利用lng冷能降低天然氣發動機冷卻水溫度的系統及方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于天然氣發動機領域，尤其涉及天然氣發動機LNG冷能利用及其氣化的系統。
【背景技術】
[0002]我國石油資源逐漸走向枯竭，汽車尾氣排放污染日益加重，使得天然氣發動機在我國得到迅速發展。其中天然氣發動機多選擇以液態天然氣的形成將燃料儲存在LNG儲罐中，因為LNG加注時間短，單位體積能量密度大同樣容積的LNG車用儲罐裝載的天然氣是CNG儲氣瓶的3倍左右，故LNG汽車可以滿足長途行駛的需要。同時LNG儲存壓力為1.6MPa，CNG儲存壓力高于LNG，達到20MPa。LNG泵從儲罐中抽出_162°C的液化天然氣，將液化天然氣壓力增至7.0—10.0MPa，溫度升高至-158.0一-151.6°C，這就使得LNG供給管路中需要加裝氣化裝置及調壓裝置等。文章《對L N G冷能利用中幾個問題的討論》指出高壓LNG具有從120K到常溫這一溫度范圍內不同溫位的冷能，如果能分成多段在不同的溫位下充分利用，就可以取得最大的效益。
[0003]液化天然氣供給系統中常用的是水浴式氣化器。一方面LNG冷能可以用來降低發動機循環冷卻水的溫度，另一方面發動機冷卻水熱量使LNG加熱、氣化。采用水浴式汽化器更能充分保證換熱效率并且結構緊湊占地小，價格低。低溫的液化天然氣經過后被汽化成適合的溫度供給發動機。外部是一根套管作為換熱器的殼程與汽車發動機的冷卻水系統相連形成閉合的回路。外殼保證其間流動的冷卻水不會外泄。
[0004]專利CN102423997 A提出了一種利用液化天然氣汽化潛熱實線過冷的汽車的空調系統，其特征是在普通空調工作循環管路上加裝一段LNG換熱管，利用LNG冷量增加制冷劑在冷凝器出口的過冷度，減少壓縮機耗功。但是LNG溫度為-162°C，空調溫度制冷問題在十幾度至三十度上下浮動，對冷量利用率低。專利CN 101326410 B提出了一種使用不同制冷劑的多管路制冷系統，包括帶有不同制冷劑的多條管路。控制器選擇性地匹配感知的環境空間調節的應用，用于選擇性地與多條管路相連接。每種制冷劑在指示溫度范圍中可提供效率好處。一個管路可充有一種制冷劑，其在較高環境溫度下最好地被利用，而其它管路可具有在較低環境溫度下最好地被利用的一種制冷劑。系統的控制器監控環境溫度，并根據感知的環境溫度在順序中利用兩個管路。該發明需要提供不同制冷劑，在車載系統上難以應用。專利CN 101746840 B提出了一種利用LNG冷能進行海水淡化的系統。其本質是利用水和反應房產的熱能來汽化LNG，應用原理與專利CN102423997 A相近。專利CN202812795 U提出了一種LNG冷能回收利用系統，實現多級多管路LNG換熱設計，一定程度上提高了 LNG氣化器的使用壽命，但是第一第二管路之間的換熱存在一定的冷量損失。
【發明內容】
[0005]針對現有技術中存在不足，本發明提供了一種利用LNG冷能降低天然氣發動機冷卻水溫度的系統，同時能夠利用天然氣發動機冷卻水熱量將LNG氣化為氣態天然氣作為燃料。
[0006]天然氣發動機的燃燒溫度比同柴油機的燃燒溫度平均高出100°C — 150°C，因此發動機的熱負荷大幅增加，要使得現有柴油機的冷卻系統能夠應用到天然氣發動機上去，必須降低天然氣發動機冷卻系統的熱負荷。另一方面，缸內直噴式天然氣發動機每個供氣循環內供氣量遠大于進氣道低壓噴射的天然氣發動機，所以對LNG供給能力又有了更大的要求。本發明契合上述兩點，利用LNG冷能降低發動機冷卻循環水溫度；利用發動機冷卻循環水熱量氣化LNG，并且能夠隨著發動機負荷大小相互調節，形成動態平衡。
[0007]本發明是通過以下技術手段實現上述技術目的的。
[0008]一種利用LNG冷能降低天然氣發動機冷卻水溫度的系統，包括LNG供給系統，發動機冷卻系統以及發動機本體構成。
[0009]所述發動機冷卻系統包括散熱器，風扇，節溫器，放水閥，水泵，分水管，水套，其中節溫器控制著大小循環管路的選擇。
[0010]所述發動機本體包括傳動帶，傳動輪，油底殼，飛輪；發動機運轉動力由傳動帶，傳動輪傳遞至風扇，水泵及飛輪。
[0011]所述LNG供給系統由LNG儲罐，高壓切斷閥，手動閥門，LNG大循環供給管路，三通閥，緩沖罐，天然氣直噴噴嘴構成；LNG儲罐依次與高壓切斷閥，手動閥門，LNG大循環供給管路，三通閥，緩沖罐，天然氣直噴噴嘴通過管路連接；
所述LNG供給系統還包括LNG小循環供給管路，所述有LNG小循環供給管路設于手動閥門和三通閥之間。
[0012]所述手動閥門人工開閉，所述高壓切斷閥在管路壓力異常增大時自動切斷LNG儲罐與LNG供給管路之間的聯系。
[0013]三通閥和緩沖罐之間還設有調壓閥，管路中的天然氣經調壓閥調壓后進入緩沖罐。
[0014]所述三通閥，調壓閥，緩沖罐上設置的壓力傳感器，天然氣直噴噴嘴，節溫器，均與E⑶電氣連接，由E⑶控制。
[0015]所述LNG大循環管路包括管路A1、A2，所述Al和A2之間連接著大循環換熱器，所述大循環換熱器內部LNG管路環繞大循環冷卻水管道，強化換熱；
所述LNG小循環管路包括管路B1、B2，所述BI和B2之間連接著小循環換熱器，所述小循環換熱器內部LNG管路環繞小循環冷卻水管道，強化換熱。
[0016]上述方案中，所述發動機冷卻系統對應發動機不同工況下LNG冷能兩級利用，有利于迅速使用天然氣發動機的供氣量以及冷卻水溫度，達到動態平衡。
[0017]天然氣發動機冷啟動階段，需要相對較濃的混合氣并盡快提高冷卻水溫度。此時發動機水溫低于76V，三通閥處于關閉狀態，LNG經過小循環管路BI，進入小循環換熱器隨后進入小循環管路B2，節溫器關閉水套通向大循環冷卻水管路的通道，將冷卻水經過小循環換熱器，送入水泵以及分水管進入小循環，發機冷卻水溫度迅速提高。進一步促進LNG氣化量，為冷啟動的發動機提供充足氣態天然氣。
[0018]發動機水溫達到76°C?86°C之間，說明發動機進入正常工作狀態，三通閥開啟大小循環管路A2以及B2，此時節溫器同時開啟大循環冷卻水管道和小循環冷卻水管道，LNG冷能同時經過大循環換熱器和小循環換熱器兩級換熱器換熱，使得天然氣供應量趨于穩定。
[0019]發動機水溫高于86°C時，意味著發動機進入負載增大，熱負荷過大的工況，需要供氣量需要大幅提高，冷卻水需要盡快降溫。此時供給量增大的LNG進入大循環換熱器，其冷量可以加速冷卻循環水，降低高負載條件下天然氣發動機的熱負荷。三通閥關閉LNG小循環供給管路B2通向調壓閥3連接，開啟LNG大循環供給管路A2與調壓閥3連接，節溫器開啟大循環冷卻水管道，冷卻水進散熱器，風扇啟動降低散熱器中冷卻水溫度。節溫器關閉其左側小循環管路，冷卻水經水泵直接送入分水管，有利于加快冷卻水循環速度，反過來促進LNG的氣化速度。
[0020]本發明的有益效果為:
本發明冷卻系統的大循環管路和小循環管路，可以實現發動機在不同工況下LNG冷能兩級利用，有利于迅速使用天然氣發動機的供氣量以及冷卻水溫度，達到動態平衡。
【附圖說明】
[0021]圖1為本發明的結構示意圖。
[0022]附圖標記說明如下:
1-LNG儲罐，2-緩沖罐，3-調壓閥，4-高壓切斷閥，5-手動閥門，6-大循環換熱器，7-三通閥，8-散熱器，9-風扇，10-小循環換熱器，11-節溫器，12