專利名稱：可梯級回收液化天然氣冷能的熱聲系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及熱聲技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種可梯級回收液化天然氣冷能的熱聲系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
天然氣是一種優(yōu)質(zhì)能源，具有熱值高、潔凈、燃燒污染小等特點。為便于大量儲存和運輸，通常要在低溫下(110K以下)將天然氣液化變成液態(tài)(S卩Liquefied Natural Gas, LNG)，當(dāng)使用時，LNG再轉(zhuǎn)化為常溫氣體，同時釋放出大量的冷能。每噸LNG汽化時釋放的冷能折合為電量大約為250千瓦時。據(jù)此推算，一座300萬噸/年的LNG接收站每年可利用的冷能約為7. 5億千瓦時，相當(dāng)于15萬千瓦裝機的年發(fā)電量。根據(jù)我國LNG發(fā)展規(guī)劃， 2015年LNG進口將達到552億立方米即4200萬噸，每年可利用的冷能約為105億千瓦時， 因此回收這部分冷能具有相當(dāng)可觀的經(jīng)濟效益和社會效率；反之，不僅造成巨大的浪費，也會對環(huán)境造成污染，影響海洋生物正常繁殖和生長。目前，LNG冷能的利用的途徑主要有a.利用冷能使工質(zhì)液化、膨脹做功帶動汽輪機發(fā)電；b.液化空氣分離；c.制取液化二氧化碳和干冰；d.低溫粉碎(食物、橡膠、塑料等);e.冷庫冷源等。由于受到LNG接收站地點、利用過程的溫度要求、加工工藝、經(jīng)濟性等諸多因素的影響，上述LNG冷能利用的途徑仍然存在成本高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜等問題，而且較難梯級利用LNG冷能，回收率不高，因此迫切需要一些新的技術(shù)和手段，以提高LNG的回收率和經(jīng)濟性。熱聲發(fā)動機是一種利用熱聲效應(yīng)實現(xiàn)熱能向聲能轉(zhuǎn)變的新型動力機械。不同于其他的機械式發(fā)動機，熱聲發(fā)動機在高溫端不存在任何機械運動部件，具有結(jié)構(gòu)簡單，壽命長，成本低等優(yōu)點。當(dāng)熱聲發(fā)動機回?zé)崞鲀啥说臏夭畛^一定的臨界值后，發(fā)動機內(nèi)的氣體工質(zhì)就會在熱聲效應(yīng)的作用下發(fā)生周期性的振蕩，利用該振蕩可以驅(qū)動直線發(fā)電機或者制冷機。采用常規(guī)熱源驅(qū)動，熱聲發(fā)動機的熱效率目前已經(jīng)達到30%，接近現(xiàn)有內(nèi)燃機的水平， 顯示出廣闊的應(yīng)用前景。根據(jù)熱力學(xué)原理，采用低于環(huán)境溫度的冷源也能驅(qū)動熱聲發(fā)動機工作。1993年H. Luck設(shè)計了一臺同軸型布置的液氮驅(qū)動的熱聲發(fā)動機，用以研究低溫下的熱聲振蕩效應(yīng)，從實驗上說明了冷能驅(qū)動熱聲發(fā)動機的可行性。因此可使用LNG冷能作為熱聲發(fā)動機的冷端驅(qū)動源以實現(xiàn)回?zé)崞骼錈岫酥g合適的溫差，從而驅(qū)動發(fā)動機產(chǎn)生壓力波動，達到對LNG冷能進行回收的目的；其次，可以串聯(lián)布置多臺發(fā)動機，將LNG冷能依次傳遞給熱聲發(fā)動機的冷端換熱器，梯級利用LNG的冷量，提高冷能的回收率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可梯級回收液化天然氣冷能的熱
聲系統(tǒng)?？商菁壔厥找夯烊粴饫淠艿臒崧曄到y(tǒng)由若干個熱聲發(fā)動機、低品位熱能供應(yīng)系統(tǒng)和液化天然氣冷能供應(yīng)系統(tǒng)構(gòu)成；所述低品位熱供應(yīng)系統(tǒng)通過管路分別與若干個熱聲發(fā)
3動機的熱端換熱器相連接，所述液化天然氣冷能供應(yīng)系統(tǒng)通過管路依次與若干個熱聲發(fā)動機的冷端換熱器相連接。所述的熱聲發(fā)動機為駐波熱聲發(fā)動機、純行波熱聲發(fā)動機或活塞調(diào)相式熱聲發(fā)動機。所述的駐波熱聲發(fā)動機包括順次連接的熱端換熱器、回?zé)崞鳌⒗涠藫Q熱器、諧振管和氣庫。所述的純行波熱聲發(fā)動機包括熱端換熱器、回?zé)崞?、冷端換熱器和諧振管；熱端換熱器、 回?zé)崞?、冷端換熱器順次相連，諧振管熱端與熱端換熱器相連，諧振管冷端與冷端換熱器相連。所述的活塞調(diào)相式熱聲發(fā)動機包括順次相連的熱端換熱器、回?zé)崞?、冷端換熱器、振子和彈簧。本發(fā)明通過使用LNG冷能和低品位熱能作為熱聲系統(tǒng)的動力源，實現(xiàn)回?zé)崞鲀啥说暮线m溫差，從而驅(qū)動發(fā)動機產(chǎn)生壓力波動，實現(xiàn)冷能向機械能的轉(zhuǎn)化，達到對LNG冷能進行回收的目的。相比常規(guī)的冷能回收方式，本發(fā)明提出的使用多級熱聲系統(tǒng)回收LNG冷能， 由于熱聲系統(tǒng)無機械運動部件，因此具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低和運行可靠等優(yōu)點；其次，采用多級串聯(lián)布置，將LNG冷能依次傳遞給熱聲發(fā)動機的冷端換熱器，梯級利用了 LNG的冷能， 大大提高了冷能的利用率。


圖1是可梯級回收液化天然氣冷能的駐波熱聲系統(tǒng)示意圖； 圖2是可梯級回收液化天然氣冷能的純行波熱聲系統(tǒng)示意圖3是可梯級回收液化天然氣冷能的活塞調(diào)相型熱聲系統(tǒng)示意圖； 圖中，熱端換熱器(1)、回?zé)崞?2)、冷端換熱器(3)、諧振管(4)、氣庫(5)、活塞(6)、彈簧(7)、低品位熱能供應(yīng)系統(tǒng)(8)、液化天然氣冷能供應(yīng)系統(tǒng)(9)。
具體實施例方式本發(fā)明主要有可梯級回收液化天然氣冷能的駐波熱聲系統(tǒng)、可梯級回收液化天然氣冷能的純行波熱聲系統(tǒng)以及可梯級回收液化天然氣冷能的活塞調(diào)相型熱聲系統(tǒng)三種型式。在一個熱聲系統(tǒng)中亦可以同時存在不同型式的熱聲發(fā)動機?？商菁壔厥找夯烊粴饫淠艿臒崧曄到y(tǒng)，其特征在于它由若干個熱聲發(fā)動機、低品位熱能供應(yīng)系統(tǒng)(8)和液化天然氣冷能供應(yīng)系統(tǒng)(9)構(gòu)成；所述低品位熱能供應(yīng)系統(tǒng)(8) 通過管路分別與若干個熱聲發(fā)動機的熱端換熱器相連接，所述液化天然氣冷能供應(yīng)系統(tǒng) (9 )通過管路依次與若干個熱聲發(fā)動機的冷端換熱器相連接。所述的熱聲發(fā)動機為駐波熱聲發(fā)動機、純行波熱聲發(fā)動機或活塞調(diào)相式熱聲發(fā)動機。下面根據(jù)附圖和實例詳細描述本發(fā)明，本發(fā)明的目的和效果將變得更加明顯。實施例1
如圖1所示，可梯級回收液化天然氣冷能的駐波熱聲系統(tǒng)包括若干個駐波熱聲發(fā)動機、低品位熱能供應(yīng)系統(tǒng)(8)和液化天然氣供給系統(tǒng)(9)，駐波熱聲發(fā)動機包括順次連接的熱端換熱器(1)、回?zé)崞?2)、冷端換熱器(3)、諧振管(4)和氣庫(5)。低品位熱能供應(yīng)系統(tǒng)(8)采用空氣、水或其他低品位熱能作為熱源，通過管路與各級熱聲發(fā)動機的熱端換熱器 (1)相連。液化天然氣供給系統(tǒng)(9)通過管路與第一級熱聲發(fā)動機的冷端換熱器(3)相連，當(dāng)回?zé)崞?2)的兩端存在足夠的溫差后，發(fā)動機內(nèi)工質(zhì)氣體即發(fā)生周期性的振蕩。液化天然氣在通過第一級熱聲發(fā)動機的冷端換熱器換熱氣化后，其溫度仍低于環(huán)境溫度，因此仍存在可利用的冷能，于是通過管路進入第二級熱聲發(fā)動機的冷端換熱器液化天然氣，并且調(diào)節(jié)低品位熱供應(yīng)系統(tǒng)的溫度，使第二級熱聲發(fā)動機回?zé)崞?2)的兩端產(chǎn)生足夠溫差，第二級熱聲發(fā)動機工作，工作過程與以上相同。圖中示出了一個三級熱聲系統(tǒng)，實際使用時，可以根據(jù)低品位熱供應(yīng)系統(tǒng)和液化天然氣供應(yīng)系統(tǒng)的實際情況，縮減為兩級系統(tǒng)或擴展為更多級的系統(tǒng)。實施例2
如圖2所示，可梯級回收液化天然氣冷能的純行波熱聲系統(tǒng)包括若干個純行波熱聲發(fā)動機、低品位熱能供應(yīng)系統(tǒng)(8)和液化天然氣供給系統(tǒng)(9)，所述的純行波熱聲發(fā)動機包括熱端換熱器(1)、回?zé)崞?2)、冷端換熱器(3)和諧振管(4)；熱端換熱器(1)、回?zé)崞?2)、冷端換熱器(3)順次相連，諧振管(4)熱端與熱端換熱器(1)相連，諧振管(4)冷端與冷端換熱器(3)相連。低品位熱能供應(yīng)系統(tǒng)(8)采用空氣、水或其他低品位的熱能作為熱源，通過管路與各級熱聲發(fā)動機的熱端換熱器(1)相連。液化天然氣供給系統(tǒng)(9)通過管路與第一級熱聲發(fā)動機的冷端換熱器(3)相連，當(dāng)回?zé)崞?2)的兩端存在足夠的溫差后，發(fā)動機內(nèi)工質(zhì)氣體即發(fā)生周期性的振蕩。液化天然氣在通過第一級熱聲發(fā)動機的冷端換熱器換熱氣化后，其溫度仍低于環(huán)境溫度，因此仍存在可利用的冷能，于是通過管路進入第二級熱聲發(fā)動機的冷端換熱器(3)，并且調(diào)節(jié)低品位熱能供應(yīng)系統(tǒng)的溫度，使第二級熱聲發(fā)動機回?zé)崞?(2)的兩端產(chǎn)生足夠溫差，第二級熱聲發(fā)動機工作，工作過程與以上相同。圖中示出了一個三級熱聲系統(tǒng)，實際使用時，可以根據(jù)低品位熱能供應(yīng)系統(tǒng)和液化天然氣供應(yīng)系統(tǒng)的實際情況，縮減為兩級系統(tǒng)或擴展為更多級的系統(tǒng)。實施例3
如圖3所示，可梯級回收液化天然氣冷能的活塞調(diào)相式熱聲系統(tǒng)包括若干個活塞調(diào)相式熱聲發(fā)動機、低品位熱能供應(yīng)系統(tǒng)(8)和液化天然氣供給系統(tǒng)(9)，所述的活塞調(diào)相式熱聲發(fā)動機包括順次相連的熱端換熱器(1、回?zé)崞?2、冷端換熱器(3)、振子(6)和彈簧(7)。 低品位熱能供應(yīng)系統(tǒng)(8)采用空氣、水或其他低品位的熱能作為熱源，通過管路與各級熱聲發(fā)動機的熱端換熱器(1)相連。液化天然氣供給系統(tǒng)(9)通過管路與第一級熱聲發(fā)動機的冷端換熱器(3)相連，當(dāng)回?zé)崞?2)的兩端存在足夠的溫差后，發(fā)動機內(nèi)工質(zhì)氣體即發(fā)生周期性的振蕩。液化天然氣在通過第一級熱聲發(fā)動機的冷端換熱器換熱氣化后，其溫度仍低于環(huán)境溫度，因此仍存在可利用的冷能，于是通過管路進入第二級熱聲發(fā)動機的冷端換熱器(3)，并且調(diào)節(jié)低品位熱能供應(yīng)系統(tǒng)的溫度，使第二級熱聲發(fā)動機回?zé)崞?2)的兩端產(chǎn)生足夠溫差，第二級熱聲發(fā)動機工作，工作過程與以上相同。圖中示出了一個三級熱聲系統(tǒng)， 實際使用時，可以根據(jù)低品位熱能供應(yīng)系統(tǒng)和液化天然氣供應(yīng)系統(tǒng)的實際情況，縮減為兩級系統(tǒng)或擴展為更多級的系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種可梯級回收液化天然氣冷能的熱聲系統(tǒng)，其特征在于它由若干個熱聲發(fā)動機、低品位熱能供應(yīng)系統(tǒng)(8)和液化天然氣冷能供應(yīng)系統(tǒng)(9)構(gòu)成；所述低品位熱供應(yīng)系統(tǒng) (8)通過管路分別與若干個熱聲發(fā)動機的熱端換熱器相連接，所述液化天然氣冷能供應(yīng)系統(tǒng)(9)通過管路依次與若干個熱聲發(fā)動機的冷端換熱器相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可梯級回收液化天然氣冷能的熱聲系統(tǒng)，其特征在于， 所述的熱聲發(fā)動機為駐波熱聲發(fā)動機、純行波熱聲發(fā)動機或活塞調(diào)相式熱聲發(fā)動機。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種可梯級回收液化天然氣冷能的熱聲系統(tǒng)，其特征在于， 所述的駐波熱聲發(fā)動機包括順次連接的熱端換熱器(1)、回?zé)崞?2)、冷端換熱器(3)、諧振管(4)和氣庫(5)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種可梯級回收液化天然氣冷能的熱聲系統(tǒng)，其特征在于， 所述的純行波熱聲發(fā)動機包括熱端換熱器(1)、回?zé)崞?2)、冷端換熱器(3)和諧振管(4)； 熱端換熱器(1)、回?zé)崞?2)、冷端換熱器(3)順次相連，諧振管(4)熱端與熱端換熱器(1)相連，諧振管(4 )冷端與冷端換熱器(3 )相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種可梯級回收液化天然氣冷能的熱聲系統(tǒng)，其特征在于， 所述的活塞調(diào)相式熱聲發(fā)動機包括順次相連的熱端換熱器(1)、回?zé)崞?2)、冷端換熱器 (3)、振子(6)和彈簧(7)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可梯級回收液化天然氣冷能的熱聲系統(tǒng)。它由若干個熱聲發(fā)動機、低品位熱能供應(yīng)系統(tǒng)和液化天然氣冷能供應(yīng)系統(tǒng)構(gòu)成；所述的熱聲發(fā)動機為駐波熱聲發(fā)動機、純行波熱聲發(fā)動機或活塞調(diào)相式熱聲發(fā)動機。所述液化天然氣冷能供應(yīng)系統(tǒng)通過管路依次與若干個熱聲發(fā)動機的冷端換熱器相連接，所述低品位熱能供應(yīng)系統(tǒng)通過管路分別與若干個熱聲發(fā)動機的熱端換熱器相連接。在回?zé)崞鹘囟忍荻龋脽崧曅?yīng)，產(chǎn)生壓力波動，將冷能轉(zhuǎn)化為機械能輸出，以實現(xiàn)冷能的高效回收。相比于常規(guī)的LNG冷能回收方式，本發(fā)明提出的多級熱聲系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，無機械運動部件，成本低，運行可靠，而且采用多級布置，可梯級回收LNG冷能，冷能回收利用率高。
文檔編號F03G7/04GK102536711SQ201210017158
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月19日
發(fā)明者孫大明, 樓平, 王凱, 王波, 邱利民 申請人:浙江大學(xué)