一种利用化霜废水的高效太阳能热泵气化液化天然气系统的制作方法

本实用新型涉及一种利用化霜废水的高效太阳能热泵气化液化天然气系统，属于废水利用和热泵技术领域。

背景技术：

压缩机是热泵系统的心脏，它从集热蒸发器吸气管吸入低温低压的制冷剂气体，通过电机运转带动活塞对其进行压缩后，向冷凝器排出高温高压的制冷剂气体，为热泵循环提供动力，从而实现压缩→冷凝(放热)→膨胀→蒸发(吸热)的热泵循环。然而，压缩机在使用过程中，如果散热不及时易出现局部过热，导致润滑油过热黏度降低，润滑效果差；排气阀片、压板弹簧等部件易疲劳，使用寿命缩短；压缩机耗功增加等，严重影响压缩机的可靠性和使用寿命。同样工作条件下，根据热力学理论，定温压缩时压缩机的耗功最小。为实现压缩机的高效运转，现有技术条件下，大多采用水冷降温措施对压缩机冷却，均需消耗水资源。

液化天然气(LNG)空温式气化器具有不消耗水和电能，运行成本低等优点，但其气化量(即气化能力)受气温的影响较大，在气温较低时(尤其在严寒地区)气化量可能达不到额定值，并且气化器外表面容易出现结霜结冰的现象。为此除霜是热门课题，然而除霜产生的化霜废水，温度较低，未经利用就通过集水渠排放掉，造成资源的浪费。

为了提高空温式气化器的气化能力和解决其表面堆霜结冰问题，在专利《一种利用太阳能热泵气化LNG的系统》(中华人民共和国，专利号201620095890.3，授权公告日2016年08月17日)中阐述了一种利用直膨式太阳能热泵制取热空气和热水气化液化天然气的系统，但该技术存有下述问题：

1.空气导热系数较低，对热泵冷凝器中空气/制冷剂和空温式气化器中空气/液化天然气的换热效果有不利影响；

2.热泵压缩机未冷却降温，压缩机排气温度高，不利于热泵长期高效运行；

3.为了利用空温式气化器的化霜废水，单独布置了水冷凝器和水浴式气化器，系统设备较多，结构较复杂。

技术实现要素：

针对现有技术不足，本实用新型提供了一种利用化霜废水的高效太阳能热泵气化液化天然气系统。

一种利用化霜废水的高效太阳能热泵气化液化天然气系统，该系统主要包括直膨式太阳能热泵、LNG气化系统、压缩机封箱10、蓄热水箱11、集水盘15、支架16、架托17、蓄水池19、补水箱20、补水泵21、循环水泵22和供气管网30。

所述直膨式太阳能热泵包括集热蒸发器1、压缩机2、水冷凝器3、电磁膨胀阀4和制冷剂管5；

所述集热蒸发器1内部的LNG盘管入口和出口分别与LNG旁通管7和LNG输出管9连接；

所述水冷凝器3为带有铝翅片的螺旋形盘管，浸没布置于蓄热水箱11内；

所述LNG气化系统包括LNG储罐6、空温式气化器12、喷淋管13和喷嘴14；

所述LNG储罐6的LNG出口分别连接至空温式气化器12的LNG入口和LNG旁通管7的入口；LNG输出管9的出口连接至空温式气化器12的LNG入口，空温式气化器12的天然气出口连接至供气管网30；

所述LNG旁通管7和LNG输入管8上分别设有止回阀28和29；

所述空温式气化器12中下部四周环绕喷淋管13；

所述喷淋管13由支架16稳定支撑，喷淋管13上均匀布置喷嘴14，喷淋管13俯视投影为四边形；

所述喷嘴14出口方向斜向下；

所述支架16顶部焊接架托17，底部通过地脚螺栓固定于地面；

所述架托17两侧垂直设有限制位移杆；

所述空温式气化器12下方设有集水盘15，集水盘15通过水管32与蓄水池19连接，所述蓄水池19依次通过循环水泵22和水管33与压缩机封箱10连接，所述压缩机封箱10通过水管34与蓄热水箱11的入水口连接；

所述补水箱20依次通过补水泵21和水管31与蓄热水箱11的补水口连接；

所述蓄热水箱11的出水口通过水管35与喷淋管13连接。

一种利用化霜废水的高效太阳能热泵气化液化天然气系统气化LNG的方法，制冷剂通过水冷凝器3将集热蒸发器1从太阳辐射和周围空气中吸收的热量加热蓄热水箱11内的水；经水冷凝器3加热的水经喷淋管13上的喷嘴14喷淋空温式气化器12加热输入的LNG使其气化，并对空温式气化器12底部外表面进行除霜，气化过程中喷淋的水和化霜废水收集到集水盘15，经过滤和除污后送入蓄水池19存储，并由循环水泵22加压后送入压缩机封箱10吸收压缩机2散发的热量，然后送入蓄热水箱11进一步吸收水冷凝器3中制冷剂释放的热量，实现水循环。

从LNG储罐6流出的一部份LNG经LNG旁通管7进入集热蒸发器1内的LNG盘管吸收制冷剂的热量，通过控制装置控制进入LNG盘管的LNG流量，保证流出集热蒸发器1进入LNG输出管9的LNG一直维持液态，同时保证集热蒸发器1表面温度比周围环境温度低10℃，进而保证直膨式太阳能热泵充分利用空气能；经集热蒸发器1预热后的LNG在空温式气化器12的入口处并入LNG储罐6流出由LNG输入管输送的LNG输入气化器气化；气化后的天然气由空温式气化器12的出口输出进入供气管网30。

本实用新型具有以下有益效果：

1.采用水冷凝器，提高了冷凝器的换热效率；

2.收集化霜废水，并利用化霜废水进行水循环，不仅避免了水排放，而且节约了水资源；

3.利用较低温度的化霜废水冷却压缩机，提升了压缩机的散热效果，降低了压缩机温度，提高了压缩机的运行性能，同时预热了化霜废水；

4.喷淋管的设计安全可靠，根据空温式气化器运行过程中的易堆霜结冰的位置进行布置，并且具有靶向作用，用热水通过喷嘴直接喷淋，有效缓解空温式气化器底部堆霜结冰的问题，从而提升空温式气化器的气化能力，提高气化器出口的天然气温度，省去后续的水浴式气化器，节约投资，减少气化能源消耗；

5.系统结构简单，运行方便，环保节能。

附图说明

图1为一种利用化霜废水的高效太阳能热泵气化液化天然气系统工艺图；

图2为支架的示意图；

图3为喷淋气化部分的俯视图

图中：1-集热蒸发器；2-压缩机；3-水冷凝器；4-电磁膨胀阀；5-制冷剂管；6-LNG储罐；7-LNG旁通管；8-LNG输入管；9-LNG输出管；10-压缩机封箱；11-蓄热水箱；12-空温式气化器；13-喷淋管；14-喷嘴；15-集水盘；16-支架；17-架托；18-空温式气化器基座；19-蓄水池；20-补水箱；21-水泵；22-循环水泵；23、24、25、26、27-阀门；28、29-止回阀；30-供气管网；31、32、33、34、35-水管。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本实用新型的范围及其应用。

下面结合附图1-3，说明一种利用化霜废水的高效太阳能热泵气化液化天然气系统及其气化方法：

如图1所示，一种利用化霜废水的高效太阳能热泵气化液化天然气系统，该系统主要包括直膨式太阳能热泵、LNG气化系统、压缩机封箱10、蓄热水箱11、集水盘15、支架16、架托17、蓄水池19、补水箱20、补水泵21、循环水泵22和供气管网30。

所述直膨式太阳能热泵包括集热蒸发器1、压缩机2、水冷凝器3、电磁膨胀阀4和制冷剂管5；

所述集热蒸发器1内部的LNG盘管入口和出口分别与LNG旁通管7和LNG输出管9连接；

所述水冷凝器3为带有铝翅片的螺旋形盘管，浸没布置于蓄热水箱11内；

所述LNG气化系统包括LNG储罐6、空温式气化器12、喷淋管13和喷嘴14；

所述LNG储罐6的LNG出口分别连接至空温式气化器12的LNG入口和LNG旁通管7的入口；LNG输出管9的出口连接至空温式气化器12的LNG入口，空温式气化器12的天然气出口连接至供气管网30；

所述LNG旁通管7和LNG输入管8上分别设有止回阀28和29；

所述空温式气化器12中下部四周环绕喷淋管13；

如图1和3所示，所述喷淋管13由支架16稳定支撑，喷淋管13上均匀布置喷嘴14，喷淋管13俯视投影为四边形；

所述喷嘴14出口方向斜向下；

如图2所示，所述支架16顶部焊接架托17，底部通过地脚螺栓固定于地面，所述架托17两侧垂直设有限制位移杆；

所述空温式气化器12下方设有集水盘15，集水盘15通过水管32与蓄水池19连接，所述蓄水池19依次通过循环水泵22和水管33与压缩机封箱10连接，所述压缩机封箱10通过水管34与蓄热水箱11的入水口连接；

所述补水箱20依次通过补水泵21和水管31与蓄热水箱11的补水口连接；

所述蓄热水箱11的出水口通过水管35与喷淋管13连接。

上述一种利用化霜废水的高效太阳能热泵气化液化天然气系统气化LNG的方法：

制冷剂通过水冷凝器3将集热蒸发器1从太阳辐射和周围空气中吸收的热量加热蓄热水箱11内的水；经水冷凝器3加热的水经喷淋管13上的喷嘴14喷淋空温式气化器12加热输入的LNG使其气化，并对空温式气化器12底部外表面进行除霜，气化过程中喷淋的水和化霜废水收集到集水盘15，经过滤和除污后送入蓄水池19存储，并由循环水泵22加压后送入压缩机封箱10吸收压缩机2散发的热量，然后送入蓄热水箱11进一步吸收水冷凝器3中制冷剂释放的热量，实现水循环。

从LNG储罐6流出的一部份LNG经LNG旁通管7进入集热蒸发器1内的LNG盘管吸收制冷剂的热量，通过控制装置控制进入LNG盘管的LNG流量，保证流出集热蒸发器1进入LNG输出管9的LNG一直维持液态，同时保证集热蒸发器1表面温度比周围环境温度低10℃，进而保证直膨式太阳能热泵充分利用空气能；经集热蒸发器1预热后的LNG在空温式气化器12的入口处并入LNG储罐6流出由LNG输入管输送的LNG输入气化器气化；气化后的天然气由空温式气化器12的出口输出进入供气管网30。

本实用新型适用于LNG卫星站、LNG接收终端等任何LNG采用空温式气化的场合。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。