LNG蓄能換熱器的優化設計與試驗分析

李 健，趙鐘波，張 恒，葛 鷹,陸 建

1 前言

國內對于LNG的研究起步于20世紀90年代，隨著冷能技術的不斷發展，LNG在軍事上的應用越來越廣泛，越來越多的燃氣輪機被應用于軍艦中。LNG作為一種高效潔凈的能源，在為軍艦提供動力的同時還可以降低對海洋環境的污染。但是，LNG在汽化過程中會釋放大量的冷能，如果這部分冷量不能夠被充分利用，將會造成極大的能源浪費。因此，深入研究LNG冷能利用技術具有重大的意義［1］；同時，在某些特殊情況下，軍艦上的電力系統可能會出現問題，此時若不能及時恢復供電則會導致空調等制冷設備無法正常工作，這將造成難以估計的損失，若能將LNG的冷能進行儲存作為備用能源，可以有效地解決上述問題［2］。本文從能源利用角度入手，利用ICEPAK熱仿真軟件研究一種新型LNG蓄能換熱器，通過試驗加以驗證，并將該換熱器應用于制冷設備中，使儲存的冷能可以供一臺3 kW的空調連續工作1.5 h。

2 LNG蓄能冷換熱原理與工藝計算

2.1 蓄能換熱原理

LNG常壓下溫度很低，如果直接和空氣進行熱交換會導致空氣中的二氧化碳和水蒸氣結冰，直接影響換熱效果。因此，為了提高LNG冷能的利用效率，需要對LNG換熱系統進行優化設計。原理如圖1，該系統采用65號航空冷卻液（冰點為-55 ℃）作為儲冷液，將LNG釋放的冷量進行儲存。采用濃度為55%的乙二醇溶液（冰點為-41℃）作為取冷液［3］，將LNG的冷量通過儲冷液間接提取并輸送至用冷設備中，從而實現LNG冷能的回收利用［4］。

圖1 蓄能換熱裝器示意