CN103953457B - 一种船用柴油-lng双燃料发动机多级交叉换热装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种船用柴油-LNG双燃料发动机多级交叉换热装置，包括膨胀水箱、第一换热器、第二换热器、第三换热器、汽化器、加热器，膨胀水箱设置海水管路，膨胀水箱与第一换热器通过第一管路相连通，第一换热器与第二换热器之间通过第二管路相连通，第二换热器与膨胀水箱之间通过第三管路相连通，柴油机排气管穿过第一换热器并与第一换热器进行换热，汽化器和加热器里安装LNG管，第二换热器里安装第四管路，第四管路的两端均连通汽化器，第三换热器里安装第五管路，第五管路的两端均连通加热器，冷却水进水管和冷却水出水管分别与第三换热器连通。本发明在LNG发生泄漏的情况下能够提供多重保护，提高了安全性。

Description

一种船用柴油-LNG双燃料发动机多级交叉换热装置

技术领域

本发明涉及的是一种发动机，具体地说是发动机的换热装置。

背景技术

柴油机是各种通用机械及船用机械的主要动力来源，得到了广泛的应用，它具有结构相对简单，可靠性高等优点。而目前我国的柴油机产品在节能环保指标上与国际水平还有很大的差距。关键核心技术欠缺，节能减排标准体系不健全，高能耗，高排放，低性能柴油机产品仍在大量使用。面对扑面而来的全球低碳经济发展浪潮，近几年来为了降低柴油机的排放，主要是碳烟和微粒的排放，柴油-天然气双燃料发动机得到了迅速的发展。柴油-天然气双燃料发动机是指在柴油机上加装一套天然气供气系统和控制柴油机喷油泵齿条位移的装置，可以使柴油机燃用柴油和天然气两种混合燃料，也可以恢复燃用纯柴油运行。双燃料发动机系统只要是对柴油机引燃柴油量和天然气供给量进行控制，使两者在不同的工况下达到合适的匹配，以满足发动机动力性、经济性和限制排放的要求。与现有的大量应用的柴油机相比，双燃料发动机能显著的降低发动机的碳烟微粒排放，具有良好的推广前景。

发明内容

本发明的目的在于提供提高发动机热效率的一种船用柴油-LNG双燃料发动机多级交叉换热装置。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种船用柴油-LNG双燃料发动机多级交叉换热装置，其特征是：包括膨胀水箱、第一换热器、第二换热器、第三换热器、汽化器、加热器，膨胀水箱设置海水管路，海水管路的两端分别设置海水进水口和海水出水口，膨胀水箱与第一换热器通过第一管路相连通，第一换热器与第二换热器之间通过第二管路相连通，第二换热器与膨胀水箱之间通过第三管路相连通，柴油机排气管穿过第一换热器并与第一换热器进行换热，汽化器和加热器里安装LNG管，LNG管的进口设置LNG阀门，LNG管的出口连接天然气出口管路，第二换热器里安装第四管路，第四管路的两端均连通汽化器，第三换热器里安装第五管路，第五管路的两端均连通加热器，发动机冷却水进水管和发动机冷却水出水管分别与第三换热器连通。

本发明还可以包括：

1、还包括生活水箱、水套，水套套在发动机排气管上与发动机排气管进行换热，水套进口端通过第六管路与生活水箱连通，水套出口端通过第七管路与生活水箱连通，第六管路上设置温控水泵。

2、汽化器和加热器采用一体式结构，其中间通过隔板隔开；第一管路上安装第一水泵，第四管路的一端安装第二水泵，第五管路的一端安装第三水泵。

3、第一管路上旁通有回流管，回流管与膨胀水箱连通，回流管上设置回流管阀门。

4、膨胀水箱上设置风帽。

本发明的优势在于：本发明在柴油机模式下可以对排气管进行排热。当在柴油-LNG双燃料模式下，多级交叉换热器可以回收排气热量和发动机冷却热量对LNG进行气化和加热，使之达到发动机进气温度要求。在两种模式下都可以提供生活用热水。本发明提高了发动机的热效率，同时在LNG发生泄漏的情况下能够提供多重保护，提高了安全性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1，本发明包括膨胀水箱1、换热器2、换热器3、换热器4、汽化器5、加热器6。密闭的膨胀水箱1内装有海水管路15，管路15左右两端分别为进水口和出水口。回流管12上端与管路13相连，下端通往膨胀水箱1顶部。管路13与膨胀水箱1相连，其下端管口靠近膨胀水箱1底部，上端与换热2一端相连，管路31与换热器2另一端相连并通往换热器3顶部入口。管路14右端与换热器3下方连通，左端与膨胀水箱1上方连通。生活水箱8与水套7通过管路30和温控水泵29所在管路相连，其中管路30下端在生活水箱8顶部，温控水泵29所在管路通往生活水箱8靠近箱底处。汽化器5和加热器6采用一体式结构，它们在一个箱体内，中间由隔板隔开。LNG管在汽化器5和加热器6内通过，并经过隔板。管路18安装在换热器3内，两端与汽化器5连通，左端管口靠近汽化器5箱体底部，右端管口在汽化器5箱体顶部。管路19安装在换热器4内，两端与加热器6连通，左端管口靠近加热器6箱体底部，右端管口在加热器6箱体顶部。发动机冷却水进水管22与换热器4左上方连通，发动机冷却水出水管23与换热器4右上方连通。

当发动机为柴油-LNG双燃料模式时，LNG汽化器由换热器2通过回收排气热来提供热量。LNG加热器由发动机冷却水提供热量。这两种独立的热量供应系统共同完成LNG的汽化和加热过程，两个系统共同组成了一个冗余系统，当其中一个系统出现故障时，可以通过加大另一个系统的换热量来独立完成LNG的汽化和加热过程，使发动机仍可以正常工作，提高了整个装置的可靠性。

汽化器5和换热器3通过管路18连接，加热器6和换热器4通过管路19连接。当汽化器5内天然气管路发生泄漏时，汽化器5箱体和管路18可以提供保护防止泄漏。当加热器6内天然气管路发生泄漏时，加热器6的箱体和管路19可以提供保护防止泄漏。本发明提供的装置可以对天然气泄漏提供保护，防止发生爆炸，安全性很高。

利用换热器2和换热器4分别对排气热和发动机冷却水热量进行回收利用，并通过水套7吸收排气热用于提供生活用热水，整套装置充分利用发动机排热，降低机舱温度，减少能源浪费。

当发动机在柴油机工作模式时，LNG阀门28关闭，LNG汽化器停止工作。发动机冷却水阀门26关闭，LNG加热器停止工作。过滤后的海水通过管路15在膨胀水箱1内与闭式内循环冷却水进行换热，冷却后的内循环冷却水由电动水泵10泵入管路13，因为蝶阀11关闭，回流管停止回流，冷却水全部进入换热器2对排气管进行降温，换热后的冷却水通过管路31进入换热器3，最后通过管路14流回膨胀水箱1，完成一个闭式循环。部件27为风帽，其作用是将闭合回路中产生的蒸汽排出。水箱8为船员用的生活热水箱，生活用水由进水管9加入，水泵29为温控水泵，它将生活用水泵入水套7吸收排气管24的排气热，加热后的生活用水通过管路30返回水箱8，随着不断的吸收排气热，水箱内的生活用水温度逐渐提高，当温度达到温控水泵29设定的温度后，温控水泵停止工作。管路17为热水出水管，生活热水经管路17提供给船员使用。当水温低于设定温度时，温控水泵即开启，对生活用水进行加热。发动机在柴油机工作模式时，本发明提供的装置的作用是为排气管降温并提供生活热水。

当发动机为柴油-LNG双燃料发动机工作模式时，蝶阀11开启，回流管开始工作。LNG阀门28开启，有LNG进入管路20。发动机冷却水阀门26开启，发动机冷却水开始进入换热器4。电动水泵32开启，使汽化器5内的换热介质开始循环换热。电动水泵33开启，使加热器6内的换热介质开始循环换热。这时整套换热装置的工作过程为：过滤后的海水通过管路15在膨胀水箱1内与闭式内循环冷却水进行换热，冷却后的内循环冷却水由电动水泵10泵入管路13，并进入换热器2。通过调节蝶阀11来控制回流管流量，使多余的冷却水由回流管12返回膨胀水箱，从而通过蝶阀控制了进入换热器2的冷却水量，也就控制了换热量。经换热器2加热后的循环水由管路31进入换热器3后，由回水管路14流回膨胀水箱1，完成一个闭式循环。换热器3的结构如图1所示，其内部的管路18与汽化器5相通，在柴油-LNG双燃料模式下，LNG储存罐内的LNG由阀门28放出，并通过管路20进入汽化器5。因为LNG的温度为-162℃，温度极低，为了防止管路结冰影响换热，从而使LNG汽化效率降低，这里的管路18和汽化器5内采用体积浓度为57.8的水/乙二醇溶液作为换热介质。因为体积浓度为57.8水/乙二醇溶液的冰点为-57.8℃，冰点非常低，能够有效的防止LNG管路结冰，提高汽化效率。经过换热器2的内循环冷却水在换热器3内对管路18内的水/乙二醇溶液进行加热，加热后的水/乙二醇溶液进入汽化器5，与LNG管路进行换热，从而实现LNG的汽化，汽化后的天然气温度大约为-120℃左右。这里的汽化器5和加热器6采用一体式结构，中间有结构隔开。汽化器5和加热器6，以及管路18和管路19均采用不锈钢材料，不锈钢材料能有效的防止冷脆，且强度非常高，可以防止LNG发生泄漏。发动机冷却水阀门26打开，发动机冷却水进入换热器4内，对管路19进行加热，然后经管路23流出，这里可以通过调节阀门26来控制发动机冷却水流量，从而控制了换热量。因为进入加热器6内天然气管路内的天然气温度仍然非常低，因此管路19和加热器内仍选择体积浓度为57.8水/乙二醇溶液。发动机冷却水在换热器4内对管路19内的水/乙二醇溶液加热，为加热器6提供热量，使加热器6完成对低温汽化天然气的加热，使其满足柴油-LNG双燃料发动机的进气温度要求，管路21出口处即为符合发动机进气温度要求的天然气。在天然气出口管路21上安装有温度感应器25，它可以测量流出管路21的天然气温度。当温度低于要求温度时，可以加大换热器2和换热器4的换热量来提高天然气温度。当温度高于要求温度时，则可以减少换热器2和换热器4的换热量。通过换热器2和换热器4的共同调节来保障天然气出口管路的天然气温度符合发动机进气温度要求。

Claims (9)

1.一种船用柴油-LNG双燃料发动机多级交叉换热装置，其特征是：包括膨胀水箱、第一换热器、第二换热器、第三换热器、汽化器、加热器，膨胀水箱设置海水管路，海水管路的两端分别设置海水进水口和海水出水口，膨胀水箱与第一换热器通过第一管路相连通，第一换热器与第二换热器之间通过第二管路相连通，第二换热器与膨胀水箱之间通过第三管路相连通，柴油机排气管穿过第一换热器并与第一换热器进行换热，汽化器和加热器里安装LNG管，LNG管的进口设置LNG阀门，LNG管的出口连接天然气出口管路，第二换热器里安装第四管路，第四管路的两端均连通汽化器，第三换热器里安装第五管路，第五管路的两端均连通加热器，发动机冷却水进水管和发动机冷却水出水管分别与第三换热器连通。

2.根据权利要求1所述的一种船用柴油-LNG双燃料发动机多级交叉换热装置，其特征是：还包括生活水箱、水套，水套套在发动机排气管上与发动机排气管进行换热，水套进口端通过第六管路与生活水箱连通，水套出口端通过第七管路与生活水箱连通，第六管路上设置温控水泵。

3.根据权利要求1或2所述的一种船用柴油-LNG双燃料发动机多级交叉换热装置，其特征是：汽化器和加热器采用一体式结构，其中间通过隔板隔开；第一管路上安装第一水泵，第四管路的一端安装第二水泵，第五管路的一端安装第三水泵。

4.根据权利要求1或2所述的一种船用柴油-LNG双燃料发动机多级交叉换热装置，其特征是：第一管路上旁通有回流管，回流管与膨胀水箱连通，回流管上设置回流管阀门。

5.根据权利要求3所述的一种船用柴油-LNG双燃料发动机多级交叉换热装置，其特征是：第一管路上旁通有回流管，回流管与膨胀水箱连通，回流管上设置回流管阀门。

6.根据权利要求1或2所述的一种船用柴油-LNG双燃料发动机多级交叉换热装置，其特征是：膨胀水箱上设置风帽。

7.根据权利要求3所述的一种船用柴油-LNG双燃料发动机多级交叉换热装置，其特征是：膨胀水箱上设置风帽。

8.根据权利要求4所述的一种船用柴油-LNG双燃料发动机多级交叉换热装置，其特征是：膨胀水箱上设置风帽。

9.根据权利要求5所述的一种船用柴油-LNG双燃料发动机多级交叉换热装置，其特征是：膨胀水箱上设置风帽。