CN106314083B - 一种lng综合利用系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种LNG综合利用系统，它包括LNG储罐、第一热交换器、第二热交换器、空调管路、供气管路和冷却液管路；一种LNG综合利用方法，设置系统，按空调使用间不制冷且不制热、制冷不制热、极限制冷、制热不制冷四种情况分别控制。本发明所提出的一种LNG综合利用系统及方法，可充分利用LNG冷能，取代传统气体压缩式空调的制冷结构，并且结构简单、设备成本低廉、易于产业化制造，实现了降低生产成本和节能减排的双重目的。

Description

一种LNG综合利用系统及方法

技术领域

本发明涉及天然气节能领域，具体的是一种LNG综合利用系统及方法。

背景技术

目前，LNG汽车对于LNG的利用还仅仅停留在利用其生物能的层面上，但天然气进入发动机燃烧前，需要将储罐中零下160℃的LNG气化为常温天然气(NG)，约产生830kJ/kg的冷量。这部分冷量在行车过程中往往直接浪费掉了。

近年来，陆续出现了一些对LNG冷能利用的装置或设备，申请号为“201310713374.3”的发明专利申请公开了一种LNG公交车冷量回收系统，该回收系统包括单片机，温度传感器，模式选择电路，热交换器，进气阀，尾气阀，出口阀，高温管道，低温管道和风扇；其中，所述模式选择电路用于实现工作模式的选择；所述单片机用于读取所述模式选择电路输入端电平；温度传感器用于反馈调节车内温度。该专利通过简单的使LNG与空气在热交换器中交换，从而为驾驶室提供“冷空气”，如何让空气中空气进入和排出热交换器的问题没有解决，LNG如何为发动机提供动力的问题也没有解决，同时，该专利完成简单的热交换使用了单片机控制系统，装置成本高、收益小，实则是一种不切实际的设想。

申请号为“201210521342.9”的发明专利申请公开了一种基于液化天然气汽车的能量综合回收利用系统，包括LNG燃料罐，LNG燃料罐的出口经高真空绝热管与流量控制阀的入口连接，流量控制阀的出口再经高真空绝热管与LNG气化器的冷流体入口连接，LNG气化器的冷流体出口和低温天然气复温热交换器的冷流体入口连接，低温天然气复温热交换器的冷流体出口经燃气复温管道和发动机的燃料进口连接；LNG气化器的热流体出口经管道与第一有机工质加压泵入口连接，第一有机工质加压泵出口和第一回热器的冷流体入口连接，第一回热器的冷流体出口和低温蒸发器的冷流体入口连接，低温蒸发器的冷流体出口与第一膨胀机的入口连接，第一回热器的热流体入口和第一膨胀机的出口连接，第一回热器的热流体出口和LNG气化器的热流体入口连接；低温天然气复温热交换器的热流体出口经绝热管道与空冷器的载冷剂入口连接，空冷器载冷剂出口经保温管道与载冷剂输送泵的入口连接，载冷剂输送泵的出口经保温管道与低温天然气复温热交换器的热流体入口连接。该装置/系统充分利用起了LNG的冷能和生物能并且利用效率高，有一定的技术进步；但是该装置/系统结构复杂，涉及到的装置或设备繁多，装配给汽车的费用高，同时还需要占用较大的空间；该装置/系统中使用了大量的加压泵/输送泵、热交换器等设备，LNG的冷能在热交换器中损失严重，同时为泵提供的能量大，被利用的LNG的能量等于各设备损耗的能量，甚至是小于；虽然充分的利用了LNG的冷能，但就实际效益总体来说，是不合算的，不具备实际推广应用的前景。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种LNG综合利用系统及方法，充分利用LNG冷能，取代传统空调使用的压缩机制冷结构，并且结构简单、设备成本低廉、易于产业化制造，实现降低生产成本和节能减排的双重目的。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种LNG综合利用系统，它包括LNG储罐、第一热交换器、第二热交换器、空调管路、供气管路和冷却液管路，其中：

所述的第二热交换器设置在空调箱风道内；

所述的空调管路一端连接蒸发器，另一端连接第一热交换器，蒸发器设置于空调箱风道内，由蒸发器进入的空调制冷剂经空调管路在第一热交换器中热交换作业后，再由空调管路回流到蒸发器中，空调箱风道内的空气经空调制冷剂冷却后，再进入空调使用间内；

所述的供气管路包括一条主管道和两条支管道，两条支管道分别为第一支管和第二支管，第一支管和第二支管的进气口分别与LNG储罐的出口相连接，第一支管上设置有第一控制阀，第二支管上设置有第二控制阀，与空调管路连接的第一热交换器设置在第一支管上，第一支管和第二支管并联连接后与主管道串联；所述的主管道上设置有N个换热支管，换热支管与第二热交换器相连接，当N＝1时，换热支管即为主管道的一段；当N≧2时，换热支管并联后与主管道串联；所述的主管道经第二热交换器后分别依次连接稳压器、缓冲罐、滤清器、供气主控阀和发动机；

所述的冷却液管路包括自散热支管和热交换支管，自散热支管一端与发动机冷却液出口相连接，另一端分别穿过节温器、散热器和水箱后与发动机冷却液入口相连接；所述的热交换支管一端与发动机冷却液出口相连接，另一端穿过水箱后与发动机冷却液入口相连接，在热交换支管上由发动机冷却液出口至发动机冷却液入口的方向上依次设置第四控制阀和N个冷却分管，当N＝1时，冷却分管即为热交换支管的一段；当N≧2时，冷却分管并联后与热交换支管串联；冷却液管路还可以包括第三控制阀。

LNG为车载或船载空调和发动机冷却提供冷源，当空调系统停止运行时，关闭第一控制阀开启第二控制阀，LNG从储液罐中流出，在第二热交换器，与发动机冷却液进行热交换，得到气化，再通过稳压器、缓冲罐、滤清器、供气主控阀，进入到发动机中，为发动机提供生物能；当车载或船载空调开启制冷模式时，关闭第二控制阀开启第一控制阀，LNG从储液罐中流出，其主要冷量在第一热交换器中(也称为热管系统的冷凝端)与空调系统制冷剂进行交换；LNG得到气化后，再通过稳压器、缓冲罐、滤清器、供气主控阀，进入到发动机中；空调制冷剂在第一热交换器中得到冷量，通过蒸发器将风道空气降温后送到空调使用间；当空调使用间开启极冷空调模式时，空调使用间要求的风温已经不能再通过调节风量和混风风门开度得到，这时可通过调节进入LNG第二热交换器的量(蒸发器冷风和第二热交换器冷风)，使得空气通过第二热交换器后得到的是冷风，来满足空调使用间极限制冷要求；此时有益效果体现为：第二热交换器中小部分的LNG通过其换热管将冷量给空气，既不会造成第二热交换器表面结霜结露，又不会造成风口凝结水吹出；另一方面，还能增加空调使用间的冷量；当空调使用间开启制热空调模式时，发动机冷却液同时为LNG气化和空调使用间供热提供热量，各管路之间相互独立，又可相互协调工作，可根据实际需要选择性开启某条或几条管路。

本发明进一步设置为：所述的一种LNG综合利用系统还包括自增压管路，自增压管路一端与LNG储罐出液口相连接，另一端穿过第二热交换器后与LNG储罐进气口相连接。

通过采用上述技术方案，液态的LNG经第二热交换器换热后气化回流到LNG储罐内，LNG储罐罐内压力增大，为LNG出气提供充足的动力，无需使用增压泵或输送泵，节约设备成本、减小能量损耗。

本发明进一步设置为：所述的一种LNG综合利用系统还包括PLC控制器和温度传感器，在空调使用间内、空调箱风道内、发动机冷却液入口和天然气入口分别设置温度传感器，第一控制阀、第二控制阀、第四控制阀和供气主控阀和温度传感器分别与PLC控制器相连接；温度传感器相当于PLC控制器的信息采集单元，在PLC控制器内预先设定基本数据，当各个温度传感器采集的信息传回到PLC控制器内比对完成后，若一切正常，则保持原状态，若出现反常，则PLC控制器向各控制阀发送执行指令，直到数据正常为止。

本发明进一步设置为：所述的第二热交换器包括若干换热管，所述的换热管包括中心管和外环管，中心管和外环管一体连接，在中心管外壁固定设置有若干旋流片，以增大中心管和外环管内液体的接触面积，提高热交换效率。

本发明进一步设置为：所述的第二热交换器的换热管之间均匀设置有若干翅片，以进一步提高第二热交换器的热交换效率。

本发明进一步设置为：所述的供气管路与换热管的中心管相联通，冷却液管路和换热管的外环管相联通，在满足制热模式送风温度情况下，使得可满足LNG的气化温度，不会出现过高，而也不会出现过低现象，以保障LNG进入发动机的正常使用。

本发明进一步设置为：所述的一种LNG综合利用系统还包括尾气管路，所述的尾气管路包括尾气主管和两条尾气分管，尾气主管一端连接尾气排放管，另一端分别与两条尾气分管相连接，其中一条尾气分管设置有第一尾气控制阀并直接连接排气口，另一条尾气分管穿过第二尾气控制阀和第二热交换器后与排气口相连接，两条尾气分管之间并联连接。

通过采用上述技术方案，在发动机刚刚启动时，高温尾气和发动机冷却液共同为LNG气化提供热量比单一冷却液提供气化热量时，气化更充足；在空调使用间启动制热模式时，发动机冷却液和尾气共同为空调使用间提供暖风比单一冷却液供热效果更佳，暖风响应更迅速，更节能；加入尾气后，使得系统控制和调节更灵活。

一种LNG综合利用方法，其包括如下步骤：

一、按上述所述的综合利用系统，按空调使用间不制冷且不制热、制冷不制热、极限制冷、制热不制冷四种情况分别控制；

二、空调使用间不制冷且不制热时，LNG仅用于与发动机冷却液的热交换，关闭第一控制阀开启第二控制阀，LNG从储液罐中流出，在第二热交换器中与发动机冷却液进行热交换，得到气化，再通过稳压器、缓冲罐、滤清器、供气主控阀，进入到发动机中，有益效果表现为：在第二热交换器中由发动机冷却液为LNG供气管路气化和自增压提供热量，同时冷却液自身得到冷却；

三、空调使用间制冷不制热时，LNG既用于与发动机冷却液的热交换，又用于为空调管路提供冷源，关闭第二控制阀开启第一控制阀，LNG从储液罐中流出，其主要冷量在第一热交换器中(也称为热管系统的冷凝端)与空调系统制冷剂进行交换，LNG得到气化后，再通过稳压器、缓冲罐、滤清器、供气主控阀，进入到发动机中，空调制冷剂在第一热交换器中得到冷量，通过蒸发器，将风道空气降温后送到空调使用间；此模式下，发动机冷却液主要作用为空调箱风道中的风温进行调节，小部分作用为LNG供气管路和自增压提供气化(由于空调系统对LNG部分冷能进行了主要利用，此时LNG供气管路在第二热交换器中所需温升明显降低)；空调使用间风温还可通过送入风量进行调节；

四、空调使用间极限制冷时，空调使用间要求的风温已经不能再通过调节风量和混风风门开度得到，这时通过调节第一控制阀和第二控制阀的开度使得空气通过第二热交换器后降温，此时蒸发器送冷风和第二热交换器送冷风共同来满足空调使用间极限制冷要求；此时有益效果体现为：第二热交换器中小部分的LNG通过其换热管将冷量给空气，既不会造成第二热交换器表面结霜结露，又不会造成风口凝结水吹出；另一方面，还能增加空调使用间的冷量；

五、空调使用间制热不制冷时，发动机冷却液同时为LNG气化和空调使用间供热提供热量，供热热量或风温不足时，启动电加热补充。

本发明进一步设置为：在制热不制冷的情况下，将尾气引入第二热交换器中，高温的尾气气化LNG，冷却液和尾气共同为LNG的气化和空调使用间提供热量。

本发明所提出的一种LNG综合利用系统及方法，可充分利用LNG能源，取代传统空调使用的压缩机制冷结构，并且结构简单、设备成本低廉、易于产业化制造，实现了降低生产成本和节能减排的双重目的。

附图说明

图1为本发明所提出的一种LNG综合利用系统结构示意图；

图2为图1中供气管路结构示意图；

图3为图1中冷却液管路结构示意图；

图4为图1中自增压管路结构示意图；

图5为本发明所提出的一种LNG综合利用系统一个较优实施例的结构示意图；

图6为图5中尾气管路结构示意图；

图7为第二热交换器的换热管结构示意图；

图8为本发明所提出的一种LNG综合利用方法一个较优实施例(空调使用间不制冷且不制热时)的控制流程示意图；

图9为本发明所提出的一种LNG综合利用方法一个较优实施例(空调使用间制冷不制热时)的控制流程示意图；

图10为本发明所提出的一种LNG综合利用方法一个较优实施例(空调使用间极限制冷时)的控制流程示意图；

图11为本发明所提出的一种LNG综合利用方法一个较优实施例(空调使用间制热不制冷时)的控制流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

实施例1：参见附图1-3，一种LNG综合利用系统，它包括LNG储罐7、第一热交换器6、第二热交换器5、空调管路100、供气管路200和冷却液管路300，其中：

所述的第二热交换器5设置在空调箱风道9内；

所述的空调管路100一端连接蒸发器8，另一端连接第一热交换器6，蒸发器8设置于空调箱风道9内，由蒸发器8进入的空调制冷剂经空调管路100在第一热交换器6中热交换作业后，再由空调管路100回流到蒸发器8中，空调箱风道9内的空气经空调制冷剂冷却后，再进入空调使用间内；

所述的供气管路200包括一条主管道和两条支管道，两条支管道分别为第一支管和第二支管，第一支管和第二支管的入口分别与LNG储罐7的出液口相连接，第一支管上设置有第一控制阀1，第二支管上设置有第二控制阀2，与空调管路100连接的第一热交换器6设置在第一支管上，第一支管和第二支管并联连接后与主管道串联；所述的主管道上设置有N个换热支管，换热支管为第二热交换器5的一部分，当N＝1时，换热支管即为主管道的一段；当N≧2时，换热支管并联后与主管道串联；所述的主管道经第二热交换器5后分别依次连接稳压器10、缓冲罐11、滤清器12、供气主控阀13和发动机14；

所述的冷却液管路300包括自散热支管和热交换支管，冷却液自发动机14流出后并联进入自散热支管和热交换支管，流出支路后汇合并由泵19送入发动机14；自散热支管上沿冷却液流动方向依次设置有节温器16和散热器15，且节温器16另一出口上连接有散热器15的旁通支管；在热交换支管上沿冷却液流动方向依次设置有第四控制阀4和第二热交换器5；

上述旁通支管上设置有第三控制阀3；第二热交换器5设置有N个冷却分管，当N＝1时，冷却分管即为热交换支管的一段；当N≧2时，冷却分管并联后与热交换支管串联。

LNG为车载或船载空调和发动机14冷却液提供冷源，当空调系统停止运行时，关闭第一控制阀1开启第二控制阀2，LNG从储液罐中流出，在第二热交换器5中与发动机14冷却液进行热交换，得到气化，再通过稳压器10、缓冲罐11、滤清器12、供气主控阀13，进入到发动机14中，为发动机14提供生物能；当车载或船载空调开启制冷模式时，关闭第二控制阀2、开启第一控制阀1，LNG从储液罐中流出，其主要冷量在第一热交换器6中(也称为热管系统的冷凝端)与空调系统制冷剂进行交换；LNG得到气化后，再通过稳压器10、缓冲罐11、滤清器12、供气主控阀13，进入到发动机14中；空调制冷剂在第一热交换器6中得到冷量，通过蒸发器8将风道空气降温后送到空调使用间，驾驶室或船舱风温可通过送风风量和混风风门进行调节；当驾驶室或船舱开启极冷空调模式时，要求的风温已经不能再通过调节风量和混风风门开度得到，这时可减小第一控制阀1的开度，打开并增大第二控制阀2的开度，同时减小第四控制阀4的开度或是关闭第四控制阀4，使得空气通过第二热交换器后得到的是冷风，此时蒸发器送冷风和第二热交换器送冷风共同来满足空调使用间极限制冷要求；此时第二热交换器中小部分的LNG通过其换热管将冷量给空气，既不会造成第二热交换器表面结霜结露，又不会造成风口凝结水吹出；另一方面，还能增加空调使用间的冷量；当驾驶室或船舱开启制热空调模式时，发动机14冷却液同时为LNG气化和驾驶室或船舱供热提供热量，各管路之间相互独立，又可相互协调工作，可根据实际需要选择性开启某条或几条管路。

实施例2：参见附图1和4，所述的一种LNG综合利用系统还包括自增压管路400，自增压管路400一端与LNG储罐7出液口相连接，另一端穿过第二热交换器5后与LNG储罐7进气口相连接。

通过采用上述技术方案，液态的LNG经第二热交换器5换热后气化回流到LNG储罐7内，LNG储罐7罐内压力增大，为LNG出气提供充足的动力，无需使用增压泵或输送泵，节约设备成本、减小能量损耗。

实施例3：所述的一种LNG综合利用系统还包括PLC控制器和温度传感器，在空调使用间内、空调箱风道9内、发动机14冷却液入口和天然气入口分别设置温度传感器，第一控制阀1、第二控制阀2、第三控制阀3、第四控制阀4和供气主控阀13和温度传感器分别与PLC控制器相连接；温度传感器相当于PLC控制器的信息采集单元，在PLC控制器内预先设定基本数据，当各个温度传感器采集的信息传回到PLC控制器内比对完成后，若一切正常，则保持原状态，若出现反常，则PLC控制器向各控制阀发送执行指令，直到数据正常为止。

实施例4：参见附图4和7，所述的第二热交换器5包括若干换热管50，所述的换热管包括中心管510和外环管520，中心管和外环管一体连接，在中心管外壁固定设置有若干旋流片515，以增大中心管和外环管内液体的接触面积，提高热交换效率；所述的第二热交换器5的换热管之间均匀设置有若干翅片55，以进一步提高第二热交换器5的热交换效率。

本发明进一步设置为：所述的供气管路200与换热管的中心管相联通，冷却液管路300和换热管的外环管相联通，在满足制热模式送风温度情况下，可满足LNG的气化温度要求，不会出现过高，也不会出现过低现象，以保障LNG进入发动机14的正常使用。

实施例5：参见附图5和6，所述的一种LNG综合利用系统还包括尾气管路500，所述的尾气管路500包括尾气主管和两条尾气分管，尾气主管一端连接尾气排放管，另一端分别与两条尾气分管相连接，其中一条尾气分管设置有第一尾气控制阀18并直接连接排气口，另一条尾气分管穿过第二尾气控制阀17和第二热交换器5后与排气口相连接，两条尾气分管之间并联连接。

通过采用上述技术方案，在发动机14刚刚启动时，高温尾气和发动机14冷却液共同为LNG气化提供热量比单一冷却液提供气化热量时，气化更充足；在驾驶室或船舱启动制热模式时，发动机14冷却液和尾气共同提供暖风比单一冷却液供热效果更佳，暖风响应更迅速，更节能；加入尾气后，使得系统控制和调节更灵活。

实施例6：参见附图1-7，一种LNG综合利用方法，其包括如下步骤：

一、按上述所述的综合利用系统，TNG、Tec、Tair分别表示进入发动机14的天然气温度、冷却液温度和空调箱风道9的送风温度。启用PLC控制器和温度传感器，并用PLC控制器预先设定天然气低温和高温极限点分别为T1、T2(T1<T2)；预先设定冷却液高温限为T3，按空调使用间不制冷且不制热、制冷不制热、极限制冷、制热不制冷四种情况分别控制，在制冷不制热、极限制冷、制热不制冷情况下Tair分别预先设定为T4、T0、T5；

二、空调使用间不制冷且不制热时，LNG用于与发动机14冷却液的热交换，关闭第一控制阀1开启第二控制阀2，LNG从储液罐中流出，在第二热交换器5中与发动机14冷却液进行热交换，再通过稳压器10、缓冲罐11、滤清器12、供气主控阀13，进入到发动机14中；温度传感器分别测定天然气温度TNG、冷却液温度Tec并将数据传输给PLC控制器。

当T1<TNG<T2且Tec≤T3时，保持原状态并维持时间t；当TNG<T1时，增大第四控制阀4的开度，并减小第三控制阀3的开度，维持时间t1，再进行天然气温度TNG与预设值T1、T2的比较，直到T1<TNG<T2时结束循环，再进行冷却液温度Tec与预设值T3的比较；当TNG＞T2时，增大第三控制阀3的开度，并减小第四控制阀4的开度，维持时间t1，再进行天然气温度TNG与预设值T1、T2的比较，直到T1<TNG<T2时结束循环，再进行冷却液温度Tec与预设值T3的比较；当Tec＞T3时，启动散热器15运行或增加散热器15转速对冷却液温度进行调节，并维持时间t2，直到Tec≤T3；有益效果表现为：在第二热交换器5中由发动机14冷却液为LNG供气管路200气化和自增压提供热量，同时冷却液自身得到冷却；

三、空调使用间制冷不制热时，LNG既用于与发动机14冷却液的热交换，又用于为空调管路100提供冷源，关闭第二控制阀2开启第一控制阀1，LNG从储液罐中流出，其主要冷量在第一热交换器6中(也称为热管系统的冷凝端)与空调系统制冷剂进行交换，LNG得到气化后，再通过稳压器10、缓冲罐11、滤清器12、供气主控阀13，进入到发动机14中，空调制冷剂在第一热交换器6中得到冷量，通过蒸发器8，将风道空气降温后送到空调使用间；温度传感器分别测定天然气温度TNG、冷却液温度Tec和空调箱风道9送风温度Tair，并将数据传输给PLC控制器，当T1<TNG<T2且Tec≤T3且Tair＝T4时，保持原状态并维持时间t；当TNG<T1时，增大第四控制阀4的开度，并减小第三控制阀3的开度，维持时间t1，直到T1<TNG<T2时再进行冷却液温度Tec与预设值T3的比较；当TNG＞T2时，增大第三控制阀3的开度，并减小第四控制阀4的开度，维持时间t1，直到T1<TNG<T2时再进行冷却液温度Tec与预设值T3的比较；当Tec＞T3时，启动散热器15运行或增加散热器15转速对冷却液温度进行调节，并维持时间t2，直到Tec≤T3时再进行送风温度Tair与T4的比较；当Tair＞T4时，通过减小第二热交换器混风风门开度调节，并维持时间t3；当Tair＜T4时，通过增大第二热交换器混风风门开度调节，并维持时间t3，直至Tair＝T4；此模式下，发动机14冷却液主要作用为空调箱风道9中的风温进行调节，小部分作用为LNG供气管路200和自增压提供气化(由于空调系统对LNG部分冷能进行了主要利用，此时LNG供气管路200在第二热交换器5中所需温升明显降低)；送风风温还可通过送入风量进行调节；

四、空调使用间极限制冷时，要求的风温已经不能再通过调节风量和混风风门开度得到，这时可减小第一控制阀1的开度，打开并增大第二控制阀2的开度，使得空气通过第二热交换器后得到的是冷风，此时蒸发器送冷风和第二热交换器送冷风共同来满足空调使用间极限制冷要求；温度传感器分别测定天然气温度TNG、冷却液温度Tec和空调箱风道9送风温度Tair，并将数据传输给PLC控制器，当T1<TNG<T2且Tec≤T3且Tair＝T0时，保持原状态，并维持时间t；当TNG<T1时，增大第四控制阀4的开度，并减小第三控制阀3的开度，维持时间t1，直到T1<TNG<T2时再进行冷却液温度Tec与预设值T3的比较；当TNG＞T2时，增大第三控制阀3的开度，并减小第四控制阀4的开度，维持时间t1，直到T1<TNG<T2时再进行冷却液温度Tec与预设值T3的比较；当Tec＞T3时，启动散热器15运行或增加散热器15风机转速对冷却液温度进行调节，并维持时间t2，直到Tec≤T3时再进行送风温度Tair与T4的比较；当Tair＞T0时，PLC控制器向第一控制阀1和第二控制阀2发送指令，减小第一控制阀1开度并增大第二控制阀2开度，并维持时间t3，直至Tair＝T0；此时有益效果体现为：第二热交换器中小部分的LNG通过其换热管将冷量给空气，既不会造成第二热交换器表面结霜结露，又不会造成风口凝结水吹出；另一方面，还能增加空调使用间的冷量；

五、空调使用间制热不制冷时，发动机14冷却液同时为LNG气化和空调使用间供热提供热量，温度传感器分别测定天然气温度TNG、冷却液温度Tec和空调箱风道9送风温度Tair，并将数据传输给PLC控制器，当T1<TNG<T2且Tec≤T3且Tair≥T5时，保持原状态，并维持时间t；当Tair＜T5时，增大第四控制阀4的开度，并减小第三控制阀3的开度，维持时间t4，直到Tair≥T5时进行天然气温度与设定值的比较；当TNG＞T2时，增大第三控制阀3的开度，并减小第四控制阀4的开度，维持时间t1，直到T1<TNG<T2时再进行冷却液温度Tec与预设值T3的比较；当Tec＞T3时，启动散热器15运行或增加散热器15风机转速对冷却液温度进行调节，并维持时间t2，直到Tec≤T3；当Tair＜T5时，也可以启动电加热进行热量补充。

实施例7：参见附图1-11，一种LNG综合利用方法，其包括如下步骤：

一、按上述所述的综合利用系统，TNG、Tec、Tair分别表示进入发动机14的天然气温度、冷却液温度和空调箱风道9的送风温度。启用PLC控制器和温度传感器，并用PLC控制器预先设定天然气低温和高温极限点分别为T1、T2(T1<T2)；预先设定冷却液高温限为T3，按空调使用间不制冷且不制热、制冷不制热、极限制冷、制热不制冷四种情况分别控制，在制冷不制热、极限制冷、制热不制冷情况下Tair分别预先设定为T4、T0、T5；

二、空调使用间不制冷且不制热时，LNG用于与发动机14冷却液的热交换，关闭第一控制阀1开启第二控制阀2，LNG从储液罐中流出，在第二热交换器5中与发动机14冷却液进行热交换，再通过稳压器10、缓冲罐11、滤清器12、供气主控阀13，进入到发动机14中；温度传感器分别测定天然气温度TNG、冷却液温度Tec并将数据传输给PLC控制器。

当T1<TNG<T2且Tec≤T3时，保持原状态并维持时间t；当TNG<T1时，PLC控制器向第一尾气控制阀17、第二尾气控制阀18下达指令，启动或调大尾气管路500进入第二热交换器5的进气量进行调节，并维持时间t1，直到T1<TNG<T2时结束循环再进行冷却液温度Tec与预设值T3的比较；当TNG＞T2时，通过关闭或减小尾气管路500进入第二热交换器5的进气量进行调节，并维持时间t1，直到T1<TNG<T2时再进行冷却液温度Tec与预设值T3的比较；当Tec＞T3时，启动散热器15运行或增加散热器15风机转速对冷却液温度进行调节，并维持时间t2，直到Tec≤T3；有益效果表现为：在第二热交换器5中由发动机14冷却液为LNG供气管路200气化和自增压提供热量，同时冷却液自身得到冷却；

三、空调使用间制冷不制热时，LNG既用于与发动机14冷却液的热交换，又用于为空调管路100提供冷源，关闭第二控制阀2开启第一控制阀1，LNG从储液罐中流出，其主要冷量在第一热交换器6中(也称为热管系统的冷凝端)与空调系统制冷剂进行交换，LNG得到气化后，再通过稳压器10、缓冲罐11、滤清器12、供气主控阀13，进入到发动机14中，空调制冷剂在第一热交换器6中得到冷量，通过蒸发器8，将风道空气降温后送到空调使用间；温度传感器分别测定天然气温度TNG、冷却液温度Tec和空调箱风道9送风温度Tair，并将数据传输给PLC控制器，当T1<TNG<T2且Tec≤T3且Tair＝T4时，保持原状态并维持时间t；当TNG<T1时，PLC控制器向第一尾气控制阀17、第二尾气控制阀18下达指令，启动或调大尾气管路500进入第二热交换器5的进气量进行调节，并维持时间t1，直到T1<TNG<T2再进行冷却液温度Tec与预设值T3的比较；当TNG＞T2时，通过关闭或减小尾气管路500进入第二热交换器5的进气量进行调节，并维持时间t1，直到T1<TNG<T2时再进行冷却液温度Tec与预设值T3的比较；当Tec＞T3时，启动散热器15运行或增加散热器15风机转速对冷却液温度进行调节，并维持时间t2，直到Tec≤T3时再进行送风温度与设定值的比较；当Tair＞T4时，通过减小第二热交换器混风风门开度调节，并维持时间t3；当Tair＜T4时，通过增大第二热交换器混风风门开度调节，并维持时间t3，直至Tair＝T4；T1<TNG<T2，Tec≤T3且Tair＝T4时，接着进入下一工作循环；此模式下，发动机14冷却液主要作用为空调箱风道9中的风温进行调节，小部分作用为LNG供气管路200和自增压提供气化(由于空调系统对LNG冷能进行了主要利用，此时LNG供气管路200在第二热交换器5中所需温升明显降低)；送风风温还可通过送入风量进行调节；

四、空调使用间极限制冷时，要求的风温已经不能再通过调节风量和混风风门开度得到，这时可减小第一控制阀1的开度，打开并增大第二控制阀2的开度，使得空气通过第二热交换器后得到的是冷风，此时蒸发器送冷风和第二热交换器送冷风共同来满足空调使用间极限制冷要求；温度传感器分别测定天然气温度TNG、冷却液温度Tec和空调箱风道9送风温度Tair，并将数据传输给PLC控制器，当T1<TNG<T2且Tec≤T3且Tair＝T0时，保持原状态，并维持时间t；当TNG<T1时，PLC控制器向第一尾气控制阀17、第二尾气控制阀18下达指令，启动或调大尾气管路500进入第二热交换器5的进气量进行调节，并维持时间t1；当TNG＞T2时，通过关闭或减小尾气管路500进入第二热交换器5的进气量进行调节，并维持时间t1，直到T1<TNG<T2时再进行冷却液温度Tec与预设值T3的比较；当Tec＞T3时，启动散热器15运行或增加散热器15风机转速对冷却液温度进行调节，并维持时间t2，直到Tec≤T3再进行送风温度Tair与预设值T0的比较；当Tair＞T0时，PLC控制器向第一控制阀1和第二控制阀2发送指令，减小第一控制阀1开度并增大第二控制阀2开度，并维持时间t3，直至Tair＝T0；T1<TNG<T2，Tec≤T3且Tair＝T0时，接着进入下一工作循环；此时有益效果体现为：第二热交换器中小部分的LNG通过其换热管将冷量给空气，既不会造成第二热交换器表面结霜结露，又不会造成风口凝结水吹出；另一方面，还能增加空调使用间的冷量；

五、空调使用间制热不制冷时，发动机14冷却液同时为LNG气化和空调使用间供热提供热量，温度传感器分别测定天然气温度TNG、冷却液温度Tec和空调箱风道9送风温度Tair，并将数据传输给PLC控制器，当T1<TNG<T2且Tec≤T3且Tair≥T5时，保持原状态，并维持时间t；当TNG<T1时，PLC控制器向第一尾气控制阀17、第二尾气控制阀18下达指令，启动或调大尾气管路500进入第二热交换器5的进气量进行调节，并维持时间t2；当TNG＞T2时，通过关闭或减小尾气管路500进入第二热交换器5的进气量进行调节，并维持时间t2，直到T1<TNG<T2时再进行冷却液温度Tec与预设值T3的比较；当Tec＞T3时，启动散热器15运行或增加散热器15风机转速对冷却液温度进行调节，并维持时间t2，直到Tec≤T3再进行送风温度Tair与预设值T5的比较；当Tair＜T5时，增大尾气进入第二热交换器的尾气量或启动电加热补充；当T1<TNG<T2，Tec≤T3且Tair≥T5时，接着进入下一工作循环。

本发明所提出的一种LNG综合利用系统及方法，可充分利用LNG能源，取代传统空气压缩式空调使用的压缩机制冷结构，并且结构简单、设备成本低廉、易于产业化制造，实现了降低生产成本和节能减排的双重目的。

Claims (10)

1.一种LNG综合利用系统，它包括LNG储罐、第一热交换器、第二热交换器、空调管路、供气管路和冷却液管路，其特征在于：

所述的第二热交换器设置在空调箱风道内；

所述的空调管路一端连接蒸发器，另一端连接第一热交换器，蒸发器设置于空调箱风道内，由蒸发器进入的空调制冷剂经空调管路在第一热交换器中热交换作业后，再由空调管路回流到蒸发器中，空调箱风道内的空气经空调制冷剂冷却后，再送入空调使用；

所述的供气管路包括一条主管道和两条支管道，两条支管道分别为第一支管和第二支管，第一支管和第二支管的入口与LNG储罐的出口相连接，第一支管上设置有第一控制阀，第二支管上设置有第二控制阀，与空调管路连接的第一热交换器设置在第一支管上，第一支管和第二支管并联连接后与主管道串联；所述的主管道上设置有第二热交换器；所述的主管道经第二热交换器后进入发动机；

所述的冷却液管路包括自散热支管和热交换支管，冷却液自发动机流出后并联进入自散热支管和热交换支管，流出支路后汇合并由泵送入发动机；自散热支管上沿冷却液流动方向依次设置有节温器和散热器，且节温器另一出口上连接有散热器的旁通支管；在热交换支管上沿冷却液流动方向依次设置有第四控制阀和第二热交换器；

当空调系统停止运行时，关闭第一控制阀并开启第二控制阀，LNG从储液罐中流出，在第二热交换器中与发动机冷却液进行热交换，汽化后进入到发动机中；当空调开启制冷模式时，关闭第二控制阀、开启第一控制阀，LNG从储液罐中流出，其冷量在第一热交换器中与空调系统制冷剂进行交换，汽化后进入到发动机中，同时空调系统制冷剂得到的冷量通过蒸发器将风道空气降温后送到空调使用；当开启极冷空调模式时，同时打开第一控制阀和第二控制阀，减小或关闭第四控制阀的开度，蒸发器和第二热交换器送冷风共同满足空调使用间极限制冷要求。

2.根据权利要求1所述的一种LNG综合利用系统，其特征在于它还包括自增压管路，自增压管路一端与LNG储罐出口相连接，另一端穿过第二热交换器后与LNG储罐进气口相连接。

3.根据权利要求1所述的一种LNG综合利用系统，其特征在于它还包括PLC控制器和温度传感器，在空调使用间内、空调箱风道内、发动机的冷却液入口和天然气入口分别设置温度传感器，第一控制阀、第二控制阀、第四控制阀和供气主控阀和温度传感器分别与PLC控制器相连接。

4.根据权利要求1所述的一种LNG综合利用系统，其特征在于它还包括尾气管路，所述的尾气管路包括尾气主管和两条尾气分管，尾气主管一端连接尾气排放管，另一端分别与两条尾气分管相连接，其中一条尾气分管设置有第一尾气控制阀并直接连接排气口，另一条尾气分管穿过第二尾气控制阀和第二热交换器后与排气口相连接，两条尾气分管之间并联连接。

5.根据权利要求1所述的一种LNG综合利用系统，其特征在于所述的第二热交换器包括若干换热管，所述的换热管包括中心管和外环管。

6.根据权利要求5所述的一种LNG综合利用系统，其特征在于所述的第二热交换器的换热管之间均匀设置有若干翅片。

7.根据权利要求5所述的一种LNG综合利用系统，其特征在于所述的供气管路与换热管的中心管相联通，冷却液管路和换热管的外环管相联通。

8.一种LNG综合利用方法，其特征在于它包括如下步骤：

一、按权利要求1所述的综合利用系统，按空调使用间不制冷且不制热、制冷不制热、极限制冷、制热不制冷四种情况分别控制；

二、空调使用间不制冷且不制热时，LNG用于与发动机冷却液的热交换，关闭第一控制阀开启第二控制阀，LNG从储液罐中流出，在第二热交换器中与发动机冷却液进行热交换，得到气化，再通过稳压器、缓冲罐、滤清器、供气主控阀，进入到发动机中；

三、空调使用间制冷不制热时，LNG既用于与发动机冷却液的热交换，又用于为空调管路提供冷源，关闭第二控制阀开启第一控制阀，LNG从储液罐中流出，其主要冷量在第一热交换器中与空调系统制冷剂进行交换，再经过第二热交换器进一步气化后，进入到发动机中；空调制冷剂在第一热交换器中得到冷量，通过蒸发器，将风道空气降温后送到空调使用间；

四、空调使用间极限制冷时，空调使用间要求的风温已经不能再通过调节风量和混风风门开度得到，通过调节第一控制阀和第二控制阀的开度使得空气通过第二热交换器后降温，此时蒸发器送冷风和第二热交换器送冷风共同来满足空调使用间极限制冷要求；

五、空调使用间制热不制冷时，发动机冷却液同时为LNG气化和空调使用间供热提供热量。

9.根据权利要求8所述的一种LNG综合利用方法，其特征在于在制热不制冷的情况下，将尾气引入第二热交换器中，高温的尾气气化LNG，空调箱风道空气经过第二热交换器后输送进入空调使用间内。

10.根据权利要求8所述的一种LNG综合利用方法，其特征在于在制热不制冷的情况下，供热热量或风温不足时，启动电加热补充。

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