低压力的蒸发器中，在冷凝的液体在进入吸收器之前沸腾成蒸汽时，冷却外部回路。在吸收器中，来自蒸汽发生器级的剩余液体部分将来自蒸发器的蒸汽吸收。通过泵将液体从吸收器输送至蒸汽发生器。工艺液体是具有适合于热力学过程的制冷剂和吸收剂的溶液。
图4是吸附式气体驱动制冷机的示意图。吸附式制冷机使用固体吸附材料。系统包括多个装满吸水材料的吸附器(通常是两个)、冷凝器和蒸发器。需要多于一个吸附器，以保持连续地冷却。通过加热而使吸附了制冷剂液体的一种吸附剂变干，并且产生的蒸汽流入例如用海水冷却的冷凝器中，在传递热量的同时，在该冷凝器中使蒸汽冷凝。当使吸收器变干时，对这种特别的吸附剂停止热量输入。
连续向蒸发器传送冷凝的液体，在该蒸发器中，冷凝的液体在与冷却液体盘管接触时在低压下蒸发。干燥的吸附剂吸附蒸汽并积聚蒸汽。由于蒸发而产生冷却。期望水为制冷剂液体，且固体吸附材料为硅胶或替选材料。制冷剂循环的驱动力是由机械器件或热器件和重力产生的蒸汽压差。
已经结合本文的各种实施方式描述了本发明。然而，通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员在实施所要求保护的本发明时能够理解并实现所公开的实施方式的其它变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中陈述某些措施的事实并不表示不能有利地使用这些措施的组合。在权利要求中使用的附图标记不应被解释为限制范围。

Claims (9)

1.一种用于向船舶(1)的冷却介质回路(55)提供冷却能量的系统，所述系统包括：
液化气储罐(20)；
液化气汽化器(30)，所述液化气汽化器(30)包括第一热交换器，所述第一热交换器在所述液化气与中间流回路(36)中的第二介质之间交换热量；
液化气给料管线(22)，所述液化气给料管线(22)用于将来自所述液化气储罐(20)的液化气输送至所述液化气汽化器(30)；
第二热交换器(50)，所述第二热交换器(50)被配置成在所述第二介质和所述冷却介质回路(55)中的冷却介质之间交换热量；
吸附式或吸收式制冷机(40)，所述吸附式或吸收式制冷机(40)通过燃烧来自所述液化气汽化器(30)的气体而运行；以及
气体给料管线(23)，所述气体给料管线(23)用于将来自所述液化气汽化器(30)的气体输送至所述吸附式或吸收式制冷机(40)，
所述吸附式或吸收式制冷机(40)包括第三热交换器，所述第三热交换器被配置成与所述冷却介质回路(55)中的所述冷却介质交换热量。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述冷却介质回路(55)与所述船舶(1)中的冷库连接。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述冷却介质回路(55)与所述船舶(1)中的供热通风与空气调节HVAC系统连接。
4.根据权利要求1或2所述的系统，还包括第一温度传感器(42)，所述第一温度传感器(42)被配置成感测所述冷却介质的温度，其中，通过接收来自所述第一温度传感器(42)的信号的变速驱动器(11)而驱动液化气给料泵(10)，并且，其中所述变速驱动器(11)被配置成关于来自所述第一温度传感器(42)的所述信号而调整所述液化气给料泵(10)的速度。
5.根据权利要求1或2所述的系统，还包括第二温度传感器(44)，所述第二温度传感器(44)被配置成感测所述冷却介质的温度，通过变速驱动器(37)驱动中间流回路(36)中的第二介质泵(32)，所述变速驱动器(37)接收来自所述第二温度传感器(44)的信号，其中，所述变速驱动器(37)被配置成关于来自所述第二温度传感器(44)的所述信号而调整所述第二介质泵(32)的速度。
6.根据权利要求1或2所述的系统，还包括可变输出液化气给料泵(10)，所述可变输出液化气给料泵(10)用于经由所述液化气给料管线(22)将液化气从所述液化气储罐(20)泵送至所述液化气汽化器(30)。
7.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述吸附式或吸收式制冷机(40)还被配置成通过从燃烧经由所述气体给料管线(23)传送的气体产生的热量而被驱动。
8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述吸附式或吸收式制冷机(40)还被配置成通过来自外部来源(80)的热量而被至少部分地驱动。
9.一种船舶，所述船舶包括：船体、通过燃油或重燃油而运行的内燃机、用于燃油的燃料罐、通过燃油而运行的至少一个发电机组和根据权利要求1至7中任一项所述的系统。
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