一种LNG直冷式制冰机及其制冰方法与流程

本发明涉及lng应用的技术领域，具体涉及一种lng直冷式制冰机及其制冰方法。

背景技术：

lng(liquefiednaturalgas)，即液化天然气的英文缩写，天然气作为清洁能源越来越受到青睐，很多国家都将lng列为首选燃料，天然气在能源供应中的比例迅速增加。而能源作为人类生存和社会发展的物质基础，现阶段能源利用效率普遍较低，大部分有用能被作为废弃物直接排放，未得到合理以及有效的利用。例如，随着天然气消费需求量增加，在使用过程中lng气化时会释放大量冷能，由于lng接收站多建在沿海，lng气化过程所释放的冷能直接被海水或空气带走，造成冷能能量的白白损失，未得到利用。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决上述现有背景技术存在的不足，提供一种lng直冷式制冰机及其制冰方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种lng直冷式制冰机，包括总支架、lng制冰系统、化冰系统以及控制系统。总支架分为控制区和制冰区；所述lng制冰系统包括lng循环制冷管路、冰模和升降平台，冰模固定安装在总支架制冰区的上半部，由多个横向隔板和多个竖向隔板垂直交错制成，上下开口，竖向隔板上设有多个贯穿竖向隔板长度方向的通孔，升降平台安装在冰模的下方，包括有双头步进电机、t型齿轮换向器、丝杆升降机、驱动轴、传动轴和平板底座，双头步进电机固定安装在冰模左端外侧的中心位置，其两端的转轴分别通过联轴器各固定连接有一根驱动轴，两根驱动轴的另一端分别通过联轴器连接一个t型齿轮换向器，两个t型齿轮换向器分别固定安装在总支架左侧的两根竖向支架上，其安装高度与双头步进电机平齐，t型齿轮换向器的输出端通过传动轴顺次连接有多个丝杆升降机，丝杆升降机固定安装在冰模下端的支架中横梁外侧，前后相互对称，均与t型齿轮换向器齐平；所述平板底座的前后两侧边分别设有与丝杆升降机对应的突出挂耳，丝杆升降机中丝杆的下端固定连接突出挂耳，带动平板底座上下移动；lng循环制冷管路分为输送部分和制冷部分，输送部分包括输入管、输出管、上合流管以及下分流管，制冷部分包括多根呈s形回路的液冷管，安装在竖向隔板的通孔中，液冷管的两端分别与上合流管和下分流管连通，输入管与下分流管连通，输出管与上合流管连通。

所述化冰系统包括热媒蓄能罐、热媒循环泵、热媒循环管路以及加热装置，热媒蓄能罐固定安装在总支架控制区的后侧，下部设有排出口与热媒循环泵连通，热媒循环泵与热媒循环管路连通，所述热媒循环管路包括输送管、分流管、多根散热管、合流管以及回收管，输送管连通热媒循环泵和分流管，多根散热管分别安装在竖向隔板的通孔中，其下端与分流管连通，上端与合流管连通，合流管通过回收管连通热媒蓄能罐，所述加热装置固定安装在热媒蓄能罐上。

所述控制系统包括plc防爆控制柜、温度传感器、压力传感器和控制阀，plc防爆控制柜固定安装在总支架控制区的前侧，用以控制整个装置的运行；温度传感器、压力传感器和控制阀安装在lng循环制冷管路上。

进一步地，一种lng直冷式制冰机还包括有推冰装置。所述推冰装置固定安装在总支架的控制区和制冰区交界处，位于控制区内，包括有控制电机、液压伸缩缸和推冰架，液压伸缩缸固定安装在总支架上，其伸缩杆指向制冰区，伸缩杆的末端固定连接推冰架，推冰架与伸缩杆垂直安装，呈长方体结构，其长度略小于总支架的宽度；控制电机安装在液压伸缩缸的旁侧提供动力。

进一步地，上述升降平台中的平板底座与冰模下端接触时处于密封状态。

进一步地，所述竖向隔板上所设通孔为双孔规格，一通孔安装液冷管，另一通孔安装散热管，两种管路交替安装；在lng循环制冷管路的输出管上安装有温度传感器、压力传感器以及低温气动截止阀，温度传感器、压力传感器以及低温气动截止阀均与plc防爆控制柜连接；所述热媒循环管路中输送管和回收管上均安装有止流阀。

进一步地，所述冰模外侧包裹有聚氨酯发泡保温材料。

进一步地，所述推冰架的下端高于下落状态的平板底座上表面；所述推冰架的两端上部还设有滑动轮，总支架的前后两侧下部设有栏杆，栏杆的上端横杆内侧设置滑轨，与滑动轮相适配。

进一步地，用于联动相邻两个丝杆升降机的传动轴通过带座轴承进行固定；双头步进电机的两个输出端同步运行，带动全部丝杆升降机均同步运行，使得平板底座呈水平状上下移动。

进一步地，所述加热装置采用太阳能加热系统；或者为电加热装置。

进一步地，所述lng循环制冷管路和热媒循环管路中输送部分的管路上均安装有防爆安全阀。

一种lng直冷式制冰方法，采用上述lng直冷式制冰机，包括以下步骤：

步骤一，plc防爆控制柜控制升降平台运作，平板底座上升与冰模下端密封贴合，从冰模的上端进行注水；

步骤二，所述lng在储罐压力下通入制冰机中lng循环制冷管路，由输入管进入，经下分流管分流进入多根液冷管中，lng在液冷管中进行气化以及本身所蕴含的冷能，经冰模与水完成换冷，形成冰块；

步骤三，关闭lng输入，热媒在热媒循环泵的作用下进入输送管，经分流管分流进入多根散热管，同冰块表面进行热交换，使得冰块与冰模接触的表面融化；

步骤四，plc防爆控制柜控制升降平台反向运作，平板底座下降，冰块在自身重力的作用下随平板底座下降至底部；推冰装置运行，将冰块推出。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明所述lng直冷式制冰机成橇设计，整机防爆，利用液化天然气流经管道时气化过程所产生的冷能，通过冰模与水进行换冷，完成冰块的制作，结构简单新颖，安全性高；且不需要中间转换媒介，冷能利用效率高，制冰时间短，现场施工或改造管路简便，后期维护方便。同时该设备中所有电器件均采用防爆设计，整机可以直接放置于气化站区域内进行使用。

附图说明

图1是本发明的东北等轴侧结构示意图；

图2是本发明的西北等轴侧结构示意图；

图3是本发明的俯视图；

图4是本发明的正视图；

图5是图1中a的放大图；

图6是图2中b的放大图；

图中：1、总支架，2、冰模，6、plc防爆控制柜，8、栏杆；

101、底部支架，102、中部加强杆，103、中横梁，104、竖向支架，201、竖向隔板，202、横向隔板，203、通孔，301、平板底座，302、双头步进电机，303、t型齿轮换向器，304、丝杆升降机，305、驱动轴，306、传动轴，307、带座轴承，308、突出挂耳，309、联轴器，310、丝杆，311、固定座，312、固定平台，401、lng入口，402、lng气化出口，403、液冷管，404、下分流管，405、上合流管，406、输出管，407、输入管，408、压力传感器，409、低温气动截止阀，410、防爆安全阀，501、热媒蓄能罐，502、热媒循环泵，503、分流管，504、合流管，505、回收管，506、输送管，507、散热管，508、太阳能光板，509、热媒更换口，701、控制电机，702、液压伸缩缸，703、推冰架，704、滑轮，705、滑轨。

具体实施方式

需要注意的是，在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件，不能理解为对本发明的限制。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明：

结合图1至图4，一种lng直冷式制冰机，包括有总支架1、lng制冰系统、化冰系统和智能控制系统。所述总支架1呈长方体框架结构，其底部采用工字型钣金焊接而成，用于架高整体装置，避免地面水气对设备的侵蚀，工字型钣金的侧边还设有加强筋板，提高整体装置的稳定性；总支架1的上层框架由多根方形管焊接而成，便于固定安装其他装置，同时将总支架1分为控制区和制冰区两个区域，总支架1的左侧位置为制冰区，其右侧位置为控制区，控制区内同样排布安装多种管路。

上述lng制冰系统包括lng循环制冷管路、冰模2以及升降平台；冰模2固定安装在总支架1制冰区的上半部位置，由多个横向隔板202和多个竖向隔板201相互垂直交错制成，内部形成冰腔，冰腔上下开口，可根据制冰所需设置成不同规格的大小，冰模2的下端与总支架1的中横梁103齐平；在竖向隔板201上设有多个贯穿竖向隔板201长度方向的通孔203，且通孔203设为双孔规格，等距间隔排布。所述升降平台安装在冰模2的下方，包括有双头步进电机302、t型齿轮换向器303、丝杆升降机304、驱动轴305、传动轴306和平板底座301，双头步进电机302固定安装在位于冰模2左端的总支架1的中横梁上，处于冰模2左端的中间位置，双头步进电机302的两个输出转轴端分别通过联轴器309固定连接一根驱动轴305，驱动轴305的另一端则联动t型齿轮换向器303；位于冰模2前半部的t型齿轮换向器303通过固定平台312安装在总支架1左前侧的竖向支架104上，固定平台312水平安装在竖向支架104的外直角处，t型齿轮换向器303通过螺栓固定安装在固定平台312的上侧面，其安装高度与双头步进电机302的安装高度齐平，t型齿轮换向器303的输出端通过联轴器连接一根传动轴306，传动轴306的末端连接一个丝杆升降机304，丝杆升降机304再通过传动轴306顺次联动两个丝杆升降机304，三个丝杆升降机304分别通过水平t型底座固定安装在总支架1制冰区前侧的中横梁103上，其安装高度与t型齿轮换向器303的安装高度一致，相邻两个丝杆升降机304之间的传动轴306上还套装有带座轴承307，用以稳固传动轴306，防止震颤，保证水平传动；位于冰模2后半部的升降装置安装与上述前半部的排布相同，以横向中心线呈相互对称状。所述平板底座301位于冰模2的正下方，其面积大小与冰模2下端相同，四周与冰模2下端相接触的位置做密封处理，防止制冰过程中注水泄露；在平板底座301的前后两侧边分别设有三个突出挂耳308，分别与丝杆升降机304相对应，丝杆升降机304中丝杆310的下端分别通过固定座311固定连接相对应的突出挂耳308上，能够带动平板底座301呈水平状态上下移动。上述lng循环制冷管路可分为输送部分和制冷部分，输送部分安装在总支架1的控制区，包括有输入管407、输出管406、下分流管404和上合流管405，制冷部分安装在冰模2的竖向隔板201中，包括多根呈s形回路的液冷管403；输入管407的一端设置lng入口401，另一端连通下分流管404，下分流管404连通多根液冷管403的下端，液冷管403穿过竖向隔板201上通孔203，上端连通上合流管405，上合流管405连通输出管406，输出管406的末端设置lng气化出口402；在输入管407和输出管406上还分别安装有低温气动截止阀409和防爆安全阀410，输出管406的管道上还加设压强计、温度传感器和压力传感器408，实时监控lng循环制冷管路。

上述化冰系统包括热媒蓄能罐501、热媒循环泵502、热媒循环管路以及加热装置，所述热媒蓄能罐501固定安装在总支架1控制区的后侧位置，其外侧壁底部设有热媒更换口509，用于随时更换内部热媒介质；内部一侧设有热媒排出口，热媒排出口通过管路连通热媒循环泵502；所述热媒循环管路包括有输送管506、分流管503、多根散热管507、合流管504以及回收管505，输送管506的一端连接热媒循环泵502的出口，另一端连通分流管503，分流管503连通数根散热管507的下端，散热管507穿过竖向隔板201上所设通孔203，散热管507的上端连接到合流管504上，合流管504与回收管505的一端连通，回收管505的另一端则连接到热媒蓄能罐501，完成循环。在输送管506和回收管505上还分别安装有单向止流阀，用以保证热媒的循环安全性。所述加热装置选用太阳能光板508，固定安装在热媒蓄能罐501的上侧，为热媒实时提供热能，同时辅助安装电加热器，保证化冰过程不受天气等外界条件影响。

进一步地，参照图6，上述lng循环制冷管路中液冷管403和热媒循环管路中的散热管507均安装在竖向隔板201上所设的通孔203中，通孔203为双孔设置，同一通孔203的下侧孔中安装散热管507，上侧孔中安装液冷管403，两种管路交替、来回安装，不连通、不直接接触，保证温度的均匀供给。

上述智能控制系统包括有plc防爆控制柜6，plc防爆控制柜6固定安装在总支架1控制区的前侧横梁上，内部安装plc控制系统，用以控制整个装置的运行；上述低温气动截止阀409、温度传感器、压力传感器408以及升降平台均连接plc防爆控制柜6，在整个制冰过程中，所有传感器实时监测并将数据传输至plc控制系统，plc控制系统处理接收到的信号，完成智能控制。

该lng直冷式制冰机还包括有推冰装置，结合图3和图5，所述推冰装置固定安装在总支架1的控制区和制冰区交界处，位于控制区内下半部位置，包括有控制电机701、液压伸缩缸702和推冰架703，液压伸缩缸702的末端通过铰接底座固定在总支架1右侧的竖向支撑杆上，其伸缩杆指向制冰区，控制电机701位于液压伸缩缸702的旁侧，固定安装在总支架1的底座横梁上，为液压伸缩缸702提供动力；伸缩杆的末端固定连接推冰架703的中心位置，与推冰架703整体垂直。所述推冰架703呈长方体框架结构，面向总支架1制冰区的一侧平齐；推冰架703的长度小于总支架1的宽度，其下端面的安装高度要高于呈下落状态时的平板底座301上表面，避免相互阻挡；在推冰架703前后两端的上横杆上还设有滑轮704，用于辅助推冰架703的左右滑动。在总支架1的前后两侧、自推冰架703处于收缩状态的位置开始，向总支架1制冰区延伸设有栏杆8，栏杆8的上横杆内侧均设有滑轨705，与滑轮704相适配；位于总支架1制冰区的栏杆8呈间断式分离设置，以间隔出平板底座301上突出挂耳308的上下活动空间，同时起到防止冰块滑动脱离的作用。

使用时，先通过控制柜控制双头步进电机302运行，其两个输出端同步运行，借助驱动轴305和传动轴306的传动作用，带动全部丝杆升降机304同步运行，使得平板底座301水平上升，与冰模2底端紧密贴合，完成密封，再从冰模2的上方开口将水注入形成的冰腔中。在制冰开始前，利用阀门将散热管507内热媒介质全部排至热媒蓄能罐501内，以防止热媒介质在lng换冷过程中结冰；制冰开始，lng经过lng入口401进入输入管407，再经过下分流管404分支到各个液冷管403中进行换热，将冰模2中的水冷凝成冰块，换热后的lng在输出管406中进行气化以备后续使用。当冰模2中的水完全变成冰块时，停止lng的通入，热媒蓄能罐501中热媒介质在热媒循环泵502的作用下进入输送管506，经由分流管503作用进入散热管507中，同冰块表面进行热交换，使得冰块与冰模2接触的表面融化，此时双头步进电机302反向运转，使得平板底座301缓慢脱离冰模2底端，冰块在自身的重力作用下脱出冰模2，落在平板底座301上，热媒介质再经合流管504、回收管505进入热媒蓄能罐501中储存加热。平板底座301下降至总支架1的底部后，推冰装置中控制电机701运作，液压伸缩缸702中伸缩杆伸出，推动推冰架703沿栏杆8上滑轨705向左运动，将冰块缓缓推出制冰区，完成制冰。

在本发明的其他实施例中，所述冰模2外侧包裹有聚氨酯发泡保温材料。

最后应说明的是，上述实施方式的说明仅用于说明本发明的技术方案，并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。