CN109186157A - 一种高效液化天然气汽化相变蓄冷装置 - Google Patents

一种高效液化天然气汽化相变蓄冷装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高效液化天然气汽化相变蓄冷装置，其包括：壳体；设置在所述壳体内的换热隔板，用于将所述壳体分隔为第一空腔和第二空腔；用于通入液化天然气的天然气管路，其伸入所述第一空腔后穿过所述换热隔板，再从所述第二空腔伸出；设置在第二空腔内的多个相变蓄冷球体；所述第一空腔与所述天然气管路之间充满第一载冷剂；所述第二空腔和所述天然气管路、所述相变蓄冷球体之间充满第二载冷剂；所述相变蓄冷球体内部填充有相变材料。本发明可提高液化天然气的汽化效率，同时回收气化过程中的冷能，节约能源。该装置结构简单、易于实现，可广泛应用于小型液化、压缩天然气气化站。

Description

一种高效液化天然气汽化相变蓄冷装置
技术领域
本发明涉及换热器设备领域，具体涉及一种高效液化天然气汽化相变蓄冷装置。
背景技术
液化、压缩天然气（L-CNG）加气站通过对储存在槽罐中的液化天然气进行加压气化，进而对压缩天然气汽车进行充装。当前L-CNG加气站的汽化设备主要为空温式和水浴式汽化器，夏季天然气出口温度最高能够达到15℃，可以直接输送至压缩天然气（CNG）储气瓶中，在气温低或者湿度大的情况下，为了防止低温状态天然气损伤CNG储气瓶及加气管线，需使用水浴式汽化器对天然气进行复热升温。若汽化器运行时间长导致其翅片结霜时，需要切换汽化器，不便于加气站的运行；对于空温式汽化器来说，由于其体积较大，加气站的安置成本较高，换热效率不高。此外，LNG经汽化器换热后，浪费了大量冷能，不利于节能环保。
在25MPa的工作压力下，假设整套蓄冷装置的工作效率为50%，液化天然气（LNG）销售量为50m3/d的L-CNG气化站1d的平均冷能供应能力约为100kW，可提供约1000m2的建筑空调冷量需求。
发明内容
本发明的目的是针对上述存在的问题，结合空温式汽化器与水浴式汽化器的特点，提出一种一种高效液化天然气汽化相变蓄冷装置，以提高LNG的汽化效率，同时回收气化过程中的冷能，节约能源。
为达到上述目的，本发明提供了一种高效液化天然气汽化相变蓄冷装置，其包括：壳体；设置在所述壳体内的换热隔板，用于将所述壳体分隔为第一空腔和第二空腔；用于通入液化天然气的天然气管路，其伸入所述第一空腔后穿过所述换热隔板，再从所述第二空腔伸出；设置在第二空腔内的多个相变蓄冷球体；所述第一空腔与所述天然气管路之间充满第一载冷剂，用于吸收液化天然气中的冷能；所述第二空腔和所述天然气管路、所述相变蓄冷球体之间充满第二载冷剂，用于吸收第一载冷剂和部分汽化后的液化天然气中的冷能；所述相变蓄冷球体内部填充有相变材料，用于吸收并储存第二载冷剂中的冷能。
上述的高效液化天然气汽化相变蓄冷装置，其中，还包括设置在所述蓄冷装置外部的循环泵，用于将吸收冷能后的第二载冷剂与外部换热器换热。
上述的高效液化天然气汽化相变蓄冷装置，其中，所述壳体的外部包覆有隔热材料。
上述的高效液化天然气汽化相变蓄冷装置，其中，所述天然气管道为内外管双层结构，且内管与内外管之间的夹套连通。
上述的高效液化天然气汽化相变蓄冷装置，其中，所述天然气管路为蛇形弯管。
上述的高效液化天然气汽化相变蓄冷装置，其中，所述换热隔板带有多个凹槽。
上述的高效液化天然气汽化相变蓄冷装置，其中，所述第一载冷剂为丙烷。
上述的高效液化天然气汽化相变蓄冷装置，其中，所述第二载冷剂为乙二醇水溶液。
上述的高效液化天然气汽化相变蓄冷装置，其中，所述相变蓄冷球体的材质为耐低温橡胶。
上述的高效液化天然气汽化相变蓄冷装置，其中，所述相变材料为正十四烷。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明所提供的具有蓄冷功能的液化天然气汽化装置可提高LNG的汽化效率，同时回收气化过程中的冷能，节约能源。该装置结构简单、易于实现，可广泛应用于小型L-CNG气化站。
附图说明
图1为本发明高效液化天然气汽化相变蓄冷装置的一实施例的结构图。
具体实施方式
以下结合附图通过具体实施例对本发明作进一步的描述，这些实施例仅用于说明本发明，并不是对本发明保护范围的限制。
如图1所示，蓄冷装置包括有设置在壳体3内的天然气管路1，换热隔板4和相变蓄冷球体5。所述换热隔板4将所述的壳体3内部分为两个空腔，即第一空腔（换热隔板4上部空腔）和第二空腔（换热隔板4下部空腔）；所述的天然气管路1伸入所述第一空腔后穿过所述换热隔板4，再从所述第二空腔伸出。天然气管路1可以但不限于采用U型管路、蛇形弯管。天然气管路1的数量可以根据需要设置为多个。所述天然气管路1可以视为包括相互连通的位于第一空腔内的液态天然气管路段和位于第二空腔内的气态天然气管路段。
第一空腔与天然气管路1之间充满第一载冷剂2。第一载冷剂2可以但不限于采用蒸发温度在-42℃左右的丙烷。处于气态的第一载冷剂2适于在液态天然气流经所述的液态天然气管路段时吸收液态天然气中的冷能，使液态天然气转变为气态天然气。
第二空腔内设置有相变蓄冷球体5，其内部填充有相变材料。所述的相变蓄冷球体5为耐低温橡胶。可选地，所述的相变材料为正十四烷。所述相变材料适于储存流经相变蓄冷球体5的第二载冷剂6的冷能。所述蓄冷装置内相变蓄冷球体5的数量为多个。
第二空腔与天然气管路1、相变蓄冷球体5之间充满第二载冷剂6。第二载冷剂6可以但不限于采用乙二醇水溶液，其浓度根据实际需求设置。所述第二载冷剂6适于吸收流经气态天然气管路段的天然气和流经传热隔板的第一载冷剂2的冷能，使流经换热隔板4的液态第一载冷剂2转变为气态。在壳体3上有供第一载冷剂2和第二载冷剂6导出和导入的常闭开口。
LNG先经过所述的液态天然气管路段，通过管壁与第一载冷剂2换热而部分汽化。气态的第一载冷剂2接触管壁后放热冷凝为液滴，通过重力作用滴落在换热隔板4上。液态的第一载冷剂2与换热隔板4换热，吸收热量而汽化。使得换热隔板4上部的空腔换热过程持续进行。在一实施例中，换热隔板4可以带有向下的矩形或圆形凹槽，以使冷凝后的第一载冷剂2在换热隔板4上具有更大的换热面积，提高了汽化速度，强化了空腔的内部流动。
经过所述的液态天然气管路段而部分汽化的天然气，进入所述的气态天然气管路段，进一步吸热。完全汽化的天然气经出口流出，充分释放冷量。液态的第二载冷剂6与换热隔板4和气态天然气管路段接触，从而吸收冷量。吸收冷量的第二载冷剂6吸收相变蓄冷材料的热量，并将冷量充分储存在相变材料中。
所述的相变蓄冷球体5为耐低温橡胶材料，相变形式为液固相变，可有效防止相变时体积变化对蓄冷球体造成破坏。可见，本发明是利用第一载冷剂2对液态天然气中的冷能回收，利用第二载冷剂6将第一载冷剂2以及气态天然气管路段中的冷能导入相变材料，便于冷能的储存。不仅直接储存了液化天然气中的冷能，也加快了液化天然气的汽化进程，降低了成本，解决了常规换热器的结霜问题。
在一实施例中，所述的壳体3外部包覆有隔热材料，用于实现更佳的换热效果。可选地，所包覆的隔热材料为聚氨酯材料。
在一实施例中，所述的天然气管道为双层结构的换热管，LNG先进入内管，然后进入内外管之间的夹套。夹套内的LNG直接被加热并立即汽化，而内管内流动的LNG通过夹套中汽化的LNG加热。减缓了换热速度，防止管外的载冷剂凝结。
在一实施例中，本发明提供的蓄冷装置还包括图1中未画出的循环泵，，用于将吸收冷能后的第二载冷剂6与外部换热器换热，从而对冷能加以利用。
综上所述，本发明提供的液化天然气汽化蓄冷装置，采用气态的第一载冷剂2吸收液态天然气中的冷能，吸收冷能后的第一载冷剂2变为液态，然后由第二载冷剂6吸收第一载冷剂2中的冷能，被吸收冷能后的第一载冷剂2变为气态，继续与液态天然气换热。最后由相变材料吸收并储存第二载冷剂6中的冷能。可见，本发明是利用第一载冷剂2对液态天然气中的冷能回收，利用第二载冷剂6将冷能导入相变材料，便于冷能的储存。不仅回收了液化天然气中的冷能，也加快了液化天然气的汽化进程，降低了成本。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种高效液化天然气汽化相变蓄冷装置，其特征在于，包括：壳体；设置在所述壳体内的换热隔板，用于将所述壳体分隔为第一空腔和第二空腔；用于通入液化天然气的天然气管路，其伸入所述第一空腔后穿过所述换热隔板，再从所述第二空腔伸出；设置在第二空腔内的多个相变蓄冷球体；所述第一空腔与所述天然气管路之间充满第一载冷剂，用于吸收液化天然气中的冷能；所述第二空腔和所述天然气管路、所述相变蓄冷球体之间充满第二载冷剂，用于吸收第一载冷剂和部分汽化后的液化天然气中的冷能；所述相变蓄冷球体内部填充有相变材料，用于吸收并储存第二载冷剂中的冷能。
2.如权利要求1所述的高效液化天然气汽化相变蓄冷装置，其特征在于，还包括设置在所述蓄冷装置外部的循环泵，用于将吸收冷能后的第二载冷剂与外部换热器换热。
3.如权利要求1所述的高效液化天然气汽化相变蓄冷装置，其特征在于，所述壳体的外部包覆有隔热材料。
4.如权利要求1所述的高效液化天然气汽化相变蓄冷装置，其特征在于，所述天然气管道为内外管双层结构，且内管与内外管之间的夹套连通。
5.如权利要求1所述的高效液化天然气汽化相变蓄冷装置，其特征在于，所述天然气管路为蛇形弯管。
6.如权利要求1所述的高效液化天然气汽化相变蓄冷装置，其特征在于，所述换热隔板带有多个凹槽。
7.如权利要求1所述的高效液化天然气汽化相变蓄冷装置，其特征在于，所述第一载冷剂为丙烷。
8.如权利要求1所述的高效液化天然气汽化相变蓄冷装置，其特征在于，所述第二载冷剂为乙二醇水溶液。
9.如权利要求1所述的高效液化天然气汽化相变蓄冷装置，其特征在于，所述相变蓄冷球体的材质为耐低温橡胶。
10.如权利要求1所述的高效液化天然气汽化相变蓄冷装置，其特征在于，所述相变材料为正十四烷。
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