CN114135423B - 一种lng发动机碳捕集装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种LNG发动机碳捕集装置，包括进气管，进气管的一侧连通设有分流器，分流器的一侧设有空气冷却器连接，空气冷却器的一侧设有冷凝器，冷凝器的一侧设有第一双通道控制阀，第一双通道控制阀的输出端分别设有第一带热交换活塞和第二热带交换活塞，本发明通过通过利用LNG的气化和温升吸收降低二氧化碳的温度，同时能够将二氧化碳中参杂的蒸汽进行液化变成水滴进行排出；利用LNG吸热后，部分气化体积膨胀推动第一、第二带热交换活塞中活塞的运动为二氧化碳加压，使其进行液化；低温高压情况下，二氧化碳液化，低温和高压可通过控制组合实现，从而处理不同流量的二氧化碳，同时分流器的选择可以尽可能的保证更多的二氧化碳被捕集。

Description

一种LNG发动机碳捕集装置
技术领域
本发明涉及汽车结构部件的技术领域，具体为一种LNG发动机碳捕集装置。
背景技术
随着社会的进步和发展，车辆保有量越来越多。车辆排放的二氧化碳比重较大。受到社会越来越多的关注。本发明专利针对LNG发动机车辆尾气中的二氧化碳进行捕集。解决传统LNG车二氧化碳排放的缺点。
LNG车是以液化天然气(LNG)作为发动机燃料的车辆。LNG主要成分是甲烷，被公认是地球上最干净的化石能源。无色、无味、无毒且无腐蚀性，其体积约为同量气态天然气体积的1/625。其制备需要将天然气压缩、冷却至凝点(-161.5℃)温度后变成液体，通常液化天然气储存在-161.5摄氏度、 0.1MPa左右的低温储存罐内。
在使用的时候，LNG需要经汽化器升温膨胀后汽化成气态天然气，才能供给发动机燃烧，LNG在汽化过程中会吸收较多的热量，传统车辆上，汽化器利用发动机冷却液提供热量，促使低温液态的天然气变成气态的天然气。气态天然气的温度高低取决于冷却液的温度和流量，实际工作过程中，发动机冷却液的正常温度一般为60～85℃，需要使用外界的加热设备对其进行加热，增加了设备的投入，同时增加了能源的损耗，并且对于尾气排出的含有热量二氧化碳进行排出到大气中，将会造成二氧化碳的浪费，同时对环境造成影响，二氧化碳中的温度同时造成浪费。
为此，我们提出一种LNG发动机碳捕集装置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够对尾气中二氧化碳中的热量利用以及对二氧化碳进行收集的LNG发动机碳捕集装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种LNG发动机碳捕集装置，包括进气管，所述进气管的一侧连通设有分流器，所述分流器的一侧设有空气冷却器连接，所述空气冷却器的一侧设有冷凝器，所述冷凝器的一侧设有第一双通道控制阀，所述第一双通道控制阀的输出端分别设有第一带热交换活塞和第二热带交换活塞，所述第一带热交换活塞和所述第二热带交换活塞的一侧均分别通过第一连通管与液体高压存储罐连通，所述第一带热交换活塞和所述第二热带交换活塞的另一端输出端分别通过气管与所述第二双通道控制阀相连通，所述第二双通道控制阀的另一端与LNG管路连通，所述第二双通道控制阀与所述LNG管路连通处设有第二调节阀，所述LNG管路的另一端与LNG存储箱相连通；
第二连通管，所述第二连通管的两端分别与所述分流器和空气冷却器相连通，所述第二连通管上设有第一调节阀；
第三连通管，所述第三连通管的一端与所述空气冷却器相连通，另一端与所述冷凝器相连通，所述冷凝器的另一侧通过第四连通管与所述第一双通道控制阀的输入端相连通；
第五连通管，所述第五连通管的一端与所述冷凝器连通，另一端呈Y型分别与所述第一带热交换活塞和所述第二热带交换活塞相连通，所述第一带热交换活塞和所述第二热带交换活塞的一侧且位于所述第五连通管上分别设有第一开关阀和第三开关阀；
第二开关阀和第四开关阀，所述第二开关阀设于所述第一带热交换活塞一侧的所述第一连通管上，所述第四开关阀设于所述第二热带交换活塞一侧的第一连通管上，所述液体高压存储罐的一侧且位于所述第一连通管上依次设有气液分离器和止回阀
供气管，所述供气管的一端与所述冷凝器相连通，另一端与LNG发动机连接，所述供气管上设有第三调节阀。
优选的，所述冷凝器包括冷凝器壳体，所述冷凝器壳体的内部设有冷凝箱，所述冷凝箱的底部通过支撑架与所述冷凝器壳体的底部固定连接，所述冷凝箱的内部设有冷凝液，所述冷凝箱的表面开设有螺旋槽，所述螺旋槽的内绕附设有弯管，所述弯管的一端与所述第五连通管相连通，所述弯管的另一端与所述供气管相连通；通过增设热交换机构，能够增加LNG液体与冷凝液之间的热量交换，时液态的LNG吸收冷凝液表面的温度，使其气压，同时尾气中二氧化碳带有的热量同样将会通入到冷凝器箱体的内部，能够实现给予LNG由液态变为气态提供热量调节，同时减少二氧化碳热量排出空气，对空气造成污染。
优选的，所述冷凝器壳体的一侧与所述第三连通管相连通，所述冷凝器壳体的另一侧与所述第四连通管相连通，增加冷凝器壳体与排放的尾气之间进行连通。
优选的，所述第三连通管的一端且位于所述冷凝器壳体的内部设有喷淋组件，所述喷淋组件包括固定设于所述冷凝箱顶部一侧的水泵，所述水泵的一端设有进水管，所述进水管的一端向所述冷凝器壳体的底部延伸所述水泵的另一端设有喷淋头，且位于所述第三连通管的上方，喷淋组件能够对进入到冷凝器箱体内部的尾气进行冷却降温，使二氧化碳内部的蒸汽进行冷凝液化成水滴，减少二氧化碳混合气体中的水蒸气含量。
优选的，所述冷凝器壳体的底部连通设有排水管，所述排水管上设有密封组件，排水管方便对于冷凝液化的蒸汽水滴进行排出。
优选的，所述密封组件包括与所述排水管端口相匹配的密封塞，所述密封塞的一侧固定设有浮板，所述浮板的边缘处等距离贯穿设有导向杆，所述导向杆的两端分别与所述冷凝器壳体的端部和所述冷凝箱的底部固定连接，所述浮板的上方一侧且位于所述导向杆上套设有弹簧，密封组件能够对排水管的端口起到遮挡的作用，避免冷凝器箱体中液态水的水位低于排水管的端口时，液态水在晃动的状态下溢出，增加了液态水存放的安全性。
优选的，所述冷凝箱的内部开设有空腔，所述空腔的内部设有空心圆筒，所述空心圆筒与所述空腔内壁之间形成导流腔，方便二氧化碳气体与冷凝器表面之间进行充分的接触，所述空腔的内壁且位于所述冷凝箱上等距离开设凸楞，增加冷却箱表面冷热的交换。
优选的，所述空心圆筒的内部设有电机，所述电机的输出端设有风扇，所述风扇通过第一支撑杆与所述空心圆筒的内壁固定连接，所述空心圆筒的外壁通过第二支撑杆与所述冷凝箱固定连接，所述空心圆筒的下方且位于所述冷凝箱的内侧底部固定设有锥型导风块，风扇将风吹到锥形导风块上时，风能够在受到锥形导风块的撞击后向两侧扩散并从导流腔的内部流出，实现提高冷凝箱表面气流的流动，实现其表面的冷空气弥散在冷凝器箱体的内部，实现对于二氧化碳进行冷却降温，增加了二氧化碳中蒸汽冷却的方便性。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明通过对现有的LNG发动机碳捕集进行优化：
(1)通过利用LNG的气化和温升吸收降低二氧化碳的温度，同时能够将二氧化碳中参杂的蒸汽进行液化变成水滴进行排出；
(2)利用LNG吸热后，部分气化体积膨胀推动第一、第二带热交换活塞中活塞的运动为二氧化碳加压，使其进行液化；
(3)低温高压情况下，二氧化碳液化，低温和高压可通过控制组合实现，从而处理不同流量的二氧化碳，同时分流器的选择可以尽可能的保证更多的二氧化碳被捕集。
附图说明
图1为本发明的示意图；
图2为本发明中带热交换活塞的结构示意图；
图3为本发明中冷凝器的结构示意图；
图4为本发明中冷凝箱与弯管之间连接的结构示意图；
图5为本发明中冷凝箱的结构示意图；
图6为本发明中冷凝箱的剖视图；
图7为本发明中密封组件的结构示意图。
图中：1-进气管；2-分流器；3-空气冷却器；4-冷凝器；5-第一双通道控制阀；6-第一带热交换活塞；7-第二热带交换活塞；8-液体高压存储罐； 9-气管；10-第二双通道控制阀；11-LNG管路；12-LNG存储箱；13-第一调节阀；14-第一开关阀；15-第三开关阀；16-第二开关阀；17-第四开关阀；18- 气液分离器；19-止回阀；20-第二调节阀；21-供气管；22-LNG发动机；23- 第三调节阀；24-冷凝器壳体；25-冷凝箱；26-螺旋槽；27-弯管；28-水泵； 29-进水管；30-喷淋头；31-排水管；32-密封塞；33-浮板；34-导向杆；35- 弹簧；36-空心圆筒；37-导流腔；38-电机；39-风扇；40-锥型导风块；41- 支撑架。
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。
实施例1
请参阅图1-6，图示中的一种LNG发动机碳捕集装置，包括进气管1，进气管1的一侧连通设有分流器2，分流器2的一侧设有空气冷却器3连接，空气冷却器3的一侧设有冷凝器4，冷凝器4的一侧设有第一双通道控制阀5，第一双通道控制阀5的输出端分别设有第一带热交换活塞6和第二热带交换活塞7，第一带热交换活塞6和第二热带交换活塞7的一侧均分别通过第一连通管与液体高压存储罐8连通，第一带热交换活塞6和第二热带交换活塞7 的另一端输出端分别通过气管9与第二双通道控制阀10相连通，第二双通道控制阀10的另一端与LNG管路11连通，第二双通道控制阀10与LNG管路11 连通处设有第二调节阀20，LNG管路11的另一端与LNG存储箱12相连通；
请参阅图1，图示中的第二连通管，第二连通管的两端分别与分流器2和空气冷却器3相连通，第二连通管上设有第一调节阀13；
请参阅图1，图示中的第三连通管，第三连通管的一端与空气冷却器3相连通，另一端与冷凝器4相连通，冷凝器4的另一侧通过第四连通管与第一双通道控制阀5的输入端相连通；
请参阅图1，图示中的第五连通管，第五连通管的一端与冷凝器4连通，另一端呈Y型分别与第一带热交换活塞6和第二热带交换活塞7相连通，第一带热交换活塞6和第二热带交换活塞7的一侧且位于第五连通管上分别设有第一开关阀14和第三开关阀15；
请参阅图1，图示中的第二开关阀16和第四开关阀17，第二开关阀16 设于第一带热交换活塞6一侧的第一连通管上，第四开关阀17设于第二热带交换活塞7一侧的第一连通管上，液体高压存储罐8的一侧且位于第一连通管上依次设有气液分离器18和止回阀19
请参阅图1，图示中的供气管21，供气管21的一端与冷凝器4相连通，另一端与LNG发动机22连接，供气管21上设有第三调节阀23。
在对LNG发动机碳捕集时：首先通过进气管1将发动机所排排出的二氧化碳尾气通入到空气冷却器3中，对二氧化碳进行初步的冷却，使其温度达到与环境温度接近，
然后再将气体通入到冷凝器4中对其进行冷却，该过程中能够实现将二氧化碳中的水蒸气液化排出，故此处温度应控制在-10℃至5℃。水分排除后，主要为二氧化碳为主的混合气；
二氧化碳为主的混合气由第四连通管通入到第一双通道控制阀5的内部，由于第一双通道控制阀5为双活塞控制阀，内部设有第一活塞和第二活塞，同理第二双通道控制阀10也为双活塞控制阀，内部设有第一活塞和第二活塞，在对于LNG发动机进行碳捕集时，第一、第二带热交换活塞组成两套通道，目的是保证LNG发动机尾气都有得到处理，LNG燃料能够不间断为发动机进行输送。
具体工作过程如下：
工况1，冷凝器后，由二氧化碳为主的混合气在第一双通道控制阀5的控制下，进入第一带热交换活塞6，此时由于第二双通道控制阀10的第一活塞通道是关闭的，第一开关阀14是打开的，第一带热交换活塞6下空腔压力很小，二氧化碳为主的混合气在自身压力下，进入第一带热交换活塞6上空腔，由于第二开关阀16是关闭的，第一带热交换活塞6的上空腔压力大于第一带热交换活塞6的下空腔，从而推动第一带热交换活塞6从上往下移动，第一带热交换活塞6的上空腔容积变大，第一带热交换活塞6的下空腔容积变小。第一带热交换活塞6的上空腔充满以二氧化碳为主的混合气。第一带热交换活塞6移动到设计位置后。进入工况2。
工况2，此时第一双通道控制阀5的第一活塞通道关闭，第二开关阀16 打开。第一带热交换活塞6的上空腔与第一连通管形成密闭空间，止回阀19 的存在，保证已存储在液体高压存储罐8中的液态二氧化碳无法回流，同时，第二双通道控制阀10的第一活塞通道打开，LNG液体进入第一带热交换活塞 6的下空腔。待充满第一带热交换活塞6的下空腔后第一开关阀14关闭，此时由于热交换的原因，LNG部分气化开始膨胀，第一带热交换活塞6的下空腔形成的密闭空间压力上升，当大于第一带热交换活塞6的上空腔二氧化氮混合气压力时，推动第一带热交换活塞6从下往上移动。第一带热交换活塞6 的上空腔的密闭空间内压力持续上升，二氧化碳液化，并在高压的推动下通过止回阀19进入液体高压存储罐8。此时混合气中其他无法液化气体将通过气液分离器18分离到大气中。
上述工况发生时，第二带热交换活塞的动作与之相反。原理相同。
实施例2
请参阅图3-图7，本实施方式对于实施例1进一步说明，图示中的冷凝器4包括冷凝器壳体24，冷凝器壳体24的内部设有冷凝箱25，冷凝箱25的内部设有冷凝液，冷凝箱25的表面开设有螺旋槽26，螺旋槽26的内绕附设有弯管27，弯管27的一端与第五连通管相连通，弯管27的另一端与供气管 21相连通；
请参阅图3-图6，图示中的冷凝器壳体24的一侧与第三连通管相连通，冷凝器壳体24的另一侧与第四连通管相连通；
请参阅图2-6，图示中的第三连通管的一端且位于冷凝器壳体24的内部设有喷淋组件，喷淋组件包括固定设于冷凝箱25顶部一侧的水泵28，水泵 28的一端设有进水管29，进水管29的一端向冷凝器壳体24的底部延伸水泵 28的另一端设有喷淋头30，且位于第三连通管的上方，冷凝箱25的底部通过支撑架41与冷凝器壳体24的底部固定连接，空腔的内壁且位于冷凝箱25 上等距离开设凸楞。
本实施方案中，在对进入到冷凝器壳体24内部的气体进行冷却处理时，喷淋组件能够对混入到二氧化碳中的蒸汽进行液化，同时能够对LNG燃料进行热交换，增加LNG燃料与冷却液之间的接触，由于LNG燃料有液态变为气态的过程中吸热，增加其吸热的效率，并且降低冷凝器壳体内部的稳定，降低二氧化碳的温度。
实施例3
请参阅图7，本实施方式对于其它实施例进一步说明，图示中的冷凝器壳体24的底部连通设有排水管31，排水管31上设有密封组件。
请参阅图2-图7，图示中的密封组件包括与排水管31端口相匹配的密封塞32，密封塞32的一侧固定设有浮板33，浮板33的边缘处等距离贯穿设有导向杆34，导向杆34的两端分别与冷凝器壳体24的端部和冷凝箱25的底部固定连接，浮板33的上方一侧且位于导向杆34上套设有弹簧35；
请参阅图2-7，图示中的冷凝箱25的内部开设有空腔，空腔的内部设有空心圆筒36，空心圆筒36与空腔内壁之间形成导流腔37，空心圆筒36的内部设有电机38，电机38的输出端设有风扇39，风扇39通过第一支撑杆与空心圆筒36的内壁固定连接，空心圆筒36的外壁通过第二支撑杆与冷凝箱25 固定连接，空心圆筒36的下方且位于冷凝箱25的内侧底部固定设有锥型导风块40。
本实施方案中，密封组件能够对液化累计后的水滴进行排出，同时避免冷凝器壳体24中原有的水进行溢出，增加了使用的安全性，待冷凝器壳体24 内部的液态水位较高时，此时浮板33将会受到浮力的作用，上升并对弹簧35 进行挤压，挤压的过程中能够实现带动密封塞32从排水管31的端口处分离，实现液态水的排出，待液位低于排水管31的端口时，弹簧35将会推动浮板 33下降，即可实现对于排水管31端口的堵塞，增加了液态水在冷凝器壳体 24内部的放置的安全性。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种LNG发动机碳捕集装置，其特征在于，包括：
进气管(1)，所述进气管(1)的一侧连通设有分流器(2)，所述分流器(2)的一侧设有空气冷却器(3)连接，所述空气冷却器(3)的一侧设有冷凝器(4)，所述冷凝器(4)的一侧设有第一双通道控制阀(5)，所述第一双通道控制阀(5)的输出端分别设有第一带热交换活塞(6)和第二热带交换活塞(7)，所述第一带热交换活塞(6)和所述第二热带交换活塞(7)的一侧均分别通过第一连通管与液体高压存储罐(8)连通，所述第一带热交换活塞(6)和所述第二热带交换活塞(7)的另一端输出端分别通过气管(9)与所述第二双通道控制阀(10)相连通，所述第二双通道控制阀(10)的另一端与LNG管路(11)连通，所述第二双通道控制阀(10)与所述LNG管路(11)连通处设有第二调节阀(20)，所述LNG管路(11)的另一端与LNG存储箱(12)相连通；
第二连通管，所述第二连通管的两端分别与所述分流器(2)和空气冷却器(3)相连通，所述第二连通管上设有第一调节阀(13)；
第三连通管，所述第三连通管的一端与所述空气冷却器(3)相连通，另一端与所述冷凝器(4)相连通，所述冷凝器(4)的另一侧通过第四连通管与所述第一双通道控制阀(5)的输入端相连通；
第五连通管，所述第五连通管的一端与所述冷凝器(4)连通，另一端呈Y型分别与所述第一带热交换活塞(6)和所述第二热带交换活塞(7)相连通，所述第一带热交换活塞(6)和所述第二热带交换活塞(7)的一侧且位于所述第五连通管上分别设有第一开关阀(14)和第三开关阀(15)；
第二开关阀(16)和第四开关阀(17)，所述第二开关阀(16)设于所述第一带热交换活塞(6)一侧的所述第一连通管上，所述第四开关阀(17)设于所述第二热带交换活塞(7)一侧的第一连通管上，所述液体高压存储罐(8)的一侧且位于所述第一连通管上依次设有气液分离器(18)和止回阀(19)
供气管(21)，所述供气管(21)的一端与所述冷凝器(4)相连通，另一端与LNG发动机(22)连接，所述供气管(21)上设有第三调节阀(23)。
2.根据权利要求1所述的一种LNG发动机碳捕集装置，其特征在于：所述冷凝器(4)包括冷凝器壳体(24)，所述冷凝器壳体(24)的内部设有冷凝箱(25)，所述冷凝箱(25)的底部通过支撑架(41)与所述冷凝器壳体(24)的底部固定连接，所述冷凝箱(25)的内部设有冷凝液，所述冷凝箱(25)的表面开设有螺旋槽(26)，所述螺旋槽(26)的内绕附设有弯管(27)，所述弯管(27)的一端与所述第五连通管相连通，所述弯管(27)的另一端与所述供气管(21)相连通。
3.根据权利要求2所述的一种LNG发动机碳捕集装置，其特征在于：所述冷凝器壳体(24)的一侧与所述第三连通管相连通，所述冷凝器壳体(24)的另一侧与所述第四连通管相连通。
4.根据权利要求2所述的一种LNG发动机碳捕集装置，其特征在于：所述第三连通管的一端且位于所述冷凝器壳体(24)的内部设有喷淋组件，所述喷淋组件包括固定设于所述冷凝箱(25)顶部一侧的水泵(28)，所述水泵(28)的一端设有进水管(29)，所述进水管(29)的一端向所述冷凝器壳体(24)的底部延伸所述水泵(28)的另一端设有喷淋头(30)，且位于所述第三连通管的上方。
5.根据权利要求2所述的一种LNG发动机碳捕集装置，其特征在于：所述冷凝器壳体(24)的底部连通设有排水管(31)，所述排水管(31)上设有密封组件。
6.根据权利要求5所述的一种LNG发动机碳捕集装置，其特征在于：所述密封组件包括与所述排水管(31)端口相匹配的密封塞(32)，所述密封塞(32)的一侧固定设有浮板(33)，所述浮板(33)的边缘处等距离贯穿设有导向杆(34)，所述导向杆(34)的两端分别与所述冷凝器壳体(24)的端部和所述冷凝箱(25)的底部固定连接，所述浮板(33)的上方一侧且位于所述导向杆(34)上套设有弹簧(35)。
7.根据权利要求2所述的一种LNG发动机碳捕集装置，其特征在于：所述冷凝箱(25)的内部开设有空腔，所述空腔的内部设有空心圆筒(36)，所述空心圆筒(36)与所述空腔内壁之间形成导流腔(37)，所述空腔的内壁且位于所述冷凝箱(25)上等距离开设有凸楞。
8.根据权利要求7所述的一种LNG发动机碳捕集装置，其特征在于：所述空心圆筒(36)的内部设有电机(38)，所述电机(38)的输出端设有风扇(39)，所述风扇(39)通过第一支撑杆与所述空心圆筒(36)的内壁固定连接，所述空心圆筒(36)的外壁通过第二支撑杆与所述冷凝箱(25)固定连接，所述空心圆筒(36)的下方且位于所述冷凝箱(25)的内侧底部固定设有锥型导风块(40)。
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