阅读说明：本技术 一种热能与冷能回收利用的lng冷藏车 (LNG refrigerator car capable of recycling heat energy and cold energy ) 是由 赵盼盼 黄磊 张欢 孙云 贾磊 吴俊峰 李光曼 贾甲 于 2019-10-31 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种热能与冷能回收利用的LNG冷藏车。本发明包括：涡轮增压器：用于发动机进气增压；相变储热装置：用于发动机排气余热回收；第二换热器：用于为冷藏车车厢提供冷量；天然气供应单元：用于驱动第一膨胀机旋转并带动所述涡轮增压器旋转,另外用于驱动第二膨胀机旋转发电以供冷藏车用电；所述天然气供应单元中液态天然气中的冷量经第二换热器回收后经所述相变储热装置加热后形成气态天然气并分别进入所述第一膨胀机和/或第二膨胀机,之后进入发动机为发动机提供燃料。本发明实现了LNG冷能和发动机排气余热的回收利用,具有节能环保、降低LNG冷藏车运营成本的特点。(The invention relates to an LNG refrigerator car capable of recycling heat energy and cold energy. The invention comprises the following steps: a turbocharger: for engine intake supercharging; phase change heat storage device: the device is used for recovering the exhaust waste heat of the engine; a second heat exchanger: the refrigerating system is used for providing refrigerating capacity for the refrigerator car carriage; a natural gas supply unit: the first expander is used for driving the first expander to rotate and driving the turbocharger to rotate, and the second expander is used for driving the second expander to rotate to generate electricity for the refrigeration vehicle; and cold energy in the liquid natural gas in the natural gas supply unit is recovered by the second heat exchanger, is heated by the phase-change heat storage device to form gaseous natural gas, and enters the first expander and/or the second expander respectively and then enters the engine to provide fuel for the engine. The LNG refrigeration vehicle has the advantages that LNG cold energy and engine exhaust waste heat are recycled, energy is saved, the environment is protected, and the operation cost of the LNG refrigeration vehicle is reduced.)

一种热能与冷能回收利用的LNG冷藏车

技术领域

本发明属于货物冷藏运输用LNG冷藏车，具体是涉及一种热能与冷能回收利用的LNG冷藏车。

背景技术

随着人们生活质量的提高，对新鲜果蔬、药品质量的要求也越来越高，极大地促进了冷藏物流的发展。传统冷藏车制冷系统是通过发动机消耗燃油为制冷机组提供能量，驱动制冷机组进行工作的，制冷过程消耗了大量石油的化学能，燃油成本高造成运输成本也高，且属于不可再生的化石能源，同时增大了汽车尾气的排放，加剧了环境污染，因此在节能减排环保的大趋势下，需对冷藏车的制冷系统进行改进。

同时，在冷藏车所属的汽车行业中，随着汽车工业技术突飞猛进的发展，相应的也带来了能源与环境问题。相关研究表明，发动机转变为有效功的热当量占燃料燃烧发热量的20％-45％。以废热形式排出车外的能量占燃烧总能量的55％-80％。汽车燃料燃烧所发出的能量只有三分之一左右被有效利用，大部分的能量损失则以发动机的高温排气余热的形式散失。如果能将这部分能量进行利用，将对提高排气能量的利用率和降低环境污染具有重要作用。

LNG冷藏车是一种以液化天然气(liquefied natural gas，LNG)为动力燃料的冷藏车类型。LNG主要成分是甲烷，被公认是地球上最干净的化石能源。无色、无味、无毒且无腐蚀性，LNG作为可持续发展清洁能源，具有明显的环境效益及社会效益，以LNG取代燃油后可以减少90％的二氧化硫排放和80％的氮氧化物排放，环境效益十分明显，是汽车的优质代用燃料。液态LNG在进入发动机燃烧之前会释放大量的冷量，在LNG冷藏车运行过程中，该部分冷量也被白白浪费。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种热能与冷能回收利用的LNG冷藏车。该冷藏车可以回收LNG冷能和发动机排气余热能，具有节能环保、降低冷藏车运营成本的特点。

为了实现本发明的目的，本发明采用了以下技术方案：

一种热能与冷能回收利用的LNG冷藏车，包括：

涡轮增压器：用于发动机进气增压；

相变储热装置：用于发动机排气余热回收；

第二换热器：用于为冷藏车车厢提供冷量；

天然气供应单元：用于驱动第一膨胀机旋转并带动所述涡轮增压器旋转，另外用于驱动第二膨胀机旋转发电以供冷藏车用电；

所述天然气供应单元中液态天然气中的冷量经第二换热器回收后经所述相变储热装置加热后形成气态天然气并分别进入所述第一膨胀机和/或第二膨胀机，之后进入发动机为发动机提供燃料。

进一步的技术方案：该LNG冷藏车还包括用于发动机冷却水余热回收的第一换热器，所述液态天然气中的冷量经第二换热器回收后先经第一换热器加热，再经所述相变储热装置加热。

进一步的技术方案：所述天然气供应单元包括天然气主管路以及与天然气主管路出口连接的第一天然气分管路与第二天然气分管路，所述天然气主管路进口连接液化天然气储罐，所述液化天然气储罐出口设有输送天然气使天然气依次经过所述第二换热器、第一换热器、相变储热装置的工质泵，所述第一天然气分管路上设有使得天然气进入所述第一膨胀机的第一电动开关阀，所述第二天然气分管路上设有使得天然气进入所述第二膨胀机的第二电动开关阀。

进一步的技术方案：所述工质泵出口设置有用于调节第二换热器冷量的三通调节阀，所述三通调节阀其中一个出口连接第二换热器进口，所述三通调节阀另一个出口连接至第二换热器出口。

进一步的技术方案：所述第二膨胀机出口设有气态天然气储罐，所述气态天然气储罐出口连接至发动机燃料进口，所述气态天然气储罐出口设置有第三电动开关阀。

进一步的技术方案：所述冷藏车上设有风道，所述风道通过回风口与送风口实现冷藏车车厢内空气流动，所述风道内设有所述第二换热器以及将第二换热器的冷量吹送至冷藏车车厢内的风扇，所述送风口处设有用于收集多于冷量的蓄冷罐，所述蓄冷罐进口设有自动启闭控制阀门。

进一步的技术方案：所述冷藏车车厢内设有温度传感器。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明采用相变储热装置回收发动机排气余热，同时采用第二换热器回收LNG冷藏车中液态天然气的冷量，回收的冷量用于冷藏车车厢降温。天然气作为冷藏车的动力来源，吸收储存于相变储热装置中的热量后利于做功/发电。本发明实现了LNG冷能和发动机排气余热的回收利用，具有节能环保、降低LNG冷藏车运营成本的特点。

(2)本发明利用第一换热器对发动机冷却水余热进行回收，从而为液态天然气进行初步加热，进一步实现了冷藏车自身热能的回收。

(3)本发明中气态天然气分两路使用，其中一路进入第一膨胀机驱动第一膨胀机旋转并带动所述涡轮增压器旋转，以实现发动机吸气增压；另外一路进入第二膨胀机驱动第二膨胀机旋转发电以供冷藏车行驶用电。由第一膨胀机、第二膨胀机流出的气态天然气最终流入发动机进行燃烧为冷藏车提供动力来源。本发明可以持续利用LNG冷能以及发动机排气热能进行供冷和发电。

(4)本发明所述三通调节阀可以调节流经第二换热器的LNG的流量，当冷藏车车厢需求冷量较大时，调节三通调节阀双向开度，使得流经第二换热器的流量增大，可以实现供应冷量增加。

(5)本发明所述气态天然气储罐可以在LNG冷藏车在停驶过程中用于储存经第二膨胀机流出的气态天然气，第三电动开关阀用于对气态天然气储罐的启闭进行控制，当LNG冷藏车行驶时，第三电动开关阀打开，气态天然气储罐即可为发动机提供燃料。

(6)本发明通过风扇将第二换热器从LNG中吸收的冷量从风道中释放至冷藏车车厢内，同时当冷藏车车厢内温度过低时，所述第二换热器释放的冷量还可以通过蓄冷罐进行储存。本发明所述风道可以实现冷藏车车厢内部空气的流通，利于快速准确降温。

(7)本发明所述温度传感器、电动开关阀以及三通调节阀均与控制器相连接，从而实现电动开关阀的自动控制以及三通调节阀流量的自动调节。

附图说明

图1为本发明原理示意图。

图2为本发明主要部件布置位置示意图。

附图中标记的含义如下：

1-涡轮增压器；2-第一气体膨胀机；3-发动机；4-相变储热装置；5-第一换热器；6-风扇；7-第二换热器；8-三通调节阀；9-工质泵；10-液态天然气储罐；11-第一电动开关阀；12-第二电动开关阀；13-第二气体膨胀机；14-气态天然气储罐；15-第三电动开关阀；16-温度传感器；17-回风口；18-送风口；19-蓄冷罐；20-冷藏车车厢；21-驾驶室。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明技术方案做出更为具体的说明：

本发明所述LNG冷藏车，包括：

涡轮增压器1：用于发动机进气增压；

相变储热装置4：用于发动机排气余热回收；

第一换热器5：用于发动机冷却水余热回收；

第二换热器7：用于为冷藏车车厢提供冷量；

天然气供应单元：用于驱动第一膨胀机2旋转并带动所述涡轮增压器1旋转，另外用于驱动第二膨胀机13旋转发电以供冷藏车用电；

所述天然气供应单元中液态天然气中的冷量经第二换热器7回收后经所述第一换热器5、相变储热装置4加热后形成气态天然气并分别进入所述第一膨胀机2和/或第二膨胀机13，之后进入发动机3为发动机提供燃料。本发明中相变储热装置4和第一换热器5布置于LNG冷藏车车体底部。

本发明中发动机3排气出口连接相变储热装置4后排入大气环境。

所述天然气供应单元包括天然气主管路以及与天然气主管路出口连接的第一天然气分管路与第二天然气分管路，所述天然气主管路进口连接液化天然气储罐10，所述液化天然气储罐10出口设有输送天然气使天然气依次经过所述第二换热器7、第一换热器5、相变储热装置4的工质泵9，所述第一天然气分管路上设有使得天然气进入所述第一膨胀机2的第一电动开关阀11，所述第二天然气分管路上设有使得天然气进入所述第二膨胀机13的第二电动开关阀12。

所述工质泵9出口设置有用于调节第二换热器7冷量的三通调节阀8，所述三通调节阀8其中一个出口连接第二换热器7进口，所述三通调节阀8另一个出口连接至第二换热器7出口。

所述第二膨胀机13出口设有气态天然气储罐14，所述气态天然气储罐14出口连接至发动机燃料进口，所述气态天然气储罐14出口设置有第三电动开关阀15。所述气态天然气储罐14和液态天然气储罐10分别布置于驾驶室21与冷藏车车厢20之间的位置。

所述冷藏车车厢20内设有温度传感器16。所述冷藏车上设有风道，所述风道通过回风口17与送风口18实现冷藏车车厢20内空气流动，所述风道内设有所述第二换热器7以及将第二换热器7的冷量吹送至冷藏车车厢内的风扇6。所述送风口18由不锈钢孔板构成。

所述送风口处设有用于收集多于冷量的蓄冷罐19，所述蓄冷罐19进口设有自动启闭控制阀门，所述蓄冷罐19内可选择具有合适相变温度的相变材料封装。

本发明的具体工作模式主要分以下两种：

第一种，冷藏车开车运行过程中，同时打开第一电动开关阀11、第二电动开关阀12、第三电动开关阀15、打开三通调节阀22直通回路。发动机排气加热相变储热装置4中的相变材料将排气热量储存于相变储热装置4中。液态天然气储罐10中的液态工质通过工质泵9被泵入布置在冷藏车车厢风道内部的第二换热器7，通过风扇6鼓风实现LNG冷量输出，以降低冷藏车车厢内温度，流通过程中流经三通调节阀8，当冷藏车车厢需求冷量较大时，调节三通调节阀双向开度，使得流经第二换热器7的流量增大，实现供应冷量增加。流经冷藏车车厢的LNG介质经第一换热器5吸收发动机冷却水的热量实现温度升高后流入相变储热装置4中，吸收相变储热装置4中储存的发动机排气热量，形成的气态天然气介质一分为二，一路进入第一膨胀机2，驱动第一膨胀机2旋转带动涡轮增压器1旋转，实现发动机吸气增压，为冷藏车提供更强动力来源；另外一路进入第二膨胀机13，带动第二膨胀机13旋转进行发电，电量储存于冷藏车自带蓄电池中，以供冷藏车用电。第三电动开关阀15和第一膨胀机2出口的气态天然气流入发动机进行燃烧为冷藏车提供动力来源。

第二种，冷藏车停车过程中，关闭第一电动开关阀11、第三电动开关阀15，同时打开第二电动开关阀12、打开三通调节阀22的旁通回路，调节三通调节阀8至合适位置，满足冷藏车车厢内部制冷需求。相变储热装置4中储存冷藏车运行过程中的发动机排气余热能。液态天然气储罐10中的液态工质通过工质泵9被泵入布置在冷藏车车厢风道内部的第二换热器7，通过风扇6鼓风实现LNG冷量输出，以降低冷藏车车厢内温度，流通过程中流经三通调节阀8，当冷藏车车厢需求冷量较大时，调节三通调节阀双向开度，使得流经第二换热器7的流量增大，实现供应冷量增加。流经冷藏车车厢的LNG介质经三通调节阀22旁通回路直接流入相变储热装置4中，吸收相变储热装置4中储存的发动机排气热量，形成的气态天然气介质直接进入第二膨胀机13中，驱动第二膨胀机13旋转发电，电量储存于冷藏车自带蓄电池中，以供冷藏车用电需求。第二膨胀机13排出的气态天然气储存于气态LNG储罐14中，以备冷藏车运行时使用。

本发明LNG冷藏车的优点：

回收冷藏车发动机冷却水余热和发动机排气余热作为LNG气化过程的热量来源，为整个LNG做功发电系统提供动力来源，节省了一次能源的使用，实现节能有益效果；

LNG冷能回收利用，冷藏车厢降温通过回收LNG冷能实现，拆除了现有冷藏车制冷系统压缩机、冷凝器及膨胀阀等设备，大大降低了冷藏车制造成本；

采用相变材料实现能量回收，系统中配置了相变储热装置和蓄冷罐，实现能量的节约及换热过程恒温控制，满足冷藏车停车过程中持续用热和用冷的需求；采用相变储热装置确保在发动机工作在不同负荷条件下，热源稳定输出；

同时考虑了冷藏车停车期间的用热用冷需求，同时采用相变储热装置、蓄冷装置，克服了常规冷藏车停车期间无法制冷保冷的缺点；

LNG既作为冷藏车运转动力燃料，又作为系统做功发电的运行工质，大大降低了系统的复杂度；

气态天然气储罐和液态天然气储罐放置于驾驶室与冷藏车厢厢体之间，安装更加稳固，确保工质平稳恒定流量输出；

冷藏车厢温度控制系统可以同时调节三通调节阀和风扇频率，实现冷藏车厢温度的快速调节，采用精确的闭环控制回路，可以提高冷藏车厢温度的控制精度。