CN103185200B - 一种气体输送系统及一种气体输送方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种气体输送系统，包括储气单元、动力单元和加气单元。储气单元包括两组数量相同的储气钢瓶，每个钢瓶的两端分别设置有第一阀和第二阀。储气单元包括第一液体管路、第二液体管路和排气管路。各钢瓶通过各自的第二阀连接到排气管路，第一组钢瓶通过各自的第一阀连接到第一液体管路，第二组钢瓶通过各自的第一阀连接到所述第二液体管路。动力单元包括存储液体介质的罐体、用于将液体介质提供给储气单元的泵和包括控制阀桥的液体介质连接管路。加气单元包括连接到储气单元的排气管路的加气机。本发明还提供了一种气体输送方法。本发明通过减少了各钢瓶上设置的阀的数量，因而降低了系统的制造成本，并提高了系统运行安全性。

Description

一种气体输送系统及一种气体输送方法
技术领域
本发明涉及一种气体输送系统和一种气体输送方法，特别是涉及一种压缩天然气输送系统和一种压缩天然气输送方法。
背景技术
天然气，特别是压缩天然气(CNG)，作为一种清洁能源已经越来越多地被用作机动车燃料。为了给CNG汽车加注燃料，需要专用的燃料输送系统，即天然气输送系统。该系统可以建设在天然气管网附近，也可以建设在无管网的地方。建设在无管网地区的天然气输送系统也被称天然气加气子站。
在现有的CNG输送系统，其通常包括用于存储CNG的储气装置以及用于使CNG离开储气装置的动力装置。在需要加气时，动力装置向储气装置注入加压的液体介质以推出存储在其中的CNG。
例如，中国专利200520133308.X公开了一种液压式天然气汽车加气子站系统，其包括作为储气装置的多个钢瓶。每个钢瓶的一端设置有注液执行器和回液执行器，而另一端设置有出气执行器。每个钢瓶通过其注液执行器、回液执行器和出气执行器分别与系统的注液管、回液管和出气管相连。在需要加气时，高压泵将液体储罐内的液体介质抽出并加压，之后通过注液管向一个钢瓶注入，从而将该钢瓶内的CNG推出。此时该钢瓶的注液执行器和出气执行器打开，而回液执行器关闭。当该钢瓶内的CNG排空到一定程度后，关闭该钢瓶的注液执行器和出气执行器，并打开回液执行器使得钢瓶内的液体通过回液管返回液体储罐。此时，可利用高压泵对第二个钢瓶重复上述注液操作，从而实现连续供气。
在这种现有的CNG输送系统中，对于每个钢瓶需要设置三个执行器(例如阀)。然而，执行器的数量越多，系统的制造成本就越高、且潜在的泄漏点和故障点也越多，从而导致系统的安全性差。
发明内容
本发明要解决的一个技术问题在于提供一种气体输送系统，以提高系统的工作安全性。
为此，本发明提供了一种气体输送系统，包括储气单元、动力单元和加气单元。储气单元包括两组用于储存气体的钢瓶，每组中钢瓶的数量相同，每个所述钢瓶的两端分别设置有一第一阀和一第二阀，所述储气单元还包括第一液体管路、第二液体管路和排气管路，其中每个所述钢瓶分别通过各自的第二阀连接到所述排气管路，第一组中的每个钢瓶分别通过各自的第一阀连接到所述第一液体管路，第二组中的每个钢瓶分别通过各自的第一阀连接到所述第二液体管路。动力单元包括用于存储液体介质的罐体、用于将所述罐体内的液体介质提供给所述储气单元的泵、以及液体介质连接管路，所述液体介质连接管路包括控制阀桥、连接在所述控制阀桥和所述泵的输出端之间的注液管、以及连接在所述控制阀桥和所述罐体的回液口之间的回液管，所述回液管上设置有总回液控制阀。所述控制阀桥包括：第一注液分管，连接在所述注液管和所述第一液体管路之间，并设置有第一注液控制阀；第二注液分管，连接在所述注液管和所述第二液体管路之间，并设置有第二注液控制阀；第一回液分管，连接在所述回液管和所述第一液体管路之间，并设置有第一回液控制阀；和第二回液分管，连接在所述回液管和所述第二液体管路之间，并设置有第二回液控制阀。加气单元包括用于向外部设备提供所述气体的加气机，所述加气机连接到所述储气单元的排气管路。所述第一阀、所述第二阀、以及各控制阀分别在打开状态和关闭状态之间可切换。
所述第一注液控制阀和所述第二回液控制阀为第一组控制阀，所述第二注液控制阀和所述第一回液控制阀为第二组控制阀，其中不同组的控制阀不能同时打开。
所述控制阀中的至少一个可以为由气动执行器控制的气动球阀。
所述气动执行器可以为双作用气动执行器，包括：外壳、可转动的连接轴、以及两个相对于所述外壳可移动的活塞，所述两个活塞分别设置在所述连接轴的两侧，并且分别具有向所述连接轴延伸并与所述连接轴接合的传动片，所述两个活塞和所述外壳之间限定出第一腔室，所述两个活塞之间限定出第二腔室，所述外壳上设置有与所述第一腔室相连通的第一开口和与所述第二腔室相连通的第二开口。所述连接轴与所述气动球阀相连，当所述两个活塞彼此靠近时，所述连接轴沿第一方向转动使得所述气动球阀关闭；当所述两个活塞彼此远离时，所述连接轴沿第二方向转动使得所述气动球阀打开。
所述双作用气动执行器可经由一两位五通电磁阀与压缩空气的供气管相连，所述两位五通电磁阀具有用于与所述供气管相连的供气口、分别用于与所述气动执行器的第一开口和第二开口相连的第一口和第二口、与所述第一口可选择地连通的第一泄压口、以及与所述第二口可选择地连通的第二泄压口。当所述两位五通电磁阀处于不通电状态时，所述第一口与所述供气口连通，而所述第二口与所述第二泄压口连通；当所述两位五通电磁阀处于通电状态时，所述第二口与所述供气口连通，而所述第一口与所述第一泄压口连通。
所述双作用气动执行器的第一腔室内可设置有用于分别将所述两个活塞朝向所述连接轴偏置的弹簧。
可选地，所述气动执行器为单作用气动执行器，包括：外壳、可转动的连接轴、以及两个相对于所述外壳可移动的活塞，所述两个活塞分别设置在所述连接轴的两侧，并且分别具有向所述连接轴延伸并与所述联接轴接合的传动片，所述两个活塞和所述壳体之间限定出第一腔室，所述两个活塞之间限定出第二腔室，所述第一腔室内设置有用于分别将所述两个活塞朝向所述连接轴偏置的弹簧，所述外壳上设置有与所述第一腔室相连通的第一开口和与所述第二腔室相连通的第二开口，所述连接轴与所述气动球阀相连，当所述两个活塞彼此靠近时，所述连接轴沿第一方向转动使得所述气动球阀关闭；当所述两个活塞彼此远离时，所述连接轴沿第二方向转动使得所述气动球阀打开。
所述单作用气动执行器可经由一两位三通电磁阀与压缩空气的供气管相连，所述两位三通电磁阀具有用于与所述供气管相连的供气口、用于与所述气动执行器的第二开口相连的工作口、以及与所述工作口可选择地连通的泄压口。当所述两位三通电磁阀处于不通电状态时，所述工作口与所述泄压口连通；当所述两位三通电磁阀处于通电状态时，所述工作口与所述供气口连通。
所述总回液控制阀可以为由所述双作用气动执行器控制的气动球阀。
所述控制阀桥中的每个控制阀可以分别为由所述单作用气动执行器控制的气动球阀。
其中所述泵可经由一控制阀体连接到所述注液管，所述控制阀体包括用于与所述泵相连的输入口、用于与所述注液管相连的第一输出口、和用于与所述罐体相连的第二输出口，所述输入口可选择地与所述第一和第二输出口中的一个相连通。当所述输入口与所述第二输出口相连通时，所述泵处于空载运行状态；当所述输入口与所述第一输出口相连通时，所述泵处于负载运行状态。
所述控制阀体上设置有用于检测流经所述控制阀体的液体介质的压力的压力传感器。
所述加气单元还刻包括气体存储罐，所述加气机经由所述气体存储罐与所述储气单元的排气管路相连。
所述气体可以为压缩天然气。
所述罐体上可设置有用于检测所述罐体内液体介质的液位的液位计。所述罐体上也可设置有用于检测所述罐体内压力的压差开关
本发明要解决的另一个技术问题在于提供一种气体输送方法，以提高气体输送的安全性。
为此，本发明提供了一种气体输送方法，包括：设置一种如前面所述的根据本发明的气体输送系统；交替地对第一组和第二组中的一个钢瓶进行注液排气操作，所述注液排气操作包括：将罐体中的液体介质经由第一和第二液体管路中对应的一个以及该钢瓶的第一阀注入到该钢瓶内，并将该钢瓶内的气体推出，被推出的气体经由该钢瓶的第二阀和排气管路输送至加气单元，其中在对第一组的钢瓶进行所述注液排气操作时，控制阀桥的第一注液控制阀和第二回液控制阀打开，而第二注液控制阀和第一回液控制阀关闭；而在对第二组的钢瓶进行所述注液排气操作时，所述第二注液控制阀和所述第一回液控制阀打开，而所述第一注液控制阀和所述第二回液控制阀关闭；以及在每个钢瓶的注液排气操作完成后，对同一钢瓶进行回液操作，所述回液操作包括将该钢瓶中的液体介质经由其第一阀以及第一和第二液体管路中对应的一个返回所述罐体中，其中回液管上的总回液控制阀在所述回液操作过程中是打开的并在所述回液操作结束后关闭。
根据本发明的方法还可包括：在所述注液排气操作的过程中检测所述罐体内液体介质的减少量，并在所述减少量达到一预定值时结束所述注液排气操作。
根据本发明的方法还可包括：在所述回液操作的过程中检测所述罐体内的压力，并在所述罐体内的压力上升到一预定值时结束所述回液操作。
所述注液排气操作的时间大于所述回液操作的时间。
根据本发明的方法还可包括：在对第一和第二组中一组中的钢瓶进行所述回液操作的同时，对第一和第二组中另一组中的钢瓶进行所述注液排气操作。
根据本发明的方法还可包括：在泵和控制阀桥的注液管之间设置一控制阀体，所述控制阀体包括用于与所述泵相连的输入口、用于与所述注液管相连的第一输出口、以及用于与所述罐体相连的第二输出口，所述输入口可选择地与所述第一和第二输出口中的一个相连通，其中当所述输入口与所述第二输出口相连通时，所述泵处于空载运行状态；而当所述输入口与所述第一输出口相连通时，所述泵处于负载运行状态。
根据本发明的方法还可包括：设置所述泵在刚启动时处于空载运行状态，并在运行平稳后切换到负载运行状态。
根据本发明的方法还可包括：检测流经所述控制阀体的液体介质的压力值；当检测到的压力值达到或高于一第一压力值时，将所述泵切换到空载运行状态；以及当检测到的压力值低于一第二压力值时，将所述泵切换到负载运行状态，其中所述第一压力值大于所述第二压力值。
根据本发明的方法还可包括：当检测到的压力值达到或高于一第一压力值时，将所述泵切换到空载运行状态并持续一预定时间；以及在所述预定时间内，如果检测到的压力值不低于所述第二压力值，则将所述泵停止运转。
根据本发明的方法还可包括：在一个钢瓶的注液排气操作结束后，将所述泵切换到空载运行状态；在所述泵的空载运行过程中切换所述换向阀桥中两组控制阀的状态，其中所述第一注液控制阀和所述第二回液控制阀为一组，而所述第二注液控制阀和所述第一回液控制阀为另一组；以及在所述泵空载运行一预定时间后，将所述泵切换到负载运行状态，并同时打开下一个待输出气体的钢瓶的第一阀和第二阀，以对所述下一个待输出气体的钢瓶进行注液排气操作。
在本发明的气体输送系统中，储气单元的每个钢瓶只设置有两个阀。相比于现有的气体输送系统，本发明减少了钢瓶上设置的阀的数量，因而能够降低制造成本、减少潜在的泄漏点和故障点、提高运行安全性。
在回液操作完成后，通过关闭总回液控制阀，可以避免钢瓶中残余的压缩天然气返回存储液体介质的罐体，从而避免因压缩天然气的压力而造成罐体内压力过大的危险。
下面结合附图和详细实施方式对本发明进行详细说明。
附图说明
图1为根据本发明一实施例的气体输送系统的结构简图；
图2为图1中控制阀桥的放大示意图；
图3为图1中总回液控制阀部分的放大示意图；
图4A和4B为本发明一实施例中的双作用气动执行器的结构示意图，分别示出了其处于不通电和通电时的两个状态；
图5A和5B为本发明一实施例中的单作用气动执行器的结构示意图，分别示出了其处于不通电和通电时的两个状态。
具体实施方式
图1示出了根据本发明一实施例的气体输送系统100。气体输送系统100包括用于存储气体(例如压缩天然气CNG)的储气单元10、用于为储气单元10提供排气所需的加压液体的动力单元20、以及用于将储气单元10排出的气体输送给外部设备(例如CNG汽车等)的加气单元90。
储气单元10包括有两组用于储存CNG的钢瓶，其中第一组G1中钢瓶的数量与第二组G2中钢瓶的数量相同，例如图1所示的两个。然而应当理解，本发明不排除每组包括其他数量的钢瓶的情况，例如一个或两个以上的钢瓶。储气单元10还包括第一液体管路11、第二液体管路12和排气管路13。储气单元10的每个钢瓶的两端分别设置有第一阀(注回液阀)和第二阀(排气阀)，也就是，第一组钢瓶14和15分别通过它们各自的注回液阀14a和15a连接到第一液体管路11，第二组钢瓶16和17分别通过它们各自的注回液阀16a和17a连接到第二液体管路12。所有钢瓶14、15、16、17中分别通过各自的排气阀14b、15b、16b、17b连接到排气管路13。各钢瓶的注回液阀和排气阀可以被分别控制在打开状态和关闭状态之间切换。
加气单元90包括用于向外部设备提供CNG的一个或多个加气机91，每个加气机91分别连接到储气单元10的排气管路13。
动力单元20包括用于存储液体介质(例如油)的罐体21、用于将罐体21内的液体介质提供给储气单元10的泵22、以及液体介质连接管路23。液体介质连接管路23包括控制阀桥24、连接在控制阀桥24和泵22的输出端221之间的注液管25、以及连接在控制阀桥24和罐体21的回液口212之间的回液管26。泵22的输入端222通过一管路27连接到罐体21的出液口211。回液管26上设置有总回液控制阀28。该总回液控制阀28可在打开和关闭状态之间切换。
参考图2，控制阀桥24包括连接在注液管25和储气单元10的第一液体管路11之间的第一注液分管31、连接在注液管25和储气单元10的第二液体管路12之间第二注液分管32、连接在回液管26和第一液体管路11之间的第一回液分管33、以及连接在回液管26和第二液体管路12之间的第二回液分管34。其中，第一注液分管31上设置有第一注液控制阀31a，第二注液分管32上设置有第二注液控制阀32a，第一回液分管33上设置有第一回液控制阀33a，并且第二回液分管34上设置有第二回液控制阀34a。控制阀桥24中的各控制阀可分别被控制在打开和关闭状态之间切换。这样，通过适当控制控制阀桥24中的四个控制阀的状态，可以控制液体介质在储气单元10的第一和第二液体管路11、12中的流向，从而能够交替地从两组钢瓶中获取CNG。
根据本发明的气体输送方法包括：交替地对第一组G1和第二组G2中的钢瓶进行注液排气操作；以及在每个钢瓶的注液排气操作完成后，对同一钢瓶进行回液操作。以钢瓶15为例，注液排气操作包括：将罐体21中的液体介质经由第一和第二液体管路11、12中对应的一个(如第一液体管路11)以及相应钢瓶15的注回液阀15a注入到钢瓶15内，并将钢瓶15内的气体(例如CNG)推出。被推出的CNG可经由钢瓶15的排气阀15b和排气管路13输送至加气单元90。在对第一组G1中的钢瓶进行注液排气操作时，控制阀桥24的第一注液控制阀31a和第二回液控制阀34a处于打开状态，而第二注液控制阀32a和第一回液控制阀33a处于关闭状态。在对第二组G2中的钢瓶进行注液排气操作时，第二注液控制阀32a和第一回液控制阀33a处于打开状态，而第一注液控制阀31a和第二回液控制阀34a处于关闭状态。以钢瓶16为例，回液操作包括：将钢瓶16中的液体介质经由其注回液阀16a以及第一和第二液体管路11、12中对应的一个(如第二液体管路12)返回罐体21中。回液管上的总回液控制阀28在回液操作过程中处于打开状态并在回液操作结束后关闭。
具体来说，当需要从第一组G1的钢瓶中获取CNG时，可对第一组G1的钢瓶进行注液排气操作。此时，控制阀桥中的第一注液控制阀31a和第二回液控制阀34a打开，而第二注液控制阀32a和第一回液控制阀33a关闭，从而使得被泵22从罐体21中抽出并加压的液体介质会经由注液管25和控制阀桥24的第一注液分管31送入第一液体管路11，从而将该第一组G1的钢瓶中的CNG推出。由此，加气单元90即可从第一组G1的钢瓶中获取CNG。此时，可以对第二组G2中已完成注液排气操作的钢瓶中进行回液操作，使得该钢瓶内的液压介质经由第二液体管路12、控制阀桥24的第二回液分管34和回液管26返回罐体21。
当需要从第二组G2的钢瓶中获取CNG时，可对第二组G2的钢瓶进行注液排气操作。此时，控制阀桥中的第二注液控制阀32a和第一回液控制阀33a打开，而第一注液控制阀31a和第二回液控制阀34a关闭，从而使得加压的液体介质会经由注液管25和控制阀桥24的第二注液分管32送入第二液体管路12，从而将该第二组G2的钢瓶中的CNG推出。由此，加气单元90即可从第二组G2的钢瓶中获取CNG。此时，可以对第一组G1中已完成注液排气操作的钢瓶进行回液操作，使得该钢瓶中的液压介质经由第一液体管路11、控制阀桥24的第一回液分管33和回液管26返回罐体21。
通过切换控制阀桥24中的各控制阀的状态，可以交替地从第一组G1中的钢瓶和第二组G2中的钢瓶中获取CNG。排出的CNG经由排气管13被送入加气单元90，并通过加气机91提供给外部设备，从而使得本发明的气体输送系统100能够不间断地向外部设备提供CNG。
处于注液排气操作过程中的钢瓶，其注回液阀和排气阀均设置成打开状态；处于回液操作过程中的钢瓶，其注回液阀设置成打开状态而排气阀设置成关闭状态。其余钢瓶的注回液阀和排气阀均设置成关闭状态。通常，液体介质从钢瓶返回罐体21的速度会大于向钢瓶注入时的速度。因此回液操作会快于注液排气操作完成。在回液操作完成后立即关闭总回液控制阀28，可以避免钢瓶中残余的CNG或泄露到管路中的CNG返回存储液体介质的罐体21，从而避免因CNG的相对较大的压力而造成罐体21内压力过大的危险。总回液控制阀28可以在下一次回液操作前再次打开。
优选地，可以将第一注液控制阀31a和第二回液控制阀34a设置为一组，而将第二注液控制阀32a和第一回液控制阀33a设置为另一组，并设置使得不同组的控制阀不能同时打开，以保证控制阀桥24的工作安全性。
在本发明的气体输送系统中，储气单元的每个钢瓶只设置有两个阀。相比于现有的气体输送系统，本发明减少了钢瓶上设置的阀的数量，因而能够降低制造成本、减少潜在的泄漏点和故障点、提高运行安全性。
在本发明的一个例子中，可以在罐体21上设置一液位计213或类似装置来检测罐体21内的液体介质的液位，由此可以得知在系统100运行过程中罐体21内的液体介质的变化。例如，可以在注液排气操作的过程中检测罐体21内液体介质的减少量，并在减少量达到一预定值(例如钢瓶容积的95％)时发出一注液结束信号。注液排气操作可根据该信号而终止。
在注液排气操作中，钢瓶中的CNG会以一定的量溶解或混合到液体介质中。由此，在回液操作中很少量的CNG会随着液体介质一起返回罐体21。这些CNG到达罐体内会导致罐体内压力上升。在本发明的一个例子中，可以在罐体21上设置一压差开关14，从而可利用该压差开关14检测罐体21内的压力，并在压力上升到达一预定值(例如大于大气压1.2KPa)时发出回液停止信号。总回液控制阀28根据该回液停止关闭，以终止回液操作，从而可避免罐体21内的压力瞬间增大。罐体21优选地还可设置有放散管路。在罐体内部压力过大时可以打开该放散管路，使得天然气从中排出，从而将罐体内部压力维持在常压状态或一定范围内。
总回液控制阀28、第一注液控制阀31a、第二注液控制阀32a、第一回液控制阀33a和第二回液控制阀34a可以分别选用任何适合形式的阀来实现，如电磁阀、气动阀等。优选地，这些控制阀中的至少一个为由气动执行器控制的气动球阀。进一步优选地，系统中全部的控制阀均可选用气动球阀。这是因为气动球阀能够避免因管路中的压力而瞬时打开的情况，从而能够提高系统的安全性。如上所述，钢瓶中的CNG会以一定的量溶解或混合到液体介质中，并随着液体介质从管路中返回罐体21。因此，液体介质流经的各个管路也存在CNG可能气化导致管路内压力过大的问题。当管路中压力过大时，电磁阀可能存在瞬时打开的风险，而由气动执行器促动的气动球阀则没有这个问题。因此选用气动球阀作为管路中的控制阀，能够提高系统控制的安全性和可靠性。优选地，可以对各管路也设置相应的放散管路，并可设置如压力表的监测设备来监测液体介质的管路内的压力。当压力过大时，可以打开对应的放散管路进行泄压。
如图3所示，在本发明的一个例子中，总回液控制阀28可以为由双作用气动执行器40控制的气动球阀。参考图4A和4B，根据本发明的一个具体实施例的双作用气动执行器40包括：外壳41、可转动的连接轴42以及两个相对于外壳41可移动的活塞43。两个活塞43分别设置在连接轴42的两侧，并且分别具有向连接轴42延伸并与之接合的传动片44。这样，当活塞43移动时，传动片44会带动连接轴42转动。两个活塞43与外壳41之间限定出第一腔室45，两个活塞43之间限定出第二腔室46。外壳41上设置有与第一腔室45相连通的第一开口411和与第二腔室46相连通的第二开口412。连接轴42与气动球阀相连。当两个活塞43彼此靠近时，如图4A所示，连接轴42沿第一方向(如顺时针方向)转动，使得气动球阀关闭。当两个活塞43彼此远离时，如图4B所示，连接轴42沿第二方向(如逆时针方向)转动，使得气动球阀打开。
用于促动该双作用气动执行器40工作的压缩空气从一压缩空气供气管(未示出)经由一两位五通电磁阀50提供给气动执行器40。如图3所示，电磁阀50具有与压缩空气供气管相连的供气口P、分别用于与气动执行器40的第一和第二开口411、412相连的第一口A和第二口B、与第一口A可选择地连通的第一泄压口R、以及与第二口B可选择地连通的第二泄压口S。
当电磁阀50处于不通电状态时，第一口A与供气口P连通，而第二口B与第二泄压口S连通。由此，来自供气管的压缩空气能够经由电磁阀50的第一口A和气动执行器40的第一开口411进入气动执行器40的第一腔室45，从而使得两个活塞43相互靠近，使得气动球阀关闭。此时，气动执行器40的第二腔室46内的空气会经由第二开口412和第二口B从第二泄压口S泄出，从而避免了第二腔室46内的空气压力影响球阀的关闭状态。
当电磁阀50处于不通电状态时，第二口B与供气口P连通，而第一口A与第一泄压口R连通。由此，来自供气管的压缩空气能够经由电磁阀50的第二口B和气动执行器40的第二开口412进入气动执行器40的第二腔室46，从而使得两个活塞43相互远离，使得气动球阀打开。此时，气动执行器40的第一腔室45内的空气能够经由第一开口411和第一口A从第一泄压口R泄出。应当理解，根据本发明，气动执行器40以及用于促动该气动执行器的电磁阀50也可以采用其他适合的结构。
如图2所示，在本发明的一个例子中，控制阀桥24中的各控制阀31a、32a、33a和34a中的一个或多个可采用由单作用气动执行器60控制的气动球阀。参考图5A、5B，单作用气动执行器60包括：外壳61、可转动的连接轴62以及两个相对于外壳61可移动的活塞63。两个活塞63分别设置在连接轴62的两侧，并且分别具有向连接轴62延伸并与之接合的传动片64。这样，当活塞63移动时，传动片64会带动连接轴62转动。两个活塞63与外壳61之间限定出第一腔室65，两个活塞63之间限定出第二腔室66。第一腔室65内设置有分别用于将两个活塞63朝向连接轴62偏置的弹簧67。外壳61上设置有与第一腔室65相连通的第一开口611和与第二腔室66相连通的第二开口612。连接轴62与气动球阀相连。当两个活塞63彼此靠近时，如图5A所示，连接轴62沿第一方向(如顺时针方向)转动，使得气动球阀关闭。当两个活塞63彼此远离时，如图5B所示，连接轴62沿第二方向(如逆时针方向)转动，使得气动球阀打开。
用于促动该单作用气动执行器60工作的压缩空气从一压缩空气供气管(未示出)经由一两位三通电磁阀70提供给气动执行器60。电磁阀70具有用于与压缩空气供气管相连的供气口PP、用于与气动执行器60的第二开口612相连的工作口AA、以及与工作口AA可选择地连通的泄压口T。
当电磁阀70处于不通电状态时，工作口AA与泄压口T连通，使得气动执行器60的第二腔室66内的空气经由第二开口612和工作口AA从泄压口T泄出。此时，弹簧67的偏置作用使得两个活塞63彼此靠近，从而使气动球阀关闭。当电磁阀70处于通电状态时，工作口AA与供气口PP连通，使得来自供气管的压缩空气能够经由电磁阀70的工作口AA和气动执行器60的第二开口612进入气动执行器60的第二腔室66，从而使得两个活塞43相互远离，使得气动球阀打开。气动执行器60的第一开口611可以设置为与外界连通，以保持第一腔室65内的压力平稳。应当理解，根据本发明，气动执行器60以及用于促动该气动执行器的电磁阀70也可以采用其他适合的结构。
上面给出了控制阀及其控制、促动元件的一些具体实施例。然而应当理解，根据本发明，控制阀中的每个都可以由任何适合形式的阀来实现。例如，总回液控制阀28可以为由单作用气动执行器控制的气动球阀；或者控制阀桥24中的各控制阀可以为由双作用气动执行器控制的气动球阀；或者它们中的一个或多个可以选用其他形式的阀。
根据在本发明的一个优选实施例，可以在双作用气动执行器的第一腔室内也设置用于分别将两个活塞朝向连接轴偏置的弹簧。这样，在需要关闭气动球阀时，第一腔室内的压缩空气的压力和弹簧的偏置力一起，可以使球阀关闭得更快。这在利用双作用气动执行器控制总回液控制阀28的例子中是特别有利的，因为这样在接收到回液结束的信号时，能够使总回液控制阀28尽快关闭，从而能够防止过量的CNG进入罐体21形成安全隐患。
根据本发明的一个实施例，泵22可经由一控制阀体29连接到注液管25。参见图1，控制阀体29包括用于与泵22相连的输入口291、用于与注液管25相连的第一输出口292、和用于与罐体21相连的第二输出口293。输入口291可选择地与第一和第二输出口292、293中的一个相连通。当输入口291设置为与第二输出口293相连通时，泵22处于空载运行状态，即直接与罐体21形成液体介质回路。当输入口291设置为与第一输出口292相连通时，泵22处于负载运行状态，即会将罐体21内的液体介质输送给控制阀桥24以进行注液排气操作。这样，在系统100的工作过程，利用控制阀体29可方便地根据需要来切换泵22的工作状态。举例来说，在泵22刚启动时，可以将其设置在空载运行状态，使得泵22在零压状态下启动有利于泵22的运行尽快平稳。当泵22运行一端时间运行平稳后，再通过控制阀体29将泵22切换到负载运行状态，以向储气单元10提供加压的液体介质。
在一个例子中，可以控制阀体29上设置一压力传感器(未示出)或类似装置来检测流经控制阀体29的液体介质的压力。在注液排气过程中，当检测到的压力值达到或高于一第一压力值(例如21MPa)时，可以利用控制阀体29将泵22切换到空载运行状态；而当检测到的压力值低于一第二压力值(例如19MPa)时，利用控制阀体29将泵22切换到负载运行状态，其中该第一压力值大于该第二压力值。在系统100的运行过程中，随着钢瓶中CNG的排出量，用于推动CNG的液体介质的压力会发生变化。举例来说，如果加气单元90持续地向外部设备提供CNG，则液体介质的压力会很快下降。本发明的这种设置有利于使提供给钢瓶的液体介质的压力保持在一稳定的范围内，从而使得从钢瓶中排出的CNG(如速度、流量和/或压力等)保持平稳。优选地，在检测到流经控制阀体29的液体介质的压力值达到或高于第一压力值时，可以将泵22切换到空载运行状态并持续一段时间。在该段时间内，如果检测到的压力值一直不低于第二压力值，则可以停止泵22的运转，以节约能源。
在一个例子中，当一个钢瓶(例如第一组中的钢瓶14)的注液排气操作结束后，可将泵22切换到空载运行状态，并在泵22的空载运行过程中切换换向阀桥24中两组控制阀的状态，从而使得钢瓶14进入回油操作状态。在泵22空载运行一段时间后，再将其切换到负载运行状态，并同时打开下一个钢瓶(例如第二组中的钢瓶16)的注回液阀16a和排气阀16b，以对钢瓶16进行注液排气操作。这种设置有利于系统100的运行平稳。
在一个例子中，加气单元90中还设置有气体存储罐92。来自储气单元10的排气管路13的CNG首先输入到气体存储罐92中，再从气体存储罐92送入对应的加气机91。气体存储罐92起到缓冲的作用，有利于保持供给加气机91的CNG的压力稳定。
应当指出，虽然通过上述实施方式对本发明进行了描述，然而本发明还可有其它多种实施方式。在不脱离本发明精神和范围的前提下，熟悉本领域的技术人员显然可以对本发明做出各种相应的改变和变形，但这些改变和变形都应当属于本发明所附权利要求及其等效物所保护的范围内。

Claims (26)

1.一种气体输送系统，其特征在于，包括：
储气单元，包括两组用于储存气体的钢瓶，每组中钢瓶的数量相同，每个所述钢瓶的两端分别设置有一第一阀和一第二阀，所述储气单元还包括第一液体管路、第二液体管路和排气管路，其中每个所述钢瓶分别通过各自的第二阀连接到所述排气管路，第一组中的每个钢瓶分别通过各自的第一阀连接到所述第一液体管路，第二组中的每个钢瓶分别通过各自的第一阀连接到所述第二液体管路；
动力单元，包括用于存储液体介质的罐体、用于将所述罐体内的液体介质提供给所述储气单元的泵、以及液体介质连接管路，所述液体介质连接管路包括控制阀桥、连接在所述控制阀桥和所述泵的输出端之间的注液管、以及连接在所述控制阀桥和所述罐体的回液口之间的回液管，所述回液管上设置有总回液控制阀，所述控制阀桥包括：
第一注液分管，连接在所述注液管和所述第一液体管路之间，并设置有第一注液控制阀；
第二注液分管，连接在所述注液管和所述第二液体管路之间，并设置有第二注液控制阀；
第一回液分管，连接在所述回液管和所述第一液体管路之间，并设置有第一回液控制阀；和
第二回液分管，连接在所述回液管和所述第二液体管路之间，并设置有第二回液控制阀；以及
加气单元，包括用于向外部设备提供所述气体的加气机，所述加气机连接到所述储气单元的排气管路，
其中，所述第一阀、所述第二阀、以及各控制阀分别在打开状态和关闭状态之间可切换。
2.根据权利要求1所述的气体输送系统，其中所述第一注液控制阀和所述第二回液控制阀为第一组控制阀，所述第二注液控制阀和所述第一回液控制阀为第二组控制阀，其中不同组的控制阀不能同时打开。
3.根据权利要求1所述的气体输送系统，其中所述控制阀中的至少一个为由气动执行器控制的气动球阀。
4.根据权利要求3所述的气体输送系统，其中所述气动执行器为双作用气动执行器，包括：外壳、可转动的连接轴、以及相对于所述外壳可移动的两个活塞，所述两个活塞分别设置在所述连接轴的两侧，并且分别具有向所述连接轴延伸并与所述连接轴接合的传动片，所述两个活塞和所述外壳之间限定出第一腔室，所述两个活塞之间限定出第二腔室，所述外壳上设置有与所述第一腔室相连通的第一开口和与所述第二腔室相连通的第二开口，
所述连接轴与所述气动球阀相连，当所述两个活塞彼此靠近时，所述连接轴沿第一方向转动使得所述气动球阀关闭；当所述两个活塞彼此远离时，所述连接轴沿第二方向转动使得所述气动球阀打开。
5.根据权利要求4所述的气体输送系统，其中所述气动执行器经由一两位五通电磁阀与压缩空气的供气管相连，所述两位五通电磁阀具有用于与所述供气管相连的供气口(P)、分别用于与所述气动执行器的第一开口和第二开口相连的第一口(A)和第二口(B)、与所述第一口(A)可选择地连通的第一泄压口(R)、以及与所述第二口可选择地连通的第二泄压口(S)，
当所述两位五通电磁阀处于不通电状态时，所述第一口与所述供气口连通，而所述第二口与所述第二泄压口连通；当所述两位五通电磁阀处于通电状态时，所述第二口与所述供气口连通，而所述第一口与所述第一泄压口连通。
6.根据权利要求4所述的气体输送系统，其中所述气动执行器的第一腔室内设置有用于分别将所述两个活塞朝向所述连接轴偏置的弹簧。
7.根据权利要求3所述的气体输送系统，其中所述气动执行器为单作用气动执行器，包括：外壳、可转动的连接轴、以及两个相对于所述外壳可移动的活塞，所述两个活塞分别设置在所述连接轴的两侧，并且分别具有向所述连接轴延伸并与所述连接轴接合的传动片，所述两个活塞和所述外壳之间限定出第一腔室，所述两个活塞之间限定出第二腔室，所述第一腔室内设置有用于分别将所述两个活塞朝向所述连接轴偏置的弹簧，所述外壳上设置有与所述第一腔室相连通的第一开口和与所述第二腔室相连通的第二开口，
所述连接轴与所述气动球阀相连，当所述两个活塞彼此靠近时，所述连接轴沿第一方向转动使得所述气动球阀关闭；当所述两个活塞彼此远离时，所述连接轴沿第二方向转动使得所述气动球阀打开。
8.根据权利要求7所述的气体输送系统，其中所述气动执行器经由一两位三通电磁阀与压缩空气的供气管相连，所述两位三通电磁阀具有用于与所述供气管相连的供气口(PP)、用于与所述气动执行器的第二开口相连的工作口(AA)、以及与所述工作口(AA)可选择地连通的泄压口(T)，
当所述两位三通电磁阀处于不通电状态时，所述工作口(AA)与所述泄压口(T)连通；当所述两位三通电磁阀处于通电状态时，所述工作口与所述供气口连通。
9.根据权利要求4-6中任一项所述的气体输送系统，其中所述总回液控制阀为由所述双作用气动执行器控制的气动球阀。
10.根据权利要求7或8所述的气体输送系统，其中所述控制阀桥中的每个控制阀分别为由所述单作用气动执行器控制的气动球阀。
11.根据权利要求1所述的气体输送系统，其中所述泵经由一控制阀体连接到所述注液管，所述控制阀体包括用于与所述泵相连的输入口、用于与所述注液管相连的第一输出口、和用于与所述罐体相连的第二输出口，所述输入口可选择地与所述第一和第二输出口中的一个相连通。
12.根据权利要求11所述的气体输送系统，其中所述控制阀体上设置有用于检测流经所述控制阀体的液体介质的压力的压力传感器。
13.根据权利要求1所述的气体输送系统，其中所述加气单元还包括气体存储罐，所述加气机经由所述气体存储罐与所述储气单元的排气管路相连。
14.根据权利要求1所述的气体输送系统，其中所述气体为压缩天然气。
15.根据权利要求1所述的气体输送系统，其中所述罐体上设置有用于检测所述罐体内液体介质的液位的液位计。
16.根据权利要求1或15所述的气体输送系统，其中所述罐体上设置有用于检测所述罐体内压力的压差开关。
17.一种气体输送方法，其特征在于，包括：
设置根据权利要求1-16中任一项所述的气体输送系统；
交替地对第一组和第二组中的一个钢瓶进行注液排气操作，所述注液排气操作包括：将罐体中的液体介质经由第一和第二液体管路中对应的一个以及该钢瓶的第一阀注入到该钢瓶内，并将该钢瓶内的气体推出，被推出的气体经由该钢瓶的第二阀和排气管路输送至加气单元，其中在对第一组的钢瓶进行所述注液排气操作时，控制阀桥的第一注液控制阀和第二回液控制阀打开，而第二注液控制阀和第一回液控制阀关闭；而在对第二组的钢瓶进行所述注液排气操作时，所述第二注液控制阀和所述第一回液控制阀打开，而所述第一注液控制阀和所述第二回液控制阀关闭；以及
在每个钢瓶的注液排气操作完成后，对同一钢瓶进行回液操作，所述回液操作包括将该钢瓶中的液体介质经由其第一阀以及第一和第二液体管路中对应的一个返回所述罐体中，其中回液管上的总回液控制阀在所述回液操作过程中是打开的并在所述回液操作结束后关闭。
18.根据权利要求17所述的方法，还包括：在所述注液排气操作的过程中检测所述罐体内液体介质的减少量，并在所述减少量达到一预定值时结束所述注液排气操作。
19.根据权利要求17所述的方法，还包括：在所述回液操作的过程中检测所述罐体内的压力，并在所述罐体内的压力上升到一预定值时结束所述回液操作。
20.根据权利要求17所述的方法，其中所述注液排气操作的时间大于所述回液操作的时间。
21.根据权利要求17-20中任一项所述的方法，还包括：在对第一和第二组中一组中的钢瓶进行所述回液操作的同时，对第一和第二组中另一组中的钢瓶进行所述注液排气操作。
22.根据权利要求17所述的方法，还包括：在泵和控制阀桥的注液管之间设置一控制阀体，所述控制阀体包括用于与所述泵相连的输入口、用于与所述注液管相连的第一输出口、以及用于与所述罐体相连的第二输出口，所述输入口可选择地与所述第一和第二输出口中的一个相连通，其中当所述输入口与所述第二输出口相连通时，所述泵处于空载运行状态；而当所述输入口与所述第一输出口相连通时，所述泵处于负载运行状态。
23.根据权利要求22所述的方法，还包括：设置所述泵在刚启动时处于空载运行状态，并在运行平稳后切换到负载运行状态。
24.根据权利要求22所述的方法，还包括：检测流经所述控制阀体的液体介质的压力值；当检测到的压力值达到或高于一第一压力值时，将所述泵切换到空载运行状态；以及当检测到的压力值低于一第二压力值时，将所述泵切换到负载运行状态，其中所述第一压力值大于所述第二压力值。
25.根据权利要求24所述的方法，还包括：当检测到的压力值达到或高于一第一压力值时，将所述泵切换到空载运行状态并持续一预定时间；以及在所述预定时间内，如果检测到的压力值不低于所述第二压力值，则将所述泵停止运转。
26.根据权利要求22所述的方法，还包括：
在一个钢瓶的注液排气操作结束后，将所述泵切换到空载运行状态；
在所述泵的空载运行过程中切换所述控制阀桥中两组控制阀的状态，其中所述第一注液控制阀和所述第二回液控制阀为一组，而所述第二注液控制阀和所述第一回液控制阀为另一组；以及
在所述泵空载运行一预定时间后，将所述泵切换到负载运行状态，并同时打开下一个待输出气体的钢瓶的第一阀和第二阀，以对所述下一个待输出气体的钢瓶进行注液排气操作。
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