本技術(shù)涉及氣體液化，尤其是涉及一種斯特林低溫液化系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、氣體液化是指物質(zhì)由氣態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)的過程，實(shí)現(xiàn)氣體液化方法有2種，一是降低溫度，二是壓縮體積。氣體低溫液化是通過壓縮、冷卻使氣體物理轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w的一種技術(shù)，液化后的氣體體積大大縮小，便于儲存和運(yùn)輸和利用，但也面臨能源消耗大、技術(shù)要求高和設(shè)備成本高等問題。

2、氣體液化生產(chǎn)過程中，除去原料氣購買、人工工資、財(cái)務(wù)費(fèi)用等固定成本費(fèi)用外，電費(fèi)占整個(gè)加工成本費(fèi)用的絕大部分，而氣體冷卻降溫過程中制冷系統(tǒng)所消耗的電能占?xì)怏w液化過程總能耗的比例最大。因此，提高制冷系統(tǒng)的制冷效率和傳熱效率，合理高效利用能源是氣體液化系統(tǒng)節(jié)能降耗的重要方面。

3、公開號為cn108518919a的中國專利文獻(xiàn)公開了使用脈管型斯特林制冷機(jī)的級聯(lián)式天然氣液化系統(tǒng)，公開號為cn108413705a的中國專利文獻(xiàn)公開了使用脈管型斯特林制冷機(jī)的級聯(lián)回?zé)崾教烊粴庖夯到y(tǒng)。

4、上述采用脈管型斯特林制冷機(jī)的液化系統(tǒng)具有降低系統(tǒng)功耗，提高系統(tǒng)效率的優(yōu)點(diǎn)，但是存在設(shè)備過多，結(jié)構(gòu)不夠緊湊的問題。并且，目前的斯特林制冷機(jī)普遍采用電能對電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動，大大降低了能源的利用效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本實(shí)用新型提供了一種斯特林低溫液化系統(tǒng)，提高液化系統(tǒng)的液化效率的同時(shí)，以內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動斯特林制冷機(jī)進(jìn)行氣體液化，提高能源利用效率，解決常規(guī)液化系統(tǒng)對電力的依賴。

2、一種斯特林低溫液化系統(tǒng)，包括斯特林制冷機(jī)單元、儲液單元、冷卻水單元以及控制單元；

3、所述的斯特林制冷機(jī)單元包括通過功傳遞機(jī)構(gòu)相連的斯特林制冷機(jī)和內(nèi)燃機(jī)；所述的斯特林制冷機(jī)包括用于液化氣體的冷凝頭，所述冷凝頭中設(shè)有冷端換熱器；所述冷端換熱器采用翅片式換熱器或管式熱換熱器，且被真空密封在真空罩內(nèi)部；

4、所述冷端換熱器與儲液單元直接相連；所述斯特林制冷機(jī)的水冷器與冷卻水單元的進(jìn)出口連接。

5、所述的控制單元分別與內(nèi)燃機(jī)、功傳遞機(jī)構(gòu)、儲液單元和冷卻水單元電連接。

6、進(jìn)一步地，所述的翅片式換熱器的材質(zhì)為紫銅，結(jié)構(gòu)包括外殼以及設(shè)置在外殼內(nèi)的外換熱翅片、外換熱流道和內(nèi)換熱翅片；所述的外換熱翅片和內(nèi)換熱翅片可以在同一材料上銑加工得到，也可以通過多組翅片焊接得到；沿氣體流動方向，外換熱流道的通流面積逐漸減??；所述外殼的上部設(shè)有第一進(jìn)氣管，下部設(shè)有連接儲液單元的第一出液管；所述的外換熱流道通過第一集液流道連通至第一出液管。

7、進(jìn)一步地，所述的管式熱換熱器包括底座、設(shè)置在底座上的殼體、設(shè)置在殼體上部的第二進(jìn)氣管、設(shè)置在底座上的第二出液管，所述的第二出液管連接儲液單元；所述的殼體內(nèi)設(shè)有u型換熱管、支撐翅片及換熱翅片，所述支撐翅片、換熱翅片按照一定間隔穿插在u型換熱管上，形成上換熱流道、中間換熱流道、下?lián)Q熱流道，并首尾依次相連，且流道數(shù)量逐級減少；所述的u型換熱管焊接在底座上；所述上換熱流道的入口與第二進(jìn)氣管相連通，所述下?lián)Q熱流道的出口通過第二集液流道連通至第二出液管。

8、進(jìn)一步地，所述支撐翅片的材質(zhì)為不銹鋼，所述換熱翅片的材質(zhì)為紫銅，所述u型換熱管為薄壁圓管，材質(zhì)為不銹鋼，所述支撐翅片、換熱翅片焊接固定在u型換熱管的外壁。

9、進(jìn)一步地，所述的儲液單元包括低溫儲罐以及設(shè)置在低溫儲罐的壓力傳感器、液位傳感器；所述的低溫儲罐設(shè)有帶電磁截止閥的補(bǔ)氣管路，并通過管路連接冷端換熱器；

10、所述控制單元與儲液單元中的壓力傳感器、液位傳感器及電磁截止閥電連接。

11、進(jìn)一步地，所述管路采用單管路結(jié)構(gòu)，管路的出口置于低溫儲罐的上部氣相空間內(nèi)；

12、或者，所述管路采用雙管路結(jié)構(gòu)，包括出氣管路和進(jìn)液管路，出氣管路的進(jìn)口位于低溫儲罐的上部氣相空間，進(jìn)液管路的出口位于低溫儲罐的下部液相空間。

13、進(jìn)一步地，所述的功傳遞機(jī)構(gòu)包括依次連接的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器、聯(lián)軸器、離合器及十字傳動軸，所述的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器與斯特林制冷機(jī)的高彈聯(lián)軸器和飛輪依次連接，所述的十字傳動軸與內(nèi)燃機(jī)的曲軸連接；

14、所述控制單元與功傳遞機(jī)構(gòu)中的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器、離合器電連接。

15、一種斯特林低溫液化系統(tǒng)的控制方法，包括：

16、所述的低溫儲罐上設(shè)置帶電磁截止閥的補(bǔ)氣管路用于控制低溫儲罐的壓力，當(dāng)?shù)蜏貎奚显O(shè)置的壓力傳感器監(jiān)測到低溫儲罐壓力低于設(shè)定壓力時(shí)，控制單元控制電磁截止閥打開進(jìn)行補(bǔ)氣；通過調(diào)控低溫儲罐的氣體壓力達(dá)到調(diào)節(jié)斯特林制冷機(jī)冷端換熱器溫度的目的；

17、所述低溫儲罐上設(shè)置液位傳感器用于監(jiān)測低溫儲罐的液位，當(dāng)監(jiān)測到低溫儲罐液位高于設(shè)定液位時(shí)，控制單元控制關(guān)閉內(nèi)燃機(jī)，從而使斯特林制冷機(jī)停機(jī)；

18、所述功傳遞機(jī)構(gòu)中的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器用于監(jiān)測斯特林制冷機(jī)的轉(zhuǎn)速和輸入功率，如果轉(zhuǎn)速和輸入功率異常，控制單元控制減少或增加對內(nèi)燃機(jī)的燃料供應(yīng)量；

19、所述功傳遞機(jī)構(gòu)中的離合器用于控制斯特林制冷機(jī)和內(nèi)燃機(jī)的連接與中斷，通過控制單元控制傳遞機(jī)構(gòu)中離合器的通斷電來實(shí)現(xiàn)。

20、所述冷卻水單元必須領(lǐng)先于斯特林制冷機(jī)開啟，當(dāng)冷卻水溫度低于設(shè)定溫度時(shí)，控制單元方可控制離合器斷電閉合，啟動斯特林制冷機(jī)；當(dāng)冷卻水單元冷卻水的溫度和壓力偏離設(shè)定目標(biāo)值時(shí)，控制單元控制關(guān)閉內(nèi)燃機(jī)。

21、本實(shí)用新型采用內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動斯特林制冷機(jī)，內(nèi)燃機(jī)可以利用煤層氣、頁巖氣、沼氣及柴油、汽油等作為燃料。更優(yōu)地，內(nèi)燃機(jī)可以直接使用天然氣作為燃料，就地取材，一部分天然氣用于燃燒驅(qū)動發(fā)動機(jī)做功，一部分可以進(jìn)入斯特林制冷機(jī)的冷端換熱器進(jìn)行液化回收作為產(chǎn)品輸出。此外，對氫氣、氧氣等氣體液化領(lǐng)域也非常友好，具有廣闊的應(yīng)用前景。

22、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下有益效果：

23、1、本實(shí)用新型的儲液系統(tǒng)通過管路與斯特林制冷機(jī)的冷凝頭直接相連，氣體在冷凝頭低溫負(fù)壓作用下沿管路進(jìn)入冷端換熱器內(nèi)被冷卻、液化，并在重力作用下回流至低溫儲罐。特別是，雙管路結(jié)構(gòu)時(shí)，氣體沿出氣管路從冷凝頭頂部進(jìn)入冷端換熱器，沿氣體流動和重力方向持續(xù)降溫，直至液化，沿進(jìn)液管路回流至低溫儲罐，氣體液化過程中流動阻力小、流速高，極大提升了液化效率，并實(shí)現(xiàn)氣體無動力循環(huán)液化。氣體液化過程閉合，無任何氣體排放，無冷能浪費(fèi)或環(huán)境污染，系統(tǒng)成本低、結(jié)構(gòu)簡單。

24、2、本實(shí)用新型的斯特林低溫液化系統(tǒng)，使用內(nèi)燃機(jī)為動力來源，直接驅(qū)動斯特林制冷機(jī)的活塞推動工質(zhì)氣體做功，產(chǎn)生熱勢能即溫差，而不依賴于電機(jī)驅(qū)動。不但解決了電力缺乏的問題，在煤層氣、巖層氣等非常規(guī)天然氣液化回收方面優(yōu)勢也非常突出。

25、3、翅片式換熱器同種材料加工，換熱性能好。沿氣體流動方向，翅片式換熱器的外換熱流道的通流面積逐漸減小，氣體在換熱流道內(nèi)流動吸熱，體積逐漸變小，流速減慢，減小通流面積可以保證氣體在液化過程維持較高的流速，提高傳熱效率。管式熱換熱器具有換熱面積大的優(yōu)點(diǎn)，更有利于對殼體內(nèi)的氣體進(jìn)行預(yù)冷降溫，并形成較大的負(fù)壓，且氣體流動阻力小。