CN103507598A - 利用lng冷能的冷暖空调系统及工程机械 - Google Patents

Abstract

本发明公开了利用LNG冷能的冷暖空调系统及工程机械，属于机械制造领域，包括LNG输送管路、低温换热管路、高温换热管路和发动机冷却液管路。储液罐1、第一换热器3、第二换热器6的第一管路和发动机5通过LNG输送管路依次连接并相通。防冻液罐15、第一换热器3和混合罐10通过低温换热管路依次连接并相通。防冻液罐15、第二换热器6的第二管路和混合罐10通过高温换热管路依次连接并相通。本发明的实施例通过采用两级换热装置，以较为简易的结构利用LNG冷能，提升LNG冷能利用率，并且结构紧凑，安装方便。

Description

利用LNG冷能的冷暖空调系统及工程机械

技术领域

本发明属于机械设备制造领域，涉及一种冷暖空调系统，尤其涉及一种利用LNG冷能的冷暖空调系统及工程机械。

背景技术

传统空调在制冷时，分配部分发动机功率，由皮带带动空调压缩机做功，低压制冷剂在蒸发器中汽化吸热实现制冷的功能，。在制热时，使用发动机高温冷却水流过加热器获得暖气。由于夏季蒸发器和冬季供暖加热器中流动的流体种类与形态不同（蒸发器中流动两相制冷剂，加热器中流动冷却水），通常是做成两个独立换热器前后布置，共用一个风扇。

随着人们对清洁能源利用的逐步重视，使用LNG（液化天然气）作为燃料的场所越来越多，目前在城市公交车、长途运输客车、重型卡车、部分工程机械上已有成熟的应用。

LNG作为燃料使用时，需要从-162℃的低温液体加热汽化到大约55℃气体。使用发动机冷却水做热源，在汽化过程中会释放大量的冷能。如果利用这部分冷能调节驾驶室温度，从而取代传统空调，不仅能降低传统空调对发动机的负荷，降低油耗，而且能减少制冷剂的使用和泄漏，实现能量的综合利用和环境保护。

现有的LNG应用技术中存在的技术问题主要有：

1，利用LNG冷能装置结构复杂，搭载在不同主机时通用率低。

2，实现制冷功能时，单纯配置使用LNG冷能的利用装置，在制热时，仍需使用加热器，安装所有部件所需空间大，部件通用性较差。

3，换热温差较大时，传热流体媒介如果流量不足，则易凝固，损坏热交换器。

发明内容

有鉴于此，本发明通过采用两级换热装置，以较为简易的结构利用LNG冷能，提升LNG冷能利用率，并且结构紧凑，安装方便。

为达到上述目的，具体技术方案如下：

一方面，提供一种利用LNG冷能的冷暖空调系统，包括储液罐、第一换热器、第二换热器、发动机、防冻液罐、第一控制阀、第二控制阀、混合罐、散热器、控制器、LNG输送管路、低温换热管路、高温换热管路和发动机冷却液管路，所述第二换热器中设有第一管路和第二管路，所述储液罐、第一换热器、第二换热器的第一管路和发动机通过LNG输送管路依次连接并相通，所述防冻液罐、第一换热器和混合罐通过低温换热管路依次连接并相通，所述防冻液罐、第二换热器的第二管路和混合罐通过高温换热管路依次连接并相通，所述混合罐、散热器和防冻液罐依次连接并相通，所述发动机和第二换热器的内腔通过发动机冷却液管路连接并相通，所述第一控制阀、第二控制阀分别设于所述低温换热管路、高温换热管路中，所述控制器分别与所述第一控制阀、第二控制阀相连。

优选的，还包括分别设于所述第一换热器和混合罐上的第一温度传感器和第二温度传感器，所述第一温度传感器和第二温度传感器分别与所述控制器相连。

优选的，所述低温换热管路、高温换热管路中均设有单向阀。

优选的，所述第二换热器（6）设有三个进口和三个出口，所述三个进口分别与所述LNG输送管路、高温换热管路、发动机冷却液管路相通，所述三个出口分别与所述LNG气化后输送NG的LNG输送管路、高温换热管路、发动机冷却液管路相通。

优选的，通过所述第一温度传感器（4）、第二温度传感器（11）监控管路温度，并反馈信号至所述控制器13，所述控制器13调节所述第一控制阀（18）和第二控制阀（17）内冷却液的流量，实现温度控制。

优选的，所述低温换热管路、高温换热管路中设有电动泵，所述电动泵与所述控制器相连。

优选的，所述LNG输送管路中还设有缓冲瓶，所述第二换热器的第一管路通过所述缓冲瓶与所述发动机相连。

另一方面，还提供了一种工程机械，包括如上所述的利用LNG冷能的冷暖空调系统。

相对于现有技术，本发明的技术方案的优点有：

1、综合利用LNG冷能和发动机冷却水实现无级调节温度的功能，调温范围大，节省发动机功率；

2、系统结构紧凑，占用空间小，使用一块散热器即可实现冷暖温度调节，部件成本低，易于安装使用；

3、发动机原需引出两条高温冷却水回路，一条为LNG换热器加热汽化LNG，另一条连接驾驶室空调，为冬季驾驶室使用空调提供热源。本发明的技术方案简化了管路，只需使用一条高温冷却水回路。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明实施例的结构示意图；

图2是本发明另一实施例的结构示意图。

其中，1为储液罐、2为隔热保温装置、3为第一换热器、4为第一温度传感器、5为发动机、6为第二换热器、7为缓冲瓶、8为第一单向阀、9为第二单向阀、10为混合罐、11为第二温度传感器、12为风扇、13为控制器、14为散热器、15为防冻液罐、16为电动泵、17为第二控制阀、18为第一控制阀。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

以下将结合附图对本发明的实施例做具体阐释。

如图1和2中所示的本发明的实施例的一种利用LNG冷能的冷暖空调系统，包括储液罐1、第一换热器3、第二换热器6、发动机5、防冻液罐15、第一控制阀18、第二控制阀17、混合罐10、散热器14、控制器13、LNG输送管路、低温换热管路、高温换热管路和发动机冷却液管路。第二换热器6中设有第一管路和第二管路。

储液罐1、第一换热器3、第二换热器6的第一管路和发动机5通过LNG输送管路依次连接并相通。防冻液罐15、第一换热器3和混合罐10通过低温换热管路依次连接并相通。防冻液罐15、第二换热器6的第二管路和混合罐10通过高温换热管路依次连接并相通。混合罐10、散热器14和防冻液罐15依次连接并相通。发动机5和第二换热器6的内腔通过发动机冷却液管路连接并相通。第一控制阀18、第二控制阀17分别设于低温换热管路、高温换热管路中。控制器13分别与第一控制阀18、第二控制阀17相连。

本发明的实施例通过采用两级换热装置，以较为简易的结构利用LNG冷能，提升LNG冷能利用率，并且结构紧凑，安装方便。

如图1中所示，在本发明的实施例中，分三个流体管路和一个控制回路：

1，LNG输送管路。液化天然气（LNG）从储液罐1中流出，经过带有隔热保温装置2的LNG输送管路，依次通过第一换热器3与第二换热器6，变成气态天然气(NG)，输送至发动机5。

在换热器3中，-160℃的LNG吸收热量，将部分冷能传递至第一换热器3空腔内防冻液A，防冻液A可采用乙二醇的水基型防冻液，冰点可达到-60℃左右。相比LNG输送管路中流动的LNG溶液，相对体积大并且流动的防冻液可充分吸收冷能，并防止防冻液凝固损坏换热器。

2，发动机冷却液管路。将天然气发动机5的冷却水引至第二换热器6中，经热量交换后，流回发动机5。在第二换热器6中，内置两条管路，第一管路通过LNG，第二管路通过上述防冻液A。第一管路中LNG充分吸热，汽化成NG，输送至缓冲瓶7中，将一定量压缩NG送至发动机燃烧。在第二管路中，流动防冻液A，吸收第二换热器6空腔中发动机5冷却水的热量，发动机5的冷却水进第二换热器6时的水温在90℃以上，可充分加热管路中防冻液A。

发动机5的冷却水也是一种防冻液B，视使用环境调整冰点，一般地区冰点在-25℃即可达到使用要求。

3，换热系统管路，包括低温换热管路和高温换热管路。用防冻液A做热交换媒介，通过电动泵16给管路加压，通过第一控制阀18和第二控制阀17，优选为节流阀调节管路流量，分别通过第一换热器3和第二换热器6第二管路，第一单向阀8和第二单向阀9，得到温度差异较大的两股流体在混合罐10中混合。调整温度，然后将适宜温度的防冻液A（制冷时，温度较低；制热时，温度较高）送至散热器14中，通过风扇12将散热器内流体的的温度传递至驾驶室。

在驾驶室内部安置防冻液罐15，由于水易挥发，乙二醇相对性质稳定，冷却液A的乙二醇浓度在长期使用的过程中可能会逐渐升高，从防冻液罐15上查看溶液的量，适时添加软化水，维持乙二醇的浓度在合适的范围内，保证防冻液A的使用性能。

4，系统控制回路。通过第一温度传感器4和第二温度传感器11，收集第一换热器3和混合罐10的流体温度，信号传递至控制器13，由控制器13控制风扇12的转速，电动泵16的转速，第二控制阀17和第一控制阀18的开度。

当需制冷时，增大第一控制阀18的流量，减小或者关闭第二控制阀17的流量，混合罐10中防冻液A经混合温度中和后，为低温流体，由第二温度传感器11检测混合罐10内的防冻液温度，如温度过低，则适当减小第一控制阀18的流量，增大第二控制阀17的流量，如温度过高，则反之。

当需制热时，增大第二控制阀17的流量，减小第一控制阀18的流量，混合罐10中防冻液A经混合温度中和后，为高温流体，由第二温度传感器11检测混合罐10内的水温，如温度过高，则适当减小第二控制阀17的流量，增大第一控制阀18的流量，如温度过低，则反之。

在第一换热器3上的第一温度传感器4监测内部冷却液A的温度，当温度过低接近冷却液A的冰点时，由控制器13增大第一控制阀18的流量，防止冷却液A过冷凝结，损坏第一换热器3。

如图1中所示，在本发明的实施例中，可将第二控制阀17和第一控制阀18以及其上的控制元件做成一个组件，起到分流、节流、控制的作用。

如图2中所示，在本发明的另一实施例中，将发动机冷却液管路和高温换热管路综合为一个管路系统，即第二换热器6设有三个进口和两个出口，三个进口分别与LNG输送管路、高温换热管路、发动机冷却液管路相通。两个出口与高温换热管路、LNG输送管路相通。第二换热器6内腔冷却液经热交换后引出管道，通过支路引至混合罐10，通过调节支路流量，控制输送至混合罐10的热能。此实施例使用同一种换热媒介，即直接使用发动机防冻液，如乙二醇溶液，根据其冰点，适当调整支路流量。

本发明的实施例中还包括一种工程机械，设有如上述的利用LNG冷能的冷暖空调系统。由于上述利用LNG冷能的冷暖空调系统具有上述技术效果，因此，设有该利用LNG冷能的冷暖空调系统的工程机械也应具备相应的技术效果，其具体实施过程与上述实施例类似，兹不赘述。

以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (8)

1.一种利用LNG冷能的冷暖空调系统，其特征在于，包括储液罐（1）、第一换热器（3）、第二换热器（6）、发动机（5）、防冻液罐（15）、第一控制阀（18）、第二控制阀（17）、混合罐（10）、散热器（14）、控制器（13）、LNG输送管路、低温换热管路、高温换热管路和发动机冷却液管路，所述第二换热器（6）中设有第一管路和第二管路，所述储液罐（1）、第一换热器（3）、第二换热器（6）的第一管路和发动机（5）通过LNG输送管路依次连接并相通，所述防冻液罐（15）、第一换热器（3）和混合罐（10）通过低温换热管路依次连接并相通，所述防冻液罐（15）、第二换热器（6）的第二管路和混合罐（10）通过高温换热管路依次连接并相通，所述混合罐（10）、散热器（14）和防冻液罐（15）依次连接并相通，所述发动机（5）和第二换热器（6）的内腔通过发动机冷却液管路连接并相通，所述第一控制阀（18）、第二控制阀（17）分别设于所述低温换热管路、高温换热管路中，所述控制器（13）分别与所述第一控制阀（18）、第二控制阀（17）相连。

2.如权利要求1所述的利用LNG冷能的冷暖空调系统，其特征在于，还包括分别设于所述第一换热器（3）和混合罐（10）上的第一温度传感器（4）和第二温度传感器（11），所述第一温度传感器（4）和第二温度传感器（11）分别与所述控制器（13）相连。

3.如权利要求1所述的利用LNG冷能的冷暖空调系统，其特征在于，所述低温换热管路、高温换热管路中均设有单向阀。

4.如权利要求1所述的利用LNG冷能的冷暖空调系统，其特征在于，所述第二换热器（6）设有三个进口和三个出口，所述三个进口分别与所述LNG输送管路、高温换热管路、发动机冷却液管路相通，所述三个出口分别与所述LNG气化后输送NG的LNG输送管路、高温换热管路、发动机冷却液管路相通。

5.如权利要求2所述的利用LNG冷能的冷暖空调系统，其特征在于，通过所述第一温度传感器（4）、第二温度传感器（11）监控管路温度，并反馈信号至所述控制器13，所述控制器13调节所述第一控制阀（18）和第二控制阀（17）内冷却液的流量，实现温度控制。

6.如权利要求1所述的利用LNG冷能的冷暖空调系统，其特征在于，所述低温换热管路、高温换热管路中设有电动泵（16），所述电动泵（16）与所述控制器（13）相连。

7.如权利要求1所述的利用LNG冷能的冷暖空调系统，其特征在于，所述LNG输送管路中还设有缓冲瓶（7），所述第二换热器（6）的第一管路通过所述缓冲瓶（7）与所述发动机（5）相连。

8.一种工程机械，其特征在于，包括如权利要求1至7任一项所述的利用LNG冷能的冷暖空调系统。

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