一种利用LNG冷能的船舶冷库与空调控制系统的制作方法

本实用新型涉及LNG冷能利用领域，尤其涉及一种利用LNG冷能的船舶冷库与空调控制系统。

背景技术：

近年来，随着国际法规对船舶的排放不断提出新要求，低污染的LNG燃料越来越受船东的青睐，从而使得越来越多的船舶采用LNG燃料。以30万吨级VLCC（LNG动力船）为例，船舶每天消耗LNG可达到100多立方米，LNG气化过程将释放大量冷能，约为860~830kJ/kg，如果这些冷能不加以利用将会造成巨大冷能浪费。

目前在船舶海运方面，LNG冷能利用还处于初级阶段，船上的冷库与空调大多采用压缩机制冷虽然它可以达到冷藏制冷的目的，但在此期间压缩机将消耗大量电能，这不符合国家的节能环保政策，而通过将LNG冷能用于冷库制冷，可以不使用压缩机等用电的制冷设备，这样节约了大量的初期投资和运行费用。

专利号为CN204647855U的中国专利中公开的一种LNG燃料动力船舶的LNG燃料综合利用系统，采用LNG燃料与柴油的双燃料供应系统，将LNG冷能用于冷库的制冷，同时充分利用LNG汽化的膨胀功进行发电；而在专利号为CN105444309A的中国专利中公开的一种LNG船用空调及冻库系统，将LNG冷能用于冷库与空调的制冷，同时利用船上的热源对空调的温度进行控制，两种专利都实现了对LNG冷能的梯级利用，提高LNG燃料的冷能回收率与能量利用率，但是在冷能利用时都忽略了对冷能的控制，从而导致冷能不必要的浪费，同时由于冷媒直接与LNG换热，所以系统中都存冷媒在管路中凝固的风险。

针对上述问题所设计的一种利用LNG冷能的船舶冷库与空调控制系统，可通过控制系统实现对LNG冷能合理的分配，避免冷能的浪费和防止控制目标的温度与设计温度偏差过大，同时还可以防止冷媒的凝固，以造成系统冷媒停止循环的现象。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对LNG动力船，提供一种利用LNG冷能的船舶冷库与空调控制系统。该系统利用控制系统合理分配了冷能，将LNG燃料的冷能用于冷库与空调的制冷，让船舶冷库与空调和主柴油机的燃料（BOG）的温度在设计的温度范围内波动，否则会造成冷能浪费，甚至会引起冷媒凝固现象的产生。

本实用新型的技术方案：

一种利用LNG冷能的船舶冷库与空调控制系统，包括缸套水加热控制系统、低温冷库控制系统、高温冷库控制系统、空调控制系统以及冷媒防凝固控制系统。

其中缸套水加热控制系统由LNG加热器（3）、缸套水冷却系统（4）、截止阀（5）、缸套水供应泵（6）、第一比例阀（7）和第一温度传感器（8）组成并通过管道串联连接。

低温冷库控制系统由LNG换热器（2）、变频泵（9）、电磁阀（10、14、18、22、33）、鱼库换热器（11）、肉库换热器（15）、缓冲间换热器（19）、温度继电器（13、17、21）、温包（12、16、20）、高温冷库冷媒换热器（23）和空调冷媒换热器（34）组成，其中温包（12、16、20）分别置于鱼库、肉库和缓冲间中来测量温度，温度继电器（13、17、21）分别与温包（12、16、20）相连，控制电磁阀（10、14、18）的开关，第一电磁阀（10）与鱼库换热器（11）的串联管路、第二电磁阀（14）与肉库换热器（15）的串联管路、第三电磁阀（18）与缓冲间换热器（19）的串联管路、第四电磁阀（22）与高温冷库冷媒换热器（23）的串联管路和第五电磁阀（33）与空调冷媒换热器（34）的串联管路并联后与变频泵（9）串联连接，在LNG换热器（2）中，LNG走管程，低温冷库控制系统的冷媒走壳程。

高温冷库控制系统由高温冷库冷媒换热器（23）、第一循环泵（24）、电磁阀（22、25、29）、温度继电器（28、32）、温包（27、31）、蔬菜库换热器（26）和干货库换热器（30）组成，其中第四电磁阀（22）位于高温冷库冷媒换热器（23）的管程管路中，第一循环泵（24）、电磁阀（25、29）、蔬菜库换热器（26）和干货库换热器（30）位于高温冷库冷媒换热器（23）的壳程管路中，温包（27、31）分别置于干货库和蔬菜库中来测量温度，温度继电器（28、32）分别与温包（27、31）相连，控制电磁阀（25、29）的开关，第六电磁阀（25）与蔬菜库换热器（26）的串联管路和第七电磁阀（29）与干货库换热器（30）的串联管路并联后与第一循环泵（24）串联连接，在高温冷库冷媒换热器（23）中，低温冷库控制系统的冷媒走管程，高温冷库控制系统的冷媒走壳程。

空调控制系统由第五电磁阀（33）、空调冷媒换热器（34）、第二循环泵（35）、第二比例阀（36）、空冷器（37）、第二温度传感器（38）和第六温包（39）组成，其中第六温包（39）置于空冷器（37）的风口处中来测量温度，第二温度传感器（38）与第六温包（39）相连，控制第二比例阀（36）的开度，第五电磁阀（33）位于空调冷媒换热器（34）的管程管路中，第一比例阀（36）、第二循环泵（35）和空冷器（37）位于空调冷媒换热器（34）的壳程管路中，并依次通过管路串联连接，在空调冷媒换热器（34）中，低温冷库控制系统的冷媒走管程，空调控制系统的冷媒走壳程。

冷媒防凝固控制系统由第八电磁阀（40）、第六温度继电器（41）、第九电磁阀（42）和防凝固换热器（43）组成，其中第八电磁阀（40）位于防凝固换热器（43）的管程管路中，第九电磁阀（42）位于防凝固换热器（43）的壳程管路中，在防凝固换热器（43）中，缸套水走壳程，低温冷库控制系统的冷媒走管程。

所述缸套水加热控制系统中，第一温度传感器（8）测量LNG加热器（3）管程出口处BOG的温度，控制第一比例阀（7）的开度，当温度高于设计温度上限值时，第一比例阀（7）开度减小，当温度低于设计温度下限值时，第一比例阀（7）开度增大。

所述低温冷库控制系统中，第一温度继电器（13）通过第一温包（12）测量鱼库内的温度，控制第一电磁阀（10）的开关，当鱼库内温度高于设计温度上限值时，第一电磁阀（10）开启，当鱼库内温度小于设计温度下限值时，第一电磁阀（10）关闭。

第二温度继电器（17）通过第二温包（16）测定肉库内的温度，控制第二电磁阀（14）的开关，当肉库内温度大于设计温度上限值时，第二电磁阀（14）开启，当肉库内温度小于设计温度下限值时，第二电磁阀（14）关闭。

第三温度继电器（21）通过第三温包（20）测定缓冲间内的温度，控制第三电磁阀（18）的开关，当缓冲间内温度大于设计温度上限值时，第三电磁阀（18）开启，当缓冲间内温度小于设计温度下限值时，第三电磁阀（18）关闭。

变频泵（9）分为5档，5档转速最高，电磁阀（10、14、18、22）开的数量为档数，当电磁阀（10、14、18、22）全关时，变频泵（9）为1档，第八电磁阀（40）开启。

所述高温冷库控制系统中，第四温度继电器（28）通过第四温包（27）测定蔬菜库内的温度，控制第六电磁阀（25）的开关，当蔬菜库内温度大于设计温度上限值时，第六电磁阀（25）开启，当蔬菜库内温度小于设计温度下限值时，第六电磁阀（25）关闭。

第五温度继电器（32）通过第五温包（31）测定干货库内的温度，控制第七电磁阀（29）的开关，当干货库内温度大于设计温度上限值时，第七电磁阀（29）开启，当干货库内温度小于设计温度下限值时，第七电磁阀（29）关闭。

当电磁阀（25、29）全关时，第一循环泵（24）停止，同时第四电磁阀（22）关闭，当电磁阀（25、29）中一个打开时，第一循环泵（24）启动，同时第四电磁阀（22）开启。

所述空调控制系统中，第二温度传感器（38）通过第六温包（39）测定空冷器（37）出口处的温度，控制第二比例阀（36）的开度，当出口温度大于设计温度时，第二比例阀（36）开度增大，当出口温度小于设计温度时，第二比例阀（36）开度减小，当空调不使用时，第二循环泵（35）停止，第五电磁阀（33）和第二比例阀（36）关闭。

所述冷媒防凝固控制系统中，当电磁阀（10、14、18、22）全关时，第八电磁阀（40）开启，低温冷库控制系统的冷媒直接流入防凝固换热器（43）中，第六温度继电器（41）测量防凝固换热器（43）管程处冷媒的温度，控制第九电磁阀（42）的开度，当冷媒的温度低于设计温度时，第九电磁阀（42）开启，当冷媒的温度高于设计温度时，第九电磁阀（42）关闭，当电磁阀（10、14、18、22）中一个开启时，第八电磁阀（40）关闭。

附图说明

图1为该利用LNG冷能的船舶冷库与空调控制系统图。

图中：1、LNG供应泵 2、LNG换热器 3、LNG加热器 4、缸套水冷却系统

5、截止阀 6、缸套水供应泵 7、第一比例阀 8、第一温度传感器

9、变频泵 10、第一电磁阀 11、鱼库换热器 12、第一温包

13、第一温度继电器 14、第二电磁阀 15、肉库换热器 16、第二温包

17、第二温度继电器 18、第三电磁阀 19、缓冲间换热器 20、第三温包

21、第三温度继电器 22、第四电磁阀 23、高温冷库冷媒换热器 24、第一循环泵

25、第六电磁阀 26、蔬菜库换热器 27、第四温包 28、第四温度继电器

29、第七电磁阀 30、干货库换热器 31、第五温包 32、第五温度继电器

33、第五电磁阀 34、空调冷媒换热器 35、第二循环泵 36、第二比例阀

37、空冷器 38、第二温度传感器 39、第六温包 40、第八电磁阀

41、第六温度继电器 42、第九电磁阀 43、防凝固换热器。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式进行描述，以便更好地理解本实用新型。

在低温冷库控制系统中，由于冷媒要与LNG进行换热，所以冷媒的凝固点应于LNG的温度相近，而LNG的温度为-162℃，所以低温冷库控制系统中的冷媒可选凝固点为-160℃的R22，而对于高温冷库控制系统与空调控制系统来说，冷媒的凝固点应与低温冷库控制系统中冷媒的温度相近，而在低温冷库控制系统中，冷媒R22的温度为-30℃，所以冷媒可选择凝固点为-16℃的30%乙二醇溶液。

对于整个系统而言，柴油机进口处BOG，设计温度上限值为45℃，下限值为5℃；低温冷库分为鱼库和肉库，设计温度上限值为-18℃，下限值为-22℃；为缓解高、低温冷库与室外的温度差，可设置缓冲间，缓冲间的设计温度上限值为15℃，下限值为10℃；高温冷库分为蔬菜库和干货库，设计温度上限值为5℃，下限值为0℃；空调空冷器出口处的设计温度为18℃，防凝固换热器管程处冷媒的设计温度为-60℃。

系统的主要工作流程为：LNG燃料经LNG供应泵（1）的加压后进入LNG换热器（2）中，将冷能传递给低温冷库控制系统中的冷媒，然后经LNG加热器（3）的加热后成为BOG进入船舶主柴油机中燃烧。

在缸套水加热控制系统中，缸套水进入柴油机的缸套水冷却系统（4）中吸收柴油机的热量，对柴油机进行冷却，然后经截止阀（5）和缸套水供应泵（6）的加压后分为两路，一路经第一比例阀（7）的调节后进入LNG加热器（3）中，将LNG燃料加热为BOG，一路经第九电磁阀（42）进入防凝固换热器（43）中，消耗低温冷库控制系统中冷媒的冷能，第一温度传感器（8）测量LNG加热器（3）管程出口BOG的温度，当温度高于设计温度上限值时，第一比例阀（7）开度减小，减小缸套水的流量，BOG的温度下降，当温度低于设计温度下限值时，第一比例阀（7）开度增大，增大缸套水的流量，BOG的温度上升，其中当停船靠岸时，缸套水供应泵（4）停止，截止阀（5）关闭。

在低温冷库控制系统中，获得冷能的冷媒经变频泵（9）的加压后分为五路。

一路经第一电磁阀（10）后进入鱼库换热器（11）中，对鱼库进行制冷，其中第一温度继电器（13）通过第一温包（12）测量定鱼库内的温度，当鱼库内温度高于设计温度上限值时，第一电磁阀（10）开启，冷媒流入鱼库换热器（11）中，对鱼库进行制冷，当鱼库内温度小于设计温度下限值时，第一电磁阀（10）关闭，冷媒停止供应，鱼库内温度上升。

一路经第二电磁阀（14）后进入肉库换热器（15）中，对肉库进行制冷，其中第二温度继电器（17）通过第二温包（16）测量肉库内的温度，当肉库内温度高于设计温度上限值时，第二电磁阀（14）开启，让冷媒流入肉库换热器（15）中，对肉库进行制冷，当肉库内温度小于设计温度下限值时，第二电磁阀（14）关闭，冷媒停止供应，肉库内温度上升。

一路经第三电磁阀（18）后进入缓冲间换热器（19）中，缓冲间进行制冷，其中第三温度继电器（21）通过第三温包（20）测量缓冲间内的温度，当缓冲间内温度高于设计温度上限值时，第三电磁阀（18）开启，让冷媒流入缓冲间换热器（19）中，对缓冲间进行制冷，当缓冲间内温度小于设计温度下限值时，第三电磁阀（18）关闭，冷媒停止供应，缓冲间内温度上升。

一路经第四电磁阀（22）后进入高温冷库冷媒换热器（23）中，将低温冷库控制系统中冷媒的冷能传递给高温冷库控制系统中的冷媒。

在高温冷库控制系统中，获得冷能的冷媒经第一循环泵（24）的加压后分为两路。

一路经第六电磁阀（25）进入蔬菜库换热器（26）中，对蔬菜库进行制冷，其中第四温度继电器（28）通过第四温包（27）测量蔬菜库内的温度，当蔬菜库内温度大于设计温度上限值时，第六电磁阀（25）开启，冷媒流入蔬菜库换热器（26）中，对蔬菜库进行制冷，当蔬菜库内温度小于设计温度下限值时，第六电磁阀（25）关闭，冷媒停止供应，蔬菜库温度上升。

另一路经第七电磁阀（29）进入干货库换热器（30）中，对干货库进行制冷，其中第五温度继电器（32）通过第五温包（31）测量干货库内的温度，当干货库内温度大于设计温度上限值时，第七电磁阀（29）开启，冷媒流入干货库换热器（30）中，对干货库进行制冷，当干货库内温度小于设计温度下限值时，第七电磁阀（29）关闭，冷媒停止供应，干货库内温度上升。

其中当电磁阀（25、27）全关时，第一循环泵（24）停止，同时第四电磁阀（22）关闭，当电磁阀（25、27）中一个打开时，第一循环泵（24）启动，同时第四电磁阀（22）开启。

一路经第五电磁阀（33）后进入空调冷媒换热器（34）中，将低温冷库控制系统中冷媒的冷能传递给空调控制系统中的冷媒。

在空调控制系统中，获得冷能的冷媒经第二循环泵（35）的加压后经第二比例阀（36）的调节进入空冷器（37）中释放冷能，对空冷器内的空气进行制冷，其中第二温度传感器（38）通过第六温包（39）测量空冷器（37）出口处的温度，当出口处的温度大于设计温度时，第二比例阀（36）开度增大，增加冷媒的流量，降低出口处空气的温度，当出口处的温度小于设计温度时，第二比例阀（36）开度减小，出口处空气温度上升，维持空冷器（37）出口处温度的稳定，当空调不使用时，第二循环泵（36）停止，第五电磁阀（33）和第二比例阀（36）关闭。

在低温冷库控制系统中，变频泵（9）分为5档，5档转速最高，电磁阀（10、14、18、22、33）开的数量为档数，当船舶停船靠岸时，电磁阀（10、14、18、22、33）全关，而当电磁阀（10、14、18、22、33）全关时，变频泵（9）为1档，第八电磁阀（40）开启，经变频泵（9）加压后的冷媒直接流入防凝固换热器（43）中，第七温度继电器（41）测量防凝固换热器（43）管程处冷媒的温度，当冷媒的温度低于设计温度时，第九电磁阀（42）开启，缸套水流入防凝固换热器（43）中，消耗冷媒的冷能，冷媒温度上升，当冷媒的温度高于设计温度时，第九电磁阀（42）关闭，缸套水停止供应，冷媒中冷能增加，冷媒温度下降。