利用lng冷能的冷暖空調系統及工程機械的製作方法
2023-05-04 01:19:06 1
利用lng冷能的冷暖空調系統及工程機械的製作方法
【專利摘要】本發明公開了利用LNG冷能的冷暖空調系統及工程機械，屬於機械製造領域，包括LNG輸送管路、低溫換熱管路、高溫換熱管路和發動機冷卻液管路。儲液罐1、第一換熱器3、第二換熱器6的第一管路和發動機5通過LNG輸送管路依次連接並相通。防凍液罐15、第一換熱器3和混合罐10通過低溫換熱管路依次連接並相通。防凍液罐15、第二換熱器6的第二管路和混合罐10通過高溫換熱管路依次連接並相通。本發明的實施例通過採用兩級換熱裝置，以較為簡易的結構利用LNG冷能，提升LNG冷能利用率，並且結構緊湊，安裝方便。
【專利說明】利用LNG冷能的冷暖空調系統及工程機械
【技術領域】
[0001]本發明屬於機械設備製造領域，涉及一種冷暖空調系統，尤其涉及一種利用LNG冷能的冷暖空調系統及工程機械。
【背景技術】
[0002]傳統空調在製冷時，分配部分發動機功率，由皮帶帶動空調壓縮機做功，低壓製冷劑在蒸發器中汽化吸熱實現製冷的功能，。在制熱時，使用發動機高溫冷卻水流過加熱器獲得暖氣。由於夏季蒸發器和冬季供暖加熱器中流動的流體種類與形態不同(蒸發器中流動兩相製冷劑，加熱器中流動冷卻水)，通常是做成兩個獨立換熱器前後布置，共用一個風扇。
[0003]隨著人們對清潔能源利用的逐步重視，使用LNG (液化天然氣)作為燃料的場所越來越多，目前在城市公交車、長途運輸客車、重型卡車、部分工程機械上已有成熟的應用。
[0004]LNG作為燃料使用時，需要從_162°C的低溫液體加熱汽化到大約55°C氣體。使用發動機冷卻水做熱源，在汽化過程中會釋放大量的冷能。如果利用這部分冷能調節駕駛室溫度，從而取代傳統空調，不僅能降低傳統空調對發動機的負荷，降低油耗，而且能減少製冷劑的使用和洩漏，實現能量的綜合利用和環境保護。
[0005]現有的LNG應用技術中存在的技術問題主要有:
[0006]1，利用LNG冷能裝置結構複雜，搭載在不同主機時通用率低。
[0007]2，實現製冷功能時，單純配置使用LNG冷能的利用裝置，在制熱時，仍需使用加熱器，安裝所有部件所需空間大，部件通用性較差。
[0008]3，換熱溫差較大時，傳熱流體媒介如果流量不足，則易凝固，損壞熱交換器。
【發明內容】
[0009]有鑑於此，本發明通過採用兩級換熱裝置，以較為簡易的結構利用LNG冷能，提升LNG冷能利用率，並且結構緊湊，安裝方便。
[0010]為達到上述目的，具體技術方案如下:
[0011]一方面，提供一種利用LNG冷能的冷暖空調系統，包括儲液罐、第一換熱器、第二換熱器、發動機、防凍液罐、第一控制閥、第二控制閥、混合罐、散熱器、控制器、LNG輸送管路、低溫換熱管路、高溫換熱管路和發動機冷卻液管路，所述第二換熱器中設有第一管路和第二管路，所述儲液罐、第一換熱器、第二換熱器的第一管路和發動機通過LNG輸送管路依次連接並相通，所述防凍液罐、第一換熱器和混合罐通過低溫換熱管路依次連接並相通，所述防凍液罐、第二換熱器的第二管路和混合罐通過高溫換熱管路依次連接並相通，所述混合罐、散熱器和防凍液罐依次連接並相通，所述發動機和第二換熱器的內腔通過發動機冷卻液管路連接並相通，所述第一控制閥、第二控制閥分別設於所述低溫換熱管路、高溫換熱管路中，所述控制器分別與所述第一控制閥、第二控制閥相連。
[0012]優選的，還包括分別設於所述第一換熱器和混合罐上的第一溫度傳感器和第二溫度傳感器，所述第一溫度傳感器和第二溫度傳感器分別與所述控制器相連。[0013]優選的，所述低溫換熱管路、高溫換熱管路中均設有單向閥。
[0014]優選的，所述第二換熱器(6 )設有三個進口和三個出口，所述三個進口分別與所述LNG輸送管路、高溫換熱管路、發動機冷卻液管路相通，所述三個出口分別與所述LNG氣化後輸送NG的LNG輸送管路、高溫換熱管路、發動機冷卻液管路相通。
[0015]優選的，通過所述第一溫度傳感器(4)、第二溫度傳感器(11)監控管路溫度，並反饋信號至所述控制器13，所述控制器13調節所述第一控制閥(18)和第二控制閥(17)內冷卻液的流量，實現溫度控制。
[0016]優選的，所述低溫換熱管路、高溫換熱管路中設有電動泵，所述電動泵與所述控制器相連。
[0017]優選的，所述LNG輸送管路中還設有緩衝瓶，所述第二換熱器的第一管路通過所述緩衝瓶與所述發動機相連。
[0018]另一方面，還提供了一種工程機械，包括如上所述的利用LNG冷能的冷暖空調系統。
[0019]相對於現有技術，本發明的技術方案的優點有:
[0020]1、綜合利用LNG冷能和發動機冷卻水實現無級調節溫度的功能，調溫範圍大，節省發動機功率；
[0021]2、系統結構緊湊，佔用空間小，使用一塊散熱器即可實現冷暖溫度調節，部件成本低，易於安裝使用；
[0022]3、發動機原需引出兩條高溫冷卻水迴路，一條為LNG換熱器加熱汽化LNG，另一條連接駕駛室空調，為冬季駕駛室使用空調提供熱源。本發明的技術方案簡化了管路，只需使用一條高溫冷卻水迴路。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]構成本發明的一部分的附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明用於解釋本發明，並不構成對本發明的不當限定。在附圖中:
[0024]圖1是本發明實施例的結構示意圖；
[0025]圖2是本發明另一實施例的結構示意圖。
[0026]其中，I為儲液罐、2為隔熱保溫裝置、3為第一換熱器、4為第一溫度傳感器、5為發動機、6為第二換熱器、7為緩衝瓶、8為第一單向閥、9為第二單向閥、10為混合罐、11為第二溫度傳感器、12為風扇、13為控制器、14為散熱器、15為防凍液罐、16為電動泵、17為第二控制閥、18為第一控制閥。
【具體實施方式】
[0027]下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
[0028]需要說明的是，在不衝突的情況下，本發明中的實施例及實施例中的特徵可以相
互組合。[0029]以下將結合附圖對本發明的實施例做具體闡釋。
[0030]如圖1和2中所示的本發明的實施例的一種利用LNG冷能的冷暖空調系統，包括儲液罐1、第一換熱器3、第二換熱器6、發動機5、防凍液罐15、第一控制閥18、第二控制閥17、混合罐10、散熱器14、控制器13、LNG輸送管路、低溫換熱管路、高溫換熱管路和發動機冷卻液管路。第二換熱器6中設有第一管路和第二管路。
[0031]儲液罐1、第一換熱器3、第二換熱器6的第一管路和發動機5通過LNG輸送管路依次連接並相通。防凍液罐15、第一換熱器3和混合罐10通過低溫換熱管路依次連接並相通。防凍液罐15、第二換熱器6的第二管路和混合罐10通過高溫換熱管路依次連接並相通。混合罐10、散熱器14和防凍液罐15依次連接並相通。發動機5和第二換熱器6的內腔通過發動機冷卻液管路連接並相通。第一控制閥18、第二控制閥17分別設於低溫換熱管路、高溫換熱管路中。控制器13分別與第一控制閥18、第二控制閥17相連。
[0032]本發明的實施例通過採用兩級換熱裝置，以較為簡易的結構利用LNG冷能，提升LNG冷能利用率，並且結構緊湊，安裝方便。
[0033]如圖1中所示，在本發明的實施例中，分三個流體管路和一個控制迴路:
[0034]1，LNG輸送管路。液化天然氣(LNG)從儲液罐I中流出，經過帶有隔熱保溫裝置2的LNG輸送管路,依次通過第一換熱器3與第二換熱器6,變成氣態天然氣(NG),輸送至發動機5。
[0035]在換熱器3中，-160°C的LNG吸收熱量，將部分冷能傳遞至第一換熱器3空腔內防凍液A，防凍液A可採用乙二醇的水基型防凍液，冰點可達到_60°C左右。相比LNG輸送管路中流動的LNG溶液，相對體積大並且流動的防凍液可充分吸收冷能，並防止防凍液凝固損壞換熱器。
[0036]2，發動機冷卻液管路。將天然氣發動機5的冷卻水引至第二換熱器6中，經熱量交換後，流回發動機5。在第二換熱器6中，內置兩條管路，第一管路通過LNG，第二管路通過上述防凍液A。第一管路中LNG充分吸熱，汽化成NG，輸送至緩衝瓶7中，將一定量壓縮NG送至發動機燃燒。在第二管路中，流動防凍液A，吸收第二換熱器6空腔中發動機5冷卻水的熱量，發動機5的冷卻水進第二換熱器6時的水溫在90°C以上，可充分加熱管路中防凍液A。
[0037]發動機5的冷卻水也是一種防凍液B，視使用環境調整冰點，一般地區冰點在-25°C即可達到使用要求。
[0038]3,換熱系統管路,包括低溫換熱管路和高溫換熱管路。用防凍液A做熱交換媒介，通過電動泵16給管路加壓，通過第一控制閥18和第二控制閥17，優選為節流閥調節管路流量，分別通過第一換熱器3和第二換熱器6第二管路，第一單向閥8和第二單向閥9，得到溫度差異較大的兩股流體在混合罐10中混合。調整溫度，然後將適宜溫度的防凍液A (製冷時，溫度較低；制熱時，溫度較高)送至散熱器14中，通過風扇12將散熱器內流體的的溫度傳遞至駕駛室。
[0039]在駕駛室內部安置防凍液罐15，由於水易揮發，乙二醇相對性質穩定，冷卻液A的乙二醇濃度在長期使用的過程中可能會逐漸升高，從防凍液罐15上查看溶液的量，適時添加軟化水，維持乙二醇的濃度在合適的範圍內，保證防凍液A的使用性能。
[0040]4，系統控制迴路。通過第一溫度傳感器4和第二溫度傳感器11，收集第一換熱器3和混合罐10的流體溫度，信號傳遞至控制器13，由控制器13控制風扇12的轉速，電動泵16的轉速，第二控制閥17和第一控制閥18的開度。
[0041]當需製冷時，增大第一控制閥18的流量，減小或者關閉第二控制閥17的流量，混合罐10中防凍液A經混合溫度中和後，為低溫流體，由第二溫度傳感器11檢測混合罐10內的防凍液溫度，如溫度過低，則適當減小第一控制閥18的流量，增大第二控制閥17的流量,如溫度過高,則反之。
[0042]當需制熱時，增大第二控制閥17的流量，減小第一控制閥18的流量，混合罐10中防凍液A經混合溫度中和後，為高溫流體，由第二溫度傳感器11檢測混合罐10內的水溫，如溫度過高，則適當減小第二控制閥17的流量，增大第一控制閥18的流量，如溫度過低，則反之。
[0043]在第一換熱器3上的第一溫度傳感器4監測內部冷卻液A的溫度，當溫度過低接近冷卻液A的冰點時，由控制器13增大第一控制閥18的流量，防止冷卻液A過冷凝結，損壞第一換熱器3。
[0044]如圖1中所示，在本發明的實施例中，可將第二控制閥17和第一控制閥18以及其上的控制元件做成一個組件，起到分流、節流、控制的作用。
[0045]如圖2中所示，在本發明的另一實施例中，將發動機冷卻液管路和高溫換熱管路綜合為一個管路系統，即第二換熱器6設有三個進口和兩個出口，三個進口分別與LNG輸送管路、高溫換熱管路、發動機冷卻液管路相通。兩個出口與高溫換熱管路、LNG輸送管路相通。第二換熱器6內腔冷卻液經熱交換後引出管道，通過支路引至混合罐10，通過調節支路流量，控制輸送至混合罐10的熱能。此實施例使用同一種換熱媒介，即直接使用發動機防凍液，如乙二醇溶液，根據其冰點，適當調整支路流量。
[0046]本發明的實施例中還包括一種工程機械，設有如上述的利用LNG冷能的冷暖空調系統。由於上述利用LNG冷能的冷暖空調系統具有上述技術效果，因此，設有該利用LNG冷能的冷暖空調系統的工程機械也應具備相應的技術效果，其具體實施過程與上述實施例類似，茲不贅述。
[0047]以上對本發明的具體實施例進行了詳細描述，但其只是作為範例，本發明並不限制於以上描述的具體實施例。對於本領域技術人員而言，任何對本發明進行的等同修改和替代也都在本發明的範疇之中。因此，在不脫離本發明的精神和範圍下所作的均等變換和修改，都應涵蓋在本發明的範圍內。
【權利要求】
1.一種利用LNG冷能的冷暖空調系統，其特徵在於，包括儲液罐(I)、第一換熱器(3)、第二換熱器(6)、發動機(5)、防凍液罐(15)、第一控制閥(18)、第二控制閥(17)、混合罐(10)、散熱器(14)、控制器(13)、LNG輸送管路、低溫換熱管路、高溫換熱管路和發動機冷卻液管路，所述第二換熱器(6)中設有第一管路和第二管路，所述儲液罐(I)、第一換熱器(3)、第二換熱器(6)的第一管路和發動機(5)通過LNG輸送管路依次連接並相通，所述防凍液罐(15)、第一換熱器(3)和混合罐(10)通過低溫換熱管路依次連接並相通，所述防凍液罐(15)、第二換熱器(6)的第二管路和混合罐(10)通過高溫換熱管路依次連接並相通，所述混合罐(10)、散熱器(14)和防凍液罐(15)依次連接並相通，所述發動機(5)和第二換熱器(6)的內腔通過發動機冷卻液管路連接並相通，所述第一控制閥(18)、第二控制閥(17)分別設於所述低溫換熱管路、高溫換熱管路中，所述控制器(13)分別與所述第一控制閥(18)、第二控制閥(17)相連。
2.如權利要求1所述的利用LNG冷能的冷暖空調系統，其特徵在於，還包括分別設於所述第一換熱器(3)和混合罐(10)上的第一溫度傳感器(4)和第二溫度傳感器(11)，所述第一溫度傳感器(4)和第二溫度傳感器(11)分別與所述控制器(13)相連。
3.如權利要求1所述的利用LNG冷能的冷暖空調系統，其特徵在於，所述低溫換熱管路、高溫換熱管路中均設有單向閥。
4.如權利要求1所述的利用LNG冷能的冷暖空調系統，其特徵在於，所述第二換熱器(6 )設有三個進口和三個出口，所述三個進口分別與所述LNG輸送管路、高溫換熱管路、發動機冷卻液管路相通，所述三個出口分別與所述LNG氣化後輸送NG的LNG輸送管路、高溫換熱管路、發動機冷卻液管路相通。
5.如權利要求2所述的利用LNG冷能的冷暖空調系統，其特徵在於，通過所述第一溫度傳感器(4)、第二溫度傳感器(11)監控管路溫度，並反饋信號至所述控制器13，所述控制器13調節所述第一控制閥(18)和第二控制閥(17)內冷卻液的流量，實現溫度控制。
6.如權利要求1所述的利用LNG冷能的冷暖空調系統，其特徵在於，所述低溫換熱管路、高溫換熱管路中設有電動泵(16)，所述電動泵(16)與所述控制器(13)相連。
7.如權利要求1所述的利用LNG冷能的冷暖空調系統，其特徵在於，所述LNG輸送管路中還設有緩衝瓶(7)，所述第二換熱器(6)的第一管路通過所述緩衝瓶(7)與所述發動機(5)相連。
8.—種工程機械，其特徵在於，包括如權利要求1至7任一項所述的利用LNG冷能的冷暖空調系統。
【文檔編號】B60H1/32GK103507598SQ201310460412
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年9月29日 優先權日:2013年9月29日
【發明者】楊洪波, 陳克雷, 龍也 申請人:上海三一重機有限公司