CN104457087A - 一种可持续供冷的lng发动机制冷系统及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可持续供冷的LNG发动机制冷系统，属于LNG冷能利用领域。本发明包括LNG储液罐、LNG蒸发器、汽化器、缓冲罐、LNG发动机、加载器和发动机动力切换装置，LNG储液罐内的液态天然气依次经过LNG蒸发器和汽化器换热气化并经过缓冲罐后进入LNG发动机中，LNG发动机通过发动机动力切换装置与加载器相连，加载器用于提供LNG发动机空载或低负载工作时的负荷。本发明通过将LNG发动机的动力提供给加载器，使LNG发动机在车辆或船舶停驶状态仍然能够一直处于有负荷的工作状态，确保了LNG释放的冷能充分地、连续地、稳定地提供给冷藏车箱或冷藏船舱中，从根本上解决了冷藏车和冷藏船等供冷不稳定的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种LNG发动机制冷系统及其应用，更具体地说，涉及一种可持续供冷的LNG发动机制冷系统及其应用。
背景技术
液态天然气(LNG)被公认为地球上最干净的石化能源，无色、无味、无毒且无腐蚀性。液态天然气在使用时需要重新气化，在气化过程中释放大量冷能。LNG发动机就是以液态天然气为燃料的动力发动机，在液态天然气供给发动机燃烧时，需要升温膨胀气化，LNG在气化时吸收大量热能，或者说释放大量冷能，这些冷能大部分可以被充分利用。
目前，LNG发动机在运行时释放的冷能主要被利用于制冷，可应用于搭载LNG发动机的冷藏车和冷藏船等。在LNG发动机负载运行时，LNG气化释放的冷能用于冷藏车箱或船舱的制冷。由于LNG冷能是由LNG发动机工作时产生的副产品，也就是说，只有在LNG发动机工作时才能释放冷能，而且冷能的释放与发动机是否满负荷工作有关。实践发现，在发动机满负荷工作时，其释放的冷能达到最大值，并完全可以满足冷藏车箱或冷藏船舱的冷能需求；而当发动机降低负荷时(车辆慢速行驶、怠速等待红绿灯、停车卸货、或者船舶减速行驶、抛锚、进港卸货等)，即便LNG发动机仍然在工作也只能输出少量冷能，由于冷能的输出不能满足冷藏需求，因此冷藏车箱或冷藏船舱内的温度也会随之上升，造成冷能供应不稳定，制冷的稳定性差且不可持续。
为了弥补LNG发动机在低负荷工作状态时的冷能供给不足的缺陷，目前较为常见的做法是在冷藏车箱或冷藏船舱中设置蓄冷装置，将发动机满负荷工作时释放的部分冷能储藏起来，用于发动机低负荷工作时的制冷，但是蓄冷装置的冷能存储能力有限，难以达到预期的制冷效果。还有一种做法是在冷藏车箱或冷藏船舱中另加一套制冷设备，在发动机低负荷工作时，由其他制冷设备提供冷能，以满足冷藏车箱或冷藏船舱的制冷需求，这种做法在一定程度上解决了LNG发动机在低负荷工作状态时的冷能供给不足的问题，但是另加一套制冷设备使制冷成本增加，难以得到消费者的认可，往往得不偿失。可见，针对现有的以LNG发动机作为动力的冷藏车和冷藏船的冷能供应不可持续的技术问题，还没有一种行之有效的技术方案被提出来。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
本发明的目的在于克服现有以LNG发动机作为动力的冷藏车和冷藏船等供冷不稳定、制冷的稳定性差且不可持续的不足，提供一种可持续供冷的LNG发动机制冷系统及其在冷藏车和冷藏船中的应用，采用本发明的技术方案，通过将LNG发动机的动力提供给加载器，使LNG发动机一直处于有负荷的工作状态，并可根据温度变化随时调节LNG发动机的负荷，直至满负荷，将LNG释放的冷能充分地、连续地、稳定地提供给冷藏车箱或冷藏船舱中，确保了冷藏车箱或冷藏船舱的冷源供给稳定性，从根本上解决了以LNG发动机作为动力的冷藏车和冷藏船等供冷不稳定、制冷的稳定性差且不可持续的问题。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的一种可持续供冷的LNG发动机制冷系统，包括LNG储液罐、LNG蒸发器、汽化器、缓冲罐和LNG发动机，还包括加载器和发动机动力切换装置，所述的LNG储液罐内的液态天然气依次经过LNG蒸发器和汽化器换热气化并经过缓冲罐后进入LNG发动机中，所述的LNG发动机通过发动机动力切换装置与加载器相连，所述的加载器用于提供LNG发动机空载或低负载工作时的负荷。
更进一步地，还包括发动机控制信号箱和温控器，所述的发动机控制信号箱接收加载器获取的LNG发动机的输出功率和温控器监测的制冷环境的温度，并根据上述的功率和温度参数控制LNG发动机的当前工作状态。
更进一步地，所述的发动机动力切换装置为智能控制阀，所述的发动机控制信号箱与智能控制阀相连，所述的智能控制阀与LNG发动机相连，用于控制LNG发动机的工作状态；所述的加载器上设置有传感器，所述的传感器与发动机控制信号箱相连。
更进一步地，所述的发动机动力切换装置为手动切换开关，所述的手动切换开关设于LNG发动机与加载器之间，所述的发动机控制信号箱与LNG发动机之间还设置有调控开关。
更进一步地，所述的LNG发动机与加载器之间还设置有取力器。
更进一步地，所述的加载器为水力加载器，所述的水力加载器的进、出水口与汽化器的进、出水口形成水力循环，所述的加载器与汽化器的水力循环路径上还选装有水箱。
更进一步地，所述的加载器为电涡流加载器、磁滞加载器、磁粉加载器、永磁加载器和伺服加载器中的任意一种，所述的加载器与汽化器形成冷却水循环，所述的加载器上还选装有用于冷却散热的冷却水箱。
更进一步地，所述的LNG储液罐通过三通阀分别与LNG蒸发器的进口、汽化器相连通，所述的LNG蒸发器的出口与汽化器相连通，所述的三通阀与LNG蒸发器之间全程使用真空套管。
更进一步地，所述的LNG发动机的进气口处还设置有缓冲罐，所述的缓冲罐与汽化器之间还设置有调压阀；所述的LNG发动机与汽化器之间形成冷却水循环，且该冷却水循环管路上设置有流量调节阀。
本发明的一种可持续供冷的LNG发动机制冷系统的应用，将上述的可持续供冷的LNG发动机制冷系统应用于冷藏车或冷藏船上，所述的LNG发动机为冷藏车或冷藏船提供动力，所述的LNG蒸发器设于冷藏车的冷藏车箱内或冷藏船的冷藏船舱内。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：
(1)本发明的一种可持续供冷的LNG发动机制冷系统，其LNG储液罐内的液态天然气依次经过LNG蒸发器和汽化器换热气化并经过缓冲罐后进入LNG发动机中，LNG发动机通过发动机动力切换装置与加载器相连，加载器用于提供LNG发动机空载或低负载工作时的负荷，在LNG发动机空载或低负载时，通过将LNG发动机的动力提供给加载器，使LNG发动机一直处于有负荷的工作状态，将LNG释放的冷能充分地、连续地、稳定地提供给以LNG发动机为动力源的冷藏车、冷藏船等中，确保了冷源供给稳定性，从根本上解决了以LNG发动机作为动力的冷藏车和冷藏船供冷不稳定、制冷的稳定性差且不可持续的问题；
(2)本发明的一种可持续供冷的LNG发动机制冷系统，其发动机控制信号箱接收加载器获取的LNG发动机的输出功率和温控器监测的制冷环境的温度，并根据上述的功率和温度参数控制LNG发动机的当前工作状态，可根据温度变化随时调节LNG发动机的负荷，直至满负荷，确保LNG发动机在最经济的状态下工作，节约运行成本；
(3)本发明的一种可持续供冷的LNG发动机制冷系统，其发动机动力切换装置为智能控制阀，发动机控制信号箱与智能控制阀相连，智能控制阀与LNG发动机相连，用于控制LNG发动机的工作状态；加载器上设置有传感器，传感器与发动机控制信号箱相连；或者，发动机动力切换装置为手动切换开关，手动切换开关设于LNG发动机与加载器之间，发动机控制信号箱与LNG发动机之间还设置有调控开关；通过智能控制或手动控制实现发动机动力的便捷切换，操作简单，可控性好，满足了不同环境下的使用；
(4)本发明的一种可持续供冷的LNG发动机制冷系统，其LNG发动机与加载器之间还设置有取力器，通过取力器将LNG发动机的动力输出给加载器，使发动机在有负载的情况下平稳运行；
(5)本发明的一种可持续供冷的LNG发动机制冷系统，其加载器为水力加载器或为电涡流加载器、磁滞加载器、磁粉加载器、永磁加载器和伺服加载器中的任意一种，实现为LNG发动机在空载或低负载工作时提供负荷的同时，还实现了加载器与汽化器之间的热交换，有效地利用能量，节能环保；
(6)本发明的一种可持续供冷的LNG发动机制冷系统，其LNG储液罐通过三通阀分别与LNG蒸发器的进口、汽化器相连通，LNG蒸发器的出口与汽化器相连通，三通阀与LNG蒸发器之间全程使用真空套管，利用真空套管使LNG冷能得到充分利用；利用三通阀控制LNG蒸发器是否工作，且不影响LNG发动机的正常工作；
(7)本发明的一种可持续供冷的LNG发动机制冷系统，其LNG发动机的进气口处还设置有缓冲罐，缓冲罐与汽化器之间还设置有调压阀；LNG发动机与汽化器之间形成冷却水循环，且该冷却水循环管路上设置有流量调节阀，利用缓冲罐使进入LNG发动机中的气态天然气更加平稳，保证LNG发动机稳定工作；利用汽化器为LNG发动机降温，换热效果好，合理地利用了资源；
(8)本发明的一种可持续供冷的LNG发动机制冷系统，应用于冷藏车或冷藏船的制冷上，LNG发动机为冷藏车或冷藏船提供动力的同时，还给设置于冷藏车的冷藏车箱内或冷藏船的冷藏船舱内的LNG蒸发器提供源源不断的冷能，有效地解决了冷藏车或冷藏船在低速行驶或停泊时无法提供足够LNG冷能的问题，降低了运营成本。
附图说明
图1为本发明的一种可持续供冷的LNG发动机制冷系统原理示意图；
图2为本发明实施例1的一种可持续供冷的LNG发动机制冷系统原理图；
图3为本发明实施例2的一种可持续供冷的LNG发动机制冷系统原理图；
图4为本发明实施例3的一种可持续供冷的LNG发动机制冷系统原理图；
图5为本发明实施例4的一种可持续供冷的LNG发动机制冷系统原理图。
示意图中的标号说明：
1、LNG储液罐；2、三通阀；3、真空套管；4、LNG蒸发器；5、风扇；6、汽化器；7、调压阀；8、缓冲罐；9、LNG发动机；10、加载器；11、传感器；12、发动机控制信号箱；13、温控器；14、智能控制阀；15、恒温常闭开关；16、水箱；17、冷却水箱；18、冷却水调节阀；19、散热风扇；20、手动切换开关；21、取力器；22、调控开关。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，现结合本发明的制冷原理对本发明作详细描述。
在本发明的一种可持续供冷的LNG发动机制冷系统中，LNG冷能是LNG发动机工作时产出的副产品，LNG冷能的释放量与LNG发动机的用气量有关。当LNG发动机高负载或是满负载时，LNG发动机的用气量大，因此释放的冷能也最多，完全可以满足大部分情况下的制冷需求，尤其适用于以LNG发动机为动力源的冷藏车或冷藏船的制冷需要；然而，LNG发动机无法确保一直处于高负载或是满负载工作，例如冷藏车或冷藏船缓速行驶时，LNG发动机基本处于低负载状态，冷藏车或冷藏船停泊卸货时，LNG发动机常处于空载状态，在LNG发动机处于低负载或空载时，LNG发动机的用气量较少，因此释放的冷能较少，这种情况下就很难满足或不能满足冷藏车或冷藏船的低温制冷需求。因此，如何保证LNG发动机在负载情况下工作才是解决持续供给LNG冷能的关键所在。
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
实施例1
结合图1，本实施例的一种可持续供冷的LNG发动机制冷系统，包括LNG储液罐1、LNG蒸发器4、汽化器6、缓冲罐8、LNG发动机9、加载器10和发动机动力切换装置，LNG储液罐1内的液态天然气依次经过LNG蒸发器4和汽化器6换热气化并经过缓冲罐8后进入LNG发动机9中，利用LNG发动机9提供冷能的具体原理与现有技术相同，在此就不再赘述；与现有技术不同的是，LNG发动机9通过发动机动力切换装置与加载器10相连，加载器10用于提供LNG发动机9空载或低负载工作时的工作负荷。在LNG发动机9处于空载或低负载工作时，通过将LNG发动机9的动力提供给加载器10，使LNG发动机9一直处于有负荷的工作状态，将LNG释放的冷能充分地、连续地、稳定地提供给冷藏车或冷藏船等，确保了冷源供给稳定性，从根本上解决了以LNG发动机作为动力的冷藏车和冷藏船等供冷不稳定、制冷的稳定性差且不可持续的问题。此外，如图2所示，为了确保LNG发动机9在最经济的状态下工作，本实施例的一种可持续供冷的LNG发动机制冷系统，还包括发动机控制信号箱12和温控器13，发动机控制信号箱12接收加载器10获取的LNG发动机9的输出功率和温控器13监测的制冷环境的温度，并根据上述的功率和温度参数控制LNG发动机9的当前工作状态。根据LNG发动机9的输出功率即可判断输出的LNG冷能多少，与此同时，结合温控器13监测的制冷温度，由发动机控制信号箱12进行数据处理，并将处理后的信号明确提供给LNG发动机9，最后LNG发动机9根据该信号决定当前的工作状态，保证了LNG发动机9在最经济的状态下工作，节约了运行成本。参见图2所示，具体在本实施例中，发动机动力切换装置为智能控制阀14，发动机控制信号箱12与智能控制阀14相连，智能控制阀14与LNG发动机9相连，用于控制LNG发动机9的工作状态；加载器10上设置有传感器11，传感器11与发动机控制信号箱12相连，用来将加载器10的实时输出功率信息传递给发动机控制信号箱12；发动机控制信号箱12根据温控器13监测的温度信息和传感器11获得的功率信息，控制智能控制阀14工作，间接控制LNG发动机9的工作状态，利用智能控制阀14实现发动机动力的智能切换，操作简单，可控性好。在本实施例中，上述的智能控制阀14为电磁调控阀，但本发明并不限于电磁调控阀；上述的传感器11可以为功率传感器、测力传感器、压力传感器、力矩传感器和扭力传感器等。另外，发动机控制信号箱12与温控器13的连接线路上还设有恒温常闭开关15。
如图2所示，本实施例的一种可持续供冷的LNG发动机制冷系统，加载器10为水力加载器，水力加载器的进、出水口与汽化器6的进、出水口形成水力循环，将水力加载器运行的发热量用于汽化器6对LNG的升温气化，实现加载器10与汽化器6之间的热交换；另外，根据不同的使用情况，加载器10与汽化器6的水力循环路径上还选装有水箱16，当汽化器6的水箱容量较小时，则需要加装水箱16提供水力加载器的循环用水，当汽化器6的水箱容量足够大时，则可以省去水箱16，直接利用汽化器6内的水进行循环。上述的水力加载器实质上也是一种水力测功器，可以方便地为LNG发动机9提供运行负载，又可以实时估算LNG发动机9的输出功率。此外，为了使LNG发动机9的功率输出更加稳定，提高发动机运行的平稳性，本实施例中，在LNG发动机9与加载器10之间还可以设置取力器21。
接续图2所示，本实施例的一种可持续供冷的LNG发动机制冷系统，LNG储液罐1通过三通阀2分别与LNG蒸发器4的进口、汽化器6相连通，LNG蒸发器4的出口与汽化器6相连通，也就是说，LNG蒸发器4是并联在LNG储液罐1和汽化器6的连接管路上的，通过三通阀2可以方便地选择是否需要进行制冷。为了保证LNG发动机9稳定工作，LNG发动机9的进气口处设置有缓冲罐8，缓冲罐8与汽化器6之间还设置有调压阀7，利用缓冲罐8使进入LNG发动机9中的气态天然气压力更加平稳，从而使发动机平稳运行。另外，为了使LNG冷能得到充分利用，LNG储液罐1与LNG蒸发器4的连接管路上全程设置有真空套管3。为了防止LNG在LNG蒸发器4中泄漏，LNG蒸发器4的内置管路使用无接口的不锈钢管，以确保安全。还有，LNG发动机9与汽化器6之间形成冷却水循环，且该冷却水循环管路上设置有流量调节阀，利用汽化器6为LNG发动机9降温，换热效果好，合理地利用了资源。
实施例2
如图3所示，本实施例的一种可持续供冷的LNG发动机制冷系统的基本原理同实施例1，不同之处在于：本实施例中的LNG发动机9的动力输出为手动控制，在本实施例中，发动机动力切换装置为手动切换开关20，手动切换开关20设于LNG发动机9与加载器10之间，发动机控制信号箱12与LNG发动机9之间还设置有调控开关22，利用手动切换开关20实现LNG发动机9的动力系统与制冷系统进行切换，操作简单，便于不用工作需求下使用。
实施例3
如图4所示，本实施例的一种可持续供冷的LNG发动机制冷系统的基本原理同实施例1，不同之处在于：本实施例中的加载器10为电涡流加载器、磁滞加载器、磁粉加载器、永磁加载器和伺服加载器中的任意一种，此类加载器在运行时会产生热量，因此需要设置散热装置，具体在本实施例中，通过加载器10与汽化器6形成冷却水循环实现散热，加载器10上还可以选装有用于冷却散热的冷却水箱17，在冷却水箱17与加载器10的冷却管路上还设置有冷却水调节阀18，当然，与实施例1类似，如果汽化器6的水箱容量足够大，则也可以考虑省去冷却水箱17，仅用汽化器6内的水进行冷却循环即可。另外，加载器10上还配合设置有散热风扇19。
实施例4
如图5所示，本实施例的一种可持续供冷的LNG发动机制冷系统的基本原理同实施例3，不同之处在于：本实施例中的LNG发动机9的动力输出为手动控制，在本实施例中，发动机动力切换装置为手动切换开关20，手动切换开关20设于LNG发动机9与加载器10之间，发动机控制信号箱12与LNG发动机9之间还设置有调控开关22，利用手动切换开关20实现LNG发动机9的动力系统与制冷系统进行切换，操作简单，便于不用工作需求下使用。
将上述实施例1～4的一种可持续供冷的LNG发动机制冷系统应用于冷藏车或冷藏船上，LNG发动机9为冷藏车或冷藏船提供动力，LNG蒸发器4设于冷藏车的冷藏车箱内或冷藏船的冷藏船舱内，并且LNG蒸发器4配合风扇5在冷藏车的冷藏车箱内或冷藏船的冷藏船舱内形成冷气循环，达到良好的制冷效果。当冷藏车或冷藏船在高负载或满负载运行时，无需加载器10提供负载；当冷藏车或冷藏船处于停驶状态时，为了给冷藏车箱或冷藏船舱继续提供冷能，此时LNG发动机9启动，由于发动机无负载，释放的冷能不能达到制冷要求，因此需要加载器10为LNG发动机9提供负载，此时将LNG发动机9的动力提供给加载器10，使LNG发动机9在有负荷的情况下工作，保证了冷能供应充足；上述的LNG发动机9的控制可由发动机控制信号箱12实现。将本实施例中的可持续供冷的LNG发动机制冷系统应用于冷藏车或冷藏船上，有效地解决了冷藏车或冷藏船在低速行驶或停泊时无法提供足够LNG冷能的问题，降低了运营成本。
本发明的一种可持续供冷的LNG发动机制冷系统及其该制冷系统在冷藏车和冷藏船上的应用，通过将LNG发动机的动力提供给加载器，使LNG发动机一直处于有负荷的工作状态，并可根据温度变化随时调节LNG发动机的负荷，直至满负荷，将LNG释放的冷能充分地、连续地、稳定地提供给冷藏车箱或冷藏船舱中，确保了冷藏车箱或冷藏船舱的冷源供给稳定性，从根本上解决了以LNG发动机作为动力的冷藏车和冷藏船等供冷不稳定、制冷的稳定性差且不可持续的问题。
以上示意性地对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性地设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种可持续供冷的LNG发动机制冷系统，包括LNG储液罐(1)、LNG蒸发器(4)、汽化器(6)、缓冲罐(8)和LNG发动机(9)，其特征在于：还包括加载器(10)和发动机动力切换装置，所述的LNG储液罐(1)内的液态天然气依次经过LNG蒸发器(4)和汽化器(6)换热气化并经过缓冲罐(8)后进入LNG发动机(9)中，所述的LNG发动机(9)通过发动机动力切换装置与加载器(10)相连，所述的加载器(10)用于提供LNG发动机(9)空载或低负载工作时的负荷。
2.根据权利要求1所述的一种可持续供冷的LNG发动机制冷系统，其特征在于：还包括发动机控制信号箱(12)和温控器(13)，所述的发动机控制信号箱(12)接收加载器(10)获取的LNG发动机(9)的输出功率和温控器(13)监测的制冷环境的温度，并根据上述的功率和温度参数控制LNG发动机(9)的当前工作状态。
3.根据权利要求2所述的一种可持续供冷的LNG发动机制冷系统，其特征在于：所述的发动机动力切换装置为智能控制阀(14)，所述的发动机控制信号箱(12)与智能控制阀(14)相连，所述的智能控制阀(14)与LNG发动机(9)相连，用于控制LNG发动机(9)的工作状态；所述的加载器(10)上设置有传感器(11)，所述的传感器(11)与发动机控制信号箱(12)相连。
4.根据权利要求2所述的一种可持续供冷的LNG发动机制冷系统，其特征在于：所述的发动机动力切换装置为手动切换开关(20)，所述的手动切换开关(20)设于LNG发动机(9)与加载器(10)之间，所述的发动机控制信号箱(12)与LNG发动机(9)之间还设置有调控开关(22)。
5.根据权利要求3或4所述的一种可持续供冷的LNG发动机制冷系统，其特征在于：所述的LNG发动机(9)与加载器(10)之间还设置有取力器(21)。
6.根据权利要求5所述的一种可持续供冷的LNG发动机制冷系统，其特征在于：所述的加载器(10)为水力加载器，所述的水力加载器的进、出水口与汽化器(6)的进、出水口形成水力循环，所述的加载器(10)与汽化器(6)的水力循环路径上还选装有水箱(16)。
7.根据权利要求5所述的一种可持续供冷的LNG发动机制冷系统，其特征在于：所述的加载器(10)为电涡流加载器、磁滞加载器、磁粉加载器、永磁加载器和伺服加载器中的任意一种，所述的加载器(10)与汽化器(6)形成冷却水循环，所述的加载器(10)上还选装有用于冷却散热的冷却水箱(17)。
8.根据权利要求5所述的一种可持续供冷的LNG发动机制冷系统，其特征在于：所述的LNG储液罐(1)通过三通阀(2)分别与LNG蒸发器(4)的进口、汽化器(6)相连通，所述的LNG蒸发器(4)的出口与汽化器(6)相连通，所述的三通阀(2)与LNG蒸发器(4)之间全程使用真空套管(3)。
9.根据权利要求8所述的一种可持续供冷的LNG发动机制冷系统，其特征在于：所述的LNG发动机(9)的进气口处还设置有缓冲罐(8)，所述的缓冲罐(8)与汽化器(6)之间还设置有调压阀(7)；所述的LNG发动机(9)与汽化器(6)之间形成冷却水循环，且该冷却水循环管路上设置有流量调节阀。
10.一种可持续供冷的LNG发动机制冷系统的应用，其特征在于：将权利要求1至9任意一项所述的可持续供冷的LNG发动机制冷系统应用于冷藏车或冷藏船上，所述的LNG发动机(9)为冷藏车或冷藏船提供动力，所述的LNG蒸发器(4)设于冷藏车的冷藏车箱内或冷藏船的冷藏船舱内。
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