CN104648085A - Lng重卡车载冷能利用空调制冷联合装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种LNG重卡车载冷能利用空调制冷联合装置，包括LNG钢瓶、汽化器、空调、冰箱、发动机和控制器，所述LNG钢瓶通过管路与汽化器相连接，汽化器分别与循环泵、发动机相连接；循环泵通过第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀分别与换热器、空调、冰箱相连接，换热器、空调、冰箱分别通过管路与汽化器相连接；所述换热器与发动机之间设有循环管路；所述控制器分别与循环泵、第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀相连接。本发明中减少了压缩机、节省了驱动压缩机运转的燃料，回收了LNG汽化过程的冷能，起到了节能降耗、降低成本的作用，有效缓解了环境压力；且本发明结构简单，工艺简洁，便于推广使用。

Description

LNG重卡车载冷能利用空调制冷联合装置

技术领域

本发明涉及车用空调冰箱设备的技术领域，具体涉及一种LNG重卡车载冷能利用空调制冷联合装置。

背景技术

近年来，LNG（液化天然气）在交通领域的利用成为天然气行业发展的亮点。国家天然气发展“十二五”规划明确鼓励LNG汽车和船舶燃料等高效天然气利用项目，2012年10月新版《天然气利用政策》也将天然气汽车列为优先发展类。在国家政策的支持下，多个地方政府推行在公共交通领域的公交车、出租车的“油改气”并提出了明确的目标。因此，LNG作为车用燃料实现了快速发展。

LNG在汽车工业中的发展优势非常明显：其着火点低；燃烧后清洁环保，无黑烟、无灰渣和焦油，几乎可以自由排放；体积小；能量存储密度大，连续行驶距离通常是CNG的2倍以上；安全性能好，储存压力低(接近常压)，而且密度(0.45kg/m³)比空气密度(0.55kg/m³)低，泄漏到空气里也会向空中扩散，不会影响人身安全；燃烧性能好，抗爆性强。目前，我国LNG汽车产业正处于发展初期，预计未来我国汽车保有量的快速增长和天然气市场的快速发展将带动LNG汽车产业持续增长，使LNG汽车未来发展前景光明。

作为车用燃料的LNG是天然气的液态形式，多储存在温度为-162℃，压力为0.1MPa左右的低温储罐内。LNG有利储存和运输，但最终被利用时的状态往往是气态，因此，LNG在被利用之前要先经过汽化。生产1吨液化天然气的设施及动力耗电量约850kW ^. h，而在LNG接收站，LNG汽化时放出的大量的冷量，其值约为830-860kJ/kg，即LNG汽化过程伴随大量的可用冷能释放。回收这部分冷能，不仅有效利用了能源，而且减少了机械制冷的大量电能消耗，具有可观的经济与社会效益。而一般情况下，这部分冷量通常在LNG汽化器中被舍弃了，造成了大量能源的浪费，甚至还会造成环境污染。为此，LNG冷能利用引起了国内外学者的广泛关注。

目前，LNG冷能利用一般分为直接利用和间接利用两种方式。其中，直接利用主要集中于发电、空气分离、制造干冰、冷冻仓库、海水淡化、汽车空调和低温养殖、栽培等方面。间接利用LNG冷能的方式主要有低温破碎、污水处理和海水淡化等。间接利用主要是通过LNG冷能生产液氮或液氧，再利用液氮、液氧分别进行低温破碎、污水处理等。不管是直接还是间接利用LNG冷能的方式，都是通过单一途径对LNG冷能进行回收利用，从热力学㶲分析的角度分析，单一的途径不能对LNG冷能充分利用，其㶲损耗较大。目前很多业内专家建议应将多种回收方式进行综合利用，以提高LNG冷能的利用率。日本是最早开发LNG冷能利用项目的国家之一，在低温发电、空气液化和冷冻食品等方面达到了实用化程度，经济、社会效益相当显著。尽管如此，目前各国LNG冷能利用率仍不高，在日本、韩国以及中国台湾等地区，仅有20%的LNG冷量得到了利用，而我国该项技术起步较晚，目前应用的实例很少。

LNG冷量利用在汽车领域一般用于客车空调和冷藏车，这样可以取代原有的机械式制冷机组，不仅节省了投资，而且消除了机械制冷消耗的电能及压缩机带来的噪声污染，具有节能和环保的双重意义。但LNG冷量在重型卡车上的应用尚属空白。据统计，截至目前，全国LNG重型卡车保有量超过20万台，仅2014年全年新增重型卡车70万台，其中LNG重卡5万台。现有LNG卡车空调系统均为传统电压缩空调，这不仅消耗了部分车载燃料，同时氟利昂类制冷剂的使用也加重了环境的压力。同时，对于重型卡车来说，驾驶员常年奔波在外，工作条件艰苦，饮食将就，而卡车司机长途运输中常常希望能方便饮食，目前情况，随车携带食品不太现实，容易腐败变质，如果车上拥有一台能储存3-5天量级的保鲜食品，对卡车司机来说将是一种很受欢迎的举措。重卡动力燃料LNG使用过程中一方面需要利用额外的热量把LNG汽化至安全燃烧温度，另一方面又存在制冷需求。据计算，该冷量能足够驾驶室供冷和一小型冰箱使用。因此，为重型卡车配备LNG冷能利用空调制冷联合装置，具有显著的现实意义和广阔的市场前景。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种LNG重卡车载冷能利用空调制冷联合装置，其可在保证LNG正常气化供应发动机正常运转的基础上，进行无相变冷量交换，供应以LNG为燃料的重卡工作空间的冷量，同时可有效降低运行费用，并缓解传统压缩空调系统的氟利昂制冷剂使用带来的环境压力，具有非常显著的节能增效及环保效果。

本发明的技术方案是：一种LNG重卡车载冷能利用空调制冷联合装置，包括LNG钢瓶、汽化器、空调、冰箱、发动机和控制器，所述LNG钢瓶通过管路与汽化器相连接，汽化器分别与循环泵、发动机相连接；循环泵通过第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀分别与换热器、空调、冰箱相连接，换热器、空调、冰箱分别通过管路与汽化器相连接；所述换热器与发动机之间设有循环管路；所述控制器分别与循环泵、第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀相连接。

所述汽化器中设有载冷剂，LNG钢瓶中的LNG经载冷剂换热汽化后进入发动机。

所述汽化器上设有贮液器。

所述贮液器上部设有注入口，贮液器下部设有报警仪。

所述空调内设有出风口和空调换热器，出风口处设有第一温度传感器，空调换热器处设有第二温度传感器。

所述冰箱内设有第三温度传感器。

所述第一温度传感器、第二温度传感器和第三温度传感器分别与控制器相连接。

所述冰箱包括外壳和内胆，外壳和内胆之间设有聚氨酯保温材料，内胆外表面上设有铝制管带式换热器。

所述铝制管带式换热器缠绕在内胆的外表面。

所述载冷剂为低温无相变换热载冷的载冷剂。

本发明中的汽化器采用低温无相变换热载冷剂进行冷能提取，取代了传统车载空调、冰箱的压缩机和冷凝器，节省了驱动压缩机运转的燃料，能量利用率高，起到了节能、降低成本的作用，并且可有效缓解LNG重卡爬坡时动力不足的问题；同时，本装置不采用传统氟利昂制冷剂，有效缓解了环境压力。本发明的控制器通过对循环泵、电磁阀和温度传感器的控制来调节制冷剂流量，从而保证了卡车在加速或怠速状态下空调和冰箱运行的稳定性；当不用空调、冰箱的季节，冰箱还可以转换为高温保温箱，进行食品保温；因此，本发明实现了LNG重卡车燃料汽化前冷量的回收用以车载空调和冰箱的联合装置。且本发明结构简单，工艺简洁，只需在LNG重卡原有燃料管路上加装一个汽化器便可实现空调和冰箱的供冷，便于推广使用。

附图说明

图1为本发明的原理图。

图2为本发明冰箱的剖面图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为本发明的限定。

一种LNG重卡车载冷能利用空调制冷联合装置，如图1所示，包括LNG钢瓶、汽化器、空调、冰箱、发动机和控制器。LNG钢瓶1通过管路与汽化器3相连接，汽化器3内设有载冷剂26，载冷剂26是低温无相变换热载冷液体载冷剂。即载冷剂26在管路中一直以液体的形式在管路中流动。汽化器3设有贮液器27，贮液器27设置在与整个系统管路的高点齐平的位置。贮液器27上部设有注入口29，下部设有报警仪28。报警仪28用于贮液器27液位较低时进行报警提醒。系统正常工作时，通过贮液器27的注入口29向整个装置充入载冷剂26。同时，报警仪28可以使贮液器27保持高于低液位的一定液位，从而保证整个系统载冷剂26的充足供应及不携带空气，同时也可避免换热过程中的载冷剂26膨胀。汽化器3通过管路与发动机23相连接。LNG钢瓶1中的LNG在压力作用下经由管路进入汽化器3中，LNG在汽化器3中与载冷剂26换热后汽化，然后进入发动机23，为发动机23提供燃料。

汽化器3中的载冷剂26与LNG换热后温度降低，然后进入循环泵4。循环泵4通过第一电磁阀20、第二电磁阀9、第三电磁阀10分别与换热器22、空调11、冰箱12相连接，换热器22、空调11、冰箱12分别通过管路与汽化器相连接。即循环泵4打出的载冷剂26经管路流至第一电磁阀20，经第一电磁阀20进入换热器22中，与来自发动机23中水套的热水进行热量交换，然后经管路流回到汽化器3中。空调11内设有出风口13和空调换热器14。循环泵4打出的载冷剂26经管路流至第二电磁阀9，然后进入空调11，并在空调换热器14中进行热交换。循环泵4打出的载冷剂26经管路流至第三电磁阀10，并进入冰箱12中进行热交换。经过换热后的温度升高的载冷剂26流出空调11和冰箱12后汇合再经另一管路返回到汽化器3中。即汽化器3中载冷剂26经循环泵4提供动力后进入换热器22、空调11、冰箱12中进行热交换，然后再返回到汽化器3中。汽化器3分别与换热器22、空调11、冰箱12构成循环管路，从而进行热交换。

换热器22与发动机23之间设有循环管路。与流经换热器22中的载冷剂26换热的流体为发动机23水套中的热水，热水经管路流进发动机23，经另一管路25从发动机流回至换热器22。即换热器22中的载冷剂26对发动机23的热水进行热量交换。

为保证系统正常运行，在空调11的出风口13处设置有第一温度传感器15，空调换热器14处设有第二温度传感器16，冰箱12内设有第三温度传感器17。循环泵4、第一电磁阀20、第二电磁阀9、第三电磁阀10、第一温度传感器15、第二温度传感器16、第三温度传感器17均与控制器21相连接。运行时，控制器21根据各自反馈信号分别对它们进行控制。

冰箱12包括外壳31和内胆30，外壳31和内胆30由不锈钢制成。外壳31和内胆30之间设有聚氨酯保温材料，内胆31外表面上设有铝制管带式换热器33。铝制管带式换热器33缠绕附着在内胆31的外表面上。

系统正常运行时，对于空调11，控制器21根据空调11上的出风口13处负责出风温度的第一温度传感器15、空调换热器14上负责结霜预警的第二温度传感器16的反馈信号，调节第二电磁阀9的开度调节载冷剂26流量，从而调节空调11的温度。对冰箱12来说，控制器21通过监测冰箱12内部的第三温度传感器17反馈信号，控制第三电磁阀10的开度来调节载冷剂26流量大小，从而调节冰箱12的温度。如果载冷剂26温度过低，可通过控制器21调节第一电磁阀20的开度，让部分载冷剂26经管路进入换热器22中，与来自发动机23的高温热水进行热量交换，换热后的热水再经另一管路流回发动机23水套中，从而提高换热器22中载冷剂26的温度，换热后的载冷剂26经管路再次流回汽化器3，降低汽化器3中载冷剂26的温度。同时，空调11和冰箱12中换热后的载冷剂26汇合后经管路返回进入汽化器3，从而调节载冷剂26温度过低现象。

因此，控制器21通过对循环泵、电磁阀和温度传感器的控制来调节载冷剂26的流量，从而保证了卡车在加速或怠速状态下空调11和冰箱12运行的稳定性。且其结构简单，工艺简洁，只需在LNG重卡原有燃料管路上加装一个汽化器3便可实现空调11和冰箱12的供冷，便于推广使用。

当无需空调、冰箱的季节，可通过控制器21关闭第二电磁阀9，停止空调11的运行。同时，通过控制器21调节第三电磁阀10和第一电磁阀20的开度，让高温的载冷剂26流经冰箱12的铝制管带式换热器33，冰箱12的功能改变为高温保温箱。当不用空调、冰箱的季节，本装置涉及的冰箱12可以转换为高温保温箱，进行食品保温，增加了冰箱的实用功能。

载冷剂26为低温无相变换热载冷液体，使本装置采用无相变换热技术，载冷剂26与LNG进行无相变换热，取代了传统车载空调冰箱的压缩机和冷凝器，同时冬季还可用作保温箱使用。该装置有效回收了LNG的部分冷能，节省了燃料，避免了重卡爬坡时的动力不足问题，同时对节能减排、环境保护等方面也具有重要意义。

本装置和已有技术相比，具有非常显著的节能增效及环保效果。本发明对LNG卡车燃料汽化前的的冷量进行回收，用以卡车内的车载空调和冰箱的联合装置。本装置中的汽化器2采用低温无相变换热载冷剂26进行冷能提取，取代了传统车载空调、冰箱的压缩机和冷凝器，节省了驱动压缩机运转的燃料，能量利用率高，起到了节能，降低成本的作用，并且可有效地缓解LNG重卡爬坡时动力不足的问题。同时，相较传统空调，本装置不采用传统氟利昂制冷剂，有效缓解了环境压力。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种LNG重卡车载冷能利用空调制冷联合装置，其特征在于包括LNG钢瓶（1）、汽化器（3）、空调（11）、冰箱（12）、发动机（23）和控制器（21），所述LNG钢瓶（1）通过管路与汽化器（3）相连接，汽化器（3）分别与循环泵（4）、发动机（23）相连接；循环泵（4）通过第一电磁阀（20）、第二电磁阀（9）、第三电磁阀（10）分别与换热器（22）、空调（11）、冰箱（12）相连接，换热器（22）、空调（11）、冰箱（12）分别通过管路与汽化器（3）相连接；所述换热器（22）与发动机（23）之间设有循环管路；所述控制器（21）分别与循环泵（4）、第一电磁阀（20）、第二电磁阀（9）、第三电磁阀（10）相连接。

2.根据权利要求1所述的LNG重卡车载冷能利用空调制冷联合装置，其特征在于，所述汽化器（3）中设有载冷剂（26），LNG钢瓶（1）中的LNG经载冷剂（26）换热汽化后进入发动机（23）。

3.根据权利要求2所述的LNG重卡车载冷能利用空调制冷联合装置，其特征在于，所述汽化器（3）上设有贮液器（27）。

4.根据权利要求3所述的LNG重卡车载冷能利用空调制冷联合装置，其特征在于，所述贮液器（27）上部设有注入口（29），贮液器（27）下部设有报警仪。

5.根据权利要求1所述的LNG重卡车载冷能利用空调制冷联合装置，其特征在于，所述空调（11）内设有出风口（13）和空调换热器（14），出风口（13）处设有第一温度传感器（15），空调换热器（14）处设有第二温度传感器（16）。

6.根据权利要求1所述的LNG重卡车载冷能利用空调制冷联合装置，其特征在于，所述冰箱（12）内设有第三温度传感器（17）。

7.根据权利要求5或6所述的LNG重卡车载冷能利用空调制冷联合装置，其特征在于，所述第一温度传感器（15）、第二温度传感器（16）和第三温度传感器（17）分别与控制器（21）相连接。

8.根据权利要求1或6所述的LNG重卡车载冷能利用空调制冷联合装置，其特征在于，所述冰箱（12）包括外壳（31）和内胆（30），外壳（31）和内胆（30）之间设有聚氨酯保温材料（32），内胆（30）外表面上设有铝制管带式换热器（33）。

9.根据权利要求8所述的LNG重卡车载冷能利用空调制冷联合装置，其特征在于，所述铝制管带式换热器（33）缠绕在内胆（30）的外表面。

10.根据权利要求2所述的LNG重卡车载冷能利用空调制冷联合装置，其特征在于，所述载冷剂（26）为低温无相变换热载冷的载冷剂。