一种冷藏集装箱利用船舶LNG冷能的系统及方法与流程

本发明属于船舶技术领域，涉及一种lng动力船舶利用lng冷能的冷藏箱系统及方法。

背景技术：

国际海事组织(imo)发布的“全球限硫令”即将来临，规定：自2020年起，全球范围内所有船舶燃油含硫量需从3.5％下降到0.5％。因此，船舶实现节能减排和寻求新的可替代能源已成为航运界迫在眉睫的首要任务。

液化天然气(lng)具有低温、气液膨胀比大、能效高、易于运输和储存等优点，lng目前被公认是污染最少的矿石燃料，若是作为燃油的替代品，可以通过限制排放污染来减少温室气体排放，从而改善空气质量。由此，lng动力船(以lng为燃料的船舶)与现有的燃油动力船相比更加环保。

随着世界集装箱运输市场竞争的日益激烈，为提高集装箱的运输效率和规模经济效益，集装箱船正日趋大型化，加之集装箱船对航速的要求较高，所以船舶的功率非常高，集装箱船每天的燃油消耗量特别大，船舶排放污染比较严重，若是以lng作为燃料节能减排的作用更为明显，因此，新造的lng动力集装箱船越来越多。

lng是一种低温液体，一般储存温度为-163℃，在lng燃料动力船上是以液态的形式储存的，在送去船舶主动力装置燃烧之前，需将lng气化并加热到20℃至45℃左右使用，lng在气化过程中释放出很大的冷量，再加上现在的集装箱船大型化的趋势，有些船舶每天甚至可以消耗100多吨lng，因此，在此类船舶上有大量的lng冷能可以利用。

专利号为cn209176893u公开了一种基于lng冷能的船舶冷库与空调系统；专利号为cn209176893u公开了一种利用液化天然气冷能制冷的冷库运行装置；专利号为cn105444309a公开了一种lng船用空调及冷库系统；专利号为cn208520077u公开了一种利用lng冷能的船舶冷库与空调控制系统；专利号为cn105444309a的中国专利中公开的一种lng船用空调及冷库系统，将lng冷能用于冷库与空调的制冷，实现了对lng冷能的梯级利用。

上述这些专利都是将lng冷能用于船舶冷库和空调系统中，实现了lng冷能的利用，对节能减排有一定的好处，但是控制系统设计较为简单，系统所回收利用的冷能太少，系统功率小则只有几千瓦，大则不过20～30千瓦，所以仍有大量的lng冷能未被利用。另外，冷库和空调属于相对固定的系统，设计起来相对容易。若是将lng冷能大量利用起来，并且应用在移动式的制冷设备上，这种设计方法将会有更好的实际意义。

目前，集装箱船所载运的集装箱一般有两种，一种是普通集装箱，另一种是冷藏集装箱，其中冷藏集装箱自带制冷机组，需要消耗电力进行制冷，在海上航行时，冷藏集装箱需要消耗船舶电力，加之现在的集装箱船载箱量非常大，其中大型lng动力集装箱船装载的冷藏集装箱数量能达到上千个teu(teu，标准集装箱)。因此造成船舶机舱电网的供电负荷能达到几千千瓦，甚至更大，大大增加了因供电的船舶燃料消耗和设备投资成本。若是将船舶lng燃料的冷能用于冷藏集装箱制冷，不仅能够降低lng燃料气化过程中对热源的消耗，而且极大的降低了船舶电网负荷，实现了能量的合理利用，提高了船舶的经济性。

技术实现要素：

本发明的目的是针对上述问题，提出一种冷藏集装箱利用船舶lng冷能的系统及方法。

本发明的第一个目的是提供一种冷藏集装箱利用船舶lng冷能的系统，该系统主要包括冷藏箱冷能利用系统、供给管路系统和lng燃料供给系统。

其中，冷藏箱冷能利用系统主要包括：电磁阀(a)、温度继电器(b)、温包(c)、入口快速接头(d)、出口快速接头(e)和冷藏集装箱换热器(f)，此系统的主要功能是将从lng燃料中置换出的冷能用于货物制冷。

供给管路系统主要包括：第一循环泵(7)、供液管(8)、回液管(11)、回液管温包(12)管路系统的主要作用是向冷藏箱集装箱输送冷媒a。

lng燃料供给系统主要包括：驳运泵(1)、lng燃料舱(2)、增压泵(3)、温控三通阀(4)、第一换热器(5)及缸套水加热系统。

在供给管路系统中充满50％的乙二醇水溶液作为冷媒a，用以在第一换热器(5)中与低温lng进行热交换，热交换之后的乙二醇水溶液经供液管(8)进入冷藏箱冷能利用系统的冷藏集装箱换热器(e)中，此时乙二醇水溶液的温度比集装箱中的温度低，所以会在冷藏集装箱换热器(e)中吸热，达到给冷藏集装箱内货物降温的目的，放热之后的乙二醇水溶液经回液管(11)回到第一换热器，就这样形成一个循环。

进一步的，所述lng燃料供给系统主要流程为：lng经驳运泵(1)从lng燃料舱(2)中输运出来，通过增压泵(3)往船舶主动力装置中输送。考虑温度条件，途经第一换热器(5)释放一部分冷能，然后再经过第二换热器(6)，第二循环泵(9)所在的循环管路中充满冷媒b即40％的乙二醇水溶液，用于加热天然气，令其达到燃用所需温度20℃～45℃；或者是lng不经过第一换热器(5)，直接通过温控三通阀(4)的旁通回路通向第二换热器(6)。缸套水加热系统中采用缸套水在第三换热器(10)中加热冷媒b，再用冷媒b加热天然气以达到天然气燃用所需温度，这是一个间接加热过程。不采用缸套水直接加热第二换热器(6)中的天然气的原因是：这种方法可以避免在极端情况下出现冷媒发生凝固阻塞管道的现象。

进一步的，所述冷藏集装箱与传统的冷藏集装箱不同的是，此系统中的冷藏集装箱在原有冷风机和蒸发器之间多了一组换热盘管，即所述冷藏集装箱换热器(e)。

进一步的，所述冷藏集装箱冷媒a进口处设有入口快速接头(d)、温度继电器(b)和电磁阀(a)，冷媒a出口处也设有出口快速接头(f)，从而实现对冷藏集装箱的温度控制。

进一步的，所述入口快速接头(d)和出口快速接头(f)在断开时，能够自动封闭管内液体，都不会在接头处泄漏液体。

本发明的第二个目的就是基于上述一种冷藏集装箱利用船舶lng冷能的系统，提供一种冷藏集装箱利用船舶lng冷能的方法。

在lng动力船上，lng经过驳运泵(1)从lng燃料舱(2)中输送出来，一般需要通过一系列的步骤将其气化到20℃～45℃左右才能送进船舶主动力装置燃用。

经增压泵(3)加压的lng经过温控三通阀(4)，温控三通阀(4)与靠近第一换热器(5)的回液管(11)处设置的回液管温包(12)相连，可以根据温度的高低来控制温控三通阀(4)旁通管路的lng的流量。当回液管(11)的温度低于-25℃，则通向温控三通阀(4)lng主管路阀门关闭，同时，旁通管路的阀门开到最大，lng不经第一换热器(5)，直接经旁通管道进入第二换热器(6)，这样可以避免管路中温度过低，达到冷媒a的凝固点，出现阻塞现象；当回液管的温度高于-23℃时，lng可部分或全部经过第一换热器(5)。

lng在第一换热器(5)处与供给管路系统中的冷媒a即50％的乙二醇水溶液进行热交换，冷媒a吸收lng释放的冷能，经供液管(8)进入供给管路系统中，随后通过入口快速接头(d)进入冷藏箱冷能利用系统中。

在此系统中的冷藏集装箱是经过改装后的，改装过后集装箱在原有冷藏集装箱蒸发器处增加了一组换热盘管，即冷藏集装箱换热器(e)。当船舶在海上航行有lng燃料消耗时，在第一循环泵(7)的作用下，冷媒a在第一换热器(5)中吸收lng冷能，依次经供液管(8)、入口快速接头(d)和电磁阀(a)进入冷藏集装箱，此时，冷藏集装箱换热器(e)中充满着吸收过lng冷能的冷媒a，集装箱中原有的冷风机工作，冷媒a释放冷能用以制冷。

进一步的，冷藏集装箱中设有用来感应温度的温包(c)，当集装箱内的温度达到需要的制冷温度的下限之后，信号会传到温度继电器(b)，进而控制电磁阀(a)关闭，同理，集装箱内的温度上升至上限时，温包(c)能够发出信号，传给温度继电器(b)，从而控制电磁阀(a)打开；当船舶停泊没有lng燃料消耗时，该冷藏集装箱会像传统的制冷式集装箱一样靠消耗电力制冷。

进一步的，缸套水加热系统是为了保证无论冷藏集装箱消耗lng冷能多少时，总能使得天然气在进入船舶主动力装置燃烧之前能够达到所需要的温度，一般为20℃～45℃。

本发明的有益效果是：

在集装箱船舶大型化的趋势下，冷藏集装箱数目较多，本发明不但可以最大程度地利用lng燃料蕴藏的大量冷能，大幅度提高能量利用效率，而且节省了大量冷藏集装箱制冷所需要的电力，解决了集装箱船舶因冷藏箱电力消耗造成电网负荷过大的问题。

本发明所公开的一种冷藏集装箱利用船舶lng冷能的系统及方法，系统连接方便，方法易于实现，工作效率高，更为重要的是，本发明解决了在船舶上lng冷能直接应用于移动制冷设备的难题。

本发明中所提及的冷藏集装箱不仅仅能实现在lng动力船舶之上对lng冷能的有效利用，而且船舶在停泊没有lng燃料的消耗时，仍然具有普通冷藏集装箱的功能，增加了冗余度，提高了冷藏集装箱制冷系统的可靠性。

附图说明

图1为一种冷藏集装箱利用船舶lng冷能的系统图

图2为冷藏集装箱利用lng冷能示意图

图3为冷藏集装箱换热器安装位置示意图

图4为冷藏集装箱制冷机组相对位置示意图

图5为绑扎桥与冷藏集装箱的连接示意图

图6为冷藏集装箱在船舶上分布示意图

附图中：1.驳运泵2.lng燃料舱3.增压泵4.温控三通阀5.第一换热器6.第二换热器7.第一循环泵8.供液管9.第二循环泵10.第三换热器11.回液管12.回液管温包a.电磁阀b.温度继电器c.温包d.入口快速接头e.冷藏集装箱换热器f.出口快速接头

具体实施方式

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

如图1，本发明公开了一种冷藏集装箱利用船舶lng冷能的系统，该系统主要包括：驳运泵(1)、lng燃料舱(2)、增压泵(3)、温控三通阀(4)、第一换热器(5)、第二换热器(6)、第一循环泵(7)、供液管(8)、第二循环泵(9)、第三换热器(10)、回液管(11)、回液管温包(12)、电磁阀(a)、温度继电器(b)、温包(c)、入口快速接头(d)、冷藏集装箱换热器(e)、出口快速接头(f)

其中，冷藏箱冷能利用系统主要包括：电磁阀(a)、温度继电器(b)、温包(c)、入口快速接头(d)、出口快速接头(e)和冷藏集装箱换热器(f)，此系统的主要功能是将从lng燃料中置换出的冷能用于货物制冷。

供给管路系统主要包括：第一循环泵(7)、供液管(8)、回液管(11)、回液管温包(12)。

lng燃料供给系统主要包括：驳运泵(1)、lng燃料舱(2)、增压泵(3)、温控三通阀(4)、第一换热器(5)及缸套水加热系统。

在供给管路系统中充满50％的乙二醇水溶液作为冷媒a，用以在第一换热器(5)中与低温lng进行热交换，热交换之后的乙二醇水溶液经供液管(8)进入冷藏箱冷能利用系统的冷藏集装箱换热器(e)中，此时乙二醇水溶液的温度比集装箱中的温度低，所以会在冷藏集装箱换热器(e)中吸热，用以给冷藏集装箱制冷，放热之后的乙二醇水溶液经回液管(11)回到第一换热器，就这样形成一个循环。

进一步的，所述lng燃料供给系统主要流程为：lng经驳运泵(1)从lng燃料舱(2)中输运出来，通过增压泵(3)往船舶主动力装置中输送。考虑温度条件，途经第一换热器(5)释放一部分冷能，然后再经过第二换热器(6)，第二循环泵(9)所在的循环管路中充满冷媒b即40％的乙二醇水溶液，用于加热天然气，令其达到燃用所需温度20℃～45℃；或者是lng不经过第一换热器(5)，直接通过温控三通阀(4)的旁通回路通向第二换热器(6)。缸套水加热系统中采用缸套水在第三换热器(10)中加热冷媒b，再用冷媒b加热天然气以达到天然气燃用所需温度，这是一个间接加热过程。不采用缸套水直接加热第二换热器(6)中的天然气的原因是：这种方法可以避免在极端情况下出现冷媒发生凝固阻塞管道的现象。

进一步的，所述冷藏集装箱与传统的冷藏集装箱不同的是，此系统中的冷藏集装箱在原有冷风机和蒸发器之间多了一组换热盘管，即所述冷藏集装箱换热器(e)。

进一步的，如图2，所述冷藏集装箱冷媒a进口处设有入口快速接头(d)、温度继电器(b)和电磁阀(a)，冷媒a出口处也设有出口快速接头(f)，从而实现对冷藏集装箱的温度控制。

进一步的，所述入口快速接头(d)和出口快速接头(f)在断开时，能够自动封闭管内液体，不会在接头处泄漏液体。

进一步的，上述着重介绍了图1中a区的冷藏集装箱a1的实施方案，同样的，a区的冷藏集装箱a2、冷藏集装箱a3、冷藏集装箱a4……冷藏集装箱an的原理相同，类似的，b区、c区的冷藏集装箱原理也是如此。这样还可以扩展更多的区域，解决更多数量的集装箱制冷问题，冷藏集装箱的数目甚至可以达到上千。

本发明的第二个目的就是基于上述一种冷藏集装箱利用船舶lng冷能的系统，提供一种冷藏集装箱利用船舶lng冷能的方法。

在lng动力船上，lng经过驳运泵(1)从lng燃料舱(2)中输送出来，一般需要通过一系列的步骤将其气化到室温左右才能送进船舶主动力装置燃用。

经增压泵(3)加压的lng经过温控三通阀(4)，温控三通阀(4)与靠近第一换热器(5)的回液管(11)处设置的回液管温包(12)相连，可以根据温度的高低来控制温控三通阀(4)旁通管路的lng的流量。当回液管(11)的温度低于-25℃，则通向温控三通阀(4)lng主管路阀门关闭，同时，旁通管路的阀门开到最大，lng不经第一换热器(5)，直接经旁通管道进入第二换热器(6)，这样可以避免管路中温度过低，达到冷媒a的凝固点，出现阻塞现象；当回液管的温度高于-23℃时，lng可部分或全部经过第一换热器(5)。

lng在第一换热器(5)处与供给管路系统中的冷媒a即50％的乙二醇水溶液进行热交换，冷媒a吸收lng释放的冷能，经供液管(8)进入供给管路系统中，随后通过入口快速接头(d)进入冷藏箱冷能利用系统中。

在此系统中的冷藏集装箱是经过改装后的，改装过后集装箱在原有冷藏集装箱蒸发器处增加了一组换热盘管，即冷藏集装箱换热器(e)，如图3、4。当船舶在海上航行有lng燃料消耗时，在第一循环泵(7)的作用下，冷媒a在第一换热器(5)中吸收lng冷能，依次经供液管(8)、入口快速接头(d)和电磁阀(a)进入冷藏集装箱，此时，冷藏集装箱换热器(e)中充满着吸收过lng冷能的冷媒a，集装箱中原有的冷风机工作，冷媒a释放冷能用以制冷。

进一步的，冷藏集装箱中设有用来感应温度的温包(c)，当集装箱内的温度达到需要的制冷温度的下限之后，信号会传到温度继电器(b)，进而控制电磁阀(a)关闭，同理，集装箱内的温度上升至上限时，温包(c)能够发出信号，传给温度继电器(b)，从而控制电磁阀(a)打开；当船舶停泊没有lng燃料消耗时，该冷藏集装箱会像传统的制冷式集装箱一样靠消耗电力制冷。

进一步的，冷藏集装箱的换热盘管进口、出口都分别与软管相连，在软管的另一端分别设有入口快速接头(d)和出口快速接头(f)，当冷藏集装箱装载到船舶上时，入口快速接头(d)同供液管(8)相对接，出口快速接头(f)同回液管(11)相连。

进一步的，缸套水加热系统是为了保证无论冷藏集装箱消耗lng冷能多少时，总能使得天然气在进入船舶主动力装置燃烧之前能够达到所需要的温度，一般为20℃～45℃。

进一步的，如图5和图6，本发明所提及的一种利用船舶lng冷能的冷藏集装箱系统及方法中，供液管(8)和回液管(11)可设置在lng动力集装箱的绑扎桥上，与此同时，为了减少管路的布置距离可将冷藏集装箱集中放在船舶机舱附近，如图1中的a区、b区、c区、d区，根据实际情况可增加更多的冷藏集装箱放置区域。

以上所述仅是本发明的优先实施方式，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。应当指出:对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。