本发明专利技术属于天然气发动机领域，具体涉及一种利用LNG冷能降低天然气发动机冷却水温度的系统及方法。本发明专利技术的LNG供给系统中设有大循环供给管路和小循环供给管路，两条管路分别加装有大小循环换热器；利用LNG冷能降低循环水温度，换热器同时利用循环水自身温度，用作LNG气化器；发动机冷却系统对应发动机不同工况下LNG冷能两级利用，有利于迅速使用天然气发动机的供气量以及冷却水温度，达到动态平衡。对柴油机改装而来的天然气发动机，改装简单，冷能利用率高，具有很强的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于天然气发动机领域，尤其涉及天然气发动机LNG冷能利用及其气化的系统。
技术介绍
我国石油资源逐渐走向枯竭，汽车尾气排放污染日益加重，使得天然气发动机在我国得到迅速发展。其中天然气发动机多选择以液态天然气的形成将燃料储存在LNG储罐中，因为LNG加注时间短，单位体积能量密度大同样容积的LNG车用储罐装载的天然气是CNG储气瓶的3倍左右，故LNG汽车可以满足长途行驶的需要。同时LNG储存压力为1.6MPa，CNG储存压力高于LNG，达到20MPa。LNG泵从储罐中抽出_162°C的液化天然气，将液化天然气压力增至7.0—10.0MPa，温度升高至-158.0一-151.6°C，这就使得LNG供给管路中需要加装气化装置及调压装置等。文章《对L N G冷能利用中几个问题的讨论》指出高压LNG具有从120K到常温这一温度范围内不同温位的冷能，如果能分成多段在不同的温位下充分利用，就可以取得最大的效益。液化天然气供给系统中常用的是水浴式气化器。一方面LNG冷能可以用来降低发动机循环冷却水的温度，另一方面发动机冷却水热量使LNG加热、气化。采用水浴式汽化器更能充分保证换热效率并且结构紧凑占地小，价格低。低温的液化天然气经过后被汽化成适合的温度供给发动机。外部是一根套管作为换热器的壳程与汽车发动机的冷却水系统相连形成闭合的回路。外壳保证其间流动的冷却水不会外泄。专利CN102423997 A提出了一种利用液化天然气汽化潜热实线过冷的汽车的空调系统，其特征是在普通空调工作循环管路上加装一段LNG换热管，利用LNG冷量增加制冷剂在冷凝器出口的过冷度，减少压缩机耗功。但是LNG温度为-162°C，空调温度制冷问题在十几度至三十度上下浮动，对冷量利用率低。专利CN 101326410 B提出了一种使用不同制冷剂的多管路制冷系统，包括带有不同制冷剂的多条管路。控制器选择性地匹配感知的环境空间调节的应用，用于选择性地与多条管路相连接。每种制冷剂在指示温度范围中可提供效率好处。一个管路可充有一种制冷剂，其在较高环境温度下最好地被利用，而其它管路可具有在较低环境温度下最好地被利用的一种制冷剂。系统的控制器监控环境温度，并根据感知的环境温度在顺序中利用两个管路。该专利技术需要提供不同制冷剂，在车载系统上难以应用。专利CN 101746840 B提出了一种利用LNG冷能进行海水淡化的系统。其本质是利用水和反应房产的热能来汽化LNG，应用原理与专利CN102423997 A相近。专利CN202812795 U提出了一种LNG冷能回收利用系统，实现多级多管路LNG换热设计，一定程度上提高了 LNG气化器的使用寿命，但是第一第二管路之间的换热存在一定的冷量损失。
技术实现思路
针对现有技术中存在不足，本专利技术提供了一种利用LNG冷能降低天然气发动机冷却水温度的系统，同时能够利用天然气发动机冷却水热量将LNG气化为气态天然气作为燃料。天然气发动机的燃烧温度比同柴油机的燃烧温度平均高出100°C — 150°C，因此发动机的热负荷大幅增加，要使得现有柴油机的冷却系统能够应用到天然气发动机上去，必须降低天然气发动机冷却系统的热负荷。另一方面，缸内直喷式天然气发动机每个供气循环内供气量远大于进气道低压喷射的天然气发动机，所以对LNG供给能力又有了更大的要求。本专利技术契合上述两点，利用LNG冷能降低发动机冷却循环水温度；利用发动机冷却循环水热量气化LNG，并且能够随着发动机负荷大小相互调节，形成动态平衡。本专利技术是通过以下技术手段实现上述技术目的的。一种利用LNG冷能降低天然气发动机冷却水温度的系统，包括LNG供给系统，发动机冷却系统以及发动机本体构成。所述发动机冷却系统包括散热器，风扇，节温器，放水阀，水泵，分水管，水套，其中节温器控制着大小循环管路的选择。所述发动机本体包括传动带，传动轮，油底壳，飞轮；发动机运转动力由传动带，传动轮传递至风扇，水泵及飞轮。所述LNG供给系统由LNG储罐，高压切断阀，手动阀门，LNG大循环供给管路，三通阀，缓冲罐，天然气直喷喷嘴构成；LNG储罐依次与高压切断阀，手动阀门，LNG大循环供给管路，三通阀，缓冲罐，天然气直喷喷嘴通过管路连接； 所述LNG供给系统还包括LNG小循环供给管路，所述有LNG小循环供给管路设于手动阀门和三通阀之间。所述手动阀门人工开闭，所述高压切断阀在管路压力异常增大时自动切断LNG储罐与LNG供给管路之间的联系。三通阀和缓冲罐之间还设有调压阀，管路中的天然气经调压阀调压后进入缓冲罐。所述三通阀，调压阀，缓冲罐上设置的压力传感器，天然气直喷喷嘴，节温器，均与E⑶电气连接，由E⑶控制。所述LNG大循环管路包括管路A1、A2，所述Al和A2之间连接着大循环换热器，所述大循环换热器内部LNG管路环绕大循环冷却水管道，强化换热； 所述LNG小循环管路包括管路B1、B2，所述BI和B2之间连接着小循环换热器，所述小循环换热器内部LNG管路环绕小循环冷却水管道，强化换热。上述方案中，所述发动机冷却系统对应发动机不同工况下LNG冷能两级利用，有利于迅速使用天然气发动机的供气量以及冷却水温度，达到动态平衡。天然气发动机冷启动阶段，需要相对较浓的混合气并尽快提高冷却水温度。此时发动机水温低于76V，三通阀处于关闭状态，LNG经过小循环管路BI，进入小循环换热器随后进入小循环管路B2，节温器关闭水套通向大循环冷却水管路的通道，将冷却水经过小循环换热器，送入水泵以及分水管进入小循环，发机冷却水温度迅速提高。进一步促进LNG气化量，为冷启动的发动机提供充足气态天然气。发动机水温达到76°C?86°C之间，说明发动机进入正常工作状态，三通阀开启大小循环管路A2以及B2，此时节温器同时开启大循环冷却水管道和小循环冷却水管道，LNG冷能同时经过大循环换热器和小循环换热器两级换热器换热，使得天然气供应量趋于稳定。发动机水温高于86°C时，意味着发动机进入负载增大，热负荷过大的工况，需要供气量需要大幅提高，冷却水需要尽快降温。此时供给量增大的LNG进入大循环换热器，其冷量可以加速冷却循环水，降低高负载条件下天然气发动机的热负荷。三通阀关闭LNG小循环供给管路B2通向调压阀3连接，开启LNG大循环供给管路A2与调压阀3连接，节温器开启大循环冷却水管道，冷却水进散热器，风扇启动降低散热器中冷却水温度。节温器关闭其左侧小循环管路，冷却水经水泵直接送入分水管，有利于加快冷却水循环速度，反过来促进LNG的气化速度。本专利技术的有益效果为: 本专利技术冷却系统的大循环管路和小循环管路，可以实现发动机在不同工况下LNG冷能两级利用，有利于迅速使用天然气发动机的供气量以及冷却水温度，达到动态平衡。【附图说明】图1为本专利技术的结构示意图。附图标记说明如下: 1-LNG储罐，2-缓冲罐，3-调压阀，4-高压切断阀，5-手动阀门，6-大循环换热器，7-三通阀，8-散热器，9-风扇，10-小循环换热器，11-节温器，12当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
利用LNG冷能降低天然气发动机冷却水温度的系统，包括发动机冷却系统和发动机本体，所述发动机冷却系统包括散热器（8），风扇（9），节温器（11），放水阀（12），水泵（14），分水管（18），水套（19）；所述发动机本体包括传动带（13），传动轮(15)，油底壳(16)，飞轮(17)；其特征在于，还包括LNG供给系统，所述LNG供给系统的LNG储罐（1），高压切断阀（4），手动阀门（5），LNG大循环供给管路，三通阀（7），缓冲罐（2），天然气直喷喷嘴（20）通过管路依次连接， 所述LNG供给系统还包括LNG小循环供给管路，所述LNG小循环供给管路设于手动阀门（5）和三通阀（7）之间。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：戴礼明，王谦，何志霞，谭小强，韩丹，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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