CN211903415U - 基于lng冷能的供冷与蓄冷系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型是关于一种基于LNG冷能的供冷与蓄冷系统。其中，该系统包括：将液化天然气LNG在制冷蓄冷罐中预制的LNG盘管中通过，利用制冷蓄冷罐中的冷媒液化放热实现LNG汽化；将所述冷媒循环至预设在冷能利用区域的冷媒盘管使冷媒汽化吸热，通过一次换热实现对冷能利用区域的制冷；通过控制器控制冷媒循环量及在制冷蓄冷罐中的冷媒喷头开度实现冷媒的放热结晶比例，实现冷媒结晶蓄冷。本实用新型通过一次换热实现LNG冷能在冷能利用区域供冷的直接使用，系统简化且稳定，制冷效率高，还可以通过冷媒蓄冷实现对LNG冷能的调峰使用。

Description

基于LNG冷能的供冷与蓄冷系统

技术领域

本实用新型涉及制冷领域，具体而言，涉及一种基于LNG冷能的供冷与蓄冷系统。

背景技术

随着天然气消费需求量的增加，我国天然气进口量也呈递增趋势，2017年，我国进口液化天然气3813万吨(约526亿立方米)，占我国天然气消费量的22％，沿海LNG接收站是LNG进口的重要基础设施，预计到2020年，我国天然气供需缺口将达到1415万吨，我国LNG的进口量将进一步增大，LNG的应用前景极大。工业生产中，通过消耗大量的电能将天然气液化为-162℃的低温液体混合物。因此，LNG气化时也会释放大量冷能，约为830～860，折合电能约231。由于LNG温度较低，在进入城市燃气管网前需要加热升温，传统的加热方式是直接采用海水汽化器或燃气加热器加热，这造成LNG冷能的极度浪费。

通过LNG冷能为冷能利用区域供冷的方式现有技术存在一些问题。现有技术LNG与冷媒换热层级较多，制冷效率较低；冷媒因LNG汽化温度过低大量结晶，导致冷媒无法循环；冷媒以过低的温度传送至如数据中心机房等冷能利用区域，导致机房无法直接利用该冷源的问题，过低的温度会导致空气凝露，破坏冷能利用区域环境平衡，另外，过低的冷媒传送温度，会导致冷能的大幅损耗，降低冷能利用效率；天然气消费季节性变化十分显著，一天之内也有很大的波动，LNG峰谷供应变化时冷量不稳定时，无法保障冷能利用区域供冷的连续性。

需要说明的是，在上述背景技术部分实用新型的信息仅用于加强对本实用新型的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种基于LNG冷能的供冷与蓄冷系统，至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。

根据本实用新型的一个方面，提供一种基于液化天然气LNG冷能的供蓄冷系统，包括：

LNG盘管，冷媒盘管，制冷蓄冷罐；

其中，所述LNG盘管设置在所述制冷蓄冷罐，所述冷媒盘管设置于冷能利用区域内；

所述制冷蓄冷罐的LNG盘管与所述冷能利用区域的冷媒盘管之间通过传输管道连接，所述传输管道中包括冷媒介质。

在本实用新型的一种示例性实施例中，所述制冷蓄冷罐底部设置液体、晶体分离网。

在本实用新型的一种示例性实施例中，所述传输管道包括旁通出口，所述旁通出口连接设置混液调温罐，用于存放混液用的10-20度的高温冷媒，所述旁通出口包括流速调节器。

在本实用新型的一种示例性实施例中，所述系统还包括：

第一感应器以及控制器，所述控制器分别与所述第一感应器以及所述流速调节器连接。

在本实用新型的一种示例性实施例中，所述系统还包括：

第二感应器、温度调节器以及控制器，所述控制器分别与所述第二感应器以及温度调节器连接。

根据本实用新型的另一个方面，还提供一种基于LNG冷能的供冷与蓄冷系统，包括：

LNG汽化步骤，将液化天然气LNG在制冷蓄冷罐中预制的LNG盘管中通过，利用制冷蓄冷罐中的冷媒液化放热实现LNG汽化；

制冷步骤，将所述冷媒循环至预设在冷能利用区域的冷媒盘管使冷媒汽化吸热，通过一次换热实现对冷能利用区域的制冷；

蓄冷步骤，通过控制器控制冷媒循环量及在制冷蓄冷罐中的冷媒喷头开度实现冷媒的放热结晶比例，进行冷媒结晶蓄冷。

本实用新型将液化天然气LNG在制冷蓄冷罐中预制的LNG盘管中通过，利用压力降低，LNG汽化吸收大量热量，使由喷嘴喷淋的高温冷媒温度降低至结晶态和液体的低温混合态；利用液体、晶体分离网将所述冷媒进行结晶体和液体分离，再将低温液态冷媒循环至预设在冷能利用区域的冷媒盘管，直接一次换热实现对冷能利用区域的制冷。通过控制器控制冷媒循环量及在制冷蓄冷罐中的冷媒喷头开度实现冷媒的放热结晶比例，实现冷媒结晶蓄冷。一方面，通过一次换热且增加混液调温罐旁路的方式，提高了LNG冷能利用效率的同时，能够稳定的控制冷能利用区域的供冷温度；另一方面，采用可蓄冷的冷媒结晶蓄冷，实现了对LNG冷能的调峰使用。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本实用新型。

附图说明

通过参照附图来详细描述其示例实施例，本实用新型的上述和其它特征及优点将变得更加明显。

图1示出了根据本实用新型一示例性实施例的基于LNG冷能的供冷与蓄冷的系统的示意框图；

图2示出了根据本实用新型一示例性实施例的基于LNG冷能的供冷与蓄冷系统的一次换热系统图；

图3示出了根据本实用新型一示例性实施例的基于LNG冷能的供冷与蓄冷系统的一次换热系统N+1扩展系统图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施例；相反，提供这些实施例使得本实用新型将全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。

此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本实用新型的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本实用新型的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的系统、组元、材料、系统、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、系统、系统、实现、材料或者操作以避免模糊本实用新型的各方面。

附图中所示的方框图仅仅是功能实体，不一定必须与物理上独立的实体相对应。即，可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个软件硬化的模块中实现这些功能实体或功能实体的一部分，或在不同网络和/或处理器系统和/或微控制器系统中实现这些功能实体。

在本示例实施例中，首先提供了一种基于LNG冷能的供蓄冷系统，参考图1中所示，该基于LNG冷能的供蓄冷系统可以包括：

LNG盘管101，冷媒盘管102，制冷蓄冷罐103；

其中，LNG盘管设置在制冷蓄冷罐，冷媒盘管设置于冷能利用区域104内；

制冷蓄冷罐与冷能利用区域的冷媒盘管之间通过传输管道连接，传输管道中包括冷媒介质，冷媒介质可以为乙二醇和水溶液，也可以是其他溶液等，凡是参照此原理实现的一次换热的冷媒均属于此范围。本示例的实施例中，冷媒可根据应用场景对应调整乙二醇和水溶液的比例，以适应不同要求的冷能利用区域。

请参考图2所示，通过将LNG盘管与冷媒盘管的分别放置在制冷蓄冷罐、冷能利用区域内，在制冷蓄冷罐和传输管道中以同种冷媒做介质，相当于LNG盘管和冷媒盘管在一个放大的制冷蓄冷罐内，冷媒盘管一端在制冷蓄冷罐中设有冷媒喷头，用于将冷媒喷射于制冷蓄冷罐中，一端连接冷能利用区域，通过控制器控制LNG管道中阀门的开度，使LNG盘管维持在稳定的换热温度，实现LNG的完全汽化，液化天然气LNG在制冷蓄冷罐中预制的LNG盘管中通过，利用压力降低实现LNG汽化，巧妙的实现LNG与冷能利用区域通过冷媒为介质，将冷媒循环至预设在冷能利用区域的冷媒盘管，通过一次换热实现对冷能利用区域的制冷。

进一步地，系统还包括第一感应器以及控制器，控制器分别与第一感应器以及流速调节器连接，流速调节器可以是流速控制阀门等。

进一步地，冷媒为冰点在零下四十五摄氏度以下，沸点在十五摄氏度以上。根据使用情况不同，可以合理调整冷媒温度。

第一感应器可以是结晶检测感应器也可以是温度检测感应器，例如当是温度检测感应器时，可以通过检测冷媒温度，确定当前的结晶情况，并将当前的结晶情况发送至控制器，由控制器判断是否需要调节LNG以及冷媒的相对出液速度，实现按需结晶。

进一步地，制冷蓄冷罐底部设置液体、晶体分离网。通过在制冷蓄冷罐底部设置液体和晶体分离网，可以有效实现液体和晶体分离，保障结晶体不会被吸入冷媒泵，进入冷媒管中，影响冷媒的循环。

进一步地，系统还包括第二感应器、温度调节器以及控制器，控制器分别与第二感应器以及温度调节器连接。

从制冷蓄冷罐输出的冷媒的温度在零下四十五摄氏度附近，如果不加任何处理，直接送至冷能利用区域，不仅沿途会导致大量的冷量损失，过低的温度直接在冷能利用区域中也无法被应用，因为温度过低，会产生凝露，对冷能利用区域进行了除湿，破坏冷能利用区域温湿度平衡，导致无法应用，为此，本实用新型中传输管道还包括旁通出口，旁通出口连接设置混液调温罐，用于存放混液用的10-20度的高温冷媒，旁通出口包括流速调节器。

具体地，本实用新型通过在冷媒输送路径上增加了混液调温罐，通过在冷媒循环管道中设置混液调温罐旁路，通过调节混液调温罐旁路的比例调节阀，使部分冷媒短路回流至冷媒盘管，将冷媒温度调整至与冷能利用区域最适宜温度。例如通过控制器控制温度调节器，该温度调节器可以是调节阀门，从冷媒回路中，通过调节阀门旁通引入适量的10-20度的冷媒，优选的，可以选用十五度高温的冷媒与零下四十五度的低温冷媒进行混液，以将冷媒温度调整至冷能利用区域最适宜温度点附近，再对该温度进行传送，即避免了传输路径过程中冷量的损失，也达到了冷能利用区域最节能的应用温度。请参考图3所示，为一次换热系统N+1扩展系统图，根据冷能利用区域冷负荷容量可设置多个制冷蓄冷罐并联后通过混液调温罐旁路与冷媒盘管连接，可以通过电子控制系统控制冷媒循环量及在制冷蓄冷罐中的冷媒喷头开度进而调节冷媒的放热结晶比例，实现冷媒结晶蓄冷。

在本示例的实施例中，针对LNG供应量不稳定问题，通过将一次换热中的制冷蓄冷罐做大处理，作为冷媒冰蓄冷，因为该冷媒冰点低至零下四十五度，因此其结晶体冰所含冷量比普通的冰蓄冷大很多，通过在LNG供应旺盛的时间段，调整LNG和冷媒的相对出液速度来制取冷媒结晶冰，在LNG供应的低谷段，利用结晶冰来释放储存的冷量，从而达到调节的目的。该目的还可以满足冷能利用区域不间断制冷的额外蓄冷要求，即在最极端情况下，利用结晶冰蓄冷额外支持冷能利用区域15分钟，保障在市电断电后，柴油发电机投入使用前冷能利用区域不间断供冷需求。

下面，将对本示例实施例中的基于LNG冷能的供冷与蓄冷系统进行进一步的说明。

在本示例的实施例中，可以将液化天然气LNG在制冷蓄冷罐中预制的LNG盘管中通过，利用制冷蓄冷罐中的冷媒液化放热实现LNG汽化。通过将LNG盘管与冷媒盘管的分别放置在制冷蓄冷罐、冷能利用区域内，在制冷蓄冷罐和传输管道中以同种冷媒做介质，相当于LNG盘管和冷媒盘管在一个放大的制冷蓄冷罐内，冷媒盘管一端在制冷蓄冷罐中设有冷媒喷头，用于将冷媒喷射于制冷蓄冷罐中，一端连接冷能利用区域，通过控制器控制LNG管道中阀门的开度，使LNG盘管维持在稳定的换热温度，实现LNG的完全汽化，进而巧妙的实现LNG与冷能利用区域通过冷媒为介质一次换热。其中，冷媒可以为乙二醇和水溶液，也可以是其他溶液等，可根据应用场景的不同对应调整乙二醇和水溶液的比例，以适应不同要求的冷能利用区域。

可以将冷媒循环至预设在冷能利用区域的冷媒盘管使冷媒汽化吸热，实现对冷能利用区域的制冷。在冷媒循环管道中设置混液调温罐旁路，通过控制器根据第一传感器(如温度传感器)检测到的冷能利用区域的温度，调节混液调温罐旁路的比例调节阀，使部分冷媒短路回流至冷媒盘管，将冷媒温度调整至与冷能利用区域的预设温度。该预设温度可以是技术人员根据实际应用场景测试而定的与冷能利用区域较为匹配的温度，本实用新型对此无限制。根据LNG汽化温度特性，可以选取冰点在零下45摄氏度以下，沸点在15摄氏度以上的冷媒。

在本示例的实施例中，冷媒要求的冰点温度在45摄氏度正负5摄氏度，沸点温度大于15摄氏度，该权利范围涵盖利用此原理的各种可用温度。选用冰点在零下45摄氏度以下，沸点在15摄氏度以上的冷媒，通过系统控制器，以及通过第二传感器检测所述制冷蓄冷罐中冷媒的温度，来综合控制LNG盘管开度以及冷媒的相对出液速度，实现按需结晶，在制冷蓄冷罐底部设置液体和晶体分离网，保障结晶体不会被吸入冷媒泵，进入冷媒管中，影响冷媒的循环。

从制冷蓄冷罐输出的冷媒的温度控制在零下45摄氏度附近，如果不加任何处理，直接送至冷能利用区域，不仅沿途会导致大量的冷量损失，过低的温度直接在机房中也无法被应用，因为温度过低，会产生凝露，对机房进行了除湿，破坏机房温湿度平衡，根本无法应用，所以本案在冷媒输送路径上巧妙的增加了混液调温罐，通过从冷媒回路中，旁通引入一部分15度的高温的冷媒，与零下四十五度的低温冷媒进行混液，通过系统控制器，将冷媒温度调整至冷能利用区域最适宜温度点附近，再对该温度进行传送，即避免了传输路径过程中冷量的损失，也达到了冷能利用区域最节能的应用温度。

如图3所示的一次换热系统N+1扩展系统图，根据冷能利用区域冷负荷容量可设置多个制冷蓄冷罐并联后通过混液调温罐旁路与冷媒盘管连接。

在本示例的实施例中，制冷蓄冷罐中设置液体和晶体分离网，以避免冷媒结晶进入冷媒管，影响冷媒的循环。可以通过控制器控制冷媒循环量及在制冷蓄冷罐中的冷媒喷头开度实现冷媒的放热结晶比例，实现冷媒结晶蓄冷。

在LNG供应低谷使制冷容量不足时，通过蓄冷步骤的冷媒结晶液化吸热作为冷源，满足冷能利用区域制冷需求。

在本示例的实施例中，针对LNG供应量不稳定问题，通过将一次换热中的制冷蓄冷罐做大，作为冷媒冰蓄冷，因为该冷媒冰点低至零下四十五度，因此其结晶体冰所含冷量比普通的冰蓄冷大很多，通过在LNG供应旺盛的时间段，调整LNG和冷媒的相对出液速度来制取冷媒结晶冰，在LNG供应的低谷段，利用结晶冰来释放储存的冷量，从而达到调节的目的。该目的还可以满足冷能利用区域不间断制冷的额外蓄冷要求，即在最极端情况下，利用结晶冰蓄冷额外支持冷能利用区域15分钟，保障在市电断电后，柴油发电机投入使用前冷能利用区域不间断供冷需求。

在本示例的实施例中，本实用新型通过一次换热系统，系统结构更为简单，系统控制简单，可靠性更高，成本更优；通过一次换热系统，利用冷媒让LNG和冷能利用区域空气直接换热，冷量利用效率更高；还可将制冷蓄冷罐即作为LNG汽化制冷反应器，又作为蓄冷罐，一举两得，不用额外配置蓄冷罐和冷媒结晶冰移动设备，也不用考虑结晶冰在管道中的传输问题，系统大为简化，效率提高；该制冷蓄冷罐即可解决天然气供应不稳定问题，也可解决冷能利用区域掉电后，连续制冷需求，一举两得；通过混液调温罐，让一次交换系统成为可能，实现了最节能的冷媒传送和利用温度；系统不仅可以通过控制LNG与高温冷媒液体的相对出液比控制冷媒的温度，还可通过混液调温罐的高温冷媒和低温冷媒的相对出液比进行二次调温，实现更精准的调温目标，对不同季节的适应性更广；可以对制冷蓄冷罐的按需进行扩展，形成N+1的冗余备份，系统可靠性更优。

应当注意，尽管在上文详细描述中提及了基于LNG冷能的供冷与蓄冷的系统的若干结构，但是这种划分并非强制性的。上文描述的一个结构的特征和功能可以进一步划分为由多个结构来具体化。

需要说明的是，尽管在附图中以特定顺序描述了本实用新型中系统的各个步骤，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些步骤，或是必须执行全部所示的步骤才能实现期望的结果。附加的或备选的，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，以及/或者将一个步骤分解为多个步骤执行等。

此外，上述附图仅是根据本发明示例性实施例的系统所包括的处理的示意性说明，而不是限制目的。易于理解，上述附图所示的处理并不表明或限制这些处理的时间顺序。另外，也易于理解，这些处理可以是例如在多个模块中同步或异步执行的。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里实用新型的发明后，将容易想到本实用新型的其他实施例。本申请旨在涵盖本实用新型的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本实用新型的一般性原理并包括本实用新型未实用新型的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本实用新型的真正范围和精神由权利要求指出。

应当理解的是，本实用新型并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本实用新型的范围仅由所附的权利要求来限。

Claims (5)

1.一种基于液化天然气LNG冷能的供储冷系统，其特征在于，所述系统包括：

LNG盘管，冷媒盘管，制冷蓄冷罐；

其中，所述LNG盘管设置在所述制冷蓄冷罐，所述冷媒盘管设置于冷能利用区域内；

所述制冷蓄冷罐与所述冷能利用区域的冷媒盘管之间通过传输管道连接，所述传输管道中包括冷媒介质。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述制冷蓄冷罐底部设置液体、晶体分离网。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述传输管道包括旁通出口，所述旁通出口连接设置混液调温罐，用于存放混液用的10-20度的高温冷媒，所述旁通出口包括流速调节器。

4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

第一感应器以及控制器，所述控制器分别与所述第一感应器以及所述流速调节器连接。

5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

第二感应器、温度调节器以及控制器，所述控制器分别与所述第二感应器以及温度调节器连接。

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