CN102149958B - 具备回收残余天然气装置的天然气充气系统及残余天然气回收方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种具备回收残余天然气装置的充气系统及残余天然气回收方法，目的是使长管拖车内的残余天然气量减到最小值。把长管拖车(110)内的残余天然气以自然压力差的方式回收到压缩罐(130)中，之后把回收的残余天然气压缩再利用，使残留在长管拖车(110)内的天然气最小化的同时加气效率最大化，并减少流通资金，效果值得期待。

Description

具备回收残余天然气装置的天然气充气系统及残余天然气回收方法
【技术领域】
本发明涉及具备回收残余天然气装置的充气系统及残余天然气回收方法，发明的主要内容是最大限度地利用长管拖车补给车辆之后由于压力不足而剩余的压缩天然气，使长管拖车内残余压缩天然气达到最小值。
【背景技术】
最近，随着工业化的急剧发展，国民收入的增加，生活变得更加便捷，生活水平也随之不断提高，化学燃料的消费受此影响呈现几何数的增长态势。但是随之而来的环境污染逐渐抬头，演变为严重的社会问题。特别是有“现代文明之花”之称的汽车也因尾气成了污染大气的主因。因此，世界各国为了减少汽车尾气所带来的大气污染做出了坚持不懈的努力。
如上所述，为防止汽车尾气引起的大气污染，把无污染的的天然气代替石油作为燃料使用，普及和推广天然气汽车成为一种趋势。根据研究显示，使用天然气作为燃料的卡车或公交车与一般的使用柴油的车辆相比，一氧化碳的排放量可减少约25％，氮氧化合物的排放量可减少约50％。
为了顺应这种趋势，在韩国本土，包括韩国天然气公社在内的国营企业、工业企业、学校及研究所都广泛开展对天然气汽车(Natural gas vehicles，NGV)的研究。环境部开展了天然气公交车和天然气轿车的试运营，用天然气公交车来代替首尔、首尔周边城市及韩国主要城市内原有的公交车，这一政策持续至今。
即使在政府的努力下天然气汽车的普及工作还是无法取得实质性的进展。其主要原因就是天然气充气站数量不足和加设充气站计划的推迟。不仅如此，排设固定充气站的送气管道和整个充气站的建设需要大量的时间和资金。其另一个重要原因是，人们普遍认为在市中心排设高压天然气管道是十分危险的。
为了解决上述问题，假设在机动性优越的小型轿车上设置一个可充气的储气罐，里面储存一定量的天然气用来启动，由此车上便具备了充气和加油两种启动手段。在上述两种启动方式安装安全措施，从而出现了天然气补给车。这种天然气补给车可以行驶到需要天然气补给的车辆旁随时提供充气服务。此专利已被注册在韩国注册实用新发明公报上，注册号为20-0265435(注册日期：2002年2月7日)。
由于上述移动式天然气补给车是以自然压力差的方式完成补给工作的，当移动式天然气补给车内压缩天然气储气罐的内部压力值与被充气车辆燃料罐的内部压力值相等时，将会出现车辆无法从天然气补给车上获得补给。
举例来说，从压缩天然气母站抽1000升压缩天然气储存到天然气补给车上，使其以自然压力差的方式为需要的车辆补充天然气，由此，储气罐内部就会残余约40～50％的压缩天然气，它的充气效率为50～60％，从而降低了它本身的经济性。部分压缩天然气长期滞留在储气罐底部，也会使得天然气本身的质量下降。
为了解决上述问题，本专利申请人已提交了关于压缩天然气车辆专用移动式压缩天然气长管拖车(韩国注册实用新发明公报第20-0290054号，注册日期为2002年09月10日)的专利申请，本专利申请人申请的长管拖车适用于自然压力差方式，把压缩天然气的储藏管分为高压、中压和低压管，充气时天然气按照低压，中压和高压的顺序步骤性地完成充气工作，从而提高了充气效率。
如上所述，移动式长管拖车以及压缩天然气的充气效率基本上可以达到65～75％，只有25～35％的压缩天然气存储在拖车的管道内，最后由天然气存储母站回收。因此，压缩天然气的充气效率及经济性得到最大化的同时，也带来其他需要完善的问题。
【发明内容】
本发明公开了一种包括回收残余天然气装置及残余天然气回收方法的充气系统，旨在使残留在长管拖车内的压缩天然气最小化。
为了实现以上技术目标，本发明的充气系统中包括：充气完毕的长管拖车110，所述加气管121及售气机120，与长管拖车110及售气机120相连的天然气供给管160；连接在从天然气供给管160上分离出来的压缩罐连接部分163上，回收长管拖车110残余天然气的压缩罐130；为使压缩残留天然气顺利进行而安装的储油罐140；储油罐140与压缩罐130相连，为了使储油罐140中的油能注入到压缩罐130而提供的压力泵141及输油管170；为了把注入压缩罐130中的油回收到储油罐140，连接在压缩罐130与储油罐140之间的回油管180；在压缩罐130及压缩罐连接部分163之间、压缩罐连接部分163上方安装的压力传感器133，目的是测定压缩罐130中残余天然气的压力值；安装在压缩罐130及储油罐140一侧的油位传感器131，目的是测定压缩罐130内的油量；天然气供给管160；输油管170及回油管180上安装的安全阀v161，v162，v163，v171，v181；根据压力传感器133及油位传感器131的信号来调控安全阀v161，v162，v163，v171，v181及泵141的调控器150；以调控器150为例，开放天然气供给管160长管拖车侧的安全阀v161及压缩罐侧的安全阀v163，使长管拖车110内的残留天然气回收到压缩罐130中；在长管拖车110内的压力与压缩罐130内的压力相同并且完成残余天然气回收工作的情况下，天然气供给管160长管拖车侧的安全阀v161和压缩罐侧的安全阀v163关闭，被回收的残余天然气就会按照预定数值，在开放输油管170的安全阀v171及驱动泵141之后被压缩；在售气机120连接在车辆的情况下，打开供油管160压缩罐侧的安全阀v163及售气机侧的安全阀v162，为车辆加气；当残留天然气耗尽或压缩罐130内部的油量达到一设定数值，关闭天然气供给管160压缩罐侧的安全阀v163及售气机侧的安全阀v162，打开回油管的安全阀v181，把压缩罐130内的油回收到储油罐140中。
如上所述，本发明在使残留在长管拖车内的天然气最小化的同时，加气效率最大化，资金流通最小化，效果值得期待。
【附图说明】
图1是本发明带有回收残余天然气装置的充气系统的示例的示意图。
图2是本发明带有回收残余天然气装置的充气系统的充气流程。
图3是本发明带有回收残余天然气装置的充气系统的其他示例的示意图。
主要部分符号的说说明：
Figure BPA00001331132100041
【具体实施方式】
如图1所示，回收残余天然气装置的充气系统的具体实例包括：长管拖车110，售气机120，压缩罐130，储油罐140，控制器150，天然气供给管160，输油管170，回油管180，压力传感器133，油位传感器131，泵141及多个安全阀v161，v162，v163，v171，v181。
首先，加气完毕的长管拖车110作为移动工具，其多个高压天然气容器111由气管112相互连接并安装在导轨上，使压缩天然气的移动变为可能。
为了使上述气管112内储藏的压缩天然气排出，安装了与气管安全阀113、气管控制器(未图示)及外部天然气供给管160相连的排出口114。
下述售气机120作为充气手段，安装了加气管121以便为车辆充入压缩天然气。天然气供给管160与长管拖车110相连，长管拖车110内储藏的压缩天然气通过天然气供给管160输送到需要充气的车辆内。
此时，天然气供给管160是包括连接在长管拖车110气管排出口114的长管拖车连接口161，连接在售气机120上的售气机连接口162及连接在压缩罐130上的压缩罐连接口在内的Multi-WAY管。在本实例中天然气供给管160作为两端分别连接在长管拖车连接口161及售气机连接口162上，中间一端连接在压缩罐连接口163上的Multi-WAY管来使用。
压缩罐130连接在天然气供给管160的压缩罐接口163上，成为回收长管拖车110内残余天然气的容器。如图所示，压缩罐的上下部都有开口，一般可作为容量为1300升左右的大型高压容器。压缩罐130以充满的状态上端连接到压缩罐连接处163上，下端连接到输油管170及回油管180上。利用压缩天然气比油轻的原理，在实例中考虑并采用了这一构造，目的是为了回收再利用残余天然气时能发挥残余天然气的最高效率。把压缩罐130设置成平躺式，或把输油管170及回油管180设置在压缩罐130的上方都可，本发明的保护范围不限于此实例。
储油罐140是储藏并压缩压缩罐130中残余天然气所用油的容器。压缩用压缩罐中不与压缩天然气混合的油来进行。
设置输油管170与回油管180是为了使油在压缩罐130与储油罐之间流动。在本实例中为油提供流动动力的是泵141，它被设置在输油管170处。
但是，在本专利所述实例中可以加设泵、升降压压缩机、侧管，从而使油的流动变得更顺畅。加设升降压压缩机的方法是在压缩罐130与售气机120之间加设升降压压缩机，升降压压缩机的两端分别连接在售气机接口162及压缩罐接口163上，使原本在售气机接口162处的压缩天然气瞬间流回到压缩罐130。压缩罐130内存在的油流回储油罐140，由此为压缩用油的回收添加了必要的动力。
侧管结构的优点是，与泵、升降压压缩机相同，不需要别的机器辅助运作。在回油管180设置泵141，与侧管相连，之后与控制输油管170的控制器151相同，在侧管上安装侧管安全阀即可。
此时，为了使回油管180内油的流向与输油管180内油的流向相反，侧管必须建成X字形。
开放安全阀v171并关闭侧管安全阀，泵141的压力就会用于输油；关闭安全阀v171并开放侧管安全阀，泵141的压力就会用在回油上。由此，根据安全阀及侧管安全阀的开、关，泵141的压力可以共用在输油和回油上。
为了测定压缩罐130中残余天然气的压力，压力传感器应安装在压缩罐130与压缩罐连接口163之间及压缩罐连接口163上方。用储油罐140中的油来压缩压缩罐130中的残余天然气时需要的一定的压力值。举例来说，车辆充气时所需的压力为207bar，要停止压缩需等压缩罐130中残余天然气的压力值达到207bar时停止泵141的运作，并关闭安全阀v171。此时控制器151就是控制时机的重要部件。
油位传感器131测定压缩罐131中的油量，设置在压缩罐130及储油罐140一侧。假设把压缩罐131中所储藏的残余天然气输送给车辆，输进多少，罐内的天然气就减少多少，压力也随之减小，压缩罐130中的油位就会渐渐变高。油由压缩罐130向天然气供给管160排出之前油位达到规定高度时停止加气，开始回收油。因此，油位传感器131在测定油位方面不可或缺。
安全阀v161、v162、v163、v171及v181安装在上述天然气供给管160，输油管170及回油管180上，根据控制器150传来的信号开放或关闭，控制残余天然气的流动及油的流动。
安全阀v161、v162、v163、v171及v181可以设置成手动，也可以设置成自动。在本实例中采用控制器150控制方式，即自动控制。此时的控制器可以是安装了控制软件的电脑或是PLC等其他控制器。
因此控制器151根据压力传感器133及油位传感器131预设的信号来控制安全阀v161、v162、v163、v171、v181及泵141。
以下参照图2来说明关于本发明—具备回收残余天然气装置的充气系统及残余天然气回收方法。
图2为本专利实例中天然气充气方法的具体流程图。
如图2所示，本发明实例中天然气的充气方法分为回收残余天然气步骤，压缩残余天然气步骤，加气步骤及回油步骤。
首先在回收残余天然气步骤，开放天然气供给管160与长管拖车侧安全阀v161及压缩罐130侧安全阀v163，以自然压力差的方式回收长管拖车110中的残余天然气到压缩罐130中。
若长管拖车110内的压力与压缩罐130内的压力等同，则残余天然气回收工作结束。控制器150接收到压力传感器133传来的信号，确认压力不再变化之后，就会做出两处压力等同的判断，随后关闭安全阀v161及v163。
在残余天然气压缩步骤，输油管170的安全阀v171一直开放，泵141也持续运作，直到残余天然气按照预定的压力值压缩完毕为止。
即储油罐140中的油直到泵141的压力达到可以为车辆充气的数值时才开始流入压缩罐130。此时接收到压力传感器133传来的信号，确认了残余天然气开始按照预定的数值压缩之后，就可终止泵141的运作并关闭安全阀v171。
之后的加气步骤只要把售气机120的加气管连接到车辆的加气接口上即可。此时开放天然气供气管160及压缩罐侧的安全阀v163，售气机侧安全阀v162即可。
此后是回油步骤。当压缩罐130中的残余天然气耗尽，或压缩罐130内的油量达到一设定数值，接收到压力传感器133及油位传感器131传来的信号，确认之后，天然气供给管160的压缩罐130侧安全阀v161及售气机侧安全阀v162关闭，开放回油管180侧安全阀v181，压缩罐130中的油被回收到储油罐140。
具体的实例，以200bar的压力把压缩天然气充入长管拖车110，车辆加气时所必需的压力值为100bar，假设最后残余天然气的压力值为60bar，那么压力值降到60bar之后就无法为车辆加气。
此时使用本发明—具备回收残余天然气装置的充气系统及残余天然气回收方法，把剩余的60bar天然气回收再利用就变为可能。首先把长管拖车内60bar的天然气以自然压力差的方式回收30bar到压缩罐130中。
此时长管拖车110内残留与压缩罐130同压，压力值为30bar的天然气。
之后储油罐140内的油持续运作，压缩压缩罐130内的天然气，使其压力值达到200bar，使其能继续为需要100bar压力值压缩天然气的车辆加气。因此，使用本发明—具备回收残余天然气装置的充气系统及残余天然气回收方法，长管拖车110内的压缩天然气充入车辆之后，残余天然气的回收再利用就变为可能，从而使长管拖车110内的残余天然气最小化，加气效率最大化的同时也减少了流通资金。
上述的实例是本实施过程中最简单的一例，参照图3有更具体的实例说明。
图3具备回收残余天然气装置的充气系统及残余天然气回收方法的其他实例。
如图3所示，本发明—具备回收残余天然气装置的充气系统及残余天然气回收方法的其他实例。与图1的实例相比，压缩罐130增加到3个，各压缩罐230、230′及230″之间安装了由控制器250控制的安全阀v263、v263′及v263″，这是最大区别。根据安全阀v263、v263′及v263″的开、闭，长管拖车110内的残余天然气就可顺序充入压缩罐230、230′及230″内，这是本实例的一大特点。
假设长管拖车110内残余天然气的压力值为60bar，首先开放第一安全阀v263，回收30bar天然气之后关闭；同时打开第二安全阀v263′，回收15bar天然气之后关闭；最后打开第三安全阀v263″，回收7.5bar天然气之后关闭。
在本实例的实施过程中要使长管拖车110中只剩余7.5bar天然气，那么根据图2所示的流程必须把这一过程做3次反复才能达到这种效果。但如果按照图3所示，由控制器250控制3个安全阀v263、v263′及v263″来回收天然气，只需一次就可完成所有工作，这就是本系统的优点。
在输油管270及回油管280之间安装自动压力调节阀295，在回油管上加装减压装置293，可以防止由于回油时急剧变化的压力而导致的回油管280及储油罐140的破裂问题。在输油管280及储油罐140侧增设过滤器296，297，可以事先预防油内的杂质流入储油罐140及压缩罐230、230′及230″，从而延长系统的使用寿命。
虽然在本附图中未标出，但是可以按照需要在天然气供给管260，输油管270及回油管280等处增设防止逆流的安全阀。
附图上记载的记号v291是安装在出口及入口处的2个自动选择安全阀。在入口及出口处安装这种安全阀的话效果是一般安全阀的2倍。V264是排气安全阀，作用是充气后由于残留气体的压力而无法关闭压缩罐侧的安全阀v263、v263′、v263″及售气机侧的安全阀v262、v262′时强制性地排出还滞留在天然气供给管中的天然气。
本说明书及权利要求书内所使用的术语不限于通常口语及字典，必须立足于正确定义术语含义的原则来说明发明者的发明及思想，用复合型的含义及概念来解释本专利的技术思想。
本说明书中记载的实例及附图仅供参考，不能代表本发明全部的技术思想。在具体实施中还有多种工具和多种变化方式。本发明不限于所述实例，在技术思想允许的范围内还有多种变化方式。
本发明的技术领域属于长管拖车上储藏的压缩天然气作为燃料补充给天然气汽车一类，也可用于工业用途。

Claims (9)

1.一种具备回收残余天然气装置的天然气充气系统，包括充满压缩天然气的长管拖车(110)，把压缩天然气充入车辆内的加气管(121)及售气机(120)，连接所述长管拖车(110)及售气机(120)的天然气供给管(160)，其特征在于，还包含：一个压缩罐(130)连接在所述天然气供给管(160)上的压缩罐连接处(163)，用于回收长管拖车(110)内残余天然气；储藏压缩残余天然气用油的储油罐(140)；泵(141)及输油管(170)连接在储油罐(140)及压缩罐(130)之间，为储油罐(140)中储藏的油输入压缩罐(130)时提供动力；连接在储油罐(140)及压缩罐(130)之间的回油管(180)，用于把输入压缩罐(130)中的油回收到储油罐(140)；压力传感器(133)设置在压缩罐(130)与压缩罐连接处(163)之间以及压缩罐连接处(163)上方，测定充入压缩罐(130)中残余天然气的压力；油位传感器(131)安装在压缩罐(130)及储油罐(140)侧，用于测定压缩罐(130)的油位；天然气供给管(160)，控制输油管(170)及回油管(180)上安装的安全阀(v161、v162、v163、v171及v181)与压力传感器(133)，控制器(150)根据油位传感器(131)传来的信号控制安全阀(v161、v162、v163、v171及v181)与泵(141)。
2.根据权利要求1所述的具备回收残余天然气装置的天然气充气系统，其特征在于：所述压缩罐(130)由3个组成，各压缩罐(230、230′、230″)都由控制器(150)控制的安全阀(v263、v263′、v263″)来控制，根据安全阀(v263、v263′、v263″)的开、闭，从而使长管拖车(110)内的残余天然气依次充入压缩罐(230、230′、230″)中。
3.根据权利要求1或2所述的具备回收残余天然气装置的天然气充气系统，其特征在于：还包含为所述回油管(180)回收油而提供必要压力的泵。 
4.根据权利要求1或2所述的具备回收残余天然气装置的天然气充气系统，其特征在于：还包含连接在上述压缩罐(130)及售气机(120)之间，利用天然气供给管(160)内残余的天然气，为回收压缩罐(130)中的油而提供必要压力的升降压压缩机。
5.根据权利要求1或2所述的具备回收残余天然气装置的天然气充气系统，其特征在于：还包含在所述回油管(180)上安装带所述泵(141)的侧管，在回油管(180)及侧管上加设由控制器(150)控制的侧管安全阀，根据安全阀及侧管安全阀的开闭使泵(141)的压力作用于输油及回油上。
6.根据权利要求1或2所述的具备回收残余天然气装置的天然气充气系统，其特征在于：在所述输油管(270)及回油管(280)之间增设自动压力调节安全阀(295)。
7.根据权利要求1或2所述的具备回收残余天然气装置的天然气充气系统，其特征在于：在所述回油管(280)上增设减压装置(293)。
8.根据权利要求1或2所述的具备回收残余天然气装置的天然气充气系统，其特征在于：在所述输油管(270)及回油管(280)的储油罐(140)侧加设过滤器(296、297)。
9.一种残余天然气回收方法，其采用的具备回收残余天然气装置的天然气充气系统包括：充满压缩天然气的长管拖车(110)；把压缩天然气充入车辆内的售气机(120)连接长管拖车(110)及售气机的天然气供给管(160)；回收长管拖车(110)内残余天然气的压缩罐(130)；储藏压缩残余天然气用油的储油罐(140)；连接在储油罐(140)及压缩罐(130)之间，安装了泵(141)的输油管(170)；连接在储油罐(140)及压缩罐(130)之间的回油管(180)；测定充入压缩罐(130)中残余天然气的压力的压力传感器 (133)；测定压缩罐(130)内油位的油位传感器(131)；安装在天然气供给管(160)，输油管(170)及回油管(180)上的安全阀(v161、v162、v163、v171及v181)；根据压力传感器(133)及油位传感器(131)传来的信号而控制安全阀(v161、v162、v163、v171及v181)与泵(141)的控制器(150)，所述安全阀(v161、v162、v163、v171、v181)都由充气系统的控制器(150)来控制，其特征在于，该方法包含如下步骤：
回收残余天然气步骤，开放天然气供给管(160)的长管拖车侧安全阀(v161)及压缩罐侧安全阀(v163)，把长管拖车(110)内残余天然气回收到压缩罐(130)中；
压缩残余天然气步骤，在长管拖车内的压力与压缩罐(130)内的压力等同，完成回收残余天然气工作的情况下，关闭天然气供给管(160)的长管拖车侧安全阀(v161)及压缩罐侧安全阀(v163)，随后开放输油管(170)侧安全阀(v171)，同时使泵(141)运作，直到回收的残余天然气按照事先的预定数值压缩完毕；
充气步骤，售气机连接到车辆上，开放天然气供给管的压缩罐侧安全阀(v163)及售气机侧安全阀(v162)，为车辆充气；以及
回油步骤，当压缩罐(130)中残余天然气耗尽，或压缩罐(130)内油量达到一设定数值，关闭天然气供给管(160)的压缩罐(130)侧安全阀(v163)及售气机侧的安全阀(v162)，开放回油管(180)侧安全阀(v181)，使压缩罐(130)内的油被回收到储油罐(140)。 
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