專利名稱：基于開式朗肯循環(huán)的液化天然氣雙動(dòng)力汽車循環(huán)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及液化天然氣(Liquefied Natural Gas，簡稱LNG)汽車中作為汽車燃料的LNG的冷量及冷量 的回收綜合利用技術(shù)。具體涉及利用LNG開式朗肯循環(huán)與天然氣內(nèi)燃機(jī)組成雙動(dòng)力汽車的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近年來，世界LNG的生產(chǎn)應(yīng)用發(fā)展迅速，年平均增長率高達(dá)20％，年運(yùn)輸貿(mào)易額達(dá)6000多萬噸。為限制汽車尾氣的排放，世界許多國家和地方當(dāng)局都為推行LNG汽車采取政府扶持政策，這為LNG汽車的發(fā)展創(chuàng)造了良好的條件。我國LNG的應(yīng)用也逐漸受到重視。隨著LNG需求量的不斷加大，深圳、廈門、寧波等地較大規(guī)模的LNG接收站陸續(xù)建成；亞太和中東地區(qū)豐富的天然氣資源也可以作為我國引進(jìn)天然氣的重要基地。相信隨著LNG生產(chǎn)以及充灌、計(jì)量等配套設(shè)施的逐步完善，我國的LNG汽車也會(huì)取得長足發(fā)展。
相對(duì)于石油資源，我國的天然氣資源較為豐富，特別是中西部地區(qū)。而過度使用石油產(chǎn)品作為汽車燃料也導(dǎo)致了大氣污染的日益嚴(yán)重。和其他代用燃料相比，天然氣作為汽車燃料是有較大優(yōu)勢(shì)的。液化石油氣和太陽能自身的局限性決定了它們很難有大的發(fā)展。氫氣和甲醇的運(yùn)行費(fèi)用較高，且氫氣的運(yùn)用技術(shù)還遠(yuǎn)不成熟。相比之下，天然氣儲(chǔ)量豐富、污染小、效率高、噪音小、技術(shù)也較為成熟。
與LNG汽車相比，壓縮天然氣(Compressed Natural Gas，簡稱CNG)汽車的最大缺點(diǎn)是存儲(chǔ)體積大、儲(chǔ)氣量小、能量儲(chǔ)存密度低、汽車連續(xù)行駛里程短、加氣時(shí)間長，且儲(chǔ)存壓力高(20MPa以上)，對(duì)儲(chǔ)氣鋼瓶制造要求高，危險(xiǎn)性大。LNG是比CNG更優(yōu)質(zhì)的燃料，它是將天然氣在111K的低溫下液化，占用空間體積小(僅為液化前體積的1/625)，能量儲(chǔ)存密度大，在液化過程中首先要進(jìn)行純化處理，分離凝析油、重?zé)N，除去H2O、CO2、H2S以及有機(jī)硫化物等雜質(zhì)。因此，LNG不含硫和氮，其主要成分是CH4，品質(zhì)穩(wěn)定，燃燒調(diào)節(jié)方便，無黑煙，燃燒后無灰渣和焦油，主要排放物是H2O和CO2，堪稱綠色燃料。且其低溫下蘊(yùn)含的大量冷能可以回收利用。因而LNG汽車是未來天然氣汽車發(fā)展的重要方向。
但是，LNG汽車也有一些不足之處。由于氣缸進(jìn)氣充氣系數(shù)較小，混合氣熱值低等原因，與同排量的汽油機(jī)相比，天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的功率有所降低。在很多沒有冷量回收裝置的LNG汽車上，作為汽車燃料的LNG升溫氣化后直接進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒，使得LNG中蘊(yùn)含的大量寶貴的冷能資源白白浪費(fèi)。因此，利用LNG低溫下所具有冷量 的做功能力輸出動(dòng)力，回收其冷量，開展LNG雙動(dòng)力汽車的研究工作很具有實(shí)用意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種利用LNG開式朗肯循環(huán)和天然氣內(nèi)燃機(jī)循環(huán)的LNG雙動(dòng)力汽車系統(tǒng)。低溫下LNG不僅具有大量冷能，而且還有相當(dāng)一部分具有做功能力的冷量 。該系統(tǒng)利用LNG低溫與天然氣內(nèi)燃機(jī)排氣高溫之間的溫差，以LNG自身為工質(zhì)，構(gòu)建開式朗肯循環(huán)輸出動(dòng)力，不僅充分回收了LNG的冷量，而且有效利用了其冷量 的做功能力，不僅實(shí)現(xiàn)了LNG所含冷能“量”的轉(zhuǎn)移，而且實(shí)現(xiàn)了對(duì)其“質(zhì)”的利用。
為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采取如下的技術(shù)解決方案一種基于開式朗肯循環(huán)的液化天然氣雙動(dòng)力汽車循環(huán)系統(tǒng)，包括LNG儲(chǔ)罐，其特征在于，所述的LNG儲(chǔ)罐底部出口通過流量控制閥連接有低溫液體泵，低溫液體泵的出口與冷能回收裝置(如車載食品冷藏箱)相連，冷能回收裝置還連接著集氣罐，集氣罐的另一端連接回?zé)崞?，回?zé)崞鬟€與換熱器連通，經(jīng)換熱器升溫后的天然氣進(jìn)入膨脹機(jī)，由膨脹機(jī)膨脹降壓，壓力達(dá)到中間抽氣壓力時(shí)，抽出進(jìn)入換熱器復(fù)溫，復(fù)溫后的天然氣進(jìn)入膨脹機(jī)繼續(xù)做功。膨脹機(jī)還與回?zé)崞飨噙B，經(jīng)回?zé)崞骱蟮奶烊粴膺M(jìn)入內(nèi)燃機(jī)燃燒做功，內(nèi)燃機(jī)排氣管道與換熱器連接，排出氣體經(jīng)換熱器后排入大氣。
本發(fā)明充分利用了低溫下LNG中所蘊(yùn)含的冷量 的做功能力，在回收LNG冷量的同時(shí)還能回收其更加寶貴的冷量 ，在提高LNG汽車動(dòng)力性的同時(shí)也能滿足車內(nèi)供冷裝置的冷量需求；此外，還可以使內(nèi)燃機(jī)排氣溫度得到一定程度的降低，節(jié)能環(huán)保效果較明顯。


附圖1是本發(fā)明的LNG雙動(dòng)力汽車循環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的LNG雙動(dòng)力汽車循環(huán)系統(tǒng)，包括LNG儲(chǔ)罐1，LNG低溫液體泵2，冷量回收裝置3，集氣罐4，回?zé)崞?，換熱器6，膨脹機(jī)7，天然氣內(nèi)燃機(jī)8，LNG流量控制閥F1，以及連接管路等。
上述裝置的連接方式順序是自LNG儲(chǔ)罐1底部的LNG出口C1起，經(jīng)LNG流量控制閥F1，接LNG低溫液體泵2，接冷量回收裝置3的換熱通道C2→C3，接集氣罐4，集氣罐4接回?zé)崞?的換熱通道C4→C5，并通過換熱器6的換熱通道C5→C6接膨脹機(jī)7，膨脹機(jī)7抽氣C7→C8接換熱器6的換熱通道并接回膨脹機(jī)7，膨脹機(jī)7出口天然氣通道C9→C10接回?zé)崞?后連接天然氣內(nèi)燃機(jī)8的進(jìn)氣口，內(nèi)燃機(jī)7排氣出口接換熱器6的換熱通道C11→C12。
上述裝置的運(yùn)行方式如下LNG從儲(chǔ)罐1進(jìn)入LNG低溫液體泵2被加壓到4MPa左右，在冷量回收裝置3中的換熱通道C2→C3內(nèi)被中間冷媒加熱升溫至268K左右，進(jìn)入集氣罐穩(wěn)壓，再進(jìn)入回?zé)崞?中的熱通道C4→C5與從膨脹機(jī)排出天然氣進(jìn)行換熱，溫度升高至547K左右，后進(jìn)入換熱器6的換熱通道C5→C6與天然氣內(nèi)燃機(jī)排氣換熱，溫度進(jìn)一步升高后進(jìn)入膨脹機(jī)7膨脹降壓，壓力達(dá)到中間抽氣壓力時(shí)抽出天然氣進(jìn)入換熱器6的換熱通道C7→C8內(nèi)與天然氣內(nèi)燃機(jī)的排氣換熱復(fù)溫至膨脹初始溫度，然后進(jìn)入膨脹機(jī)繼續(xù)膨脹降壓，輸山膨脹功中的一部分用于驅(qū)動(dòng)LNG低溫液體泵2，膨脹后的氣體溫度仍然較高，進(jìn)入回?zé)崞?的膨脹機(jī)出口天然氣通道C9→C10釋放熱量后進(jìn)入天然氣內(nèi)燃機(jī)燃燒做功，做功后的氣體進(jìn)入換熱器6的換熱通道C11→C12釋放熱量后排入大氣。
本發(fā)明的LNG雙動(dòng)力汽車循環(huán)系統(tǒng)與傳統(tǒng)的LNG汽車系統(tǒng)相比帶來的技術(shù)效果是1、利用冷量回收裝置回收低溫下LNG的冷量，用于車載食品冷藏箱及汽車空調(diào)等供冷設(shè)備，避免了附加機(jī)械制冷裝置帶來的噪聲大、維修保養(yǎng)困難、制冷劑泄露污染等問題，且無需外界提供能量，節(jié)省汽車發(fā)動(dòng)機(jī)功耗。
2、通過利用LNG低溫與天然氣內(nèi)燃機(jī)排氣高溫之間構(gòu)建以天然氣為工質(zhì)的開式朗肯循環(huán)，與原有的天然氣內(nèi)燃機(jī)循環(huán)組成的LNG汽車雙動(dòng)力循環(huán)系統(tǒng)，在利用LNG冷量的同時(shí)會(huì)還可以充分回收利用低溫下LNG中蘊(yùn)含具有做功能力的更加寶貴的冷量 ，針對(duì)LNG冷能的構(gòu)成特點(diǎn)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)LNG冷能“量”的轉(zhuǎn)移和“質(zhì)”的利用，這是本發(fā)明的最大特點(diǎn)。
3、膨脹后的氣體溫度及天然氣內(nèi)燃機(jī)排氣溫度較高，可以在回?zé)崞骱蛽Q熱器中加熱膨脹前的天然氣，整個(gè)裝置無需外界提供熱量，綜合利用了系統(tǒng)內(nèi)部的熱量，實(shí)現(xiàn)內(nèi)部的熱量(冷量)平衡。
4、天然氣內(nèi)燃機(jī)排氣經(jīng)換熱器釋放熱量后溫度有所降低，有利于環(huán)保。
權(quán)利要求
1.一種基于開式朗肯循環(huán)的液化天然氣雙動(dòng)力汽車循環(huán)系統(tǒng)，包括LNG儲(chǔ)罐(1)，其特征在于，所述的LNG儲(chǔ)罐(1)的底部出口通過流量控制閥(F1)連接有低溫液體泵(2)，低溫液體泵(2)的出口與冷能回收裝置(3)相連，冷能回收裝置(3)還連接集氣罐(4)，集氣罐(4)的另一端連接回?zé)崞?5)，回?zé)崞?5)還與換熱器(6)連通，經(jīng)換熱器(6)升溫后的天然氣進(jìn)入膨脹機(jī)(7)，由膨脹機(jī)(7)膨脹降壓，壓力達(dá)到中間抽氣壓力時(shí)，抽出天然氣進(jìn)入換熱器(6)復(fù)溫，復(fù)溫后的天然氣進(jìn)入膨脹機(jī)(7)繼續(xù)做功；膨脹機(jī)(7)還與回?zé)崞?5)相連，經(jīng)回?zé)崞?5)后的天然氣進(jìn)入內(nèi)燃機(jī)(8)燃燒做功，內(nèi)燃機(jī)(8)排氣管道與換熱器(6)連接，由換熱器(6)將內(nèi)燃機(jī)(8)排出的氣體排入大氣。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種LNG汽車雙動(dòng)力循環(huán)系統(tǒng)，包括LNG儲(chǔ)罐，所述的LNG儲(chǔ)罐底部出口通過流量控制閥連接有LNG低溫液體泵，LNG低溫液體泵通過冷量回收裝置的換熱管道連接集氣罐，集氣罐與回?zé)崞鬟B通，回?zé)崞鬟€與換熱器連接，換熱器出口與膨脹機(jī)連接，膨脹機(jī)中間抽氣進(jìn)入換熱器再熱復(fù)溫后繼續(xù)膨脹，膨脹機(jī)出口連接回?zé)崞鳎責(zé)崞鬟€連接著天然氣內(nèi)燃機(jī)，天然氣內(nèi)燃機(jī)的排氣出口連接換熱器，釋放部分熱量后排入大氣。本發(fā)明利用天然氣開式朗肯循環(huán)與原有內(nèi)燃機(jī)循環(huán)構(gòu)建LNG雙動(dòng)力汽車循環(huán)系統(tǒng)，充分回收利用低溫下LNG的冷量及冷量，在滿足車內(nèi)供冷設(shè)備冷量需求的同時(shí)提高了LNG汽車的動(dòng)力性，還可以適當(dāng)降低內(nèi)燃機(jī)排氣溫度，節(jié)能環(huán)保效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)LNG汽車。
文檔編號(hào)F02B43/10GK101016857SQ20071001740
公開日2007年8月15日 申請(qǐng)日期2007年2月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月12日
發(fā)明者厲彥忠, 梁騫, 譚宏博, 蒲亮 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)