CN103867896A - 定压式高压气体减压系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种定压式高压气体减压系统，高压储气罐出口分别与第四压力感应器和气体开关阀的进气口连接，气体开关阀的出气口再通过导气管与第一级减压系统的入气口连接，第一级减压系统的出气口通过导气管与第二级减压系统的入气口连接，第二级减压系统的出气口通过导气管与第三级减压系统的入气口连接，第三级减压系统的出气口连接一根导气管，作为减压气体的出气口；控制器分别与第四压力感应器、第一级减压系统、第二级减压系统和第三级减压系统连接。利用本发明对高压气体进行减压可以在保证减压后气体压力稳定的同时有效减小气体在减压过程中的能量损失，提高气体的能量利用率，在减压过程中可以通过与外界环境的热交换来增加气体内能。
Description
技术领域
本发明涉及一种低损耗的高压气体减压系统领域，特别是一种定压式高压气体减压系统，为气动汽车储存的高压气体进行减压。
背景技术
传统汽车所使用的化石能源在不远的将来会面临枯竭，新能源动力汽车越来越多的进入人们的视野。作为新能源动力汽车之一的气动汽车以高压气体作为动力源，其储存的高压气体压力高达几十兆帕，在使用的过程中先要对储存的高压气体进行减压。
高压气体通常的减压方式为节流减压，使高压气体通过小孔或狭缝，以增大气体的摩擦的方式来减小气体压力，节流减压易于实现，但会给气体带来不可逆的能量损失。中国专利CN101201127A提出了一种二级气体减压装置，通过反馈来调节来保证出口气压的稳定性，但其仍然采用节流的方式来减小气体压力，造成气体能量损耗，降低了系统能量的利用率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种定压式高压气体减压系统，能够实现高压气体大跨度减压，并使减压后的压力在相对较小范围内波动，同时大大减小高压气体减压过程中的能量损失。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种定压式高压气体减压系统，包括高压储气罐、第四压力感应器、气体开关阀、第一级减压系统、第二级减压系统、第三级减压系统和控制器；高压储气罐出口分别与第四压力感应器和气体开关阀的进气口连接，气体开关阀的出气口再通过导气管与第一级减压系统的入气口连接，第一级减压系统的出气口通过导气管与第二级减压系统的入气口连接，第二级减压系统的出气口通过导气管与第三级减压系统的入气口连接，第三级减压系统的出气口连接一根导气管，作为减压气体的出气口；控制器分别与第四压力感应器、第一级减压系统、第二级减压系统和第三级减压系统连接。
第一级减压系统包括第一电磁开关阀、第一储能器、第一压力感应器，第一储能器包括气罐和气囊，气囊位于气罐中，第一电磁开关阀的进气口连接一根导气管，作为第一级减压系统的进气口与气体开关阀出气口相连，第一电磁开关阀的出气口与第一储能器的入气口连接，第一储能器的出气口连接一根导气管，作为第一级减压系统的出气口，第一储能器的气囊充气口连接第一压力感应器，第一电磁开关阀和第一压力感应器通过导线分别与控制器连接。
第二级减压系统包括第二电磁开关阀、第二储能器、第二压力感应器，第二储能器包括气罐和气囊，气囊位于气罐中，第二电磁开关阀的进气口连接一根导气管，作为第二级减压系统的进气口与第一级减压系统的第一储能器的出气口连接，第二电磁开关阀的出气口与第二储能器的入气口连接，第二储能器的出气口连接一根导气管，作为第二级减压系统的出气口，第二储能器的气囊充气口连接第二压力感应器，第二电磁开关阀和第二压力感应器通过导线分别与控制器连接。
第三级减压系统包括第三电磁开关阀、第三储能器、第三压力感应器，第三储能器包括气罐和气囊，气囊位于气罐中，第三电磁开关阀的进气口连接一根导气管，作为第三级减压系统的进气口与第二级减压系统的第二储能器的出气口连接，第三电磁开关阀的出气口与第三储能器的入气口连接，第三储能器的出气口连接一根导气管，作为第三级减压系统的出气口，第三储能器的气囊充气口连接第三压力感应器，第三电磁开关阀和第三压力感应器通过导线分别与控制器连接。
本发明与现有技术相比，其显著优点：（1）高压气体通过膨胀降低压力，相比节流减压大大减小了气体的能量损耗；（2）本发明采用的多级减压系统能保证在高压储气罐内气体压力不断降低时，经减压系统减压后的气体压力稳定在一定范围内；（3）在减压过程中，不存在机械摩擦损耗，进一步减小了气体的能量损失；（4）在减压过程中，可采用热交换方式吸收外界能量，增加气体内能。
附图说明
图1是本发明所提出的一种定压式高压气体减压系统示意图。
图2是本发明的单级减压系统示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
结合图1，一种定压式高压气体减压系统，包括高压储气罐1、第四压力感应器2、气体开关阀3、第一级减压系统、第二级减压系统、第三级减压系统和控制器4；高压储气罐1出口分别与第四压力感应器2和气体开关阀3的进气口连接，气体开关阀3的出气口再通过导气管与第一级减压系统的入气口连接，第一级减压系统的出气口通过导气管与第二级减压系统的入气口连接，第二级减压系统的出气口通过导气管与第三级减压系统的入气口连接，第三级减压系统的出气口连接一根导气管，作为减压气体的出气口；控制器4分别与第四压力感应器2、第一级减压系统、第二级减压系统和第三级减压系统连接。
结合图2，第一级减压系统包括第一电磁开关阀5、第一储能器8、第一压力感应器11，第一储能器8包括气罐和气囊，气囊位于气罐中，第一电磁开关阀5的进气口连接一根导气管，作为第一级减压系统的进气口与气体开关阀3出气口相连，第一电磁开关阀5的出气口与第一储能器8的入气口连接，第一储能器8的出气口连接一根导气管，作为第一级减压系统的出气口，第一储能器8的气囊充气口连接第一压力感应器11，第一电磁开关阀5和第一压力感应器11通过导线分别与控制器4连接。
第二级减压系统包括第二电磁开关阀6、第二储能器9、第二压力感应器12，第二储能器9包括气罐和气囊，气囊位于气罐中，第二电磁开关阀6的进气口连接一根导气管，作为第二级减压系统的进气口与第一级减压系统的第一储能器8的出气口连接，第二电磁开关阀6的出气口与第二储能器9的入气口连接，第二储能器9的出气口连接一根导气管，作为第二级减压系统的出气口，第二储能器9的气囊充气口连接第二压力感应器12，第二电磁开关阀6和第二压力感应器12通过导线分别与控制器4连接。
第三级减压系统包括第三电磁开关阀7、第三储能器10、第三压力感应器13，第三储能器10包括气罐和气囊，气囊位于气罐中，第三电磁开关阀7的进气口连接一根导气管，作为第三级减压系统的进气口与第二级减压系统的第二储能器9的出气口连接，第三电磁开关阀7的出气口与第三储能器10的入气口连接，第三储能器10的出气口连接一根导气管，作为第三级减压系统的出气口，第三储能器10的气囊充气口连接第三压力感应器13，第三电磁开关阀7和第三压力感应器13通过导线分别与控制器4连接。
本发明的工作过程如下：
在工作过程中，高压储气罐1内的气体依次通过第一级减压系统、第二级减压系统、第三级减压系统。
高压储气罐1内的气体通过气体开关阀3后从第一级减压系统的进气口进入第一储能器5，当进入第一级减压系统的气体压力小于第一储能器5气囊内的气体压力P1时，进入第一储能器5的气体不推动第一储能器5的气囊收缩，直接从第一级减压系统的出气口排出；当进入第一级减压系统的气体压力大于第一储能器5气囊内的气体压力P1时，气体推动气囊收缩，气囊内的气体压力上升，当压力上升到设定值时，第一压力感应器11发送信号到控制器4，控制器4将第一电磁开关阀5关闭，高压储气罐1内的气体停止进入第一储能器5，随着第一级减压系统内气体的排出，第一储能器5内的气体压力降低，当气体压力降低到设定值时，第一压力感应器11发送信号到控制器4，控制器4将第一电磁开关阀5打开，高压储气罐1内的气体排出并进入第一储能器5，如此循环。
气体从第一级减压系统的出气口排出后从第二级减压系统的进气口进入第二储能器6，当进入第二级减压系统的气体压力小于第二储能器6气囊内的气体压力P2时，进入第二储能器6的气体不推动第二储能器6的气囊收缩，直接从第二级减压系统的出气口排出；当进入第二级减压系统的气体压力大于第二储能器6气囊内的气体压力P2时，气体推动气囊收缩，气囊内的气体压力上升，当压力上升到设定值时，第二压力感应器12发送信号到控制器4，控制器4将第二电磁开关阀6关闭，从第一级减压系统的出气口排出的气体停止进入第二储能器6，随着第二级减压系统内气体的排出，第二储能器6内的气体压力降低，当气体压力降低到设定值时，第二压力感应器12发送信号到控制器4，控制器4将第二电磁开关阀6打开，气体从第一级减压系统的出气口排出并进入第二储能器6，如此循环。
气体从第二级减压系统的出气口排出后从第三级减压系统的进气口进入第三储能器7，当进入第二级减压系统的气体压力小于第三储能器7气囊内的气体压力P3时，进入第三储能器7的气体不推动第三储能器7的气囊收缩，直接从第三级减压系统的出气口排出；当进入第三级减压系统的气体压力大于第三储能器7气囊内的气体压力P3时，气体推动气囊收缩，气囊内的气体压力上升，当压力上升到设定值时，第三压力感应器13发送信号到控制器4，控制器4将第三电磁开关阀7关闭，从第二级减压系统的出气口排出的气体停止进入第三储能器7，随着第三级减压系统内气体的排出，储能器内的气体压力降低，当气体压力降低到设定值时，第三压力感应器13发送信号到控制器4，控制器4将第三电磁开关阀7打开，气体从第二级减压系统的出气口排出并进入第三储能器7，如此循环。
实施例：
高压储气罐1中为高压气体，设定初始时，高压储气罐1内气体压力为30Mpa，第一储能器5、第二储能器6、第三储能器7中气囊内的气体压力分别为P1=10MPa、P2=4MPa、P3=1MPa，经第一级减压系统减压后的气体压力为10-11MPa、经第二级减压系统减压后的气体压力为4-4.5MPa、经第一级减压系统减压后的气体压力为1-1.2MPa，当高压储气罐1内气体压力高于10MPa时，从高压储气罐1中进入第一级减压系统的气体在第一储能器5中膨胀并推动第一储能器5的气囊收缩，将压力减小至10-11MPa，经第一级减压系统减压过后的气体再进入第二级减压系统的第二储能器6中膨胀并推动第二储能器6的气囊收缩，将压力减小至4-4.5MPa，经第二级减压系统减压过后的气体再进入第三级减压系统的第三储能器7中膨胀并推动第三储能器7的气囊收缩，将压力减小至1-1.2MPa；当高压储气罐1内的气体压力降至10MPa以下时，气体进入第一级减压系统后不再膨胀，直接导入第二级减压系统，由第二级减压系统将压力减小至4-4.5MPa，再导入第三级系统将压力减小至1-1.2MPa；当高压储气罐1内的气体压力降至4Pa以下时，进入第一级减压系统与第二级减压系统后不再膨胀，而是直接导入下一级，最终由第三级减压系统将压力减小至1-1.2MPa。利用本发明所设计的减压装置，在高压储气罐1内气体压力不断改变的情况下，出口气体压力都保持在稳定范围内。
Claims (4)
1.一种定压式高压气体减压系统，其特征在于：包括高压储气罐（1）、第四压力感应器（2）、气体开关阀（3）、第一级减压系统、第二级减压系统、第三级减压系统和控制器（4）；高压储气罐（1）出口分别与第四压力感应器（2）和气体开关阀（3）的进气口连接，气体开关阀（3）的出气口再通过导气管与第一级减压系统的入气口连接，第一级减压系统的出气口通过导气管与第二级减压系统的入气口连接，第二级减压系统的出气口通过导气管与第三级减压系统的入气口连接，第三级减压系统的出气口连接一根导气管，作为减压气体的出气口；控制器（4）分别与第四压力感应器（2）、第一级减压系统、第二级减压系统和第三级减压系统连接。
2.根据权利要求1所述的定压式高压气体减压系统，其特征在于：第一级减压系统包括第一电磁开关阀（5）、第一储能器（8）、第一压力感应器（11），第一储能器（8）包括气罐和气囊，气囊位于气罐中，第一电磁开关阀（5）的进气口连接一根导气管，作为第一级减压系统的进气口与气体开关阀（3）出气口相连，第一电磁开关阀（5）的出气口与第一储能器（8）的入气口连接，第一储能器（8）的出气口连接一根导气管，作为第一级减压系统的出气口，第一储能器（8）的气囊充气口连接第一压力感应器（11），第一电磁开关阀（5）和第一压力感应器（11）通过导线分别与控制器（4）连接。
3.根据权利要求1所述的定压式高压气体减压系统，其特征在于：第二级减压系统包括第二电磁开关阀（6）、第二储能器（9）、第二压力感应器（12），第二储能器（9）包括气罐和气囊，气囊位于气罐中，第二电磁开关阀（6）的进气口连接一根导气管，作为第二级减压系统的进气口与第一级减压系统的第一储能器（8）的出气口连接，第二电磁开关阀（6）的出气口与第二储能器（9）的入气口连接，第二储能器（9）的出气口连接一根导气管，作为第二级减压系统的出气口，第二储能器（9）的气囊充气口连接第二压力感应器（12），第二电磁开关阀（6）和第二压力感应器（12）通过导线分别与控制器（4）连接。
4.根据权利要求1所述的定压式高压气体减压系统，其特征在于：第三级减压系统包括第三电磁开关阀（7）、第三储能器（10）、第三压力感应器（13），第三储能器（10）包括气罐和气囊，气囊位于气罐中，第三电磁开关阀（7）的进气口连接一根导气管，作为第三级减压系统的进气口与第二级减压系统的第二储能器（9）的出气口连接，第三电磁开关阀（7）的出气口与第三储能器（10）的入气口连接，第三储能器（10）的出气口连接一根导气管，作为第三级减压系统的出气口，第三储能器（10）的气囊充气口连接第三压力感应器（13），第三电磁开关阀（7）和第三压力感应器（13）通过导线分别与控制器（4）连接。
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