專利名稱：基于開式朗肯循環(huán)的液化天然氣雙動力汽車循環(huán)系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
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。具體涉及利用LNG開式朗肯循環(huán)與天然氣內燃機組成雙動力汽車的系統(tǒng)。
背景技術：
近年來，世界LNG的生產應用發(fā)展迅速，年平均增長率高達20％，年運輸貿易額達6000多萬噸。為限制汽車尾氣的排放，世界許多國家和地方當局都為推行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天然氣的重要基地。相信隨著LNG生產以及充灌、計量等配套設施的逐步完善，我國的LNG汽車也會取得長足發(fā)展。
相對于石油資源，我國的天然氣資源較為豐富，特別是中西部地區(qū)。而過度使用石油產品作為汽車燃料也導致了大氣污染的日益嚴重。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。氫氣和甲醇的運行費用較高，且氫氣的運用技術還遠不成熟。相比之下，天然氣儲量豐富、污染小、效率高、噪音小、技術也較為成熟。
與LNG汽車相比，壓縮天然氣(Compressed Natural Gas，簡稱CNG)汽車的最大缺點是存儲體積大、儲氣量小、能量儲存密度低、汽車連續(xù)行駛里程短、加氣時間長，且儲存壓力高(20MPa以上)，對儲氣鋼瓶制造要求高，危險性大。LNG是比CNG更優(yōu)質的燃料，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)，能量儲存密度大，在液化過程中首先要進行純化處理，分離凝析油、重烴，除去H2O、CO2、H2S以及有機硫化物等雜質。因此，LNG不含硫和氮，其主要成分是CH4，品質穩(wěn)定，燃燒調節(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，與同排量的汽油機相比，天然氣發(fā)動機的功率有所降低。在很多沒有冷量回收裝置的LNG汽車上，作為汽車燃料的LNG升溫氣化后直接進入發(fā)動機燃燒，使得LNG中蘊含的大量寶貴的冷能資源白白浪費。因此，利用LNG低溫下所具有冷量 的做功能力輸出動力，回收其冷量，開展LNG雙動力汽車的研究工作很具有實用意義。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于，提供一種利用LNG開式朗肯循環(huán)和天然氣內燃機循環(huán)的LNG雙動力汽車系統(tǒng)。低溫下LNG不僅具有大量冷能，而且還有相當一部分具有做功能力的冷量 。該系統(tǒng)利用LNG低溫與天然氣內燃機排氣高溫之間的溫差，以LNG自身為工質，構建開式朗肯循環(huán)輸出動力，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，不僅實現(xiàn)了LNG所含冷能“量”的轉移，而且實現(xiàn)了對其“質”的利用。
為了實現(xiàn)上述任務，本發(fā)明采取如下的技術解決方案一種基于開式朗肯循環(huán)的液化天然氣雙動力汽車循環(huán)系統(tǒng)，包括LNG儲罐，其特征在于，所述的LNG儲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熱器，回熱器還與換熱器連通，經(jīng)換熱器升溫后的天然氣進入膨脹機，由膨脹機膨脹降壓，壓力達到中間抽氣壓力時，抽出進入換熱器復溫，復溫后的天然氣進入膨脹機繼續(xù)做功。膨脹機還與回熱器相連，經(jīng)回熱器后的天然氣進入內燃機燃燒做功，內燃機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中所蘊含的冷量 的做功能力，在回收LNG冷量的同時還能回收其更加寶貴的冷量 ，在提高LNG汽車動力性的同時也能滿足車內供冷裝置的冷量需求；此外，還可以使內燃機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雙動力汽車循環(huán)系統(tǒng)結構示意圖。
下面結合附圖對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
具體實施例方式
本發(fā)明的LNG雙動力汽車循環(huán)系統(tǒng)，包括LNG儲罐1，LNG低溫液體泵2，冷量回收裝置3，集氣罐4，回熱器5，換熱器6，膨脹機7，天然氣內燃機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接回熱器5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7，膨脹機7抽氣C7→C8接換熱器6的換熱通道并接回膨脹機7，膨脹機7出口天然氣通道C9→C10接回熱器5后連接天然氣內燃機8的進氣口，內燃機7排氣出口接換熱器6的換熱通道C11→C12。
上述裝置的運行方式如下LNG從儲罐1進入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內被中間冷媒加熱升溫至268K左右，進入集氣罐穩(wěn)壓，再進入回熱器5中的熱通道C4→C5與從膨脹機排出天然氣進行換熱，溫度升高至547K左右，后進入換熱器6的換熱通道C5→C6與天然氣內燃機排氣換熱，溫度進一步升高后進入膨脹機7膨脹降壓，壓力達到中間抽氣壓力時抽出天然氣進入換熱器6的換熱通道C7→C8內與天然氣內燃機的排氣換熱復溫至膨脹初始溫度，然后進入膨脹機繼續(xù)膨脹降壓，輸山膨脹功中的一部分用于驅動LNG低溫液體泵2，膨脹后的氣體溫度仍然較高，進入回熱器5的膨脹機出口天然氣通道C9→C10釋放熱量后進入天然氣內燃機燃燒做功，做功后的氣體進入換熱器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等供冷設備，避免了附加機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)動機功耗。
2、通過利用LNG低溫與天然氣內燃機排氣高溫之間構建以天然氣為工質的開式朗肯循環(huán)，與原有的天然氣內燃機循環(huán)組成的LNG汽車雙動力循環(huán)系統(tǒng)，在利用LNG冷量的同時會還可以充分回收利用低溫下LNG中蘊含具有做功能力的更加寶貴的冷量 ，針對LNG冷能的構成特點，同時實現(xiàn)LNG冷能“量”的轉移和“質”的利用，這是本發(fā)明的最大特點。
3、膨脹后的氣體溫度及天然氣內燃機排氣溫度較高，可以在回熱器和換熱器中加熱膨脹前的天然氣，整個裝置無需外界提供熱量，綜合利用了系統(tǒng)內部的熱量，實現(xiàn)內部的熱量(冷量)平衡。
4、天然氣內燃機排氣經(jīng)換熱器釋放熱量后溫度有所降低，有利于環(huán)保。
權利要求
1.一種基于開式朗肯循環(huán)的液化天然氣雙動力汽車循環(huán)系統(tǒng)，包括LNG儲罐(1)，其特征在于，所述的LNG儲罐(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)的另一端連接回熱器(5)，回熱器(5)還與換熱器(6)連通，經(jīng)換熱器(6)升溫后的天然氣進入膨脹機(7)，由膨脹機(7)膨脹降壓，壓力達到中間抽氣壓力時，抽出天然氣進入換熱器(6)復溫，復溫后的天然氣進入膨脹機(7)繼續(xù)做功；膨脹機(7)還與回熱器(5)相連，經(jīng)回熱器(5)后的天然氣進入內燃機(8)燃燒做功，內燃機(8)排氣管道與換熱器(6)連接，由換熱器(6)將內燃機(8)排出的氣體排入大氣。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種LNG汽車雙動力循環(huán)系統(tǒng)，包括LNG儲罐，所述的LNG儲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，集氣罐與回熱器連通，回熱器還與換熱器連接，換熱器出口與膨脹機連接，膨脹機中間抽氣進入換熱器再熱復溫后繼續(xù)膨脹，膨脹機出口連接回熱器，回熱器還連接著天然氣內燃機，天然氣內燃機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)與原有內燃機循環(huán)構建LNG雙動力汽車循環(huán)系統(tǒng)，充分回收利用低溫下LNG的冷量及冷量，在滿足車內供冷設備冷量需求的同時提高了LNG汽車的動力性，還可以適當降低內燃機排氣溫度，節(jié)能環(huán)保效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)LNG汽車。
文檔編號F02B43/10GK101016857SQ20071001740
公開日2007年8月15日 申請日期2007年2月12日 優(yōu)先權日2007年2月12日
發(fā)明者厲彥忠, 梁騫, 譚宏博, 蒲亮 申請人:西安交通大學