CN102213504B - 一种lng用于空调的系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及液化天然气（简称LNG）的冷能利用，也涉及空调技术的利用，具体为一种LNG用于空调的系统。其包括由中温制冷剂作为工作介质的闭式循环系统和低温制冷剂作为工作介质的闭式循环系统，中温制冷剂作为工作介质的闭式循环系统包括第二换热器（2）、第三换热器（3）、中温制冷剂泵（6）和第三膨胀发电机（9），中温制冷剂蒸汽在第二换热器（2）中被低温制冷剂和天然气冷凝成液体，然后经过中温制冷剂泵（6）增压等。本系统将LNG的冷量用于空调制冷，将空调原本需要消耗的电能节约了下来，同时还将LNG汽化用于管网供气，还可以额外发电，可以产生更多的电能用于各种用电设备。

Description

一种LNG用于空调的系统

技术领域

本发明涉及液化天然气（简称LNG）的冷能利用，也涉及空调技术的利用，具体为一种LNG用于空调的系统。

背景技术

目前我国大型的办公楼，商场，地铁，机场等场所的中央空调基本都是采用制冷机制冷，将电能转化为冷能加以利用。

传统中央空调系统一般主要由制冷压缩机系统、冷媒(冷冻和冷热)循环水系统、冷却循环水系统、盘管风机系统、冷却塔风机系统等组成。制冷机组通过压缩机将制冷剂(冷媒介质如R134a、R22等)压缩并冷却成液态后送蒸发器中，冷冻循环水系统通过冷冻水泵将常温水泵入蒸发器盘管中与冷媒进行间接热交换，冷冻水被送到各风机风口的冷却盘管中吸收盘管周围的空气热量，产生的低温空气由盘管风机吹送到各个房间，从而达到降温的目的。在这个系统中，无论是制冷机，水泵，冷却系统，都是以消耗电力为代价获得的动力，以一个常规地铁站为案例，光是制冷这一项，电的功耗即在580KW左右，因此研究节能的中央空调系统就显得很有实际意义。

同时在另一方面，LNG在全球的使用日渐广泛，它作为一种清洁能源，也逐步引起了相关部门的重视。而常规的LNG接收站在使用LNG时通常需要将其汽化后利用，在此过程中释放出大量的冷量，理论上，其值约为830 kJ/kg(包括液态天然气的汽化潜热和气态天然气从储存温度复温到环境温度的显热)。这一部分冷量通常在汽化器中随海水或空气被舍弃了，造成了能源的浪费。 

发明内容

本发明正是针对以上技术问题，提供既节约了空调的电能，又解决了LNG的汽化问题，并将两者有机的结合在了一起的一种LNG用于空调的系统，

本发明的具体技术方案如下：

一种LNG用于空调的系统，包括由中温制冷剂作为工作介质的闭式循环系统和低温制冷剂作为工作介质的闭式循环系统，中温制冷剂作为工作介质的闭式循环系统包括第二换热器、第三换热器、中温制冷剂泵和第三膨胀发电机，中温制冷剂蒸汽在第二换热器中被低温制冷剂和天然气冷凝成液体，然后经过中温制冷剂泵增压，到第三换热器中与空调用的载冷剂换热，被加热成蒸汽，然后进入第三膨胀发电机中膨胀做功发电，最后回到第二换热器，完成中温制冷剂闭式循环；低温制冷剂作为工作介质的闭式循环系统包括第一换热器、第二换热器、第三换热器、低温制冷剂泵和第一膨胀发电机，低温制冷剂蒸汽在第一换热器中利用液化天然气的冷量被冷凝成液体，然后经过低温制冷剂泵增压，然后进入第二换热器，被中温制冷剂蒸汽加热蒸发，低温制冷剂蒸汽进入第三换热器进一步过热，最后到第一膨胀发电机中膨胀发电后回到第一换热器，完成低温制冷剂的闭式循环。

LNG用于空调的系统还包括第一LNG泵和第二膨胀发电机，低温贮槽中的液化天然气先经过第一LNG泵增压，然后依次经过第一换热器、第二换热器和第三换热器后进入第二膨胀发电机发电，从第二膨胀发电机中出来的天然气再经过第三换热器，进一步回收其热量，可以提高液化天然气冷量的利用率。

低温贮槽中的液化天然气先经过第一LNG泵增压，然后依次经过第一换热器、第二换热器和第三换热器后进入第二膨胀发电机发电，从第三换热器中出来的天然气再经过第二换热器和第三换热器。

所述的低温制冷剂采用乙烷或乙烯，中温制冷剂采用丙烷。

所述的第二换热器又为冷凝蒸发器，低温制冷剂在其中蒸发，中温制冷剂在其中冷凝。

在第三换热器中获得冷量的空调用载冷剂（即第二冷媒）为水、醇溶液或CO2。

所述的第一换热器采用绕管式换热器，第二换热器采用多股流板翅式换热器，第三换热器采用多股流板翅式换热器。

根据液体来源不同，若液体中含有压力，可取消第一LNG泵和第二膨胀发电机，提供另外一种LNG用于空调的系统，为了把液化天然气低温区的冷量转换为制冷空调用的高温区冷量，包括由中温制冷剂作为工作介质的闭式循环系统和低温制冷剂作为工作介质的闭式循环系统，低温制冷剂蒸汽在第一换热器中利用液化天然气的冷量被冷凝成液体，然后经过低温制冷剂泵增压，进入第二换热器，被中温制冷剂蒸汽加热蒸发，为了提高系统的效率，低温制冷剂蒸汽进入第三换热器中进一步过热，最后到第一膨胀发电机中膨胀做功发电，最后回到第一换热器，完成低温制冷剂的闭式循环；中温制冷剂蒸汽在第二换热器中被低温制冷剂和天然气冷凝成液体，然后经过中温制冷剂泵增压，到第三换热器中与空调用的载冷剂（即第二冷媒）换热，被加热成蒸汽，进入第三膨胀发电机中膨胀做功发电，最后回到第二换热器，完成中温制冷剂的闭式循环。

低温贮槽中的液化天然气经过贮槽自增压的液化天然气，依次经过第一换热器、第二换热器、第三换热器后直接进入管网供气。

本发明的积极效果体现在：将LNG的冷量用于空调制冷，将空调原本需要消耗的电能节约了下来，同时还将LNG汽化用于管网供气，还可以额外发电，可以产生更多的电能用于各种用电设备。

附图说明

图1为本发明中实施例一的流程图。

图2为本发明中实施例二的流程图。

图3为本发明中实施例三的流程图。

其中，1——第一换热器、2——第二换热器、3——第三换热器、4——第一LNG泵、5——低温制冷剂泵、6——中温制冷剂泵、7——第一膨胀发电机、8——第二膨胀发电机、9——第三膨胀发电机、10——低温贮槽。

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，下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细描述，但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于下述实施例。

实施例一：

如图1所示，低温贮槽10中或其他来源的液化天然气先经过第一LNG泵4增压，然后依次经过第一换热器1、第二换热器2和第三换热器3后进入第二膨胀发电机8发电，从第二膨胀发电机8中出来的天然气再经过第三换热器3，进一步回收其热量，提高液化天然气冷量的利用率。中温制冷剂蒸汽在第二换热器2中被低温制冷剂和天然气冷凝成液体，然后经过中温制冷剂泵6增压，到第三换热器3中与空调用的载冷剂换热，被加热成蒸汽，然后进入第三膨胀发电机9中膨胀做功发电，最后回到第二换热器2，完成中温制冷剂闭式循环；低温制冷剂蒸汽在第一换热器1中利用液化天然气的冷量被冷凝成液体，然后经过低温制冷剂泵5增压，然后进入第二换热器2，被中温制冷剂蒸汽加热蒸发，低温制冷剂蒸汽进入第三换热器3进一步过热，最后到第一膨胀发电机7中膨胀发电后回到第一换热器，完成低温剂的闭式循环。

实施例二：

如图2所示，低温贮槽10中或其他来源的液化天然气，直接进入第一换热器1、第二换热器2和第三换热器3，然后直接进入管网供气，取消第一LNG泵4和第二膨胀发电机8，中温制冷剂蒸汽在第二换热器2中被低温制冷剂和天然气冷凝成液体，然后经过中温制冷剂泵6增压，到第三换热器3中与空调用的载冷剂换热，被加热成蒸汽，然后进入第三膨胀发电机9中膨胀做功发电，最后回到第二换热器2，完成中温制冷剂闭式循环；低温制冷剂蒸汽在第一换热器1中利用液化天然气的冷量被冷凝成液体，然后经过低温制冷剂泵5增压，然后进入第二换热器2，被中温制冷剂蒸汽加热蒸发，低温制冷剂蒸汽进入第三换热器3进一步过热，最后到第一膨胀发电机7中膨胀发电后回到第一换热器1，完成低温剂的闭式循环。

实施例三：

如图3所示，低温贮槽10中或其他来源的液化天然气先经过第一LNG泵4增压，然后依次经过第一换热器1、第二换热器2和第三换热器3后进入第二膨胀发电机8发电，从第二膨胀发电机8中出来的天然气再分别经过第二换热器2和第三换热器3，进一步回收其热量，提高液化天然气冷量的利用率。中温制冷剂蒸汽在第二换热器2中被低温制冷剂和天然气冷凝成液体，然后经过中温制冷剂泵6增压，到第三换热器3中与空调用的载冷剂换热，被加热成蒸汽，然后进入第三膨胀发电机9中膨胀做功发电，最后回到第二换热器2，完成中温制冷剂闭式循环；低温制冷剂蒸汽在第一换热器1中利用液化天然气的冷量被冷凝成液体，然后经过低温制冷剂泵5增压，然后进入第二换热器2，被中温制冷剂蒸汽加热蒸发，低温制冷剂蒸汽进入第三换热器3进一步过热，最后到第一膨胀发电机7中膨胀发电后回到第一换热器1，完成低温剂的闭式循环。

实施例四：

如图1所示，由相关文献和计算可知，一个常规地铁车站所需制冷量约为2300KW，因此所需要的LNG在14000Nm3/h左右，LNG由低温贮槽10或管网提供，经过第一LNG泵4加压到约18bar(对应饱和温度约163K)，经过第一换热器1与乙烷换热后，进入第二换热器2与丙烷换热，完成换热后进入换热器3与第二冷媒换热，出来后进入第二膨胀发电机8，然后再次进入第三换热器3换热，最终得到温度为0~2℃，压力为6bar的天然气；乙烷在密闭循环系统中运行，常温乙烷首先进入第一膨胀发电机7，然后进入第一换热器1，在第一换热器1中被LNG冷凝，经过低温制冷剂泵5加压到一定压力，分别经过第二换热器2和第三换热器3后，得到常温的乙烷，再次进入第一膨胀发电机7完成一个循环；丙烷在密闭循环系统中运行，常温丙烷首先进入第三膨胀发电机9，然后进入第二换热器2，在第二换热器2中被LNG冷凝，经过中温制冷剂泵6加压到一定压力，再经过第三换热器3后，得到常温的丙烷，再次进入第三膨胀发电机9完成一个循环；第二冷媒载体在第三换热器3中完成换热后去空调系统。

在这一流程中，以一个常规地铁站的冷量负荷2300KW为计算目标来计算的话，需要消耗14000Nm3/h的LNG，并需要消耗33KW的电力用于几台液体泵，但同时系统自身可发电约570KW，因此除去几台液体泵的消耗，还有537KW的电力剩余，可以用于其他耗电设备。以每天18小时，每年3个月运行计算，总共需要消耗LNG约17000T，产生电能870000度；而使用传统空调则需要消耗电力约940000度，可以产生可观的效益。

其中的系统也可简化为去掉第二膨胀发电机8和第一LNG泵4，如图2所示，那么要求管网和低温贮槽10过来的LNG带压，同时发电量减少230KW。也可以产生另外的变形设计，如图3，第二膨胀发电机8的LNG首先流经第二换热器2再流入第三换热器3，这样可有效降低第三换热器3的温差，降低制造难度。

本发明从用电的效果来看，低于传统空调的用电量，长期运行费用将降低很多。

Claims (9)

1.一种LNG用于空调的系统，包括由中温制冷剂作为工作介质的闭式循环系统和低温制冷剂作为工作介质的闭式循环系统，其特征在于：中温制冷剂作为工作介质的闭式循环系统包括第二换热器（2）、第三换热器（3）、中温制冷剂泵（6）和第三膨胀发电机（9），中温制冷剂蒸汽在第二换热器（2）中被低温制冷剂和天然气冷凝成液体，然后经过中温制冷剂泵（6）增压，到第三换热器（3）中与空调用的载冷剂换热，被加热成蒸汽，然后进入第三膨胀发电机（9）中膨胀做功发电，最后回到第二换热器（2），完成中温制冷剂闭式循环；低温制冷剂作为工作介质的闭式循环系统包括第一换热器（1）、第二换热器（2）、第三换热器（3）、低温制冷剂泵（5）和第一膨胀发电机（7），低温制冷剂蒸汽在第一换热器（1）中利用液化天然气的冷量被冷凝成液体，然后经过低温制冷剂泵（5）增压，然后进入第二换热器（2），被中温制冷剂蒸汽加热蒸发，低温制冷剂蒸汽进入第三换热器（3）进一步过热，最后到第一膨胀发电机（7）中膨胀发电后回到第一换热器（1），完成低温制冷剂的闭式循环。

2.根据权利要求1所述的LNG用于空调的系统，其特征在于：利用液化天然气冷量的空调的制冷系统还包括第一LNG泵（4）和第二膨胀发电机（8），低温贮槽（10）中的液化天然气先经过第一LNG泵（4）增压，然后依次经过第一换热器（1）、第二换热器（2）和第三换热器（3）后进入第二膨胀发电机（8）发电，从第二膨胀发电机（8）中出来的天然气再经过第三换热器（3），进一步回收其热量，可以提高液化天然气冷量的利用率。

3.根据权利要求2所述的LNG用于空调的系统，其特征在于：低温贮槽（10）中的液化天然气先经过第一LNG泵（4）增压，然后依次经过第一换热器（1）、第二换热器（2）和第三换热器（3）后进入第二膨胀发电机（8）发电，从第二膨胀发电机（8）中出来的天然气再经过第二换热器（2）和第三换热器（3）。

4.根据权利要求1或2所述的LNG用于空调的系统，其特征在于：所述的低温制冷剂采用乙烷或乙烯，中温制冷剂采用丙烷。

5.根据权利要求1或2所述的LNG用于空调的系统，其特征在于：所述的第二换热器（2）又作为冷凝蒸发器使用，低温制冷剂在其中蒸发，中温制冷剂在其中冷凝。

6.根据权利要求1或2所述的LNG用于空调的系统，其特征在于：在第三换热器（3）中获得冷量的空调用载冷剂为水、醇溶液或CO₂。

7.根据权利要求1或2所述的LNG用于空调的系统，其特征在于：所述的第一换热器（1）采用绕管式换热器，第二换热器（2）采用多股流板翅式换热器，第三换热器（3）采用多股流板翅式换热器。

8.根据权利要求2所述的LNG用于空调的系统，其特征在于：低温贮槽（10）中的液化天然气或其它来源的天然气，提供另外一种LNG用于空调的系统，为了把液化天然气低温区的冷量转换为制冷空调用的高温区冷量，包括由中温制冷剂作为工作介质的闭式循环系统和低温制冷剂作为工作介质的闭式循环系统，取消第一LNG泵（4）和第二膨胀发电机（8），低温制冷剂蒸汽在第一换热器（1）中利用液化天然气的冷量被冷凝成液体，然后经过低温制冷剂泵（5）增压，进入第二换热器（2），被中温制冷剂蒸汽加热蒸发，为了提高系统的效率，低温制冷剂蒸汽进入第三换热器（3）中进一步过热，最后到第一膨胀发电机（7）中膨胀做功发电，最后回到第一换热器（1），完成低温制冷剂的闭式循环；中温制冷剂蒸汽在第二换热器（2）中被低温制冷剂和天然气冷凝成液体，然后经过中温制冷剂泵（6）增压，到第三换热器（3）中与空调用的载冷剂换热，被加热成蒸汽，进入第三膨胀发电机（9）中膨胀做功发电，最后回到第二换热器（2），完成中温制冷剂的闭式循环。

9.根据权利要求8所述的LNG用于空调的系统，其特征在于：低温贮槽（10）

中的液化天然气是经过贮槽自增压后的液化天然气，依次经过第一换热器

（1）、第二换热器（2）、第三换热器（3）后直接进入管网供气。

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