专利名称：利用液化天然气冷能进行海水淡化的试验装置的制作方法
利用液化天然气冷能进行海水淡化的试验装置
技术领域：
本发明涉及新能源利用技术领域，具体地说，是提出了在海水淡化过程中如何利 用液化天然气冷能的一种试验装置，以提高冷能的利用效率，达到利用新能源的作用。
背景技术：
现在，缺水是一个世界性的问题，在保护淡水资源的同时，人类也在利用海水，从 海水中获得淡水，即海水淡化。它是利用对海水进行脱盐而获得淡水。海水淡化主要是为 了提供饮用水和农业用水，在某些岛屿和海船上也通过使用海水淡化装置来获得淡水。海水淡化通常有两种方法一种是蒸馏法，是通过将水分蒸发而留下盐份，再将水 蒸气冷凝为液态淡水的过程；另一种是冷冻法，是通过使海水结冰，在液态淡水变成固态的 冰的同时，将盐分离出去。这两种方法都需要消耗极大的能源，因此，成本是非常高的。这 也是海水淡化技术难以推广的主要原因。另一方面，现在天然气是城市中使用的主要燃气之一。在液化天然气的(液化) 输送和转气化供气的过程中会有大量的冷能释放出来，而这种冷能是可利用的，利用好了 能节约城市大量的能源。将液化天然气输送和气化过程中产生的冷能用于海水淡化就是我们在研究的。由于液化天然气的气化负荷是随时波动的，导致目前只能按最低气化量所产生的 冷能来设计海水淡化设备的规模，以保证海水淡化设备持续平稳的运行。因此，对液化天然 气冷能的利用的效率不是很高。
发明内容本发明的目的在于克服现有技术的不足，将液化天然气气化过程中产生的冷能与 海水淡化结合起来，提供一种在海水淡化过程中的如何利用液化天然气冷能的试验装置， 为大规模开发利用液化天然气冷能打下基础。为实现上述目的，本发明采取的技术方案为一种利用液化天然气冷能进行海水淡化的试验装置，由液化天然气冷能调节子系 统与海水淡化装置系统所构成；所述的液化天然气冷能调节子系统含有储能箱、储能介质、换热器、循环管路和冷 能利用装置，在储能箱内设有液化天然气换热器、输出冷媒换热器和非金属相变储能材料， 由液化天然气入口管路、液化天然气换热器和液化天然气出口管路构成冷能供应及储存系 统；由输出冷媒储能箱入口管路、输出冷媒换热器、输出冷媒储能箱出口管路、第一屏蔽泵、 输出冷媒冷能利用装置入口管路、冷能利用装置、冷能利用装置内输出冷媒换热器、输出冷 媒冷能利用装置出口管路构成输出冷媒循环系统；所述的海水淡化装置系统含有换能箱、换热器、循环管路和海水淡化装置，在换能 箱内设有液化天然气换热器、输出冷媒换热器和换能介质，由液化天然气入口管路、液化天 然气换热器和液化天然气出口管路构成冷能输入系统；由输出冷媒换能箱入口管路、输出冷媒换热器、输出冷媒换能箱出口管路、输出冷媒海水淡化装置入口管路、海水淡化装置、 海水淡化装置内输出冷媒换热器、输出冷媒海水淡化装置出口管路、第二屏蔽泵构成输出 冷媒海水淡化装置循环系统。在所述的液化天然气冷能调节子系统中，输出冷媒储能箱出口管路与第一屏蔽泵 之间设有第一接入三通，在输出冷媒冷能利用装置出口管路与输出冷媒储能箱入口管路之 间设有第二接入三通。在所述的海水淡化装置系统中，输出冷媒换能箱出口管路与输出冷媒海水淡化装 置入口管路之间设有第三接入三通，在第二屏蔽泵与输出冷媒换能箱入口管路之间设有第 四接入三通。在所述的液化天然气冷能调节子系统中，冷能利用装置内设有冷能利用装置冷能 计量介质。在海水淡化装置内设有海水淡化装置冷能计量介质。所述的液化天然气冷能调节子系统与所述的海水淡化装置系统并联设置，液化天 然气冷能调节子系统的液化天然气出口管路通过第一手动阀、海水淡化装置系统的液化天 然气入口管路通过第九手动阀与液化天然气连通；液化天然气冷能调节子系统的第一接入 三通通过管道与海水淡化装置系统的第四接入三通连通；液化天然气冷能调节子系统的第 二接入三通通过管道与海水淡化装置系统的第三接入三通连通。所述的液化天然气冷能调节子系统与所述的海水淡化装置系统串联设置，海水淡 化装置系统的液化天然气出口管路连通液化天然气，液化天然气冷能调节子系统的液化天 然气出口管路与海水淡化装置系统的液化天然气入口管路连接；液化天然气冷能调节子系 统的第一接入三通通过管道与海水淡化装置系统的第四接入三通连通；液化天然气冷能调 节子系统的第二接入三通通过管道与海水淡化装置系统的第三接入三通连通。在液化天然气冷能调节子系统的第一接入三通与海水淡化装置系统的第四接入 三通的连通管道上设有第五手动阀。在液化天然气冷能调节子系统的第二接入三通与海水淡化装置系统的第三接入 三通的连通管道上设有第七手动阀。本发明的工作过程为来自液化天然气站的液化天然气从导入管进入蓄能箱，利用蓄能箱和蓄能介质将 液化气气化产生的冷能储存起来，当输出冷媒在蓄能箱中吸收冷能而降温后，密度增大，甚 至由气态变为液态，冷的输出冷媒就向下流动，并借助第一屏蔽泵的动力，进入冷能利用装 置或海水淡化装置；冷能利用装置或海水淡化装置在利用了冷能后，冷媒由液态又转变为 气体，较高温的输出冷媒就向上流动，重新进入蓄能箱，形成冷能的循环利用。在整个装置中，由液化天然气气化过程提供冷能导入管将液化气导入蓄能箱，在 液化天然气换热器内充分气化，产生的冷能由蓄能箱内的非金属相变储能材料进行储存， 气化后的天然气由导出管导出(向外供应)；由输出冷媒循环系统负责进行冷能的循环利 用气态的(甚至是液态的)冷的输出冷媒从输出冷媒储能箱出口管路流出蓄能箱，从输出 冷媒冷能利用装置入口管路进入冷能利用装置或海水淡化装置，冷能被利用后，较高温的 输出冷媒经输出冷媒冷能利用装置出口管路再进入蓄能箱，吸取冷能，再进入冷能利用装 置或海水淡化装置，从而实现冷能的循环利用。
本发明的积极效果是(1)为在海水淡化中合理利用液化天然气的气化冷能提供了一种有效的试验装 置；(2)设置的两个独立的冷能储存循环系统和输出冷媒循环系统可有效地、有分有 合地进行多种试验；在所述的并联方案中，海水淡化装置与储冷能试验装置可以分别独立 运行，可分别试验与验证装置的可行性，获得模拟实际生产过程的各种参数；在所述的串联方案中，海水淡化装置未能充分利用的液化天然气气化冷能被储存 起来，待液化天然气冷能不足时再释放出来加以利用，延长了海水淡化装置的生产时间，能 为以后实际生产设备的上马提供依据。(3)本发明的装置也可用于实际生产，对液化天然气气化冷能的利用能削峰填谷， 提高利用效率。
附图1为本发明的液化天然气冷能调节子系统的结构示意图；附图2为本发明的海水淡化装置系统的结构示意图；附图3为本发明的液化天然气冷能调节子系统与海水淡化装置系统并联设置的 结构示意图；附图4为本发明的液化天然气冷能调节子系统与海水淡化装置系统串联设置的 结构示意图中的标号分别为
1、液化天然气冷能调节子系统，11、液化天然气入口管路，
12、储能箱， 14、保温材料， 16、液化天然气换热器， 18、非金属相变储能材料， 110、输出冷媒换热器， 112、第一接入三通， 114、冷能利用装置，
116、冷能利用装置内输出冷媒换热器，
117、输出冷媒冷能利用装置出口管路，
13、储能箱外壳， 15、储能箱内胆， 17、液化天然气出口管路， 19、输出冷媒储能箱入口管路， 111、输出冷媒储能箱出口管路， 113、输出冷媒冷能利用装置入口管路， 115、冷能利用装置冷能计量介质，
118、第二接入三通， 2、海水淡化装置系统， 22、换能箱， M、保温材料， 沈、液化天然气换热器， 观、换能介质， 210、输出冷媒换热器， 212、第三接入三通， 214、海水淡化装置，
119、第一屏蔽泵；
21、液化天然气入口管路，
23、换能箱外壳，
25、换能箱内胆，
27、液化天然气出口管路，
四、输出冷媒换能箱入口管路，
211、输出冷媒换能箱出口管路，
213、输出冷媒海水淡化装置入口管路，
215、海水淡化装置冷能计量介质，
216、海水淡化装置内输出冷媒换热器，
217、输出冷媒海水淡化装置内腔出口管路，
218、第二屏蔽泵，219、第四接入三
3、液化天然气，31、第一手动阀，
32、第二手动阀，33、第三手动阀，
34、第四手动阀，35、第五手动阀，
36、第六手动阀，37、第七手动阀，
38、第八手动阀，39、第九手动阀
4、液化天然气。
具体实施方式以下结合附图给出本发明利用液化天然气冷能进行海水淡化的试验装置的具体 实施方式，提供2个具体实施例，但是，本发明的实施不限于以下的实施方式。一种利用液化天然气冷能进行海水淡化的试验装置，由液化天然气冷能调节子系 统1与海水淡化装置系统2所构成。(参见附图1)所述的液化天然气冷能调节子系统1在 储能箱12内设置液化天然气换热器16、输出冷媒换热器110和非金属相变储能材料18，由 它们构成冷能储存循环系统和输出冷媒循环系统。储能箱12内的液化天然气换热器16的前端连接液化天然气入口管路11、液化天 然气换热器16的后端与液化天然气出口管路17连接，构成冷能储存循环系统。输出冷媒循环系统由输出冷媒储能箱入口管路19、输出冷媒换热器110、输出冷 媒储能箱出口管路111、第一屏蔽泵119、输出冷媒冷能利用装置入口管路113、冷能利用装 置114、冷能利用装置内输出冷媒换热器116和输出冷媒冷能利用装置出口管路117构成。附图1所示的液化天然气冷能调节子系统1的工作过程为液化天然气从液化天然气入口管路11流入储能箱12，在储能箱12内通过液化天 然气换热器16与非金属相变储能材料18进行冷能交换，吸收非金属相变储能材料18的能 量而升温汽化，再经液化天然气出口管路17流出蓄能箱12。输出冷媒经输出冷媒储能箱入口管路19进入储能箱12，在储能箱12内输出冷媒 通过输出冷媒换热器110与非金属相变储能材料18进行冷能交换，吸收非金属相变储能材 料18的冷能而降温液化，再经输出冷媒储能箱出口管路111流出储能箱12 ；在第一屏蔽泵 119的驱动下，输出冷媒经输出冷媒冷能利用装置入口管路113流向冷能利用装置114 ；输 出冷媒在冷能利用装置114内经冷能利用装置内输出冷媒换热器116释放所携带的冷能， 吸收热量，变为较高温的输出冷媒气体经输出冷媒冷能利用装置出口管路117、第二接入三 通118、输出冷媒储能箱入口管路19重新进入储能箱12，在第一屏蔽泵119的启动下，如此 循环。在整个系统中，由液化天然气的气化提供冷能，而输出冷媒将冷能带入冷能利用装置 114进行综合利用。该装置的应用实例将所述的冷能利用装置14 (由保温的不锈钢箱体构成)内装 进一定体积的冷能利用装置冷能计量介质115，可采用水，用R410作为输出冷媒介质，通过 冷能利用装置冷能计量介质115的降温可以计量输出冷媒R410所携带的冷能量。所述的海水淡化装置系统2 (参见附图2~)在换能箱22内设有液化天然气换热器26、输出冷媒换热器210和换能介质28，由它们构成冷能输入系统和输出冷媒循环系统。换能箱22内的液化天然气换热器沈的前端连接液化天然气入口管路21、液化天 然气换热器26的后端与液化天然气出口管路27连接，构成冷能输入系统。输出冷媒循环系统由输出冷媒换能箱入口管路四、输出冷媒换热器210、输出冷 媒换能箱出口管路211、输出冷媒海水淡化装置入口管路213、海水淡化装置214、海水淡化 装置内输出冷媒换热器216、输出冷媒海水淡化装置出口管路217和第二屏蔽泵218构成。从以上对液化天然气冷能调节子系统1和海水淡化装置系统2的介绍可以看出， 这是两个相对独立的系统，它们的冷能储存循环系统几乎是一样的，它们的主要区别在于 液化天然气冷能调节子系统1连接的是冷能利用装置114，海水淡化装置系统2连接的是海 水淡化装置214。在本发明中，输入冷媒采用液化天然气，它的常压沸点为-163°C ；输出冷媒采用 R410介质，它在常压下液汽化相变温度约为_53°C。储能箱12由储能箱外壳13和储能箱 内胆15构成，储能箱外壳13和储能箱内胆15构成的夹层内填充有IOOmm以上的高密度聚 氨酯发泡保温材料14。储能箱12、换能箱22内设置的液化天然气换热器1646和输出冷 媒换热器110、210为铜盘管结构或带翅片的铜盘管；其他的管体通常采用紫铜管或铝管。为较好地利用液化天然气冷能，在输出冷媒储能箱出口管路111与第一屏蔽泵 119之间设置第一接入三通112，在输出冷媒冷能利用装置出口管路117与输出冷媒储能箱 入口管路19之间设置第二接入三通118 ；在输出冷媒海水淡化装置出口管路211与输出冷 媒海水淡化装置入口管路213之间设置第三接入三通212，在第二屏蔽泵218与输出冷媒换 能箱入口管路四之间设置第四接入三通219。在冷能利用装置114内设置冷能利用装置冷能计量介质115。附图2所示的海水淡化装置系统2的工作过程与附图1所示的液化天然气冷能调 节子系统1的工作过程的主要区别是，液化天然气冷能调节子系统1中的冷能利用装置14 在海水淡化装置系统2中改成了海水淡化装置214，其对冷能的利用用途更明确，但它们对 冷能的利用方式是一样的。以下提供本发明利用液化天然气冷能进行海水淡化的试验装置的液化天然气冷 能调节子系统1与海水淡化装置系统2连接的两个实施例。实施例1液化天然气冷能调节子系统1与海水淡化装置系统2并联设置参见附图3。将液化天然气冷能调节子系统1设置在左边，将海水淡化装置系统 2并列设置在右边，液化天然气冷能调节子系统1的液化天然气出口管路17通过第一手动 阀31与液化天然气3连通，海水淡化装置系统2的液化天然气入口管路21通过第九手动 阀39与液化天然气3连通；液化天然气冷能调节子系统1的第一接入三通112通过管道和 第五手动阀35与海水淡化装置系统2的第四接入三通219连通；液化天然气冷能调节子系 统1的第二接入三通118通过管道和第七手动阀37与海水淡化装置系统2的第三接入三 通212连通。在附图3所示的实施例1中，只要关闭第七手动阀37和第五手动阀35，打开第一 手动阀31，左边的液化天然气冷能调节子系统1就可以单独进行液化天然气冷能调节实 验；而打开第九手动阀39，右边的海水淡化装置系统2亦可以单独进行冷冻法制备淡水实
当需要用液化天然气冷能调节子系统1储存的冷能进行冷冻法制备淡水时，先打 开第一手动阀31，关闭第三手动阀33和第四手动阀34 ；打开第七手动阀37和第五手动阀 35，关闭第六手动阀36和第八手动阀38，并关闭第一屏蔽泵119，打开第二屏蔽泵218，液化 天然气就进入左边的储能箱12进行气化并释放冷能由非金属相变储能材料18储能。R410 在第二屏蔽泵218的驱动下经第四接入三通219、第五手动阀35、第一接入三通112、第二手 动阀32进入储能箱12获得冷能；再进过第二接入三通118、第七手动阀37进入海水淡化 装置214进行海水淡化实验。在此过程中，当液化天然气气化冷能大于冷冻法制备淡水所需的冷能时，非金属 相变储能材料18就会将多余的冷能储存起来。当液化天然气气化冷能小于冷冻法制备淡 水所需的冷能时，非金属相变储能材料18就会释放所储存的冷能，从而对液化天然气气化 冷能起到削峰填谷的作用，维持冷冻法制备淡水的稳定生产。实施例2液化天然气冷能调节子系统1与海水淡化装置系统2串联设置参见附图4。将液化天然气冷能调节子系统1设置在左边，将海水淡化装置系统2 并列设置在右边，海水淡化装置系统2的液化天然气出口管路27连通液化天然气4，液化天 然气冷能调节子系统1的液化天然气出口管路17与海水淡化装置系统2的液化天然气入 口管路21连接；液化天然气冷能调节子系统1的第一接入三通112通过管道和第五手动阀35与 海水淡化装置系统2的第四接入三通219连通；液化天然气冷能调节子系统1的第二接入 三通118通过管道和第七手动阀37与海水淡化装置系统2的第三接入三通212连通。在附图4所示的实施例2中，关闭第七手动阀37和第五手动阀35，此时右边的海 水淡化装置系统2是一个独立的实验系统，左边的液化天然气冷能调节子系统1也是一个 独立的实验系统，只是此时的液化天然气冷能调节子系统1所用的冷能是由右边的海水淡 化装置系统2未完全释放的冷能来提供的，用的是海水淡化装置系统2液化天然气的“尾气 液”冷能，其作用在于可以将海水淡化装置系统2未能利用的冷能储存起来，并用左边的液 化天然气冷能调节子系统1测试其效能。另外，在实施例2中，当液化天然气停止供应时，可关闭第三手动阀33和第四手动 阀拟，打开第七手动阀37和第五手动阀35，关闭第六手动阀36和第八手动阀38，关闭第一 屏蔽泵119，打开第二屏蔽泵218 ；这样，输出冷媒R410在第二屏蔽泵218的驱动下经第四 接入三通219、第五手动阀35、第一接入三通112、第二手动阀32进入储能箱12获得非金属 相变储能材料18所储存的冷能；然后再经过第二接入三通118、第七手动阀37进入海水淡 化装置214进行冷冻法制备淡水实验。也就是说，这样做可以延长海水淡化装置214的实 验或生产时间。综上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围，凡依照本 发明所作的等效的变化或修饰，都应视为本发明的技术范畴。
权利要求
1.一种利用液化天然气冷能进行海水淡化的试验装置，由液化天然气冷能调节子系统 (1)与海水淡化装置系统(2)所构成；所述的液化天然气冷能调节子系统(1)含有储能箱(12)、储能介质、换热器、循环管 路和冷能利用装置(114)，在储能箱(12)内设有液化天然气换热器(16)、输出冷媒换热器 (110)和非金属相变储能材料(18)，由液化天然气入口管路(11)、液化天然气换热器(16) 和液化天然气出口管路(17)构成冷能供应及储存系统；由输出冷媒储能箱入口管路(19)、 输出冷媒换热器(110)、输出冷媒储能箱出口管路(111)、第一屏蔽泵(119)、输出冷媒冷能 利用装置入口管路(113)、冷能利用装置(114)、冷能利用装置内输出冷媒换热器(116)、输 出冷媒冷能利用装置出口管路(117)构成输出冷媒循环系统；所述的海水淡化装置系统(2)含有换能箱(22)、换热器、循环管路和海水淡化装置 (214)，在换能箱(22)内设有液化天然气换热器(26)、输出冷媒换热器(210)和换能介质 (28)，由液化天然气入口管路(21)、液化天然气换热器(26)和液化天然气出口管路(27)构 成冷能输入系统；由输出冷媒换能箱入口管路(29)、输出冷媒换热器(210)、输出冷媒换能 箱出口管路(211)、输出冷媒海水淡化装置入口管路(213)、海水淡化装置(214)、海水淡化 装置内输出冷媒换热器(216)、输出冷媒海水淡化装置出口管路(217)、第二屏蔽泵(218) 构成输出冷媒海水淡化装置循环系统。
2.根据权利要求1所述的利用液化天然气冷能进行海水淡化的试验装置，其特征在 于，在所述的液化天然气冷能调节子系统(1)中，输出冷媒储能箱出口管路(111)与第一屏 蔽泵(119)之间设有第一接入三通(112)，在输出冷媒冷能利用装置出口管路(117)与输出 冷媒储能箱入口管路(19)之间设有第二接入三通(118)。
3.根据权利要求1所述的利用液化天然气冷能进行海水淡化的试验装置，其特征在 于，在所述的海水淡化装置系统(2)中，输出冷媒换能箱出口管路(211)与输出冷媒海水淡 化装置入口管路(213)之间设有第三接入三通(212)，在第二屏蔽泵(218)与输出冷媒换能 箱入口管路(29)之间设有第四接入三通(219)。
4.根据权利要求1所述的利用液化天然气冷能进行海水淡化的试验装置，其特征在 于，在所述的液化天然气冷能调节子系统(1)中，冷能利用装置(114)内设有冷能利用装置 冷能计量介质(115)。
5.根据权利要求1所述的利用液化天然气冷能进行海水淡化的试验装置，其特征在 于，在海水淡化装置(214)内设有海水淡化装置冷能计量介质(215)。
6.根据权利要求1所述的利用液化天然气冷能进行海水淡化的试验装置，其特征在 于，所述的液化天然气冷能调节子系统(1)与所述的海水淡化装置系统(2)并联设置，液化 天然气冷能调节子系统(1)的液化天然气出口管路(17)通过第一手动阀(31)、海水淡化装 置系统(2)的液化天然气入口管路(21)通过第九手动阀(39)与液化天然气(3)连通；液 化天然气冷能调节子系统(1)的第一接入三通(112)通过管道与海水淡化装置系统(2)的 第四接入三通(219)连通；液化天然气冷能调节子系统(1)的第二接入三通(118)通过管 道与海水淡化装置系统(2)的第三接入三通(212)连通。
7.根据权利要求1所述的利用液化天然气冷能进行海水淡化的试验装置，其特征在 于，所述的液化天然气冷能调节子系统(1)与所述的海水淡化装置系统(2)串联设置，海水 淡化装置系统(2)的液化天然气出口管路(27)连通液化天然气(4)，液化天然气冷能调节子系统(1)的液化天然气出口管路(17)与海水淡化装置系统(2)的液化天然气入口管路 (21)连接；液化天然气冷能调节子系统(1)的第一接入三通(112)通过管道与海水淡化装 置系统(2)的第四接入三通(219)连通；液化天然气冷能调节子系统(1)的第二接入三通 (118)通过管道与海水淡化装置系统(2)的第三接入三通(212)连通。
8.根据权利要求6或7所述的利用液化天然气冷能进行海水淡化的试验装置，其特征 在于，在液化天然气冷能调节子系统(1)的第一接入三通(112)与海水淡化装置系统(2) 的第四接入三通(219)的连通管道上设有第五手动阀(35)。
9.根据权利要求6或7所述的利用液化天然气冷能进行海水淡化的试验装置，其特征 在于，在液化天然气冷能调节子系统(1)的第二接入三通(118)与海水淡化装置系统(2) 的第三接入三通(212)的连通管道上设有第七手动阀(37)。
全文摘要
本发明利用液化天然气冷能进行海水淡化的试验装置由液化天然气冷能调节子系统与海水淡化装置系统并联或串联构成；液化天然气冷能调节子系统由冷能供应及储存系统与输出冷媒循环系统构成，包括储能箱、储能介质、换热器、屏蔽泵、循环管路和冷能利用装置；海水淡化装置系统由冷能输入系统与海水淡化装置构成，包括换能箱、换热器、屏蔽泵、循环管路和海水淡化装置等；在两个系统之间设有连接管道、三通和手动阀，使各部分能有分有合地开展试验或生产，获得模拟或实际的各种参数；本发明为在海水淡化中合理利用液化天然气冷能提供了一种有效的试验装置；并且本装置也可用于实际生产，对液化天然气冷能的利用能削峰填谷，提高利用效率。
文档编号C02F103/08GK102139932SQ20101011652
公开日2011年8月3日 申请日期2010年1月29日 优先权日2010年1月29日
发明者廖文俊, 徐建辉, 曾乐才, 杨若凡, 袁艳红 申请人:上海电机学院, 上海电气集团股份有限公司中央研究院