CN113212109A - 一种lng公交车增压发动机冷能回收方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种LNG公交车增压发动机冷能回收方法及装置，包括LNG气罐、冷量回收换热器、增压中冷换热器、空气换热器、水冷换热器、第一三通调节阀、第二三通调节阀、发动机、循环水泵，将LNG升温、气化过程释放冷能进行回收并综合利用，既满足了公交汽车车厢内制冷空调用能需求，明显改善经济性，又通过配置的增压中冷换热器，使废气涡轮增压后的空气冷却、温度降低，取得提高进气空气密度、增加发动机功率的效果；换热器内部有垂直放置的系列热管，可利用相变换热，提高LNG与空气之间的换热效率；该装置能根据公交车是否有供冷需求，通过三通调节阀使LNG的流程进行切换，以适应不同季节的冷能回收利用需求，且调节方便。

Description

一种LNG公交车增压发动机冷能回收方法及装置

技术领域

本发明涉及液化天然气(LNG)冷能的利用方法及装置，更具体地说，涉及一种能将LNG公交车所用燃料LNG的冷能用于车厢内空调制冷及进气空气冷却的动力装置。

背景技术

以LNG为燃料的公交汽车是特别适合城市运行的低污染环保汽车。由于低温燃料LNG需升温气化才能供给发动机使用，将其升温过程所释放的冷量进行回收，可用于公交汽车车厢内人员夏季的制冷用空调，也可用于LNG冷藏车的制冷，具有良好的节能效果，该技术已经得到了一定应用。目前LNG升温换热所用方法都是采用冷媒回收冷量后再用于制冷空调，如金树峰的“LNG汽车燃料系统与空调冷能利用”，利用冷媒与LNG换热回收冷量后，通过空气换热器和制冷风机向车厢供冷。又如专利申请号201310462726.2“一种LNG冷藏车的制冷方法及其冷藏车”，也是利用LNG在复温、气化阶段释放出大量的冷能，提供冷藏车的冷气，在不需要另外消耗能源的情况下解决了冷藏车制冷的问题，这些方法本质上都是回收利用了LNG汽车发动机所用LNG燃料升温、气化所释放的冷能用于车厢内制冷的用途，未考虑冷能的其他回收途径，解决例如因为夏季环境温度高，发动机进气温度高，导致发动机充气效率降低、功率下降的问题；特别未考虑如何解决增压发动机进气经过增压后，也存在进气温度升高、导致充气效率降低，如何通过增压中冷的方法提高充气效率的问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出了一种用于LNG冷能能量回收与综合利用的装置，旨在通过对现有的LNG能量利用方法进行进一步改进，解决增压发动机进气经过增压后进气温度偏高，以及夏季环境温度高导致充气效率降低的问题，以此提高系统的能量综合利用效率。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

1.一种LNG公交车增压发动机冷能回收方法及装置，包括LNG气罐、冷量回收换热器、增压中冷换热器、空气换热器、水冷换热器、第一三通调节阀、第二三通调节阀、发动机、循环水泵；所述的冷量回收换热器的吸热侧流体进口通过第一三通调节阀与LNG气罐相连，其出口通过第二三通调节阀与增压中冷换热器吸热侧流体进口相连；所述增压中冷换热器吸热侧为LNG流体，放热侧流体为空气；放热侧流体进口与废气涡轮增压器相连，其出口经中冷空气出口管与发动机进气管相连；增压中冷换热器吸热侧出口也与发动机相连。

进一步地，增压中冷换热器内部布置有若干根热管，所有热管均垂直安装，且每根热管均被换热器隔板分隔为两部分，热管上半段为热管冷凝段，下半管段为热管蒸发段；增压中冷换热器也被换热器隔板分隔为两部分，换热器上部空间为LNG流动通道，换热器下部空间为空气流动通道。

进一步地，水冷换热器的进水口经进水截止阀、水冷进水管与发动机冷却水的出口相连，水冷换热器的出水口经水冷出水管与发动机冷却水的进口相连。

进一步地，冷量回收换热器的放热侧流体进口与循环水泵相连，其出口与空气换热器相连。

2.本发明的一种LNG公交车增压发动机冷能回收方法及装置，是针对为回收LNG从极低温贮藏状态升温、气化过程中释放出的大量冷能并进行综合利用，其方法为：

(1)夏季公交车车厢内需要提供制冷负荷时，LNG气罐内的LNG经第一三通调节阀进入冷量回收换热器，不断吸热升温、气化，其释放的冷能被放热侧的冷媒流体回收；

(2)放热侧的冷媒流体循环流过空气换热器，利用空调风机向车厢内送入低温风，将方法(1)回收的冷能进行释放，维持公交车内夏季制冷所需的空调环境；

(3)LNG从冷量回收换热器流出后，经第二三通调节阀进入增压中冷换热器，与来自废气涡轮增压器的空气进行热量交换，LNG进一步升温，使增压后的空气得到一定冷却，温度有所降低，实现了增压空气中间冷却的目的；

(4)当冬季或公交车厢内不需要提供制冷能量的季节时，LNG气罐内流出的LNG流动路径被切换，经第一三通调节阀进入水冷换热器，与来自发动机的冷却水进行热交换，并升温、气化，从水冷换热器流出后，也经第二三通调节阀进入增压中冷换热器，使来自废气涡轮增压器的空气得到冷却、温度降低，同样实现增压空气中冷目的。

3.有益效果是：

采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：

(1)本发明的一种LNG公交车增压发动机冷能回收方法及装置，将LNG从极低温贮藏状态升温、气化过程中释放出的大量冷能进行回收并综合利用，有效解决了公交汽车车厢内制冷空调用能需求，显著提高了能源综合利用率，降低了LNG公交车运行成本。

(2)本发明配置的增压中冷换热器，通过LNG与来自废气涡轮增压器的空气热交换，使增压后空气得到冷却，温度降低，一方面可提高进入气缸的空气密度、增加功率，同时也降低了热负荷和排气温度。经测试，增压空气温度每降低10℃，发动机功率比不用中冷器提高8％～12％，且经济性也得到改善，尤其在环境温度高的夏季效果更显著。

(3)本发明增压中冷换热器采用高效换热的热管换热器，由于利用相变换热，显著提高了LNG流体与空气之间的换热效率，且具有结构紧凑特点；热管竖直放置的结构，能利用重力实现管内工质循环，不另需布置管芯，简化了热管换热器结构。

(4)本发明适应不同季节的能量利用需求，且调节方便。根据公交车是否有供冷需求，通过系统配置的三通调节阀，LNG的流程进行切换，当夏季公交车厢内需供冷时，LNG流经冷量回收换热器，回收冷能供给空调制冷；车厢不需供冷时，LNG则流经水冷换热器。

附图说明

图1为本发明的一种LNG公交车增压发动机冷能回收方法及装置的结构示意图。

图2为本发明中的增压中冷换热器的内部结构示意图。

图中各标号表示：

1 LNG气罐 2第一三通调节阀 3冷量回收换热器 4水冷换热器 5进水截止阀 6水冷进水管 7水冷出水管 8发动机 9循环水泵 10空气换热器 11空调风机 12风机控制器13废气涡轮增压器 14新鲜空气 15增压中冷换热器 16中冷空气出口管 17第二三通调节阀 18换热器隔板 19热管冷凝段 20热管蒸发段 21 LNG流动通道 22空气流动通道

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案做进一步的详细说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

本发明的一种LNG公交车增压发动机冷能回收方法及装置，是针对为回收LNG从极低温贮藏状态升温、气化过程中释放出的大量冷能并进行综合利用。

一种LNG公交车增压发动机冷能回收方法及装置，包括LNG气罐1、冷量回收换热器3、增压中冷换热器15、空气换热器10、水冷换热器4、第一三通调节阀2、第二三通调节阀17、发动机8、循环水泵9；所述的冷量回收换热器3的吸热侧流体进口通过第一三通调节阀2与LNG气罐1相连，其出口通过第二三通调节阀17与增压中冷换热器15吸热侧流体进口相连。

从LNG气罐1流出的LNG，由第一三通调节阀2调节，具有两条流动路径，可分别流入冷量回收换热器3或水冷换热器4；如LNG流经冷量回收换热器3被回收冷能后，经第二三通调节阀17进入增压中冷换热器15。

进一步地，冷量回收换热器3的放热侧流体进口与循环水泵9相连，其出口与空气换热器10相连；夏季公交车车厢内需要提供制冷负荷时，LNG气罐1内的LNG经第一三通调节阀进入冷量回收换热器3，在其内部不断吸热升温、气化，其释放的冷能被放热侧的流体(本实施例采用乙二醇为冷媒流体)回收；放热侧冷媒流体循环流过空气换热器10，利用空调风机11向车厢内送入低温风，将通过冷量回收换热器回收的LNG冷能在这里进行释放，以此维持公交车内夏季制冷所需的车厢内舒适空调环境；风机控制器12控制空调风机11的运转与风速，以此调节车厢内的空调温度。

进一步地，增压中冷换热器15一侧流体为LNG，与之换热的另一侧流体为空气；空气一侧流体进口与废气涡轮增压器13相连，其出口经中冷空气出口管16与发动机进气管相连；供给发动机工作的新鲜空气14经废气涡轮增压器13增压后，温度也随之有所上升，然后进入增压中冷换热器15与另一侧的LNG流体换热，空气被冷却，实现增压空气中间冷却的目的，降温后的空气经中冷空气出口管16供给发动机进气管；增压中冷换热器LNG流体一侧出口也有管路与发动机相连，与空气换热升温后经此管路流向发动机，供给符合要求的LNG气体燃料。

进一步地，增压中冷换热器15内部布置有若干根热管，所有热管均垂直安装，且每根热管均被换热器隔板18分隔为两部分，热管上半段为热管冷凝段19，下半管段为热管蒸发段20；增压中冷换热器15也被换热器隔板18分隔为两部分，换热器上部空间为LNG流动通道21，换热器下部空间为空气流动通道22，并根据热管工作温度范围，选择合适的热管工作介质。空气流入空气流动通道22，与换热器内热管蒸发段20的管内工质进行热交换，工质吸热升温气化后，在管内向上流动进入热管冷凝段19；此过程伴随空气的冷却降温，并经中冷空气出口管16进入发动机进气管。另一方面，LNG经LNG流动通道21流动过程中，与换热器内所布置的热管冷凝段19的管内工质也进行高效热交换，管内工质放热降温且由气态冷凝为液态，并沿热管内壁向下流动到热管蒸发段20，由此通过热管管内工质的相变换热和反复循环，实现了两流体之间的高效热交换。

进一步地，水冷换热器4的进水口经进水截止阀5、水冷进水管6与发动机冷却水的出口相连，水冷换热器的出水口经水冷出水管7与发动机冷却水的进口相连；当冬季或公交车厢内不需要提供制冷能量的季节时，LNG气罐1内流出的LNG流动路径被切换，经第一三通调节阀2进入水冷换热器4，与来自发动机的冷却水进行热交换，在其内部不断升温、气化，然后从水冷换热器4流出后，也经第二三通调节阀17进入增压中冷换热器15，使来自废气涡轮增压器13的空气得到冷却、温度降低，同样实现增压空气中冷目的。

以上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其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (3)

1.一种LNG公交车增压发动机冷能回收方法及装置，包括LNG气罐(1)、冷量回收换热器(3)、增压中冷换热器(15)、空气换热器(10)、水冷换热器(4)、第一三通调节阀(2)、第二三通调节阀(17)、发动机(8)、循环水泵(9)；所述的冷量回收换热器(3)的吸热侧流体进口通过第一三通调节阀(2)与LNG气罐(1)相连，其出口通过第二三通调节阀(17)与增压中冷换热器吸热侧流体进口相连；所述增压中冷换热器吸热侧为LNG流体，放热侧流体为空气；放热侧流体进口与废气涡轮增压器(13)相连，其出口经中冷空气出口管(16)与发动机进气管相连；增压中冷换热器吸热侧出口也与发动机相连；增压中冷换热器内部布置有若干根热管，所有热管均垂直安装，且每根热管均被换热器隔板(18)分隔为两部分，热管上半段为热管冷凝段(19)，下半管段为热管蒸发段(20)；增压中冷换热器(15)也被换热器隔板分隔为两部分，换热器上部空间为LNG流动通道(21)，换热器下部空间为空气流动通道(22)。

2.根据权利要求1所述的一种LNG公交车增压发动机冷能回收方法及装置，其特征在于水冷换热器(4)的进水口经进水截止阀(5)、水冷进水管(6)与发动机冷却水的出口相连，水冷换热器的出水口经水冷出水管(7)与发动机冷却水的进口相连；冷量回收换热器的放热侧流体进口与循环水泵(9)相连，其出口与空气换热器(10)相连。

3.根据权利要求1所述的一种LNG公交车增压发动机冷能回收方法及装置，其特征在于，采用权利要求1-2中任一项所述的冷能回收装置，且所述的冷能回收方法包括如下步骤：

夏季公交车车厢内需要提供制冷负荷时，LNG气罐(1)内的LNG经第一三通调节阀(2)进入冷量回收换热器(3)，不断吸热升温、气化，其释放的冷能被放热侧的冷媒流体回收；

放热侧的冷媒流体循环流过空气换热器(10)，利用空调风机(11)向车厢内送入低温风，将回收的冷能进行释放，维持公交车内夏季制冷所需的空调环境；

LNG从冷量回收换热器(3)流出后，经第二三通调节阀(17)进入增压中冷换热器(15)，与来自废气涡轮增压器(13)的空气进行热量交换，LNG进一步升温，使增压后的空气得到一定冷却，温度有所降低，实现了增压空气中间冷却的目的；

当冬季或公交车厢内不需要提供制冷能量的季节时，LNG气罐(1)内流出的LNG流动路径被切换，经第一三通调节阀(2)进入水冷换热器(4)，与来自发动机的冷却水进行热交换，并升温、气化，从水冷换热器(4)流出后，也经第二三通调节阀(17)进入增压中冷换热器(15)，使来自废气涡轮增压器(13)的空气得到冷却、温度降低，同样实现增压空气中冷目的。

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