CN102536711A - 可梯级回收液化天然气冷能的热声系统 - Google Patents

可梯级回收液化天然气冷能的热声系统 Download PDF

Info

Publication number
CN102536711A
CN102536711A CN2012100171580A CN201210017158A CN102536711A CN 102536711 A CN102536711 A CN 102536711A CN 2012100171580 A CN2012100171580 A CN 2012100171580A CN 201210017158 A CN201210017158 A CN 201210017158A CN 102536711 A CN102536711 A CN 102536711A
Authority
CN
China
Prior art keywords
thermoacoustic
cold energy
heat exchanger
end heat
natural gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN2012100171580A
Other languages
English (en)
Inventor
邱利民
楼平
王波
王凯
孙大明
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhejiang University ZJU
Original Assignee
Zhejiang University ZJU
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhejiang University ZJU filed Critical Zhejiang University ZJU
Priority to CN2012100171580A priority Critical patent/CN102536711A/zh
Publication of CN102536711A publication Critical patent/CN102536711A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)

Abstract

本发明公开了一种可梯级回收液化天然气冷能的热声系统。它由若干个热声发动机、低品位热能供应系统和液化天然气冷能供应系统构成；所述的热声发动机为驻波热声发动机、纯行波热声发动机或活塞调相式热声发动机。所述液化天然气冷能供应系统通过管路依次与若干个热声发动机的冷端换热器相连接，所述低品位热能供应系统通过管路分别与若干个热声发动机的热端换热器相连接。在回热器建立温度梯度，利用热声效应，产生压力波动，将冷能转化为机械能输出，以实现冷能的高效回收。相比于常规的LNG冷能回收方式，本发明提出的多级热声系统结构简单，无机械运动部件，成本低，运行可靠，而且采用多级布置，可梯级回收LNG冷能，冷能回收利用率高。

Description

可梯级回收液化天然气冷能的热声系统
技术领域
本发明涉及热声技术领域，尤其涉及一种可梯级回收液化天然气冷能的热声系统。
背景技术
天然气是一种优质能源，具有热值高、洁净、燃烧污染小等特点。为便于大量储存和运输，通常要在低温下（110K以下）将天然气液化变成液态（即Liquefied Natural Gas, LNG），当使用时，LNG再转化为常温气体，同时释放出大量的冷能。每吨LNG汽化时释放的冷能折合为电量大约为250千瓦时。据此推算，一座300万吨/年的LNG接收站每年可利用的冷能约为7.5亿千瓦时，相当于15万千瓦装机的年发电量。根据我国LNG发展规划，2015年LNG进口将达到552亿立方米即4200万吨，每年可利用的冷能约为105亿千瓦时，因此回收这部分冷能具有相当可观的经济效益和社会效率；反之，不仅造成巨大的浪费，也会对环境造成污染，影响海洋生物正常繁殖和生长。
目前，LNG冷能的利用的途径主要有：a. 利用冷能使工质液化、膨胀做功带动汽轮机发电；b. 液化空气分离；c. 制取液化二氧化碳和干冰；d. 低温粉碎（食物、橡胶、塑料等）；e. 冷库冷源等。由于受到LNG接收站地点、利用过程的温度要求、加工工艺、经济性等诸多因素的影响，上述LNG冷能利用的途径仍然存在成本高，结构复杂等问题，而且较难梯级利用LNG冷能，回收率不高，因此迫切需要一些新的技术和手段，以提高LNG的回收率和经济性。
热声发动机是一种利用热声效应实现热能向声能转变的新型动力机械。不同于其他的机械式发动机，热声发动机在高温端不存在任何机械运动部件，具有结构简单，寿命长，成本低等优点。当热声发动机回热器两端的温差超过一定的临界值后，发动机内的气体工质就会在热声效应的作用下发生周期性的振荡，利用该振荡可以驱动直线发电机或者制冷机。采用常规热源驱动，热声发动机的热效率目前已经达到30%，接近现有内燃机的水平，显示出广阔的应用前景。根据热力学原理，采用低于环境温度的冷源也能驱动热声发动机工作。1993年H. Luck设计了一台同轴型布置的液氮驱动的热声发动机，用以研究低温下的热声振荡效应，从实验上说明了冷能驱动热声发动机的可行性。因此可使用LNG冷能作为热声发动机的冷端驱动源以实现回热器冷热端之间合适的温差，从而驱动发动机产生压力波动，达到对LNG冷能进行回收的目的；其次，可以串联布置多台发动机，将LNG冷能依次传递给热声发动机的冷端换热器，梯级利用LNG的冷量，提高冷能的回收率。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种可梯级回收液化天然气冷能的热声系统。
可梯级回收液化天然气冷能的热声系统由若干个热声发动机、低品位热能供应系统和液化天然气冷能供应系统构成；所述低品位热供应系统通过管路分别与若干个热声发动机的热端换热器相连接，所述液化天然气冷能供应系统通过管路依次与若干个热声发动机的冷端换热器相连接。
所述的热声发动机为驻波热声发动机、纯行波热声发动机或活塞调相式热声发动机。所述的驻波热声发动机包括顺次连接的热端换热器、回热器、冷端换热器、谐振管和气库。所述的纯行波热声发动机包括热端换热器、回热器、冷端换热器和谐振管；热端换热器、回热器、冷端换热器顺次相连，谐振管热端与热端换热器相连，谐振管冷端与冷端换热器相连。所述的活塞调相式热声发动机包括顺次相连的热端换热器、回热器、冷端换热器、振子和弹簧。
本发明通过使用LNG冷能和低品位热能作为热声系统的动力源，实现回热器两端的合适温差，从而驱动发动机产生压力波动，实现冷能向机械能的转化，达到对LNG冷能进行回收的目的。相比常规的冷能回收方式，本发明提出的使用多级热声系统回收LNG冷能，由于热声系统无机械运动部件，因此具有结构简单、成本低和运行可靠等优点；其次，采用多级串联布置，将LNG冷能依次传递给热声发动机的冷端换热器，梯级利用了LNG的冷能，大大提高了冷能的利用率。
附图说明
图1是可梯级回收液化天然气冷能的驻波热声系统示意图；
图2 是可梯级回收液化天然气冷能的纯行波热声系统示意图；
图3 是可梯级回收液化天然气冷能的活塞调相型热声系统示意图；
图中，热端换热器（1）、回热器（2）、冷端换热器（3）、谐振管（4）、气库（5）、活塞（6）、弹簧（7）、低品位热能供应系统（8）、液化天然气冷能供应系统（9）。
具体实施方式
本发明主要有可梯级回收液化天然气冷能的驻波热声系统、可梯级回收液化天然气冷能的纯行波热声系统以及可梯级回收液化天然气冷能的活塞调相型热声系统三种型式。在一个热声系统中亦可以同时存在不同型式的热声发动机。
可梯级回收液化天然气冷能的热声系统，其特征在于：它由若干个热声发动机、低品位热能供应系统（8）和液化天然气冷能供应系统（9）构成；所述低品位热能供应系统（8）通过管路分别与若干个热声发动机的热端换热器相连接，所述液化天然气冷能供应系统（9）通过管路依次与若干个热声发动机的冷端换热器相连接。
所述的热声发动机为驻波热声发动机、纯行波热声发动机或活塞调相式热声发动机。
下面根据附图和实例详细描述本发明，本发明的目的和效果将变得更加明显。
实施例1
如图1所示，可梯级回收液化天然气冷能的驻波热声系统包括若干个驻波热声发动机、低品位热能供应系统（8）和液化天然气供给系统（9），驻波热声发动机包括顺次连接的热端换热器（1）、回热器（2）、冷端换热器（3）、谐振管（4）和气库（5）。低品位热能供应系统（8）采用空气、水或其他低品位热能作为热源，通过管路与各级热声发动机的热端换热器（1）相连。液化天然气供给系统（9）通过管路与第一级热声发动机的冷端换热器（3）相连，当回热器（2）的两端存在足够的温差后，发动机内工质气体即发生周期性的振荡。液化天然气在通过第一级热声发动机的冷端换热器换热气化后，其温度仍低于环境温度，因此仍存在可利用的冷能，于是通过管路进入第二级热声发动机的冷端换热器液化天然气，并且调节低品位热供应系统的温度，使第二级热声发动机回热器（2）的两端产生足够温差，第二级热声发动机工作，工作过程与以上相同。图中示出了一个三级热声系统，实际使用时，可以根据低品位热供应系统和液化天然气供应系统的实际情况，缩减为两级系统或扩展为更多级的系统。
实施例2
如图2所示，可梯级回收液化天然气冷能的纯行波热声系统包括若干个纯行波热声发动机、低品位热能供应系统（8）和液化天然气供给系统（9），所述的纯行波热声发动机包括热端换热器（1）、回热器（2）、冷端换热器（3）和谐振管（4）；热端换热器（1）、回热器（2）、冷端换热器（3）顺次相连，谐振管（4）热端与热端换热器（1）相连，谐振管（4）冷端与冷端换热器（3）相连。低品位热能供应系统（8）采用空气、水或其他低品位的热能作为热源，通过管路与各级热声发动机的热端换热器（1）相连。液化天然气供给系统（9）通过管路与第一级热声发动机的冷端换热器（3）相连，当回热器（2）的两端存在足够的温差后，发动机内工质气体即发生周期性的振荡。液化天然气在通过第一级热声发动机的冷端换热器换热气化后，其温度仍低于环境温度，因此仍存在可利用的冷能，于是通过管路进入第二级热声发动机的冷端换热器（3），并且调节低品位热能供应系统的温度，使第二级热声发动机回热器（2）的两端产生足够温差，第二级热声发动机工作，工作过程与以上相同。图中示出了一个三级热声系统，实际使用时，可以根据低品位热能供应系统和液化天然气供应系统的实际情况，缩减为两级系统或扩展为更多级的系统。
实施例3
如图3所示，可梯级回收液化天然气冷能的活塞调相式热声系统包括若干个活塞调相式热声发动机、低品位热能供应系统（8）和液化天然气供给系统（9），所述的活塞调相式热声发动机包括顺次相连的热端换热器（1、回热器（2、冷端换热器（3）、振子（6）和弹簧（7）。低品位热能供应系统（8）采用空气、水或其他低品位的热能作为热源，通过管路与各级热声发动机的热端换热器（1）相连。液化天然气供给系统（9）通过管路与第一级热声发动机的冷端换热器（3）相连，当回热器（2）的两端存在足够的温差后，发动机内工质气体即发生周期性的振荡。液化天然气在通过第一级热声发动机的冷端换热器换热气化后，其温度仍低于环境温度，因此仍存在可利用的冷能，于是通过管路进入第二级热声发动机的冷端换热器（3），并且调节低品位热能供应系统的温度，使第二级热声发动机回热器（2）的两端产生足够温差，第二级热声发动机工作，工作过程与以上相同。图中示出了一个三级热声系统，实际使用时，可以根据低品位热能供应系统和液化天然气供应系统的实际情况，缩减为两级系统或扩展为更多级的系统。

Claims (5)

1.一种可梯级回收液化天然气冷能的热声系统，其特征在于：它由若干个热声发动机、低品位热能供应系统（8）和液化天然气冷能供应系统（9）构成；所述低品位热供应系统（8）通过管路分别与若干个热声发动机的热端换热器相连接，所述液化天然气冷能供应系统（9）通过管路依次与若干个热声发动机的冷端换热器相连接。
2.根据权利要求1所述的一种可梯级回收液化天然气冷能的热声系统，其特征在于，所述的热声发动机为驻波热声发动机、纯行波热声发动机或活塞调相式热声发动机。
3.根据权利要求2所述的一种可梯级回收液化天然气冷能的热声系统，其特征在于，所述的驻波热声发动机包括顺次连接的热端换热器（1）、回热器（2）、冷端换热器（3）、谐振管（4）和气库（5）。
4.根据权利要求2所述的一种可梯级回收液化天然气冷能的热声系统，其特征在于，所述的纯行波热声发动机包括热端换热器（1）、回热器（2）、冷端换热器（3）和谐振管（4）；热端换热器（1）、回热器（2）、冷端换热器（3）顺次相连，谐振管（4）热端与热端换热器（1）相连，谐振管（4）冷端与冷端换热器（3）相连。
5.根据权利要求2所述的一种可梯级回收液化天然气冷能的热声系统，其特征在于，所述的活塞调相式热声发动机包括顺次相连的热端换热器（1）、回热器（2）、冷端换热器（3）、振子（6）和弹簧（7）。
CN2012100171580A 2012-01-19 2012-01-19 可梯级回收液化天然气冷能的热声系统 Pending CN102536711A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2012100171580A CN102536711A (zh) 2012-01-19 2012-01-19 可梯级回收液化天然气冷能的热声系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2012100171580A CN102536711A (zh) 2012-01-19 2012-01-19 可梯级回收液化天然气冷能的热声系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN102536711A true CN102536711A (zh) 2012-07-04

Family

ID=46344473

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2012100171580A Pending CN102536711A (zh) 2012-01-19 2012-01-19 可梯级回收液化天然气冷能的热声系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102536711A (zh)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103017401A (zh) * 2012-12-12 2013-04-03 浙江大学 采用冷能的声功放大装置
CN103983007A (zh) * 2014-05-09 2014-08-13 广东万和新电气股份有限公司 带发电装置的燃气热水装置
CN104653330A (zh) * 2013-11-22 2015-05-27 同济大学 一种冷源脉管发动机和基于冷源脉管发动机的发电装置
CN105114268A (zh) * 2015-08-06 2015-12-02 同济大学 一种液化天然气冷能驱动的热声系统
CN105698430A (zh) * 2016-02-03 2016-06-22 同济大学 一种热声制冷系统及其应用
CN105909485A (zh) * 2016-04-21 2016-08-31 中国科学院理化技术研究所 一种串级热声发电装置
JP2016183767A (ja) * 2015-03-26 2016-10-20 大阪瓦斯株式会社 気化設備
CN110080905A (zh) * 2019-04-18 2019-08-02 杭州紫明冷链科技有限责任公司 一种基于热声技术的冷能梯级利用方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09105500A (ja) * 1995-10-11 1997-04-22 Kagura Inbesuto Kk 液化ガスの流出防止弁
CN101440791A (zh) * 2008-12-29 2009-05-27 浙江大学 多级热声压缩系统
CN201281557Y (zh) * 2008-06-20 2009-07-29 诸城市良丰容器设备有限公司 高效低温液体汽化器

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09105500A (ja) * 1995-10-11 1997-04-22 Kagura Inbesuto Kk 液化ガスの流出防止弁
CN201281557Y (zh) * 2008-06-20 2009-07-29 诸城市良丰容器设备有限公司 高效低温液体汽化器
CN101440791A (zh) * 2008-12-29 2009-05-27 浙江大学 多级热声压缩系统

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103017401A (zh) * 2012-12-12 2013-04-03 浙江大学 采用冷能的声功放大装置
CN103017401B (zh) * 2012-12-12 2015-06-03 浙江大学 采用冷能的声功放大装置
CN104653330A (zh) * 2013-11-22 2015-05-27 同济大学 一种冷源脉管发动机和基于冷源脉管发动机的发电装置
CN104653330B (zh) * 2013-11-22 2016-03-02 同济大学 一种冷源脉管发动机和基于冷源脉管发动机的发电装置
CN103983007A (zh) * 2014-05-09 2014-08-13 广东万和新电气股份有限公司 带发电装置的燃气热水装置
JP2016183767A (ja) * 2015-03-26 2016-10-20 大阪瓦斯株式会社 気化設備
CN105114268A (zh) * 2015-08-06 2015-12-02 同济大学 一种液化天然气冷能驱动的热声系统
CN105698430A (zh) * 2016-02-03 2016-06-22 同济大学 一种热声制冷系统及其应用
CN105698430B (zh) * 2016-02-03 2018-10-26 同济大学 一种热声制冷系统及其应用
CN105909485A (zh) * 2016-04-21 2016-08-31 中国科学院理化技术研究所 一种串级热声发电装置
CN105909485B (zh) * 2016-04-21 2018-11-09 中国科学院理化技术研究所 一种串级热声发电装置
CN110080905A (zh) * 2019-04-18 2019-08-02 杭州紫明冷链科技有限责任公司 一种基于热声技术的冷能梯级利用方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102536711A (zh) 可梯级回收液化天然气冷能的热声系统
CN103016152B (zh) 一种新型流程的超临界空气储能系统
CN112780409B (zh) 一种采用连续爆轰的燃机与液态压缩空气储能耦合系统及方法
CN202811078U (zh) 超超临界空气储能/释能系统
CN202970911U (zh) 一种新型流程的超临界空气储能系统
US9217423B2 (en) Energy storage system using supercritical air
CN101427007B (zh) 存储能量的方法和低温能量存储系统
CN102758748A (zh) 高压液态空气储能/释能系统
CN109826683A (zh) 一种可高效利用低温冷能的有机朗肯循环发电系统
CN116247700B (zh) 一种基于lng冷能利用的液态空气储能系统
CN104266454A (zh) 燃气-超临界二氧化碳联合动力的液化天然气生产系统
CN102996378A (zh) 以烃类混合物为工质回收液化天然气冷能发电的方法
CN104822807A (zh) 生产和分配液态天然气的方法
CN102817655A (zh) 错峰供电的综合能源管理系统及其方法
CN102230403A (zh) 利用深冷技术实现低温热能发电的方法和设备
Garcia et al. Critical review of the first-law efficiency in different power combined cycle architectures
CN116006292A (zh) 一种耦合lng冷能、orc技术和自然热源的液化空气储能系统及其工作方法
Nabat et al. Liquid air energy storage
Liu et al. Advanced exergy and exergoeconomic analysis of a multi-stage Rankine cycle system combined with hydrate energy storage recovering LNG cold energy
CN203035472U (zh) 一种以烃类混合物为工质回收液化天然气冷能发电的系统
CN105114268A (zh) 一种液化天然气冷能驱动的热声系统
CN109339973A (zh) 一种液化天然气冷能利用系统
CN212803351U (zh) 一种lng冷能利用发电装置
CN104747389A (zh) 一种基于太阳能循环发电的液化天然气气化系统及方法
KR20240042681A (ko) 수소를 생산하기 위한 방법 및 시스템

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C12 Rejection of a patent application after its publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20120704