CN106014518B - Lng冷能梯级利用发电的冷藏车 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种LNG冷能梯级利用发电的冷藏车，包括冷藏车车体、设置在冷藏车车体上的冷藏厢、与冷藏厢连通的风道以及用以对冷藏厢进行制冷的LNG储液罐，还包括初级有机朗肯循环发电系统和二级有机朗肯循环发电系统，初级有机朗肯循环发电系统包括初级汽化器、空气蒸发器、第一工质泵以及第一膨胀机，二级有机朗肯循环发电系统包括二级汽化器、冷藏车车体的发动机冷却散热器、第二工质泵以及第二膨胀机，LNG储液罐与初级汽化器连通，发动机冷却散热器对应所述冷藏车车体的冷却水系统设置，还包括热交换器，热交换器的进口与初级汽化器连通，热交换器的出口与二级汽化器连通。本发明具有节能环保、能够降低运营成本的优点。

Description

LNG冷能梯级利用发电的冷藏车
技术领域
本发明涉及一种LNG冷能梯级利用发电的冷藏车，属制冷冷藏技术领域。
背景技术
随着我国经济的快速发展，人们生活水平不断提高，食品冷藏链在提高人民生活质量方面发挥的作用越来越显著。
LNG冷藏车是以液态天然气(LNG)为动力燃料，并利用LNG汽化升温过程中所释放冷量来制冷的低温运输汽车，即在LNG冷藏车中，LNG既为燃料，又为制冷剂。将其作为汽车燃料，具有能量存储密度大、汽车负载轻、燃烧热值高、连续行驶里程长、安全性能高等特点，已成为一种极具发展潜力的绿色汽车替代燃料。LNG在汽化的过程中会释放大量的冷量，将该冷量回收用于制冷，不仅减少了能源消耗，而且制冷过程中没有废热排放，有利于降低温室效应，具有显著的经济效益和社会价值。
传统的方式中，LNG在换热器中直接汽化升温向空气释放冷量。但换热器表面温度过低，空气中的水分、二氧化碳等成分容易冻结，使换热器表面换热热阻增大，换热效果降低，甚至无法正常工作。而且巨大的传热温差会造成大量的不可逆损失，大大降低LNG冷能的回收利用率。
鉴于此，本案发明人对上述问题进行深入研究，遂有本案产生。
发明内容
本发明的目的在于提供一种节能环保、能够降低运营成本的LNG冷能梯级利用发电的冷藏车。
为了达到上述目的，本发明采用这样的技术方案：
LNG冷能梯级利用发电的冷藏车，包括冷藏车车体、设置在冷藏车车体上的冷藏厢、与冷藏厢连通的风道以及用以对冷藏厢进行制冷的LNG储液罐，还包括初级有机朗肯循环发电系统和二级有机朗肯循环发电系统，初级有机朗肯循环发电系统包括初级汽化器、空气蒸发器、第一工质泵以及第一膨胀机，二级有机朗肯循环发电系统包括二级汽化器、冷藏车车体的发动机冷却散热器、第二工质泵以及第二膨胀机，LNG储液罐与初级汽化器连通，发动机冷却散热器对应所述冷藏车车体的冷却水系统设置，还包括热交换器，热交换器的进口与初级汽化器连通，热交换器的出口与二级汽化器连通。
作为本发明的一种优选方式，所述空气蒸发器和所述LNG储液罐设置在所述冷藏车车体的底部。
作为本发明的一种优选方式，所述热交换器设置在所述风道内，在所述风道内设有风机，所述风道具有与所述冷藏厢连通的送风口和回风槽。
作为本发明的一种优选方式，所述风道内设有储冷剂箱，储冷剂箱的进风口对应所述热交换器设置，在进风口上设有可启闭的控制门和用以对控制门进行启闭的控制开关，所述风道与所述冷藏厢之间设有气流通道。
作为本发明的一种优选方式，还包括控制器和设置在所述冷藏厢内的温度传感器，所述控制开关、所述风机以及温度传感器均连接至控制器。
作为本发明的一种优选方式，所述控制门为安装在所述风道中的百叶窗，在风道内设有隔板，隔板对应所述气流通道设置，百叶窗与隔板之间形成导流口，百叶窗具有可与隔板配合而将导流口封闭或者打开的叶片和用以控制叶片活动的控制机构，控制机构与所述控制器连接。
作为本发明的一种优选方式，所述冷藏厢由厢板组成，厢板包括玻璃钢板内层、玻璃钢板外层以及设置在玻璃钢板内层与玻璃钢板外层之间的聚氨酯泡沫层，厢板包括左侧板、右侧板、盖板、底板、前板和后板。
采用本发明的技术方案，利用冷却水系统进行热回收，回收散热系统废热为有机朗肯循环系统提供动力，有机朗肯循环分为初级有机朗肯循环发电系统和二级有机朗肯循环发电系统，将LNG释放的冷量梯级作为冷源，新空气和冷却水作为热源，形成的温差带动膨胀机工作发电，用于汽车用电。本发明利用有机工质避免了低温LNG与空气的直接换热，减少了换热温差，提高了冷量回收率，且解决了低温工况下空气中的水分、二氧化碳等成分容易冻结，造成换热器无法正常工作的问题。二级有机朗肯循环发电系统高温采用发动机冷却水，低温采用LNG汽化产生的低温，使其能够在完成LNG气化功能的同时还能够利用温差发电技术进行能量回收，既能够利用发动机的余热能量，又能够利用LNG车辆特有的冷能，最大程度的提高能量回收效率，改善车辆的燃油经济性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的工作原理图；
图3为本发明的控制原理图；
图4为本发明储冷剂箱配合风道的第一种使用状态图；
图5为本发明储冷剂箱配合风道的第二种使用状态图；
图中：
1-LNG储液罐 2-初级汽化器
3-热交换器 4-二级汽化器
5-空气蒸发器 6-第一膨胀机
7-第一工质泵 8-第二膨胀机
9-第二工质泵 10-发动机冷却散热器
11-气体发动机 12-水泵
13-冷藏厢 14-车体底盘
15-驾驶室 16-聚氨酯泡沫层
17-玻璃钢外层 18-风道
19-回风槽 20-风机
21-百叶窗 22-储冷剂箱
23-玻璃钢内层 24-控制器
25-温度传感器 26-控制开关
27-气流通道 28-叶片
29-隔板 30-导流口
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。此处描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。需要说明的是，说明书附图中箭头符号“→”是指管路中介质的流向，该箭头符号的出现并不限定本发明的保护范围。
参照图1至图5，LNG冷能梯级利用发电的冷藏车，包括冷藏车车体、设置在冷藏车车体上的冷藏厢13、与冷藏厢13连通的风道18以及用以对冷藏厢13进行制冷的LNG储液罐1，还包括初级有机朗肯循环发电系统和二级有机朗肯循环发电系统，初级有机朗肯循环发电系统包括初级汽化器2、空气蒸发器5、第一工质泵7以及第一膨胀机6，二级有机朗肯循环发电系统包括二级汽化器4、冷藏车车体的发动机冷却散热器10、第二工质泵9以及第二膨胀机8，LNG储液罐1与初级汽化器2连通，发动机冷却散热器10对应所述冷藏车车体的冷却水系统设置，还包括热交换器3，热交换器3的进口与初级汽化器2连通，热交换器3的出口与二级汽化器4连通。
有机朗肯循环(ORC)是有机工质经过工质泵的加压，被输送到蒸发器中，吸收高温热源的能量蒸发变成高焓的饱和气体，随后在膨胀机中膨胀输出有用功，变成低压的过热蒸气，最后在冷凝器中冷凝成饱和液体并重新开始下一个循环。使用低沸点的有机物作为工质吸收余热能，蒸发气化后进入膨胀机做工，利用有机朗肯循环的余热回收技术是当前效率最高的，也是最有可能实现产业化的技术手段。本发明巧妙地将有机朗肯循环用于冷藏车回收利用低品位的余热能进行发电，利用LNG汽化时的冷量进行制冷并发电，梯级高效的利用LNG汽化时的冷量，提高发动机的燃烧特性和冷量利用率，为提供汽车所需用电，实现节能减排，节省运行费用，达到“低成本、高效率”的物流配送效果。
本发明中LNG汽化复温过程为：LNG在储罐压力作用下从LNG储罐1送出，经过初级汽化器2吸热后进入热交换器3，与来自冷藏厢13内循环流动的空气进行逆流热交换，将冷量继续释放到冷藏厢13内，热交换器3出口处的LNG温度上升，接着进入二级汽化器4中间接吸收发动机冷却散热器10中的热量，温度得到巨大升高的LNG已经完成汽化过程变为气态天然气，经过气体加热器恢复到常温后进入气体发动机11。利用有机工质避免了低温LNG与空气的直接换热，减少了换热温差，提高了冷量回收率，且解决了低温工况下空气中的水分、二氧化碳等成分容易冻结，造成换热器无法正常工作的问题。
本发明中，有机朗肯循环系统包括初级有机朗肯循环发电系统和二级有机朗肯循环发电系统。两级有机朗肯循环发电系统均含有膨胀机、工质泵、蒸发器及冷凝器，其中初级有机朗肯循环发电系统的冷凝器为初级汽化器2、蒸发器为空气蒸发器5，二级有机朗肯循环发电系统的冷凝器为二级汽化器4、蒸发器为发动机冷却散热器10。有机朗肯循环能够回收利用低品位的余热能，利用高低温差进行发电，循环系统中使用低沸点的有机工质(如氯乙烷、正戊烷、异戊烷、五氟丙烷等)。主要优点有：1、低沸点的工质和高蒸气压力使有机朗肯循环对低温度的余热能利用有更高的效率；2、有机工质的密度一般比水的密度要大，系统的膨胀机、换热器和管道的体积都要小很多；3、压力高于大气压力，有一定的正压，减少了空气进入系统的可能性；4、工质的熔点一般在-50度以下，冬天不用担心管道的冻堵问题。
初级有机朗肯循环发电系统的有机工质经第一工质泵7加压后输送到空气蒸发器5中，吸收空气中的热能量蒸发变成高焓的饱和气体，随后在第一膨胀机6中膨胀输出有用功，变成低压的过热蒸气，最后在初级汽化器2中冷凝成饱和液体。二级有机朗肯循环发电系统的有机工质经过第二工质泵9的加压，被输送到发动机冷却散热器10中，吸收冷却水的能量蒸发变成高焓的饱和气体，随后在第二膨胀机8中膨胀输出有用功，变成低压的过热蒸气，最后在二级汽化器4中冷凝成饱和液体并重新开始下一个循环。
车用内燃机在工作时经常处于不同的工况，排气温度在200-900度(平均排气温度为400度左右)不断随工况变化，同时内燃机冷却液出口温度通常为96-100度之间，将其作为热源，余热能充分转换为有用功。将LNG释放的冷量梯级作为冷源，新空气和冷却水作为热源，形成的温差带动膨胀机工作发电，用于汽车用电。
本发明中，冷却水系统为冷藏车的常规结构，冷却水系统是将受热零件的部分热量及时带走，以保证发动机在最适宜的温度状态下工作。通过水泵12使环绕在气缸水套中的冷却液加快流动，吸收大量热量的冷却液在发动机冷却散热器10中进行冷却，冷却后的冷却液再次引到水套中，周而复始实现发动机的冷却。其中，发动机冷却散热器10即为二级有机朗肯循环的蒸发器，冷却水进行放热过程，有机工质进行吸热过程，回收冷却水中的热量进行换热，回收利用废热，实现有机工质的蒸发提取低品位热能。
作为本发明的一种优选方式，所述空气蒸发器5和所述LNG储液罐1设置在所述冷藏车车体的底部，具体安装车体底盘14下，采用这种结构，可利用汽车行驶过程中的高速气流为初级有机朗肯循环进行强制换热。有机工质在空气蒸发器5内盘旋的蛇形换热管内流动着，与来流的空气进行换热后温度下降。
作为本发明的一种优选方式，所述热交换器3设置在所述风道18内，在所述风道18内设有风机20，所述风道18具有与所述冷藏厢13连通的送风口和回风槽19。所述风道内安放风机20，主要有三方面的作用：1、为回风提供负压环境，为回风的进入提供动力。2、使得新冷风与热交换器3进行强制对流换热，提高换热效率。3、将新冷风送入冷藏厢13内与冷藏物品进行热量交换，为冷风的循环流动提供动力。冷藏厢13内的低温空气在风机20的吸附作用下进入风道，并在风机20的鼓风作用下与热交换器3内的制冷剂交换热量，放热后的低温冷空气进入冷藏厢13内与车厢内的冷藏物品换热，维持冷藏厢13内的低温环境，保证物品的新鲜度，与物品换热后的空气在风机20的作用下回到风道18内进入下一个循环。
作为本发明的一种优选方式，所述风道18内设有储冷剂箱22，储冷剂箱22的进风口对应所述热交换器3设置，在进风口上设有可启闭的控制门和用以对控制门进行启闭的控制开关26，所述风道18与所述冷藏厢13之间设有气流通道27。
作为本发明的一种优选方式，还包括控制器24和设置在所述冷藏厢13内的温度传感器25，所述控制开关26、所述风机20以及温度传感器25均连接至控制器24。
参照图4和图5，作为本发明的一种优选方式，本发明中的控制门采用百叶窗21，百叶窗21具有能开合的叶片28，同时还可以控制叶片28的开启程度，其为现有技术中的已知结构，如在授权公告号CN1204329C的中国发明中专利中即介绍了一种电动百叶窗。本发明中，将百叶窗21安装在风道18内，为了更好的配合百叶窗21的叶片28，在风道18内设有与叶片28配合的隔板29，隔板29对应气流通道27设置，隔板29与百叶窗21之间形成导流口30，当百叶窗21的叶片28开启至一定程度，叶片28抵靠在隔板29上，从而将导流口30封闭，此时气流从百叶窗21的28叶片之间流过并进入储冷剂箱22。百叶窗21上设有控制叶片28活动的控制机构，该控制机构与控制器24连接。图4表示，百叶窗21的叶片28打开状态下气流的流动方向，图5表示百叶窗21的叶片关闭的状态下，气流的流动方向。本发明巧妙地将百叶窗21结构安装在风道18，通过控制百叶窗21的叶片28的开启程度，还可以实现导流口30气流的大小的调整，配合温度传感器25和控制器24，可以合理的调配冷藏厢13内冷气的输送量，从而合理地利用能量，起到节能环保的作用。
作为本发明的一种优选方式，所述冷藏厢13由厢板组成，厢板包括玻璃钢板内层23、玻璃钢板外层17以及设置在玻璃钢板内层23与玻璃钢板外层17之间的聚氨酯泡沫层16，厢板包括左侧板、右侧板、盖板、底板、前板和后板，采用这种结构，在保证冷藏厢13的强度下，能够有效防止冷气散发出去，提高冷藏效果。在本发明中，风道18设置在前板位置并延伸至盖板。温度传感器25安装于冷藏厢13内，与控制器24的输入端相连，控制器24的输出端与风机20相连，通过控制风机20的转速，实现调节制冷温度。当冷藏厢13内的温度高于要求温度时，将百叶窗21合拢，冷气通过风道18直接进入冷藏厢13，进行制冷；当冷藏厢13内温度低于要求温度时，百叶窗11打开，冷气进入储冷剂箱22后再进入冷藏厢13，进行缓慢的制冷。当发动机停止运作时，冷藏厢13内的冷能由储冷剂箱22提供。储冷剂箱22内装有乙二醇水溶液。
采用本发明的LNG冷藏车，用来对冷冻食品或新鲜食品等进行陆运保存。车体底盘14上固定设置有冷藏厢13，冷藏厢13的前部和顶部设置有风道18，风道18内依次设有回风槽19、风机20、热交换器3、百叶窗21以及储冷剂箱22。储冷剂箱22会吸收来自热交换器3的冷量在低温下进行相变并储存能量。当冷藏厢13内的温度较高时，百叶窗21会合拢，冷气通过风道18与热交换器3换热后直接进入冷藏厢13；当冷藏厢13内的温度较低时，百叶窗21会打开，冷气会进入储冷剂箱22后再进入冷藏厢13，对车厢内进行缓慢的制冷。与物品换热后的空气在风机20的作用下经回风槽19回到风道18内。其中热交换器3中的低温冷源由LNG提供。
LNG在储罐压力作用下从LNG储罐1送出，经过初级汽化器2吸热后进入热交换器3，与来自冷藏厢13内循环流动的空气进行逆流热交换，将冷量继续释放到冷藏厢13内，热交换器3出口处的LNG温度上升，接着进入二级汽化器4中间接吸收发动机冷却散热器10中的热量，温度得到巨大升高的LNG已经完成汽化过程变为气态天然气，经过气体加热器恢复到常温后进入安装于车体头部的气体发动机11，作为气体发动机11的燃料使用。
其中初级汽化器2和二级汽化器4分别为初级有机朗肯循环发电系统和二级有机朗肯循环发电系统的冷凝器，而初级有机朗肯发电系统的蒸发器为空气蒸发器5，二级有机朗肯发电系统的蒸发器为发动机冷却散热器10。两循环发电系统产生的电能均输入汽车用电系统。
采用本发明的技术方案，至少可以达到如下的技术效果：
1、节能环保效益显著：利用冷却水系统进行热回收，回收散热系统废热，为有机朗肯循环系统提供动力，节能的同时减少了一次能源的使用，二级有机朗肯循环发电系统高温采用发动机冷却水，低温采用LNG汽化产生的低温，使其能够在完成LNG气化功能的同时还能够利用温差发电技术进行能量回收，既能够利用发动机的余热能量，又能够利用LNG车辆特有的冷能，最大程度的提高能量回收效率，改善车辆的燃油经济性。
2、LNG冷藏车不需要发动机驱动压缩机制冷，既省去了车载制冷设备的安装，又有效的消除了机械制冷的噪声污染。
3、利用有机工质避免了低温LNG与空气的直接换热，减少了换热温差，提高了冷量回收率，且解决了低温工况下空气中的水分、二氧化碳等成分容易冻结，造成换热器无法正常工作的问题。
4、有机朗肯循环分为初级有机朗肯循环发电系统和二级有机朗肯循环发电系统，将LNG释放的冷量梯级作为冷源，新空气和冷却水作为热源，形成的温差带动膨胀机工作发电，用于汽车用电。
5、空气蒸发器5安装在车体底盘14下，可利用汽车行驶过程中的高速气流为初级有机朗肯循环进行强制换热，有机工质在空气蒸发器内盘旋的蛇形换热管内流动着，与来流的空气进行换热后温度下降。
6、LNG储液罐1设在冷藏车车体底部，不仅节省了汽车前部的空间，又可避免太阳的直接辐射。
7、余热回收利用技术和相变蓄冷技术有机结合，在冷藏厢13的风道18内设置储冷剂箱22，可以达到持续制冷的目的。
8、热交换器3设置在冷藏厢13的内部，直接与冷藏厢13内的空气进行热交换，安装回风槽19，结构简单，冷能流失少，制冷效果好，提高制冷效率。
本发明的产品形式并非限于本案图示和实施例，任何人对其进行类似思路的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。

Claims (7)

1.LNG冷能梯级利用发电的冷藏车，包括冷藏车车体、设置在冷藏车车体上的冷藏厢、与冷藏厢连通的风道以及用以对冷藏厢进行制冷的LNG储液罐，其特征在于：还包括初级有机朗肯循环发电系统和二级有机朗肯循环发电系统，初级有机朗肯循环发电系统包括初级汽化器、空气蒸发器、第一工质泵以及第一膨胀机，二级有机朗肯循环发电系统包括二级汽化器、冷藏车车体的发动机冷却散热器、第二工质泵以及第二膨胀机，LNG储液罐与初级汽化器连通，发动机冷却散热器对应所述冷藏车车体的冷却水系统设置，还包括热交换器，热交换器的进口与初级汽化器连通，热交换器的出口与二级汽化器连通。
2.如权利要求1所述的LNG冷能梯级利用发电的冷藏车，其特征在于：所述空气蒸发器和所述LNG储液罐设置在所述冷藏车车体的底部。
3.如权利要求1所述的LNG冷能梯级利用发电的冷藏车，其特征在于：所述热交换器设置在所述风道内，在所述风道内设有风机，所述风道具有与所述冷藏厢连通的送风口和回风槽。
4.如权利要求3所述的LNG冷能梯级利用发电的冷藏车，其特征在于：所述风道内设有储冷剂箱，储冷剂箱的进风口对应所述热交换器设置，在进风口上设有可启闭的控制门和用以对控制门进行启闭的控制开关，所述风道与所述冷藏厢之间设有气流通道。
5.如权利要求4所述的LNG冷能梯级利用发电的冷藏车，其特征在于：还包括控制器和设置在所述冷藏厢内的温度传感器，所述控制开关、所述风机以及温度传感器均连接至控制器。
6.如权利要求5所述的LNG冷能梯级利用发电的冷藏车，其特征在于：所述控制门为安装在所述风道中的百叶窗，在风道内设有隔板，隔板对应所述气流通道设置，百叶窗与隔板之间形成导流口，百叶窗具有与隔板配合而将导流口封闭或者打开的叶片和用以控制叶片活动的控制机构，控制机构与所述控制器连接。
7.如权利要求6所述的LNG冷能梯级利用发电的冷藏车，其特征在于：所述冷藏厢由厢板组成，厢板包括玻璃钢板内层、玻璃钢板外层以及设置在玻璃钢板内层与玻璃钢板外层之间的聚氨酯泡沫层，厢板包括左侧板、右侧板、盖板、底板、前板和后板。
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