动力设备液化气气瓶冷量回收方法

摘要

本发明涉及一种以LNG为燃料的动力设备液化气气瓶冷量回收方法。通过一个内部充填有与动力设备原有空调系统工质相同或相近的载冷工质的低温换热器，收集LNG在汽化或增温增压过程的低温冷能，并将低温换热器入口接原有空调或制冷系统压缩机后高压管路，低温换热器出口接原有空调冷凝器。被压缩机压缩后载冷工质流过低温换热器被超低温LNG迅速冷却降压，从而降低原有空调或制冷系统机械负荷，提高效率，同时通过减小原有制冷压缩机功率、降低压缩机转速、减小原有空调冷凝器换热面积，来匹配LNG冷能回收后的系统综合制冷能力与空调或制冷运行参数，使空调或制冷系统整体成本比原有系统还低，且不改变原有空调系统使用习惯。

权利要求

1.一种动力设备液化气气瓶冷量回收方法，其特征在于：

将一个低温换热器（1）连接到原有动力设备空调或制冷系统的压缩机（3）与冷凝器（4）之间的高压管路中，低温换热器（1）充入与原有动力设备空调或制冷系统相同载冷工质，同时压缩机（3）和冷凝器（4）的动力与热力重新匹配；由液化气容器出来的深冷LNG进入低温换热器（1），与被压缩机增压的高温载热工质在低温换热器（1）中热交换，高温载热工质因获得LNG冷能而迅速降低高压压力，进而降低原有空调或制冷系统的动力消耗，深冷LNG获得热能被汽化升温，之后供动力设备燃用；

所述的压缩机（3）和冷凝器（4）的动力与热力重新匹配的方法是：根据低温换热器（1）最大回收冷能能力，减小原有制冷压缩机（3）功率或降低压缩机转速，减小原有制冷系统的冷凝器（4）换热面积或散热能力；使具有冷能回收的空调或制冷系统配备的机械制冷功率=原有总制冷功率-低温换热器（1）获得的换热平均制冷功率+冷凝器（4）平衡散失掉的冷能功率；

所述的相同载冷工质，是指低温换热器（1）用于热交换的载冷工质与动力设备原空调系统使用的载冷工质完全相同或具有互相代用的热力性能，且该载冷工质在低温换热器（1）内不凝固；

所述的低温换热器（1）安装在冷凝器（4）上方位置，以降低载冷工质对低温凝固点的要求，同时在空调或制冷系统停运时使低温换热器（1）继续具有LNG汽化增温能力。

说明书

动力设备液化气气瓶冷量回收方法

技术领域

[0001] 本发明涉及以LNG为燃料的动力设备耗用燃料过程中所产生的无用冷能的回收利用方法，具体是一种动力设备液化气气瓶冷量回收方法。

背景技术

[0002] 以LNG为燃料的各种运输工具使用的液态液化气采用高真空绝热保温，保持低温存储容器内部的低温，以避免存放中尽量少汽化蒸发和排放。但使用中却因液化气为超低温液体（-120--160摄氏度）无法直接利用，必须气化后才能被发动机利用，在汽化中有大量的冷能被释放，但因液态液化气超低温和易燃易爆性，这些冷量一直没有被直接利用而浪费，这也是LNG燃料成本相比其它燃料成本较高的重要原因。

[0003] 现有LNG冷能利用的一些技术，但都是采用独立于原有动力设备空调系统的冷能提取和再利用技术，其系统复杂，成本高，难于实施。

发明内容

[0004] 本发明针对以上问题，提供一种极低成本的易于实现LNG冷能回收利用的动力设备液化气气瓶冷量回收方法。

[0005] 本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

[0006] 一种动力设备液化气气瓶冷量回收方法，按下述方法进行：将一个低温换热器连接到原有动力设备空调或制冷系统的压缩机与冷凝器之间的高压管路中，低温换热器充入与原有动力设备空调或制冷系统相同载冷工质，同时压缩机和冷凝器的动力与热力重新匹配；由液化气气瓶出来的深冷LNG进入低温换热器，与被压缩机增压的高温载热工质在低温换热器中热交换，高温载热工质因获得LNG冷能而迅速降低高压压力，进而降低原有空调或制冷系统的动力消耗，深冷LNG获得热能被汽化升温，之后供动力设备燃用。

[0007] 进一步的，所述的压缩机和冷凝器的动力与热力重新匹配的方法是：根据低温换热器最大回收冷能能力，减小原有制冷压缩机功率或降低压缩机转速，减小原有制冷系统的冷凝器换热面积或散热能力；使具有冷能回收的空调或制冷系统配备的机械制冷功率=原有总制冷功率-低温换热器获得的换热平均制冷功率+冷凝器平衡散失掉的冷能功率。

[0008] 进一步的，所述的相同载冷工质，是指低温换热器用于热交换的载冷工质与动力设备原使用的载冷工质完全相同或具有互相代用的热力性能，且该载冷工质在低温换热器内不凝固。

[0009] 进一步的，所述的低温换热器安装在冷凝器上方位置，以降低载冷工质对低温凝固点的要求，同时在空调或制冷系统停运时使低温换热器继续具有LNG汽化增温能力。

[0010] 采用上述技术方案的本发明，与现有技术相比，其有益效果是：

[0011] 由于充分利用了动力设备系统中的原有空调制冷系统设备，仅增加一个LNG低温换热器（但能部分替代原有LNG汽化器）及少量连接管路，无任何可动部件就可以实现LNG的冷能高效回收利用，简单实用，成本极低，可靠性高；而且无论外部冷能回收多少均不影响空调的使用，也不改变原有空调制冷系统的任何操作习惯，更容易被接受推广。对于10kg/h-500kg/h LNG的动力系统，可以回收的冷能将达到1.5-75kw的冷能。

附图说明

[0012] 图1是本发明实施例的结构示意图；

[0013] 图中：1-低温换热器；2-空调冷媒；3-压缩机；4-冷凝器；5-蒸发器；6-车载低温绝热气瓶。

具体实施方式

[0014] 以下结合实施例对本发明作进一步阐述，但本实施例不对本发明构成任何限制。

[0015] 本实施例中的动力设备为LNG燃料大巴客车，LNG存储低温容器是车载低温绝热气瓶，汽车原有空调冷媒2为氟利昂R22。

[0016] 参见图1，低温换热器1有两个回路，一个回路是LNG回路：车载低温绝热气瓶6的深冷LNG输出连接至低温换热器1的LNG液体进入口，低温换热器1的LNG出口连接增温换热器或者稳压阀，之后送汽车发动机燃烧；另一回路为空调冷媒2即氟利昂R22回路：低温换热器1入口连接原有汽车空调压缩机3的出口，低温换热器1出口则连接汽车原有空调的冷凝器
4。

[0017] 冷能回收原理是：

[0018] 在汽车空调开启后，压缩机3将空调系统中氟利昂R22工质压缩，压缩后的工质带有较高的温度和压力，被压送到低温换热器1中，此时低温换热器1中同时有超低温的LNG液体从中流过，R22工质经过低温换热器1时与LNG液体进行冷热交换，交换后LNG液体被加热汽化蒸发，R22工质吸收LNG冷能后温度降低压力也降低，甚至有部分R22被液化，吸收了LNG冷能后的R22经低温换热器1出口送到空调原有的冷凝器4。

[0019] 如果R22吸收了过多冷能被液化或压力很低，则会通过冷凝器4给R22增温增压，以便于使R22能够到达原有空调系统的蒸发器5释放冷能，实现最终冷能应用；如果R22工质在低温换热器1吸收的冷量不足，未能将原来压缩机出口较高压力的R22气体降到规定压力温度参数值，则会在冷凝器4继续与空气进行热交换而降温降压，压力温度适宜的R22被送的原有空调系统的蒸发器5中提取冷能。

[0020] 通过以上分析，汽车原有空调的冷凝器4对稳定空调运行参数也很重要。

[0021] 本实施例中的低温换热器1安装位置安装在高于原有空调冷凝器4的位置。可以将低温换热器1被冷凝的载冷工质R22带离换热器表面，防止R22在更低温度时凝固；同时在LNG汽车继续耗用LNG，空调不工作时，由于空调的压缩机3已经停止工作，低温换热器1前端即空调压缩机部分回路会被阻断，低温换热器1及后部管路以及空调的冷凝器4等管路将形成局部热管效应。因工质R22沸点为-41度，远高于低温换热器1通有LNG液体时的-120度左右温度，R22温度又低于冷凝器4温度（因冷凝器4温度基本与环境气温度相同），故R22工质到达低温换热器1表面时会被冷凝液化，低温换热器1部位形成负压，但因低温换热器1安装位置高于空调冷凝器4的位置，故冷凝后液体会自然流到空调冷凝器4部位，并在空调冷凝器4部位又被汽化形成正压，这就形成了局部热管循环，从而使低温换热器1无论空调是否工作均具有给LNG液体加温汽化作用，同时这种局部热管循环会使冷凝器4温度低于原有空调系统的蒸发器5温度，可避免蒸发器5与冷凝器4传热，更有利于原有空调在冬季保温。

[0022] 为了尽可能多的利用LNG的冷能，减小原有空调系统的动力消耗，对原有车辆空调的压缩机3、冷凝器4和低温换热器1进行匹配设计。低温换热器1换热面积按可以吸收100%的最大发动机燃用LNG时LNG汽化升温可以释放的冷能设计，蒸发器5则按最小空气流速下可以平衡最多10%的多余LNG回收冷能的换热能力设计，又能在最大空气流速下，LNG耗用在怠速下具有空调系统70%额定制冷能力的对外散热能力的双重要求。核算后的冷凝器4的换热面积将减小到原来的30-40%，压缩机3功率容量或速度调到原来的30%-50%就可以满足需要，改造后的空调制冷机械能消耗仅为原来的1/5-1/3。做为新车优化设计后换用大排量低压小功率的空调压缩机3和换用更小面积的冷凝器4，其降低的成本会高于新增加的低温换热器1及其管路的费用。由于低温换热器1又能兼做LNG汽化器的作用，可以大大减小原有LNG汽化器换热面积，甚至可以取消。对于旧LNG燃料车空调系统如增加LNG冷能回收的改造，可适当减小低温换热器1换热面积即可，只是LNG冷能利用率降低了些，改造费用也极其低廉，但仍可以获得可观的节能效果。

[0023] 上述液化天然气冷能回收方法，因无任何可动部件、不需对原有系统进行大的改造，就可以实现LNG的冷能高效回收利用，成本极低。而且无论是否有外部冷能输入均不影响空调的使用，无论是否使用空调也不影响车辆原有LNG燃料的汽化增温性能，且也不改变原有空调系统的任何使用习惯，其可靠性，安全性，实用性极强，容易被接受推广。对于20kg/h 左右LNG燃料大巴客车来计算，可以回收的冷能将达到3-4kw的冷能回收价值，平均每天运行10小时，每年使用200天，每KWh冷能按1元计算，则每年回收的冷能价值将到达（3-
4）KW*10*200*1=6000-8000元。如新车进行匹配性设计，则无需额外的成本投入即可，如旧车改造总成本不会超过1000元，其经济价值非常突出，可大大提升LNG车使用的性价费效比。

[0024] 以上所述仅为本发明较佳可行的实施例而已，并非因此局限本发明的权利范围，凡运用本发明说明书内容所作的等效变化，均包含于本发明的权利范围之内。