CN111380264A - 一种液化天然气的气化蓄冷装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种液化天然气的气化蓄冷装置，液态天然气存储在槽罐中，包含：壳体，其具有封闭的中空结构；换热隔板，用于将所述壳体内部分为互不连通的上腔室、下腔室；所述上腔室内充满汽态的第一载冷剂，所述下腔室内充满液态的第二载冷剂；天然气管路，其自外部穿设壳体后进入所述上腔室，继续自上腔室穿设所述换热隔板后进入所述下腔室，继续自下腔室穿设壳体后从壳体伸出；若干个相变蓄冷装置，设置在所述下腔室内，用于吸收所述第二载冷剂的冷能。本发明还提供一种液化天然气的气化方法。通过本发明加快了液化天然气的汽化进程，利用了天然气中的冷能，解决了常规换热器的结霜问题，具有很好的实用价值和推广价值。

Description

一种液化天然气的气化蓄冷装置及方法

技术领域

本发明涉及换热器设备领域，特别涉及一种液化天然气的气化蓄冷装置及方法。

背景技术

天然气是较为安全的燃气之一，它不含一氧化碳，也比空气轻，一旦泄漏，立即会向上扩散，不易积聚形成爆炸性气体，安全性较其他燃体而言相对较高。采用天然气作为能源，可减少煤和石油的用量，因而大大改善环境污染问题。天然气作为一种清洁能源，能减少二氧化硫和粉尘排放量近100％，减少二氧化碳排放量60％和氮氧化合物排放量50％，并有助于减少酸雨形成，舒缓地球温室效应，从根本上改善环境质量。天然气作为汽车燃料，具有单位热值高、排气污染小、供应可靠、价格低等优点，已成为世界车用清洁燃料的发展方向，而天然气汽车则已成为发展最快、使用量最多的新能源汽车。

目前在天然气汽车上使用的主要有LNG(Liquefied Natural Gas液化天然气)和L-CNG(Liquefied Compressed Natural Gas液态压缩天然气)。LNG在常压下冷却至约-162℃时，则由气态变成液态，通过LNG加气站对天然气汽车进行充装。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，由于L-CNG的压力高，带来了很多安全隐患，如火灾等问题。相比较而言，LNG燃点较高—自燃温度约为590℃，爆炸范围较窄(5％～15％)轻于空气、易于扩散等优点，安全性更高。

当前LNG加气站的汽化设备主要为空温式和水浴式汽化器。在气温低或者湿度大的情况下，为了将LNG气化，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。

发明内容

本发明的目的是提供一种液化天然气的气化蓄冷装置及方法，能够有效吸收液化天然气中的冷能，加快了液化天然气的汽化进程，同时能够回收吸收的冷能。

为了达到上述目的，本发明提供一种液化天然气的气化蓄冷装置，包含：

壳体，其具有封闭的中空结构；

换热隔板，用于将所述壳体内部分为互不连通的上腔室、下腔室；所述上腔室内设有气态的第一载冷剂，所述下腔室内设有液态的第二载冷剂；

天然气管路，其自外部穿设壳体后进入所述上腔室，继续自上腔室穿设所述换热隔板后进入所述下腔室，继续自下腔室穿设壳体后从壳体伸出；液化天然气通过天然气管路第一端进入上腔室，并在壳体内实现汽化后，通过天然气管路第二端从下腔室排出；

若干个相变蓄冷装置，设置在所述下腔室内，用于吸收所述第二载冷剂的冷能。

所述液化天然气的气化蓄冷装置，还包含循环泵，其连通所述下腔室；通过所述循环泵自下腔室导出第二载冷剂，或将第二载冷剂导入至下腔室。

优选的，所述隔板的顶面设有若干个凹槽或突起，通过所述凹槽或突起增加第一载冷剂与隔板的接触面积。

优选的，所述天然气管路包含外管、内管、内管隔板、密封盖；所述内管嵌入设置在所述外管内部，内管外径小于外管内径，内管第二端为封闭端，外管第二端为开口端；通过内管隔板将内管的内部沿内管轴向方向分为第一内管管路和第二内管管路；内管第一端、外管第一端、内管隔板第一端对应天然气管路第一端，内管第二端、外管第二端、内管隔板第二端对应天然气管路第二端；

所述密封盖用于封堵天然气管路第一端，通过密封盖和内管隔板实现液化天然气只能自所述第一内管管路进入所述天然气管路，且第一内管管路第一端与第二内管管路第一端不连通；第一内管管路第二端连通第二内管管路第二端；内管第一端设有内管开孔，通过所述内管开孔实现第二内管管路第一端连通内管管路第一端与外管管路第一端之间的空腔。

优选的，所述壳体外部包覆有隔热材料。

优选的，相变蓄冷装置为能够液固相变的相变蓄冷球。

优选的，所述天然气管路为蛇形弯管。

本发明还提供一种液化天然气的气化方法，采用本发明所述的液化天然气的气化蓄冷装置实现的，包含步骤：

S1、液化天然气通过天然气管路第一端进入壳体内；

S2、位于上腔室的液化天然气，通过天然气管路与第一载冷剂换热，实现部分汽化；气态的第一载冷剂接触天然气管路后冷凝为液态，落在换热隔板上；

S3、液态的第一载冷剂与换热隔板换热，转换为气态；

S4、液态的第二载冷剂与换热隔板、位于下腔室内的天然气管路换热并吸收冷能；天然气管路内的天然气完全气化并自天燃气管路第二端排出；第二载冷剂与所述相变蓄冷装置换热，将吸收的冷能存储在相变蓄冷装置中，相变蓄冷装置由液态转变为固态；重复步骤S1至S4。

优选的，所述的液化天然气的气化方法，还包含步骤：

S5、通过循环泵更换下腔室内的第二载冷剂。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明的液化天然气的气化蓄冷装置，通过换热隔板将壳体内分为上、下腔室，采用气态的第一载冷剂在上腔室中吸收液态天然气中的冷能，吸收冷能后的第一载冷剂变为液态，然后由第二载冷剂吸收第一载冷剂中的冷能，被吸收冷能后的第一载冷剂变为气态，继续与液态天然气换热。通过换热隔板顶部的凹槽或突起增加了换热面积，并通过设置在下腔室的相变蓄冷球吸收第二载冷剂中的冷能，加快了液化天然气的汽化进程。本发明解决了常规换热器的结霜问题。并通过循环泵抽取出下腔室内的第二载冷剂，对其冷能加以循环利用。本发明结构简单，成本低，使用效果好，具有很好的实用价值和推广价值。

附图说明

为了更清楚地说明本发明技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：

图1为本发明的液化天然气的气化蓄冷装置结构示意图；

图2为本发明天然气管路结构示意图；

图3为图2的A-A视图；

图4为图2的B-B视图；

图5为本发明的实施例中，内管第一端结构示意图；

图中：1、天然气管路；11、外管；12、内管；121、第一内管管路；122、第二内管管路；13、内管隔板；14、内管开孔；15、密封盖；

2、第一载冷剂；

3、壳体；

4、换热隔板；

5、相变蓄冷球；

6、第二载冷剂。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提供一种液化天然气的气化蓄冷装置，如图1所示，包含：壳体3、换热隔板4、天然气管路1、若干个相变蓄冷装置、循环泵(图中未示出)。

所述壳体3，其具有封闭的中空结构；优选的，在本发明的实施例中，所述壳体3外部包覆有聚氨酯隔热材料。

所述换热隔板4用于将所述壳体内部分为互不连通的上腔室、下腔室；所述上腔室内设有气态的第一载冷剂2，所述下腔室内设有液态的第二载冷剂6；在本发明的实施例中，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。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。如图1所示，优选的，所述隔板的顶面设有若干个凹槽或突起，通过所述凹槽或突起增加第一载冷剂2与隔板的接触面积。

如图1所示，所述天然气管路1，其自外部穿设壳体3后进入所述上腔室，继续自上腔室穿设所述换热隔板4后进入所述下腔室，继续自下腔室穿设壳体3后从壳体3伸出；液化天然气通过天然气管路第一端进入上腔室，并在壳体内实现汽化后，通过天然气管路第二端从下腔室排出。优选的，所述天然气管路1为蛇形弯管。优选的，天然气管路1的数量为多个。

如图2至图4所示，优选的，所述天然气管路1包含外管11、内管12、内管隔板13、密封盖15；内管第一端、外管第一端、内管隔板第一端对应天然气管路第一端，内管第二端、外管第二端、内管隔板第二端对应天然气管路第二端；所述内管12嵌入设置在所述外管内部，内管外径小于外管内径，内管12与外管11之间设有间隙。如图4所示内管第二端为封闭端，外管第二端为开口端；通过内管隔板13将内管12的内部沿内管轴向方向分为第一内管管路121和第二内管管路122；

如图2、图3所示，所述密封盖15用于封堵天然气管路第一端，通过密封盖15和内管隔板13实现液化天然气只能自所述第一内管管路121进入所述天然气管路1，且第一内管管路第一端与第二内管管路第一端不连通；第一内管管路第二端连通第二内管管路第二端；如图2、图5所示，内管第一端设有内管开孔14，通过所述内管开孔14实现第二内管管路第一端连通内管第一端与外管第一端之间的空腔。

如图2所示，外部的液态天然气自天然气管路第一端的第一内管管路121进入上腔室，自第一内管管路第二端进入第二内管管路第二端，并自第二内管管路第一端通过内管开孔14进入内管第一端与外管第一端之间的空隙。在上述过程中，液态的天然气不断被气化。最终，气化后的天然气自外管第二端排出。通过天然气管路1的双层结构增加了换热路径，有效防止换冷过快造成天然气管路1外的第一载冷剂2、第二载冷剂6凝结。

所述相变蓄冷装置设置在所述下腔室内，用于吸收所述第二载冷剂6的冷能；

所述循环泵，其连通所述下腔室；通过所述循环泵自下腔室导出第二载冷剂6，或将第二载冷剂6导入至下腔室。

优选的，相变蓄冷装置为能够液固相变的相变蓄冷球5。所述的相变蓄冷球5为耐低温橡胶材料，在本发明的实施例中，相变蓄冷球5为正十四烷材质，其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造成破坏。

本发明还提供一种液化天然气的气化方法，采用本发明所述的液化天然气的气化蓄冷装置实现的，包含步骤：

S1、液化天然气通过天然气管路第一端进入壳体3内；

S2、位于上腔室的液化天然气，通过天然气管路1与第一载冷剂2换热，实现部分汽化；气态的第一载冷剂2接触天然气管路1后冷凝为液态，落在换热隔板4上；

S3、液态的第一载冷剂2与换热隔板4换热，转换为气态；

S4、液态的第二载冷剂6与换热隔板4、位于下腔室内的天然气管路1换热并吸收冷能；天然气管路1内的天然气完全气化并自天燃气管路第二端排出；第二载冷剂6与所述相变蓄冷装置换热，将吸收的冷能存储在相变蓄冷装置中，相变蓄冷装置由液态转变为固态；重复步骤S1至S4。

优选的，所述的液化天然气的气化方法，还包含步骤：

S5、通过循环泵更换下腔室内的第二载冷剂6。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改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以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种液化天然气的气化蓄冷装置，其特征在于，包含：

壳体，其具有封闭的中空结构；

换热隔板，用于将所述壳体内部分为互不连通的上腔室、下腔室；所述上腔室内设有气态的第一载冷剂，所述下腔室内设有液态的第二载冷剂；

天然气管路，其自外部穿设壳体后进入所述上腔室，继续自上腔室穿设所述换热隔板后进入所述下腔室，继续自下腔室穿设壳体后从壳体伸出；液化天然气通过天然气管路第一端进入上腔室，并在壳体内实现汽化后，通过天然气管路第二端从下腔室排出；

若干个相变蓄冷装置，设置在所述下腔室内，用于吸收所述第二载冷剂的冷能。

2.如权利要求1所述的液化天然气的气化蓄冷装置，其特征在于，还包含循环泵，其连通所述下腔室；通过所述循环泵自下腔室导出第二载冷剂，或将第二载冷剂导入至下腔室。

3.如权利要求1所述的液化天然气的气化蓄冷装置，其特征在于，所述隔板的顶面设有若干个凹槽或突起，通过所述凹槽或突起增加第一载冷剂与隔板的接触面积。

4.如权利要求1所述的液化天然气的气化蓄冷装置，其特征在于，所述天然气管路包含外管、内管、内管隔板、密封盖；所述内管嵌入设置在所述外管内部，内管外径小于外管内径；内管第一端、外管第一端、内管隔板第一端对应天然气管路第一端，内管第二端、外管第二端、内管隔板第二端对应天然气管路第二端；外管第二端为开口端，内管第二端为封闭端；通过内管隔板将内管的内部沿内管轴向方向分为第一内管管路和第二内管管路；

所述密封盖用于封堵天然气管路第一端，通过密封盖和内管隔板实现液化天然气只能自所述第一内管管路进入所述天然气管路，且第一内管管路第一端与第二内管管路第一端不连通；第一内管管路第二端连通第二内管管路第二端；内管第一端设有内管开孔，通过所述内管开孔实现第二内管管路第一端连通内管管路第一端与外管管路第一端之间的空腔。

5.如权利要求1所述的液化天然气的气化蓄冷装置，其特征在于，所述壳体外部包覆有隔热材料。

6.如权利要求1所述的液化天然气的气化蓄冷装置，其特征在于，相变蓄冷装置为能够液固相变的相变蓄冷球。

7.如权利要求1所述的液化天然气的气化蓄冷装置，其特征在于，所述天然气管路为蛇形弯管。

8.一种液化天然气的气化方法，采用如权利要求1至7任一所述的液化天然气的气化蓄冷装置实现的，其特征在于，包含步骤：

S1、液化天然气通过天然气管路第一端进入壳体内；

S2、位于上腔室的液化天然气，通过天然气管路与第一载冷剂换热，实现部分汽化；气态的第一载冷剂接触天然气管路后冷凝为液态，落在换热隔板上；

S3、液态的第一载冷剂与换热隔板换热，转换为气态；

S4、液态的第二载冷剂与换热隔板、位于下腔室内的天然气管路换热并吸收冷能；天然气管路内的天然气完全气化并自天燃气管路第二端排出；第二载冷剂与所述相变蓄冷装置换热，将吸收的冷能存储在相变蓄冷装置中，相变蓄冷装置由液态转变为固态；重复步骤S1至S4。

9.如权利要求8所述的液化天然气的气化方法，其特征在于，还包含步骤：

S5、通过循环泵更换下腔室内的第二载冷剂。

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