CN112046723A - 一种箱船货舱通风系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种箱船货舱通风系统，包括冷箱密封排热装置和热回收打冷装置，货舱内各冷箱制冷单元排热出口外设有移动式集热排风罩，通过排风支管与通往货舱外部的排风总管连接，将所有冷箱制冷单元排出的冷凝热收集并排出到货舱外部，经验证系统通风量可减小至常规通风系统的一半，因此能极大增加货舱内装载风冷式冷箱的布置数量。在环境温度较高时，热回收打冷装置对货舱冷箱冷凝器集中排热进行热量回收，用于驱动吸收式制冷机组对货舱内打冷，增加冷箱冷凝器空气换热温差，降低需要新鲜空气循环的冷箱的吸入空气温度，减少冷箱压缩机和货舱排风机能耗，降低系统运行电力成本。

Description

一种箱船货舱通风系统
技术领域
本发明涉及一种箱船货舱通风系统，属于船舶设计制造领域。
背景技术
目前设计建造中的大型集装箱船，船东大多要求舱内装运尽可能多的风冷式冷藏集装箱。而风冷式冷藏集装箱的冷凝器排热量要通过货舱通风系统排出舱外，从而使风冷式集装箱处于一个安全运转的环境条件下，因此风冷式冷藏集装箱需要一个有效的排热通风系统。
大部分船级社对于舱内装载风冷式冷藏集装箱的通风要求举例如下：
GL:20ft的冷藏集装箱，通风量3100m3/h
40ft的冷藏集装箱，通风量4500m3/h
LR:40ft的冷藏集装箱，通风量4500m3/h
一般货舱通风系统的设计以机械送风自然排风为主，风量为每个FEU(40ft冷箱)4500m3/h，外部用于冷却的新风通过货舱风机和风管组成的送风系统送入舱内每个冷箱的冷凝器吸风口，冷凝器的排热则由冷凝风扇排至货舱内，最终由位于货舱舱口盖上的百叶窗排出。这种通风系统虽然可以将大部分冷箱的冷凝器排热量排出，但仍有部分会散发在货舱内，影响货舱的环境温度，且由于送风量大，导致舱内装载的冷箱数量受到很大制约，特别是对于有RCP入级符号的集装箱船，舱盖处百叶窗的排风风速也受到限制。
此外，常规冷箱货舱的通风设计，其冷箱冷凝器吸入的空气温度随着环境温度的升高而升高，冷凝器换热温差减小，冷箱压缩机和货舱排风机的运行时间和功耗也随之增加，造成运行电力浪费。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：现有货舱内装载冷箱的通风排风系统排热时部分冷凝器热量无法排出散发在货舱内，影响货舱内环境温度，从而导致装载冷箱数量受限，以及货舱通风系统在高温环境下的运行电力浪费问题。
为了解决上述问题，本发明的技术方案提供了一种箱船货舱通风系统，其特征在于：包括冷箱密封排热装置和热回收打冷装置，所述冷箱密封排热装置包括设在货舱内各个冷箱制冷单元的冷凝器排热风扇处的集热排风罩，每个所述集热排风罩的排风口通过排风支管与通往货舱外部的排风总管连接，冷箱制冷单元通过冷凝器吸风口从货舱内吸入空气，经冷凝器排热风扇排出冷凝热排风，集热排风罩将冷凝器排热风扇排出的冷凝热排风收集并通过排风支管连接排风总管排出，所述排风总管连接热回收打冷装置对排出的冷凝热排风进行集中热量回收，回收热用于驱动制冷机组对货舱进行打冷。
优选地，所述热回收打冷装置设计有梯级加热水路系统，包括：
冷却水泵，用于吸收式制冷机组的冷却水供水回水；
吸收式制冷机组的吸收器和冷凝器，用于对吸收式制冷机组的冷却水供水进行第一次和第二次升温；
热管热回收器，与排风总管连接，对货舱的集中排热进行热回收用于对吸收式制冷机组的冷却水供水进行第三次升温；
太阳能热水器，对吸收式制冷机组的冷却水供水进行第四次升温，之后冷却水供水作为驱动热源进入吸收式制冷机组的发生器驱动吸收式制冷机组运行，吸收式制冷机组的蒸发器末端对货舱内部进行打冷。
优选地，所述吸收式制冷机组的蒸发器末端设于货舱内顶部位置，通过设在货舱顶部的进风口和导流挡板将吸收式制冷机组的蒸发器末端产生的冷量带入货舱中下部被冷箱制冷单元的冷凝器吸风口吸入。
优选地，所述排风支管为可伸缩软管，所述集热排风罩与可伸缩软管之间通过磁力锁扣连接紧固。
优选地，所述集热排风罩连接在冷凝器排热风扇上的一端设有磁力吸片，集热排风罩通过磁力吸片吸附在冷凝器排热风扇的外围。
优选地，所述磁力吸片和磁力锁扣包裹有用于密封的密封圈，对集热排风罩与冷箱和可伸缩软管之间的连接形成气密。
优选地，所述集热排风罩、可伸缩软管、排风总管外壁均敷设有绝热保温材料，避免热量散发到货舱内部。
优选地，每个所述排风支管内设有止回阀，防止单个冷箱制冷单元不工作时排风总管内的热风倒灌排风支管并通过冷凝器排热风扇返流进入货舱内。
优选地，所述排风总管底部设有用于排出凝水的泄放塞，排风总管上设有用于抽风的轴流排风机。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明包括冷箱密封排热装置和热回收打冷装置，货舱内各冷箱的制冷单元排热出口外设有移动式集热排风罩，通过排风支管与通往货舱外部的排风总管连接，将所有冷箱制冷单元排出的冷凝热收集并排出到货舱外部，排热不再进入货舱内部。经验证单个冷箱的通风量可减少至2220m3/h，整个货舱通风量可减少至n*2220m3/h，n为货舱内装有冷藏集装箱的数量。系统通风量可减小至常规通风系统的一半，因此能极大增加货舱内装载风冷式冷箱的布置数量。在货舱内装载相同数量冷箱的情况下，货舱排风机风量、风管尺寸和系统阻力更小，对于舱内风管布置、风机以及舱盖百叶窗的布置将大为有益，特别是对于有RCP入级符号的集装箱船，舱盖处百叶窗的排风风速很容易满足要求，降低了系统设计难度和通风试验难度。对同一货舱，在采用常规货舱通风系统的通风量时，货舱内装载风冷式冷箱数量最多可以达到采用常规货舱通风系统时的2倍，可以极大的增加在货舱内布置冷箱的数量。
对于冷箱来说，由于冷凝器的排热直接排出舱外，没有在货舱内混合，从而使货舱内环境温度降低，冷箱箱体内外温差减小，降低了制冷单元的压缩机运行能耗。需要吸入新鲜空气循环的货品，通过冷箱新鲜空气通风口从货舱内吸入新风，所吸入的货舱空气温度也低于采用常规通风系统时吸入的空气温度，冷箱内货品引入的冷负荷减少，进一步降低了压缩机制冷功耗，呼吸作用后排出到货舱的空气是低温空气，降低了货舱内空气温度，货舱内空气再在冷凝器排风扇作用下被吸入对制冷单元的冷凝器盘管进行散热，整个系统节能正向循环促进，不再有冷凝热排入系统内部成为需要去除的冷负荷。
特别是在环境温度较高时，启动热回收打冷装置对货舱冷箱冷凝器集中排热进行热回收，用于驱动制冷机组对货舱内打冷，增加冷箱冷凝器空气换热温差，降低需要新鲜空气循环的冷箱的吸入空气温度，最终降低环境温度较高时冷箱压缩机和货舱排风系统运行电力成本。
与常规货舱通风系统采用机械进风自然排风设计不同，本系统采用机械排风自然进风设计，现有装载冷箱运输船可采用本发明设计的通风系统进行管路(不增加热回收打冷装置)的简单改造，改善货舱的通风效果。对于未来新造的超大型集装箱船，采用本发明设计的通风系统，可以显著增加货舱内装载冷箱的数量，满足船东更多细化层次的需求，同时降低环境温度较高时系统的运行电力成本。
附图说明
图1为冷箱密封排热装置结构示意图；
图2为本发明一种箱船货舱通风系统示意图。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
本实施例以货舱22内装载风冷式冷藏集装箱10进行说明，货舱22内一般装载有多个风冷式冷藏集装箱10。如图1所示，每个冷箱制冷单元9的冷凝器排热风扇1上罩有集热排风罩3，冷箱制冷单元9上设有冷凝器吸风口2，每个集热排风罩3的排风口通过可伸缩软管4与通往货舱22外部的排风总管5连接，冷箱制冷单元9通过冷凝器吸风口2从货舱22内吸入空气，经冷凝器排热风扇1排出冷凝热排风，集热排风罩3将冷凝器排热风扇1排出的冷凝热排风收集并通过可伸缩软管4连接排风总管5排出货舱22。集热排风罩3、可伸缩软管4、排风总管5外敷设绝热材料，避免热量流失到货舱22内部。
集热排风罩3罩在冷凝器排热风扇1上的一端安装有磁力吸片8，磁力吸片8和冷凝器排热风扇1的外围之间设置密封圈，密封圈采用橡胶圈，集热排风罩3通过磁力吸片8和密封圈紧密吸附在冷凝器排热风扇1的外围。也可通过将密封圈包裹磁力吸片8，使得集热排风罩3与冷凝器排热风扇1的外围气密连接。
每个可伸缩软管4内都安装有止回阀11，防止单个风冷式冷藏集装箱10的冷箱制冷单元9不工作时排风总管5热风倒灌进入可伸缩软管4，通过冷凝器排热风扇1返流进入货舱22内。
可伸缩软管4为金属的可伸缩软管4，与集热排风罩3在磁力锁扣7作用下紧固。磁力锁扣7与可伸缩软管4、集热排风罩3之间也可通过密封橡胶圈包裹磁力锁扣7的形式，保证集热排风罩3与可伸缩软管4连接时的气密性，从而将整个排风系统与冷箱制冷单元9的冷凝器排热风扇1密封连接。
排风总管5上设有轴流排风机12，轴流排风机12采用变频风机，可根据风冷式冷藏集装箱10启停的数量进行自调节适配，节约轴流排风机12运行能耗。
经验证采用本发明的货舱通风系统，单个风冷式冷藏集装箱10的通风量可减少至2220m3/h，整个货舱22通风量可减少至n*2220m3/h，n为货舱22内装有风冷式冷藏集装箱10的数量。
如图2所示，本发明在对各风冷式冷藏集装箱10集热排风的基础上设置了箱船货舱热回收打冷装置，回收箱船货舱22内各风冷式冷藏集装箱10的排风热量，热回收打冷装置设计有梯级加热水路系统，包括吸收式制冷机组20的吸收器和冷凝器、冷却水泵19、太阳能热水器17、热管热回收器15，轴流排风机12将收集的冷凝热排风抽出时热管热回收器15对其中的热量进行回收，冷却水泵19驱动冷却水依次经过吸收式制冷机组20的吸收器和冷凝器，对吸收器和冷凝器降温冷却，同时冷却水吸收二者热量进行第一次和第二次升温，再通过热管热回收器15吸收冷凝热排风热量进行第三次升温，通过太阳能热水器17吸收太阳能辐射热量进行第四次升温，经过四次升温的冷却水最终作为驱动热源进入吸收式制冷机组20的发生器驱动吸收式制冷机组20运行，吸收式制冷机组20的蒸发器对货舱22内部进行打冷，之后冷却水回水返回冷却水系统，如此循环往复。吸收式制冷机组20可设置工作的临界温度，根据环境温度自动启动工作。
吸收式制冷机组20和冷却水泵19设置在设备间21内，设备间21侧壁上安装货舱排风百叶窗16，排风总管5的出口与货舱排风百叶窗16连接通过货舱排风百叶窗16将经过换热后的冷凝热排风排出货舱22外。
吸收式制冷机组20的蒸发器末端18布置在货舱22内顶部位置，货舱22顶部设置货舱进风格栅14和导流挡板13，通过设置的导流挡板13，由货舱22顶部进风将吸收式制冷机组20的蒸发器末端18产生的冷量带入货舱22中下部被冷箱制冷单元9的冷凝器吸风口2吸入，该过程降低了货舱22内空气温度。在环境温度较高时，启动热回收打冷装置，对风冷式冷藏集装箱10的集中排热进行热回收，用于驱动吸收式制冷机组20对货舱22内打冷。室外温度最高时，货舱22内引入新风温度最高，同时货舱22内风冷式冷藏集装箱10的排热风量最大、温度最高，太阳能热水器17得到的热水温度也最高，从而提高吸收式制冷机组20的发生器的输入热量和吸收式制冷机组20的制冷效率，整个过程吸收式制冷机组20制冷效率与货舱22的冷负荷的变化趋势具有同步关系。
风冷式冷藏集装箱10运行时，开启货舱排风机，由于风量平衡，货舱22外新风被从货舱进风格栅14引入。风冷式冷藏集装箱10内的冷箱制冷单元9从货舱22内吸入空气，经冷箱制冷单元9的冷凝器盘管带走冷凝热，冷凝热排风通过冷凝器排热风扇1排出被集热排风罩3收集，再通过可伸缩软管4排入排风总管5，直接排出到货舱22外。通过冷凝热集中收集排放与吸收式制冷机组20的双重作用，降低了货舱22内空气温度，提高了冷箱制冷单元9的冷凝器与吸入空气的热交换效率，最终减小风冷式冷藏集装箱10压缩机与货舱排风机的运行功耗。
如果风冷式冷藏集装箱10内货品需补充新鲜空气循环，将由冷箱新鲜空气通风口一23吸入货舱内空气，经风冷式冷藏集装箱10内货品呼吸作用后通过冷箱新鲜空气通风口二24排入货舱22内。该过程吸入的货舱22空气温度低于常规箱船货舱空气温度，风冷式冷藏集装箱10内货品引入的冷负荷减少，降低了冷箱制冷单元9的功耗，同时排入货舱22的空气也因经过风冷式冷藏集装箱10成为低温冷空气，与吸收式制冷机组20的打冷作用一起，降低了货舱22内的空气温度，进而降低整个系统的运行能耗。整个过程中系统节能正向循环，不再有冷凝热排入系统内部成为需要去除的冷负荷。
在冬季时，排风总管5内的冷凝排风温度高于货舱22内吸入的外界空气温度，可能产生凝水，需在排风总管5底部配泄放塞6泄水。
热回收打冷装置主要在夏季或航行于热带亚热带时运行，在冬季或航行于寒冷地带时不工作，在过渡季节和地区视环境温度灵活开启，可设置临界环境温度自动启动运行。
以上所述仅为本发明的实施例证，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所做出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种箱船货舱通风系统，其特征在于：包括冷箱密封排热装置和热回收打冷装置，所述冷箱密封排热装置包括设在货舱(22)内各个冷箱制冷单元(9)的冷凝器排热风扇(1)处的集热排风罩(3)，每个所述集热排风罩(3)的排风口通过排风支管与通往货舱(22)外部的排风总管(5)连接，冷箱制冷单元(9)通过冷凝器吸风口(2)从货舱(22)内吸入空气，经冷凝器排热风扇(1)排出冷凝热排风，集热排风罩(3)将冷凝器排热风扇(1)排出的冷凝热排风收集并通过排风支管连接排风总管(5)排出，所述排风总管(5)连接热回收打冷装置对排出的冷凝热排风进行集中热量回收，回收热用于驱动制冷机组对货舱(22)进行打冷。
2.如权利要求1所述的一种箱船货舱通风系统，其特征在于：所述热回收打冷装置设计有梯级加热水路系统，包括：
冷却水泵(19)，用于吸收式制冷机组(20)的冷却水供水回水；
吸收式制冷机组(20)的吸收器和冷凝器，用于对吸收式制冷机组(20)的冷却水供水进行第一次和第二次升温；
热管热回收器(15)，与排风总管(5)连接，对货舱(22)的集中排热进行热回收用于对吸收式制冷机组(20)的冷却水供水进行第三次升温；
太阳能热水器(17)，对吸收式制冷机组(20)的冷却水供水进行第四次升温，之后冷却水供水作为驱动热源进入吸收式制冷机组(20)的发生器驱动吸收式制冷机组(20)运行，吸收式制冷机组(20)的蒸发器末端(18)对货舱(22)内部进行打冷。
3.如权利要求2所述的一种箱船货舱热回收打冷装置，其特征在于：所述吸收式制冷机组(20)的蒸发器末端(18)设于货舱(22)内顶部位置，通过设在货舱(22)顶部的进风口和导流挡板(13)将吸收式制冷机组(20)的蒸发器末端(18)产生的冷量带入货舱(22)中下部被冷箱制冷单元(9)的冷凝器吸风口(2)吸入。
4.如权利要求1所述的一种箱船货舱通风系统，其特征在于：所述排风支管为可伸缩软管(4)，所述集热排风罩(3)与可伸缩软管(4)之间通过磁力锁扣(7)连接紧固。
5.如权利要求1所述的一种箱船货舱通风系统，其特征在于：所述集热排风罩(3)连接在冷凝器排热风扇(1)上的一端设有磁力吸片(8)，集热排风罩(3)通过磁力吸片(8)吸附在冷凝器排热风扇(1)的外围。
6.如权利要求5所述的一种箱船货舱通风系统，其特征在于：所述磁力吸片(8)和磁力锁扣(7)包裹有用于密封的密封圈，对集热排风罩(3)与冷箱(10)和可伸缩软管(4)之间的连接形成气密。
7.如权利要求1所述的一种箱船货舱通风系统，其特征在于：所述集热排风罩(3)、可伸缩软管(4)、排风总管(5)外壁均敷设有绝热保温材料，避免热量散发到货舱(22)内部。
8.如权利要求1所述的一种箱船货舱通风系统，其特征在于：每个所述排风支管内设有止回阀(11)，防止单个冷箱制冷单元(9)不工作时排风总管(5)内的热风倒灌排风支管并通过冷凝器排热风扇(1)返流进入货舱(22)内。
9.如权利要求1所述的一种箱船货舱通风系统，其特征在于：所述排风总管(5)底部设有用于排出凝水的泄放塞(6)，排风总管(5)上设有用于抽风的轴流排风机(12)。
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