一种高效的LNG梯级冷能利用系统及方法与流程

本发明涉及lng冷能利用领域，具体涉及一种高效的lng梯级冷能利用系统及方法。

背景技术：

1、lng指的是液化天然气，气田生产的天然气净化后再经超低温(-162度)常压液化就形成了液态天然气，液态天然气在转换为平常使用的气态液化气时，会吸收热量，释放大量冷能，有必要对这些冷能进行再利用。

2、经检索发现公布号cn116086072a的发明专利公开了基于lng冷能利用的制冰系统，lng和气态冷媒在换热器内完成换冷操作，lng吸热气化，气态冷媒则吸冷变成液态，液态冷媒对内胆内的水进行降温制冰，在螺旋管道内流动的液态冷媒受阻流板限制，大大延长液态冷媒在螺旋管道内的行程，从而使得液态冷媒能够与水充分换热，同时螺旋限位槽在对螺旋管道限位的同时还能够增大与螺旋管道的接触面积，从而提高了lng冷能利用的制冰效率，然而其仍然存在着一些不足，例如，内胆具备一定的体积且水的比热容较大，因此，在与液态冷媒进行热交换的过程中，靠近内胆外表面的水会先降温变冷，而远离内胆外表面的水会相对延后降温变冷，即越靠近内胆外表面的水的温度要越低，而随着水的温度降低，水吸收液态冷媒冷能的能力会有所下降，即内胆制冰效率相对较低，这也意味着液态冷媒冷能传导给水的效率相对较低，最终导致制冰效率较低，即冷能利用率较低。

3、基于上述，本发明提出了一种高效的lng梯级冷能利用系统及方法。

技术实现思路

1、为解决上述背景中提到的问题，本发明提供了一种高效的lng梯级冷能利用系统及方法。

2、为实现上述技术目的，本发明所采用的技术方案如下。

3、一种高效的lng梯级冷能利用系统，包括热泵、降温模具与制冰模具，降温模具沿竖直方向设置有若干个，制冰模具位于最下方的降温模具的下方，并且制冰模具设置有多个，热泵包括用于供液态冷媒流动的管道组一，管道组一用于与降温模具或制冰模具发生热交换，对降温模具中的水进行降温处理，对制冰模具中的水进行制冰处理，降温模具与制冰模具中的水通过管道组二实现连接，降温模具内预埋有温度传感器。

4、作为本发明进一步的改进与优化，管道组一包括缠绕设置在降温模具或制冰模具外表面的热交换管；

5、若干个制冰模具上的热交换管的一端之间通过连接管实现连接、另一端之间通过输入管实现连接，连接管包括用于若干个热交换管之间连接的连接主管，连接主管与最下方的降温模具外表面的热交换管之间通过连接分管实现连接，输入管包括用于若干个热交换管之间连接的输入主管，输入主管上设置有输入分管，输入分管用于供液态冷媒进入，连接主管与热交换管的连接处设置有控制阀一，输入主管与热交换管连接的部分上设置有控制阀二；

6、相邻两个降温模具上的热交换管之间通过中间管实现连接，最上方的降温模具上的热交换管的末端设置有输出管，输出管用于冷媒的排出。

7、作为本发明进一步的改进与优化，降温模具或制冰模具的外表面阵列设置有若干翅片，热交换管穿过翅片，降温模具或制冰模具的外表面设置有隔热套，热交换管位于隔热套内。

8、作为本发明进一步的改进与优化，管道组二包括设置在降温模具或制冰模具进水口处的连接阀；

9、最上方的降温模具上的连接阀上端用于接收水，相邻两组降温模具中，下方的降温模具上的连接阀上端与上方的降温模具的出水口连接，最下方的降温模具的出水口与制冰模具上的连接阀上端之间设置有水管，水管包括用于若干个制冰模具的连接阀上端之间连通的水主管以及用于水主管与最下方的降温模具出水口之间连通的水分管。

10、作为本发明进一步的改进与优化，连接阀包括阀壳，阀壳内转动安装有轴心线水平的旋转扇，阀壳的底部设置有底孔且底孔与降温模具或制冰模具的进水口连接，阀壳的顶部设置有顶孔，顶孔的上孔口处延伸有阀管，阀管上设置有控制阀三。

11、一种高效的lng梯级冷能利用系统的利用方法，其包括如下步骤：

12、步骤一：液态天然气吸热气化并释放冷能，热泵的气态冷媒则吸冷变成液态冷媒，液态冷媒先进入制冰模具上的热交换管中，然后由下至上进入降温模具的热交换管中，液态冷媒流动过程中，先对制冰模具中的水进行制冰处理，然后再对降温模具中的水进行降温处理；

13、步骤二：通过预埋在降温模具中的温度传感器监测水的温度，预设时间后，上方的降温模具中的水向下方的降温模具中流动，最下方的降温模具中的水向制冰模具中流动，流动过程中，水与旋转扇发生碰撞；

14、步骤三：预设时间后，制冰模具内的水完成结冰，对制冰模具进行取冰。

15、本发明与现有技术相比，有益效果在于：

16、本方案的水降温过程中，温度下降预设值后就会发生向下发生流动，这种梯级吸收冷能的好处在于：一方面，流动会对水进行一个搅拌动作，使水的温度分布均衡，解决了背景技术中提到的“越靠近内胆外表面的水的温度要越低，而随着水的温度降低，水吸收液态冷媒冷能的能力会有所下降，即内胆制冰效率相对较低，最终冷能利用率较低”的问题，另一方面，水的流动是重力驱使，不需要额外动力驱使，水流动还会驱使旋转扇旋转，而现有水泵技术是通过叶轮高速旋转而牵引水流动，因此，可以在水泵与旋转扇之间设置有一个动力传递件，在最上方的降温模具的上方一个中转水盒，利用旋转扇驱使水泵运行，将水牵引至中转水盒内，再流向降温模具，起到节省能耗的目的；

17、除此之外，因为水的降温所花费的冷能相对较少，制冰花费的冷能较多，因此使液态冷媒是由下至上流动，能够提高制冰模具与冷媒之间的温度差，进而提高吸冷效果，提高冷能利用率。

技术特征：

1.一种高效的lng梯级冷能利用系统，包括热泵，其特征在于，还包括降温模具(100)与制冰模具(200)，降温模具(100)沿竖直方向设置有若干个，制冰模具(200)位于最下方的降温模具(100)的下方，并且制冰模具(200)设置有多个，热泵包括用于供液态冷媒流动的管道组一(300)，管道组一(300)用于与降温模具(100)或制冰模具(200)发生热交换，对降温模具(100)中的水进行降温处理，对制冰模具(200)中的水进行制冰处理，降温模具(100)与制冰模具(200)中的水通过管道组二(400)实现连接，降温模具(100)内预埋有温度传感器。

2.根据权利要求1所述的一种高效的lng梯级冷能利用系统，其特征在于，管道组一(300)包括缠绕设置在降温模具(100)或制冰模具(200)外表面的热交换管(302)；

3.根据权利要求2所述的一种高效的lng梯级冷能利用系统，其特征在于，降温模具(100)或制冰模具(200)的外表面阵列设置有若干翅片(3021)，热交换管(302)穿过翅片(3021)，降温模具(100)或制冰模具(200)的外表面设置有隔热套(3022)，热交换管(302)位于隔热套(3022)内。

4.根据权利要求2所述的一种高效的lng梯级冷能利用系统，其特征在于，管道组二(400)包括设置在降温模具(100)或制冰模具(200)进水口处的连接阀(401)；

5.根据权利要求4所述的一种高效的lng梯级冷能利用系统，其特征在于，连接阀(401)包括阀壳(4011)，阀壳(4011)内转动安装有轴心线水平的旋转扇(4014)，阀壳(4011)的底部设置有底孔且底孔与降温模具(100)或制冰模具(200)的进水口连接，阀壳(4011)的顶部设置有顶孔，顶孔的上孔口处延伸有阀管(4012)，阀管(4012)上设置有控制阀三(4013)。

6.如权利要求5所述的一种高效的lng梯级冷能利用系统的利用方法，其特征在于，其包括如下步骤：

技术总结本发明涉及LNG冷能利用领域，其公开了一种高效的LNG梯级冷能利用系统，包括热泵、降温模具与制冰模具，降温模具沿竖直方向设置有若干个，制冰模具位于最下方的降温模具的下方，制冰模具设置有多个，热泵的管道组一用于与降温模具或制冰模具发生热交换，降温模具与制冰模具中的水通过管道组二实现流动；还公开了一种高效的LNG梯级冷能利用系统的利用方法，液态冷媒先进入制冰模具的热交换管中，然后由下至上进入降温模具的热交换管中，预设时间后，上方的降温模具中的水向下方的降温模具中流动，最下方的降温模具中的水向制冰模具中流动，流动时水与旋转扇碰撞，预设时间后，制冰模具内的水完成结冰。技术研发人员：孔博,梁友才,梁雅玲,雷霆,凌珣杰,史锴受保护的技术使用者：广东中湛融合科技研究有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/15