CN110641240B - 一种应用于商用车的高效lng冷能利用系统 - Google Patents

Abstract

一种应用于商用车的高效LNG冷能利用系统，属于LNG冷能利用技术领域，包括连接在LNG钢瓶和发动机进气管路之间的LNG供液管路、设置在LNG供液管路上的高效换热器、借助热媒循环装置与高效换热器连接的空调换热器以及配套控制电路，所述热媒循环装置包括连接在高效换热器和空调换热器之间的热媒循环管路，设置在热媒循环管路上的可控流量水泵、热媒存储罐和辅助换热机构。通过对高效换热器和热媒循环装置进行改进，增强了换热器的本身工作效率，进一步使LNG冷能利用率达到最大，满足商用车的制冷需求。

Description

一种应用于商用车的高效LNG冷能利用系统

技术领域

本发明属于LNG冷能利用技术领域，具体涉及一种应用于商用车的高效LNG冷能利用系统。

背景技术

节能是当前汽车设计的首要问题之一。对 LNG 商用车而言，LNG 冷能回收为提高能源利用率开辟了新的有效途径。若将该冷能回收用于整车的制冷需求，具有节能和环保的双重意义。

众所周知，商用车的驾乘舒适性越来越成为逐渐年轻化的司机首选，对于长途跋涉或者奔波于矿区的商用车司机来说，炎炎夏日，在车中能够喝到冰爽可口的冷饮将 会是件“很酷”的事情，但是目前车载冰箱多为半导体式和压缩机式制冷，前者制冷效果不好，后者价格昂贵，其在商用车上的使用近乎空白 ；并且重型商用车传统的空调制冷需 要发动机驱动压缩机，使燃油消耗量增大约 10％，经济性较差。

因此，若能将LNG冷能回收利用，在不需任何额外功耗的情况下，满足重型商用车对制冷的需求，将会具有可观的经济效益和社会价值。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种应用于商用车的高效LNG冷能利用系统，通过对高效换热器和热媒循环装置进行改进，增强了换热器的本身工作效率，进一步使LNG冷能利用率达到最大，满足商用车的制冷需求。

本发明采用的技术方案是：一种应用于商用车的高效LNG冷能利用系统，包括连接在LNG钢瓶和发动机进气管路之间的LNG供液管路、设置在LNG供液管路上的高效换热器、借助热媒循环装置与高效换热器连接的空调换热器以及配套控制电路，所述热媒循环装置包括连接在高效换热器和空调换热器之间的热媒循环管路，设置在热媒循环管路上的可控流量水泵、热媒存储罐和辅助换热机构。

进一步地，所述高效换热器包括壳体、设置在壳体内的蛇形换热界面以及对称设置在壳体内两侧的辅助导流锥所述蛇形换热界面将壳体内空间分隔成LNG流动腔和热媒流动腔，所述LNG流动腔和热媒流动腔分别配套各自工质的进出管路接口。

进一步地，所述LNG流动腔和热媒流动腔的体积比为0.6-0.86。

进一步地，在LNG供液管路上设有与高效换热器形成并联的第一旁通管路，在第一旁通管路上设有第一低温电磁阀，在LNG供液管路上、位于高效换热器前端或后端设有第二低温电磁阀。

进一步地，所述辅助换热机构包括设置在热媒循环管路上的散热器、与散热器形成并联的第二旁通管路；在第二旁通管路上设有第二可控低温流量阀，在热媒循环管路上、位于散热器前端或后端设有第一可控低温流量阀。

进一步地，所述热媒循环管路和第二旁通管路的结构相同，包括：内管，依次覆盖在内管上的管状绝热层、管状隔热层、管状铝箔层，所述管状绝热层为由3～8层铝箔和玻璃纤维或镀铝薄膜和玻璃纤维组成的复合层。

进一步地，在高效LNG冷能利用系统和发动机之间设有绝热保温板，所述绝热保温板包括内隔热板、绝热层、外隔热板、铝箔层；所述绝热层为由3～8层铝箔和玻璃纤维或镀铝薄膜和玻璃纤维组成的复合层。

采用本发明产生的有益效果：1）本发明的高效换热器，采用蛇形换热界面形成的分腔换热结构，其性能优越，价格低廉，具备较高的市场价值；2）本发明采用高效换热器、可控流量水泵、热媒存储罐和辅助换热机构，再加上温度传感器和控制电路，可以实现LNG冷能利用系统与LNG汽化供气系统之间的自动协调工作。够保证空调制冷的运行平稳性。

附图说明

图1是本发明的结构原理示意图；

图2是本发明的高效换热器的示意图；

图3是图2的横向截面示意图；

图4是绝热保温板在本发明的设置位置示意图；

图5是热媒循环管路或第二旁通管路的结构示意图；

图6是绝热保温板的结构示意图；

附图中：1是LNG钢瓶，2是高效换热器，2-1是壳体，2-2是蛇形换热界面，2-3是LNG流动腔，2-4是热媒流动腔，2-5是辅助导流锥，5是LNG供液管路，5-1是第一旁通管路，5-2是第一低温电磁阀，5-3是第二低温电磁阀，6是空调换热器，7-1是热媒循环管路，7-2是可控流量水泵，7-3是热媒存储罐，7-4是散热器，7-5是第二旁通管路，7-6是第二可控低温流量阀，7-7是第一可控低温流量阀，8-1是内管，8-2是管状绝热层，8-3是管状隔热层，8-4是管状铝箔层，9-1是内隔热板，9-2是绝热层，9-3是外隔热板，9-4是铝箔层。

具体实施方式

参看附图1、2和3，一种应用于商用车的高效LNG冷能利用系统，包括连接在LNG钢瓶1和发动机进气管路之间的LNG供液管路5、设置在LNG供液管路5上的高效换热器2、借助热媒循环装置与高效换热器2连接的空调换热器6以及配套控制电路，所述热媒循环装置包括连接在高效换热器2和空调换热器6之间的热媒循环管路7-1，设置在热媒循环管路7-1上的可控流量水泵7-2、热媒存储罐7-3和辅助换热机构。高效换热器2包括壳体2-1、设置在壳体2-1内的蛇形换热界面2-2以及对称设置在壳体2-1内两侧的辅助导流锥2-5；蛇形换热界面2-2将壳体2-1内空间分隔成LNG流动腔2-3和热媒流动腔2-4，所述LNG流动腔2-3和热媒流动腔2-4分别配套各自工质的进出管路接口。蛇形换热界面2-2材质为铜表面复合碳纤维构成，这种结构不仅加大了工质换热接触面积，也加大了蛇形换热界面2-2本身的导热系数。

参看附图3，所述LNG流动腔2-3和热媒流动腔2-4的体积比为0.6-0.86，这种比例调节适合LNG和热媒之间温差较大的应用环境，可在有效防止换热过程中的冷凝等现象的发生，提升LNG冷能利用效率；在本发明实施例中，LNG流动腔2-3中流动的工质为LNG，热媒流动腔2-4中流动的工质为乙二醇溶液；乙二醇溶液按乙二醇的浓度配比，使冰点维持在-15至0摄氏度内。在热媒循环管路7-1中还设有温度传感器组，便于实时检测热媒的温度；温度传感器可设置在可控流量水泵7-2与高效换热器2之间的管路上，也可设在空调换热器6的热媒进口处。

本发明的高效换热器2采用蛇形换热界面2-2，将壳体2-1内空间分割成LNG流动腔2-3和热媒流动腔2-4，再结合辅助导流锥2-5，可在壳体2-1内形成两路蛇形换热腔；辅助导流锥2-5的设置，可加快热媒或LNG在蛇形换热腔内的流动性，在蛇形换热腔内形成湍流并促工质在使蛇形换热腔内的流量分配均匀。

此外上述高效换热器2的尺寸、型号，根据实际需求进行选配设计。

参看附图1，所述辅助换热机构包括设置在热媒循环管路7-1上的散热器7-4、与散热器7-4形成并联的第二旁通管路7-5；在第二旁通管路7-5上设有第二可控低温流量阀7-6，在热媒循环管路7-1上、位于散热器7-4前端或后端设有第一可控低温流量阀7-7。此辅助换热机构，可在制冷量富余出现的状况开启；工作过程为：控制电路调整第一可控低温流量阀7-7和第二可控低温流量阀7-6开启截面，使经过放热的热媒部分进入散热器7-4处吸收外界热量，再输送到空调换热器6中，可有效防止驾驶室内输送冷风的温度太低，从而影响驾驶舒适度。

参看附图1，在LNG供液管路5上设有与高效换热器2形成并联的第一旁通管路5-2，在第一旁通管路5-1上设有第一低温电磁阀5-2，在LNG供液管路5上、位于高效换热2前端或后端设有第二低温电磁阀5-3。应用这种结构，可在LNG供液管路5与发动机之间增设水浴式汽化器，保证在不应用制冷需求时，使燃料进入发动机的温度处在合适的范围。

参看附图5，所述热媒循环管路7-1和第二旁通管路7-5的结构相同，包括：内管8-1，依次覆盖在内管8-1上的管状绝热层8-2、管状隔热层8-3、管状铝箔层8-4，所述管状绝热层8-2为由3～8层铝箔和玻璃纤维或镀铝薄膜和玻璃纤维组成的复合层。内管8-1因为直接接触工质、承受工作压力，因此材料选用不锈钢、铜、塑料或橡胶。管状绝热层8-2为由3～8层铝箔和玻璃纤维或镀铝薄膜和玻璃纤维组成的复合层，具体实施例为采用1层铝箔+2层玻璃纤维或1层铝箔+3层玻璃纤维的结构形式，具有隔绝热辐射、降低热传导的作用；管状隔热层8-3材料为保温棉。管状铝箔层8-4为单层铝箔，采用胶粘方式搭接成圆筒形。

参看附图4和6，在高效LNG冷能利用系统和发动机4之间设有绝热保温板9，此绝热保温板9将本发明封闭在LNG钢瓶1下方，减缓了发动机高温以及外界环境对换热效果的影响；所述绝热保温板9包括内隔热板9-1、绝热层9-2、外隔热板9-3、铝箔层9-4；所述绝热层9-2为由3～8层铝箔和玻璃纤维或镀铝薄膜和玻璃纤维组成的复合层。内隔热板9-1和外隔热板9-3的材料相同，为柔性保温棉。绝热层9-2为由3～8层铝箔和玻璃纤维或镀铝薄膜和玻璃纤维组成的复合层，具体实施例为采用1层铝箔+2层玻璃纤维或1层铝箔+3层玻璃纤维的结构形式，具有隔绝热辐射、降低热传导的作用。铝箔层9-4为单层铝箔，采用胶粘方式固定在外隔热板9-3上，四周尺寸超出外隔热板9-3，向内折后把内侧的内隔热板9-1和绝热层9-2、外隔热板9-3固定为一个整体。

在具体实施时，商用车空调启动后，控制电路控制第一低温电磁阀5-2关闭、第二低温电磁阀5-3打开、第一可控低温流量阀7-7关闭、第二可控低温流量阀7-6打开；

LNG在压差作用下从LNG瓶出发，进入高效换热器2与制热媒进行热交换后，LNG在这里吸收热媒的热量、部分或全部汽化后，被输送到发动机中。

空调制冷的热媒工作流程：控制电路控制可控流量水泵7-2启动，把热媒从热媒存储罐7-3里面吸出来，泵入高效换热器2中，热媒在高效换热器2中与LNG换热，逐渐降温到适宜的温度范围内，再输送到空调换热器6中，在空调换热器6中于空调循环风换热，空调循环风降温被输送到驾驶室中实现制冷的目的，热媒经过空调换热器6后回到热媒存储罐7-3中，形成制冷循环。

在进一步的改进措施中：如需加快空调吹出适宜冷风的等待时间，控制电路控制可控流量水泵7-2转速加快，使泵入高效换热器2的热媒量增多，促使热媒循环时间减少，进而使空调换热器6吹出的风的温度逐渐降低。

在制冷量达到需求、出现富余时，控制电路调整第一可控低温流量阀7-7和第二可控低温流量阀7-6开启截面，使经过放热的热媒部分进入散热器7-4处吸收外界热量，再输送到空调换热器6中，保证驾驶室内输送冷风的温度适宜，提升驾驶舒适度。

Claims (1)

1.一种应用于商用车的高效LNG冷能利用系统，包括连接在LNG钢瓶（1）和发动机进气管路之间的LNG供液管路（5）、设置在LNG供液管路（5）上的高效换热器（2）、借助热媒循环装置与高效换热器（2）连接的空调换热器（6）以及配套控制电路，其特征在于：所述热媒循环装置包括连接在高效换热器（2）和空调换热器（6）之间的热媒循环管路（7-1），设置在热媒循环管路（7-1）上的可控流量水泵（7-2）、热媒存储罐（7-3）和辅助换热机构；

所述高效换热器（2）包括壳体(2-1)、设置在壳体(2-1)内的蛇形换热界面（2-2）以及设置在壳体(2-1)内两侧的辅助导流锥（2-5）组；所述蛇形换热界面（2-2）将壳体(2-1)内空间分隔成LNG流动腔（2-3）和热媒流动腔（2-4），所述LNG流动腔（2-3）和热媒流动腔（2-4）分别配套各自工质的进出管路接口；

在LNG供液管路（5）上设有与高效换热器（2）形成并联的第一旁通管路（5-1），在第一旁通管路（5-1）上设有第一低温电磁阀（5-2），在LNG供液管路（5）上、位于高效换热器（2）前端或后端设有第二低温电磁阀（5-3）；

所述辅助换热机构包括设置在热媒循环管路（7-1）上的散热器（7-4）、与散热器（7-4）形成并联的第二旁通管路（7-5）；在第二旁通管路（7-5）上设有第二可控低温流量阀（7-6），在热媒循环管路（7-1）上、位于散热器（7-4）前端或后端设有第一可控低温流量阀（7-7）；工作过程为：控制电路调整第一可控低温流量阀（7-7）和第二可控低温流量阀（7-6）开启截面，使经过放热的热媒部分进入散热器（7-4）处吸收外界热量，再输送到空调换热器（6）中；

所述LNG流动腔（2-3）和热媒流动腔（2-4）的体积比为0.6-0.86；

所述热媒循环管路（7-1）和第二旁通管路（7-5）的结构相同，包括：内管（8-1），依次覆盖在内管（8-1）上的管状绝热层（8-2）、管状隔热层（8-3）、管状铝箔层（8-4），所述管状绝热层（8-2）为由3～8层铝箔和玻璃纤维或镀铝薄膜和玻璃纤维组成的复合层；

在高效LNG冷能利用系统和发动机（4）之间设有绝热保温板（9），所述绝热保温板（9）包括内隔热板（9-1）、绝热层（9-2）、外隔热板（9-3）、铝箔层（9-4）；所述绝热层（9-2）为由3～8层铝箔和玻璃纤维或镀铝薄膜和玻璃纤维组成的复合层。

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