CN215674749U - 一种船用空调利用lng冷能的系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种船用空调利用LNG冷能的系统，包括LNG燃料供应系统和空调换热循环系统，其中所述LNG燃料供应系统包括依次连接的LNG储罐、LNG气化器和天然气加热器，其中所述LNG气化器还设置有一第一循环进口和一第一循环出口。所述空调换热循环系统包括第一换热循环管路以及被依次设置于所述第一换热循环管路的空调换热装置、第一循环泵和补充加热器，其中所述第一换热循环管路内填充有第一换热液，其中所述空调换热装置的进口连通所述第一循环出口，所述补充加热器的出口连通所述第一循环进口，并以所述第一循环进口处提供符合预定温度范围的第一换热液。在保证船舶LNG燃料正常供应的情况下，能够最大化的利用其使用过程中所释放的冷能。

Description

一种船用空调利用LNG冷能的系统

技术领域

本实用新型涉及LNG冷能利用技术领域，尤其涉及一种船用空调利用LNG冷能的系统。

背景技术

随着环境减排压力的增大，社会对清洁能源需求的不断提高，船舶使用LNG燃料的趋势正变的越来越明显。但在LNG燃料被加热变成可燃烧气体时，其中所蕴含的大量冷能却完全没有被利用，这是对能源的严重浪费。与此同时，船舶上却往往需要大型的空调系统来提供必需的制冷能力，特别是一些有大量人员居住的客船，对空调系统的制冷能量的需求更是巨大。

因此，将LNG燃料在加热变成气体的过程中所释放的冷能引入到船舶的空调系统中来，能够有效缓解船舶使用空调系统的能源需求，降低使用成本。

目前，虽然也有将空调系统与LNG冷能利用相联系的系统和方法，但在船用空调领域，由于受到船舶空间和边界条件的限制，这些现有的方法并不能够完全适用，特别是一些方法对空调系统和LNG燃料系统都做了特殊性限定，很难完全兼顾两者使用时在各种工况下的具体要求，冷能利用率低，对原有系统限制过大，设备实现困难。

实用新型内容

本实用新型的一个优势在于提供一种船用空调利用LNG冷能的系统，通过增加一套空调换热循环系统，可以在完全不影响船舶空调原有系统使用的情况下，同时完全满足船舶LNG燃料供应系统在各种工况下的使用要求，使船用空调系统和船舶LNG燃料供应系统之间既互相联系，但又相对独立，并可充分利用LNG所释放的冷能，最大程度的降低船舶空调系统的使用成本。

本实用新型的一个优势在于提供一种船用空调利用LNG冷能的系统，通过设置发动机废热换热循环系统，有效利用发动机的废热来给补充加热器内的第一换热液补充提供热量，使第一换热液保持在预定的温度范围，从而确保在任何情况下，LNG燃料供应系统能够稳定运行，且不受空调系统是否运行和运行功率大小的影响，满足船舶LNG燃料供应系统和空调系统实际运行时多种工况的需要。

本实用新型的一个优势在于提供一种船用空调利用LNG冷能的系统，通过在空调换热循环系统中设置三通流量控制阀门，能够有效控制流向空调换热装置的第一换热液的流量，从而控制进入空调换热装置的冷量，便于空调系统的稳定运行。

本实用新型的一个优势在于提供一种船用空调利用LNG冷能的系统，通过在发动机废热换热循环系统中设置流量调节阀，能够有效控制流向补充换热器的第二换热液的流量，从而控制进入空调换热循环的热量，满足LNG燃料供应系统稳定运行的需要。

本实用新型的一个优势在于提供一种船用LNG冷能利用方法，通过控制第一换热液靠近第一循环进口处的温度，能够确保第一换热液既能满足空调系统换热的需要，又能最大化的利用LNG的冷能，减少冷能的浪费；控制在第一循环出口处的温度，既能满足空调换热储冷的需要，又能避免空调制冷水结冰，影响空调系统正常运行。

本实用新型的一个优势在于提供一种船用LNG冷能利用方法，通过利用发动机的废热来给补充加热器内的第一换热液提供补充热量，使其在任何情况下，在LNG汽化器中都不会冰冻，从而满足LNG燃料供应系统稳定运行的需要。

本实用新型的一个优势在于提供一种船用LNG冷能利用方法，通过控制第一换热液的流量以及第一循环进口处的温度，进而使得从LNG气化器流出的天然气的温度保持在零度以上，能够在不同工况下最大程度的利用LNG燃料所释放的冷能。

为达到本实用新型以上至少一个优势，本实用新型提供一种船用空调利用LNG冷能的系统，其中所述船用空调利用LNG冷能的系统：

LNG燃料供应系统，其中所述LNG燃料供应系统包括依次连接的LNG储罐、LNG气化器和天然气加热器，其中所述LNG气化器还设置有一第一循环进口和一第一循环出口；

和

空调换热循环系统，其中所述空调换热循环系统包括第一换热循环管路以及被依次设置于所述第一换热循环管路的空调换热装置、第一循环泵和补充加热器，其中所述第一换热循环管路内填充有第一换热液，其中所述空调换热装置的进口连通所述第一循环出口，所述补充加热器的出口连通所述第一循环进口，以于所述第一循环进口处提供符合预定温度范围的所述第一换热液。

根据本实用新型一实施例，所述空调换热循环系统还包括三通流量控制阀门，其中所述三通流量控制阀门被设置于所述第一换热循环管路，并靠近所述空调换热装置的进口，所述三通流量控制阀门的旁路出口连接所述空调换热装置的出口，以控制进入所述空调换热装置的流量。

根据本实用新型一实施例，所述空调换热装置被实施为具有储冷能力的空调换热储冷罐。

根据本实用新型一实施例，所述第一循环泵包括并联设置的至少两个第一水乙二醇循环泵，其中至少一个所述第一水乙二醇循环泵被实施为第一备用循环泵。

根据本实用新型一实施例，所述第一换热液被实施为具有预定浓度的水乙二醇溶液。

根据本实用新型一实施例，所述补充加热器还设置有第二循环进口和第二循环出口；

所述船用空调利用LNG冷能的系统还包括发动机废热换热循环系统，其中所述发动机废热换热循环系统包括第二换热循环管路以及被设置于所述第二换热循环管路的第二循环泵和发动机废热交换器，其中所述补充加热器的第二循环进口连通所述发动机废热交换器的出口，所述补充加热器的第二循环出口连通所述第二循环泵的进口，其中所述第二换热循环管路内填充有第二换热液。

根据本实用新型一实施例，所述发动机废热换热循环系统还包括一流量调节阀，其中所述流量调节阀被设置于所述第二换热循环管路，并介于所述发动机废热交换器和所述补充加热器的第二循环进口之间。

根据本实用新型一实施例，所述发动机废热换热循环系统还包括供应天然气加热器的管路系统，其中所述供应天然气加热器的管路系统的一端与所述发动机废热交换器的出口相连，另一端在流经所述天然气加热器后与第二循环泵的进口相连，从而使得流经所述天然气加热器的所述第二换热液和流经所述补充加热器的所述第二换热液在合并后，经所述第二循环泵在所述第二换热循环管路中流动，并使所述发动机废热交换器出口处的所述第二换热液满足预设的温度。

根据本实用新型一实施例，所述第二循环泵包括并联设置的至少两个第二水乙二醇循环泵，其中至少一个所述第二水乙二醇循环泵被实施为第二备用循环泵。

根据本实用新型一实施例，所述第二换热液被实施为具有预定浓度的水乙二醇溶液。

本实用新型的这些和其它目的、特点和优势，通过下述的详细说明，得以充分体现。

附图说明

图1示出了本申请船用空调利用LNG冷能的系统的原理图。

具体实施方式

以下描述用于揭露本实用新型以使本领域技术人员能够实现本实用新型。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本实用新型的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本实用新型的精神和范围的其他技术方案。

本领域技术人员应理解的是，在说明书的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此，上述术语不能理解为对本实用新型的限制。

可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。

参考图1，依本实用新型一较佳实施例的一种船用空调利用LNG冷能的系统将在以下被详细地阐述，其中所述船用空调利用LNG冷能的系统包括LNG燃料供应系统、空调换热循环系统和发动机废热换热循环系统，以使LNG燃料在使用过程中所释放的冷能最大程度的被船用空调所利用。依本实用新型，只需要加入很少的设备，就可以把船用空调系统和LNG燃料供应系统有效的连接起来，实现LNG冷能的充分利用，同时仍能保持船用空调系统和LNG燃料供应系统的稳定运行。本实用新型基本不影响船用空调系统和LNG燃料供应系统原有系统设备的设计和实施，简单易行，拥有最大便利性和可实施性。

所述LNG燃料供应系统包括依次连接的LNG储罐100、LNG气化器11和天然气加热器12。所述LNG储罐100内的LNG燃料首先经过所述LNG气化器11的气化，达到一定的温度，然后再由所述天然气加热器12进一步把温度提高到发动机燃烧所需要的合适温度，其中所述LNG气化器11还设置有一第一循环进口P₁₁和一第一循环出口P₁₂。

具体过程为，所述LNG储罐100内的LNG燃料流出至所述LNG气化器11，其中流出点的温度，即P₁点的温度在-162℃左右。LNG燃料经过所述LNG气化器11的热交换，流出的天然气温度，即P₂点的温度被控制在0℃～5℃的范围内，能充分提取LNG中蕴含的冷能。天然气最后经所述天然气加热器12的加热，温度提升至30℃左右，供船上发动机燃烧使用。

所述空调换热循环系统包括第一换热循环管路以及被依次设置于所述第一换热循环管路的空调换热装置200、第一循环泵21和补充加热器13，其中所述第一换热循环管路内填充有第一换热液，其中所述空调换热装置200的进口连通所述第一循环出口P₁₂，所述补充加热器13的出口连通所述第一循环进口P₁₁，以于所述第一循环进口P₁₁处提供符合预定温度范围的所述第一换热液。

通过所述第一换热循环管路内的所述第一换热液与所述LNG气化器11内的LNG燃料的换热，使第一换热液充分吸取LNG燃料所释放的冷能。第一换热液在空调换热装置200中与船用空调系统的制冷水进行换热，从而大幅降低空调系统制冷所需能量，甚至完全满足船用空调系统所需的冷能。

具体过程为，启动所述第一循环泵21，使所述第一换热液由所述空调换热装置200出发，首先经过所述补充加热器13，无论此时所述第一换热液的温度是多少度，通过所述补充加热器13调节所述第一换热液的温度，控制所述第一换热液在P₁₁点的温度不低于6℃，并不高于12℃，使所述第一换热液在任何情况下，在LNG汽化器中都不会冰冻，满足LNG燃料供应系统稳定运行的需要。

此后，所述第一换热液流经所述LNG气化器11，并与LNG燃料进行换热，充分获取LNG燃料的冷能。通过设定，使得即使在LNG燃料最大供应流量的情况下，所述第一换热液在P₁₂点的最低温度不低于-2℃，从而防止所述第一换热液的温度过低，使空调制冷水出现冰冻，影响船用空调系统的正常工作，其中所述“通过设定”是根据换热器本身的特性，经过换热计算得到的流量数值，只要满足计算流量，就不会使温度超过设定的-2℃；

其后，所述第一换热液进入所述空调换热装置200，并与空调系统的制冷水进行热交换。此外，为灵活应对所述空调系统的间歇性使用，作为优选，所述空调换热循环系统还包括三通流量控制阀门22，其中所述三通流量控制阀门22被设置于所述第一换热循环管路，并靠近所述空调换热装置200的进口，使得所述第一换热液首先经过所述三通流量控制阀门22再进入所述空调换热装置200，而所述三通流量控制阀门22的旁路出口连接所述空调换热装置200的出口，从而在空调系统停止使用或者不需要更多的冷能时，通过所述三通流量控制阀门22的开度，灵活控制进入所述空调换热装置200的流量。空调系统的制冷水从空调制冷水进口201进入，在所述空调换热装置200中与所述第一换热液进行热交换，并从空调制冷水出口202流出。此外，所述空调换热装置200被优选实施为具有储冷能力的空调换热储冷罐，可在通过所述第一换热液与空调系统的冷却水进行换热的基础上，将一定量的空调系统暂时使用不了的冷能储存下来，供后续使用，以平衡LNG燃料释放冷量的波动，均匀释放冷量，更有利于空调系统的稳定运行。

简单来说，该船用空调利用LNG冷能的系统通过控制进入所述LNG气化器11的所述第一换热液的温度(即P₁₁点的温度)、流出所述LNG气化器11的所述第一换热液的温度(即P₁₂点的温度)和流出所述LNG气化器11的天然气的温度(即P₂点的温度)，能够最大化的利用LNG燃料使用过程中所释放的冷能，并将这些冷能提供给船舶上的空调系统使用，能保证LNG燃料供应系统和船用空调系统的稳定有效运行。

为确保所述空调换热循环系统的持续不间断运行，所述第一循环泵21包括并联设置的至少两个第一水乙二醇循环泵，其中至少一个所述第一水乙二醇循环泵被实施为第一备用循环泵。在正常工作期间，所述第一备用循环泵不工作。只有在正常工作的所述第一水乙二醇循环泵出现异常问题时，所述第一备用循环泵才会被自动激活并继续工作，从而确保所述第一换热液的持续流通。

为充分利用船舶废弃能源，所述船用空调利用LNG冷能的系统还包括发动机废热换热循环系统，其中所述发动机废热换热循环系统包括第二换热循环管路以及被设置于所述第二换热循环管路的第二循环泵32和发动机废热交换器31，其中所述补充加热器13设置有第二循环进口和第二循环出口，且所述补充加热器13的第二循环进口连通所述发动机废热交换器31的出口，所述补充加热器13的第二循环出口连通所述第二循环泵32的进口，其中所述第二换热循环管路内填充有第二换热液。使用所述第二换热液吸取船舶发动机的废热，来给所述补充加热器13提供热量，其中通过控制所述第二换热液流入所述补充加热器13的流量，来控制流出所述补充加热器13的所述第一换热液的温度，使其在P₁₁点的温度保持在不低于6℃，并不高于12℃的温度范围。

进一步优选地，所述发动机废热换热循环系统还包括一流量调节阀14，其中所述流量调节阀14被设置于所述第二换热循环管路，并介于所述发动机废热交换器31和所述补充加热器13的第二循环进口之间，从而通过所述流量调节阀14的开度灵活调节所述第二换热液流入所述补充加热器13的流量，以控制所述第一换热液在P₁₁点的温度。

进一步优选地，所述发动机废热换热循环系统还包括供应天然气加热器的管路系统，其中所述供应天然气加热器的管路系统的一端与所述发动机废热交换器31的出口相连，另一端在流经所述天然气加热器12后与所述第二循环泵32的进口相连，从而使得流经所述天然气加热器12的所述第二换热液和流经所述补充加热器13的所述第二换热液在合并后，经所述第二循环泵32在所述第二换热循环管路中流动，并使所述发动机废热交换器31的出口处的所述第二换热液满足预设的温度。

通过控制流入发动机废热交换器31中发动机冷却水的流量，使流出所述发动机废热交换器31后的所述第二换热液的温度达到所需的温度，一般为30℃以上，比如34℃、37℃或者40℃，以满足在所述天然气加热器12中把天然气加热到30℃左右的要求。

在所述发动机废热交换器31中，发动机冷却水由发动机冷却水进口311进入，并由发动机冷却水出口312流出。

为确保所述发动机废热换热循环系统的持续不间断运行，所述第二循环泵32包括并联设置的至少两个第二水乙二醇循环泵，其中至少一个所述第二水乙二醇循环泵被实施为第二备用循环泵。在正常工作期间，所述第二备用循环泵不工作。只有在正常工作的所述第二水乙二醇循环泵出现异常问题时，所述第二备用循环泵才会被自动激活而继续工作，从而确保所述第二换热液的持续流通。

除此之外，本实用新型还提供了一种利用上述船用空调利用LNG冷能的系统的船用空调利用LNG冷能的方法，其中该方法包括以下步骤：

通过所述LNG气化器11和所述天然气加热器12依次加热所述LNG储罐100内的LNG燃料，并控制从所述LNG气化器11流出的天然气的温度高于0℃，且不超过5℃，能够在不同工况下最大程度的利用LNG燃料所释放的冷能；

通过所述补充加热器13给所述第一换热液提供补充热量，使所述第一换热液靠近所述第一循环进口P₁₁处的温度不高于12℃，且不低于6℃，使LNG冷能既能得到充分利用，又不至于使第一换热液温度过低，从而使其在任何情况下，在所述LNG汽化器11中都不会冰冻，从而满足LNG燃料供应系统稳定运行的需要；和

控制所述第一换热液靠近所述第一循环进口P₁₂处的温度，使其不低于-2℃，使第一换热液的温度既能与空调系统制冷水进行换热，又不至于使制冷水冰冻，影响空调系统正常使用。

优选地，可利用所述发动机废热换热循环系统中的所述第二换热液给所述补充加热器13提供热源，并利用所述流量调节阀14调节进入补充换热器13中的所述第二换热液的流量，从而达到控制所述第二换热液在P₁₁处的温度的目的，能够有效利用船舶发动机运行的废能，节约能源，降低运行成本。

进一步优选地，利用船舶发动机的废热把所述第二换热液加热到一预定的温度，一般为30℃以上的温度，比如34℃、37℃或者40℃，以满足在所述天然气加热器12中把天然气加热到30℃的要求。

值得一提的是，所述第一换热液和所述第二换热液均被优选实施为具有预定浓度的水乙二醇溶液。

需要说明的是，本实用新型中用语“第一、第二”仅用于描述目的，不表示任何顺序，不能理解为指示或者暗示相对重要性，可将这些用语解释为名称。

本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本实用新型的实施例只作为举例而并不限制本实用新型。本实用新型的优势已经完整并有效地实现。本实用新型的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本实用新型的实施方式可以有任何变形或修改。

Claims (10)

1.一种船用空调利用LNG冷能的系统，其特征在于，其中所述船用空调利用LNG冷能的系统：

LNG燃料供应系统，其中所述LNG燃料供应系统包括依次连接的LNG储罐、LNG气化器和天然气加热器，其中所述LNG气化器还设置有一第一循环进口和一第一循环出口；

和

空调换热循环系统，其中所述空调换热循环系统包括第一换热循环管路以及被依次设置于所述第一换热循环管路的空调换热装置、第一循环泵和补充加热器，其中所述第一换热循环管路内填充有第一换热液，其中所述空调换热装置的进口连通所述第一循环出口，所述补充加热器的出口连通所述第一循环进口，以于所述第一循环进口处提供符合预定温度范围的所述第一换热液。

2.如权利要求1所述船用空调利用LNG冷能的系统，其特征在于，所述空调换热循环系统还包括三通流量控制阀门，其中所述三通流量控制阀门被设置于所述第一换热循环管路，并靠近所述空调换热装置的进口，所述三通流量控制阀门的旁路出口连接所述空调换热装置的出口，以控制进入所述空调换热装置的流量。

3.如权利要求1所述船用空调利用LNG冷能的系统，其特征在于，所述空调换热装置被实施为具有储冷能力的空调换热储冷罐。

4.如权利要求1所述船用空调利用LNG冷能的系统，其特征在于，所述第一循环泵包括并联设置的至少两个第一水乙二醇循环泵，其中至少一个所述第一水乙二醇循环泵被实施为第一备用循环泵。

5.如权利要求1所述船用空调利用LNG冷能的系统，其特征在于，所述第一换热液被实施为具有预定浓度的水乙二醇溶液。

6.如权利要求1至5任一项所述船用空调利用LNG冷能的系统，其特征在于，所述补充加热器还设置有第二循环进口和第二循环出口；

所述船用空调利用LNG冷能的系统还包括发动机废热换热循环系统，其中所述发动机废热换热循环系统包括第二换热循环管路，以及被设置于所述第二换热循环管路的第二循环泵和发动机废热交换器，其中所述补充加热器的第二循环进口连通所述发动机废热交换器的出口，所述补充加热器的第二循环出口连通所述第二循环泵的进口，其中所述第二换热循环管路内填充有第二换热液。

7.如权利要求6所述船用空调利用LNG冷能的系统，其特征在于，所述发动机废热换热循环系统还包括一流量调节阀，其中所述流量调节阀被设置于所述第二换热循环管路，并介于所述发动机废热交换器和所述补充加热器的第二循环进口之间。

8.如权利要求7所述船用空调利用LNG冷能的系统，其特征在于，所述发动机废热换热循环系统还包括供应天然气加热器的管路系统，其中所述供应天然气加热器的管路系统的一端与所述发动机废热交换器的出口相连，另一端在流经所述天然气加热器后与第二循环泵的进口相连，从而使得流经所述天然气加热器的所述第二换热液和流经所述补充加热器的所述第二换热液在合并后，经所述第二循环泵在所述第二换热循环管路中流动，并使所述发动机废热交换器的出口处的所述第二换热液满足预设的温度。

9.如权利要求8所述船用空调利用LNG冷能的系统，其特征在于，所述第二循环泵包括并联设置的至少两个第二水乙二醇循环泵，其中至少一个所述第二水乙二醇循环泵被实施为第二备用循环泵。

10.如权利要求9所述船用空调利用LNG冷能的系统，其特征在于，所述第二换热液被实施为具有预定浓度的水乙二醇溶液。

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