CN113137319B - 一种采用pche低温换热器的船舶双燃料发动机供气系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种采用PCHE低温换热器的船舶双燃料发动机供气系统，所述供气系统包括LNG气化加热单元、LNG加注站、LNG储罐、LNG加注泵、水/乙二醇加热系统和LNG缓冲罐，所述气化加热单元为PCHE低温换热器。本发明船舶双燃料发动机供气系统，采用冷介质板片和热介质板片间隔设置堆叠形成外部接管的通道不需要外部再焊接承压壳体把芯体的通道包围连接起来，大大降低成本，建造周期也大为缩短，并且冷热接管在同一侧让设备在系统上安装的时候更为紧凑和规整显著增加了系统换热效率。缩小了系统整体的体积；同等换热效率船体壳管式换热器：换热量269KW，空间体积约1m3，PCHE低温换热器换热量269KW空间体积0.04m³，PCHE低温换热器体积为传统壳管式换热器的1/25。
Description
技术领域
本发明属于船舶供气技术领域，特别涉及一种采用PCHE低温换热器的船舶双燃料发动机供气系统。
背景技术
现有船舶双燃料发动机低压供气装置的核心换热设备，LNG气化/加热系统的作用是将液态天然气通过热交换的方式将其气化，并加热到发动机允许使用的温度。气化器和加热器比较典型的是采用容器式热交换器，通常分为两级一个气化器一个加热器，而且传统的壳管换热器占用空间体积较大，换热效率不高，常规在360KW/m3以下。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供了种采用PCHE低温换热器的船舶双燃料发动机供气系统，占用空间小，换热效率高。
为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种采用PCHE低温换热器的船舶双燃料发动机供气系统，所述供气系统包括LNG气化加热单元，所述气化加热单元为PCHE低温换热器。
进一步的，所述PCHE低温换热器包括芯体，与芯体一体化集成的前盖板和后盖板，所述芯体由多个热介质板片和多个冷介质板片叠加而成，多个所述热介质板片和多个所述冷介质板片间隔设置，且一体化集成，在所述芯体上有由多个热介质板片和冷介质板叠加形成的低温冷介质容纳空间、高温冷介质容纳空间、高温热介质容纳存空间和低温热介质容纳空间，在所述前盖板上设有高温热介质进口接管、低温热介质出口接管、低温冷介质进口接管和高温冷介质出口接管，所述高温热介质进口接管通过高温热介质容纳空间与热介质板片微通道进口连通，低温热介质出口接管通过低温热介质容纳空间与热介质板片微通道出口连通，低温冷介质进口接管通过低温冷介质容纳空间与冷介质板片微通道进口连通，高温冷介质出口接管通过高温冷介质容纳空间与冷介质板片微通道出口连通。
进一步的，所述冷介质板片和热介质板片的横截面形状相同，中部呈长方形，为冷介质板片和热介质板片的微通道部，长方形的长度方向的两端为直径与长方形短边相同的端部半圆形部，在长方形的两个长边上斜向对称设有侧部半圆形部，端部半圆形与其相邻的侧部半圆形部的直径的一端重合，冷介质板片的微通道进出口分别与两端部半圆形部连通，热介质板片的微通道进出口分别与两端部半圆形部连通，冷介质板片和热介质板片的两端的端部半圆形部叠加形成低温冷介质容纳空间和高温冷介质容纳空间，两侧的端部半圆形部叠加形成高温热介质容纳空间和低温热介质容纳空间。
进一步的，所述前盖板和后盖板的横截面形状与筒体的横截面形状相同，高温热介质进口接管、低温热介质出口接管、低温冷介质进口接管和高温冷介质出口接管的轴向均垂直于冷介质板片和热介质板片。
进一步的，所述供气系统还包括LNG加注站、LNG储罐、LNG加注泵、水/乙二醇加热系统和LNG缓冲罐，所述LNG加注站与LNG储罐进气口和进液口分别通过气相管和液相管连接，LNG储罐的出液口通过管道与LNG加注泵的进液口连接，LNG加注泵出液口通过管路与PCHE低温换热器的LNG进液口连接，PCHE低温换热器的LNG出液口通过管路与LNG缓冲罐的进液口连接，PCHE低温换热器的水/乙二醇进液口与水/乙二醇加热系统的出液口通过管路连接连接，PCHE低温换热器的水/乙二醇出液口与水/乙二醇加热系统的进液口通过管路连接，所述LNG缓冲罐的出液口通过管路与双燃料发动机连接。
进一步的，所述PCHE低温换热器的LNG进液口位于PCHE低温换热器的下部，PCHE低温换热器的LNG出液口位于PCHE低温换热器的上部，PCHE低温换热器的水/乙二醇进液口位于PCHE低温换热器的上部，PCHE低温换热器的水/乙二醇出液口位于PCHE 低温换热器的下部。
进一步的，其特征在于，在所述LNG储罐中设有LNG喷洒管，所述LNG喷洒管的进液端与液相管连接。
进一步的，在所述液相管上设有第一分支管路，所述第一分支管路与LNG储罐连通。
进一步的，在所述LNG加注泵上设有两个LNG出液口，两个LNG加液口通过并联的两个管路与PCHE低温换热器的LNG进液口连接，在其中一管路上设有第二分支管路，所述第二分支管路与液相管连通，在所第二分支管路上设有回流流量调节阀。
本发明的船舶双燃料发动机供气系统，首次将PCHE低温换热器创造性的用在船舶低压供气系统上，将系统的气化加热单元由传统的二级变换变为一级变换，解决现有技术换热器换热效率不高，同等功率下占用体积大的缺点，PCHE低温换热器突破传统的芯体加压力外壳的模式进行制造，采用整体真空扩散焊接一体成型并通过实际可操作的制作工艺降低设备制造成本扩大高端换热器的船舶实际应用。由于PCHE换热器的微通道设计和真空扩散焊的工艺，造成设备建造成本高通常只运用于油气高附加值并且对设备体积要求高的高压气化场合，在船舶低压供气系统上采用传统观念具有成本高，压降大的畏惧观念。本身国内对于PCHE的研究也是处于起步阶段，本发明率先在低压系统上的应用展开研究，本发明采用冷介质板片和热介质板片间隔设置堆叠形成外部接管的通道不需要外部再焊接承压壳体把芯体的通道包围连接起来因此建造成本大大降低，建造周期也大为缩短，一次成型后后续的焊接不会对原先加工好的流道造成损坏，并且冷热接管在同一侧让设备在系统上安装的时候更为紧凑和规整；通过流道的优化设计也解决了PCHE压降较大的问题，热侧压降1bar，冷侧压降0 .3bar满足低压系统的压损要求。下图为正规PCHE制造结构特点与本发明结构制造特点的对比。
本发明通过PCHE微通道换热器在改系统上的应用，显著增加了系统换热效率。缩小了系统整体的体积；同等换热效率船体壳管式换热器：换热量269KW，空间体积约1m3，PCHE低温换热器换热量269KW空间体积0 .04m3，PCHE低温换热器体积为传统壳管式换热器的1/25。
附图说明
图1为本发明所述的采用PCHE低温换热器的船舶双燃料发动机供气系统框架图；
图2是本发明所述的PCHE低温换热器拆解结构示意图；
图3是本发明所述的PCHE低温换热器整体外部结构示意图；
图4是本发明所述的冷介质板片结构正视图；
图5是本发明所述的热介质板片结构正视图。
其中，1-LNG加注站，2-LNG储罐，3-LNG加注泵，4-水/乙二醇加热系统，5- PCHE低温换热器，6-LNG缓冲罐，7-气相管，8-液相管，9-双燃料发动机，10-第一分支管路，11-第二分支管路，12-回流流量调节阀，13-法兰，21-LNG喷洒管，51-芯体，52-前盖板，53-后盖板，54-高温热介质进口接管，55-低温热介质出口接管，56-低温冷介质进口接管，57-高温冷介质出口接管，511-热介质板片，512-冷介质板片，513-低温冷介质容纳空间，514-高温冷介质容纳空间，515-高温热介质容纳空间，516-低温热介质容纳空间，5111，5121-微通道部，5112，5122-端部半圆形部，5113，5123-侧部半圆形部。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步说明。
如图1-图2所示，一种采用PCHE低温换热器的船舶双燃料发动机供气系统，所述供气系统包括LNG加注站1、LNG储罐2、LNG加注泵3、水/乙二醇加热系统4、LNG气化加热单元和LNG缓冲罐6，所述气化加热单元为PCHE低温换热器5；所述LNG加注站 1与LNG储罐2的进气口和进液口分别通过气相管7和液相管8连接，在所述LNG储罐2 中设有LNG喷洒管21，所述LNG喷洒管21的进液端与液相管8连接，在所述液相管8上设有第一分支管路10，所述第一分支管路10与LNG储罐2连通；LNG储罐2的出液口通过管道与LNG加注泵3的进液口连接，在所述LNG加注泵3上设有两个LNG出液口，两个LNG加液口通过并联的两个管路与PCHE低温换热器5的LNG进液口连接，在其中一管路上设有第二分支管路11，所述第二分支管路11与液相管8连通，在所第二分支管路11 上设回流流量调节阀12；PCHE低温换热器5的LNG出液口通过管路与LNG缓冲罐6的进液口连接，PCHE低温换热器5的水/乙二醇进液口与水/乙二醇加热系统4的出液口通过管路连接连接，PCHE低温换热器5的水/乙二醇出液口与水/乙二醇加热系统4的进液口通过管路连接，所述LNG缓冲罐6的出液口通过管路与双燃料发动机9连接，所述PCHE低温换热器5的LNG进液口位于PCHE低温换热器5的下部，PCHE低温换热器5的LNG出液口位于PCHE低温换热器5的上部，PCHE低温换热器5的水/乙二醇进液口位于PCHE低温换热器5的上部，PCHE低温换热器5的水/乙二醇出液口位于PCHE低温换热器5的下部。
所述PCHE低温换热器5包括芯体51，与芯体51一体化集成的前盖板52和后盖板53，所述芯体51由多个热介质板片511和多个冷介质板片512叠加而成，多个所述热介质板片511和多个所述冷介质板片512间隔设置，且一体化集成；所述冷介质板片512和热介质板片511的横截面形状相同，中部呈长方形，分别为冷介质板片512和热介质板片511的微通道部5111和5121，长方形的长度方向的两端分别为直径与长方形短边相同的端部半圆形部5112和5122，在长方形的两个长边上斜向对称设有侧部半圆形部5113和5123，端部半圆形部5112和5122与其相邻的侧部半圆形部5113和5123直径的一端重合，冷介质板片 511的微通道部5111的进出口分别与两端部半圆形部5112连通，热介质板片511的微通道部5121的进出口分别与两侧部半圆形部5122连通，冷介质板片512和热介质板片511的两端的端部半圆形部5112和5122叠加形成低温冷介质容纳空间513和高温冷介质容纳空间 514，两侧的侧部半圆形部5113和5123叠加形成高温热介质容纳空间515和低温热介质容纳空间516；所述前盖板52和后盖板53的横截面形状与芯体51的横截面形状相同，在所述前盖板52上设有高温热介质进口接管54、低温热介质出口接管55、低温冷介质进口接管 56和高温冷介质出口接管57，所述高温热介质进口接管54、低温热介质出口接管55、低温冷介质进口接管56和高温冷介质出口接管57外端通过法兰13与外部连接，所述高温热介质进口接管54通过高温热介质容纳空间515与热介质板片511微通道部5121进口连通，低温热介质出口接管55通过低温热介质容纳空间516与热介质板片511微通道部5121出口连通，低温冷介质进口接管56通过低温冷介质容纳空间513与冷介质板片512微通道部5111 进口连通，高温冷介质出口接管57通过高温冷介质容纳空间514与冷介质板片512的微通道部5111出口连通；高温热介质进口接管54、低温热介质出口接管55、低温冷介质进口接管56和高温冷介质出口接管57的轴向均垂直于冷介质板片512和热介质板片511。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，对于本领域的普通技术人员而言，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种采用PCHE低温换热器的船舶双燃料发动机供气系统，其特征在于，所述供气系统包括LNG气化加热单元、LNG加注站、LNG储罐、LNG加注泵、水/乙二醇加热系统和LNG缓冲罐，所述LNG加注站与LNG储罐进气口和进液口分别通过气相管和液相管连接，LNG储罐的出液口通过管道与LNG加注泵的进液口连接，LNG加注泵出液口通过管路与PCHE低温换热器的LNG进液口连接，PCHE低温换热器的LNG出液口通过管路与LNG缓冲罐的进液口连接，PCHE低温换热器的水/乙二醇进液口与水/乙二醇加热系统的出液口通过管路连接连接，PCHE低温换热器的水/乙二醇出液口与水/乙二醇加热系统的进液口通过管路连接，所述LNG缓冲罐的出液口通过管路与双燃料发动机连接；所述气化加热单元为PCHE低温换热器，所述PCHE低温换热器包括芯体，与芯体一体化集成的前盖板和后盖板，所述芯体由多个热介质板片和多个冷介质板片叠加而成，多个所述热介质板片和多个所述冷介质板片间隔设置，且一体化集成，在所述芯体上有由多个热介质板片和冷介质板叠加形成的低温冷介质容纳空间、高温冷介质容纳空间、高温热介质容纳存空间和低温热介质容纳空间，在所述前盖板上设有高温热介质进口接管、低温热介质出口接管、低温冷介质进口接管和高温冷介质出口接管，所述高温热介质进口接管通过高温热介质容纳空间与热介质板片微通道进口连通，低温热介质出口接管通过低温热介质容纳空间与热介质板片微通道出口连通，低温冷介质进口接管通过低温冷介质容纳空间与冷介质板片微通道进口连通，高温冷介质出口接管通过高温冷介质容纳空间与冷介质板片微通道出口连通。
2.根据权利要求1所述的一种采用PCHE低温换热器的船舶双燃料发动机供气系统，其特征在于，所述冷介质板片和热介质板片的横截面形状相同，中部呈长方形，为冷介质板片和热介质板片的微通道部，长方形的长度方向的两端为直径与长方形短边相同的端部半圆形部，在长方形的两个长边上斜向对称设有侧部半圆形部，端部半圆形与其相邻的侧部半圆形部的直径的一端重合，冷介质板片的微通道进出口分别与两端部半圆形部连通，热介质板片的微通道进出口分别与两端部半圆形部连通，冷介质板片和热介质板片的两端的端部半圆形部叠加形成低温冷介质容纳空间和高温冷介质容纳空间，两侧的端部半圆形部叠加形成高温热介质容纳空间和低温热介质容纳空间。
3.根据权利要求1所述的一种采用PCHE低温换热器的船舶双燃料发动机供气系统，其特征在于，所述前盖板和后盖板的横截面形状与筒体的横截面形状相同，高温热介质进口接管、低温热介质出口接管、低温冷介质进口接管和高温冷介质出口接管的轴向均垂直于冷介质板片和热介质板片。
4.根据权利要求1所述的一种采用PCHE低温换热器的船舶双燃料发动机供气系统，其特征在于，所述PCHE低温换热器的LNG进液口位于PCHE低温换热器的下部，PCHE低温换热器的LNG出液口位于PCHE低温换热器的上部，PCHE低温换热器的水/乙二醇进液口位于PCHE低温换热器的上部，PCHE低温换热器的水/乙二醇出液口位于PCHE低温换热器的下部。
5.根据权利要求4所述的一种采用PCHE低温换热器的船舶双燃料发动机供气系统，其特征在于，在所述LNG储罐中设有LNG喷洒管，所述LNG喷洒管的进液端与液相管连接。
6.根据权利要求5所述的一种采用PCHE低温换热器的船舶双燃料发动机供气系统，其特征在于，在所述液相管上设有第一分支管路，所述第一分支管路与LNG储罐连通。
7.根据权利要求1所述的一种采用PCHE低温换热器的船舶双燃料发动机供气系统，其特征在于，在所述LNG加注泵上设有两个LNG出液口，两个LNG加液口通过并联的两个管路与PCHE低温换热器的LNG进液口连接，在其中一管路上设有第二分支管路，所述第二分支管路与液相管连通，在所第二分支管路上设有回流流量调节阀。
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