CN104088726A - 一种新型车载天然气供气系统及其稳定供气方法 - Google Patents

一种新型车载天然气供气系统及其稳定供气方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种新型车载天然气供气系统及其稳定供气方法,供气系统包括LNG储气罐、汽化器、连接在LNG储气罐和汽化器之间的出液管、用于从LNG储气罐中抽取液化天然气的LNG泵和驱动LNG泵工作的气压驱动装置;所述LNG泵设置在出液管上;所述气压驱动装置设置在汽化器下游的管路上,由流经该管路的天然气的气体压力驱动,并通过驱动管路与LNG泵相连。该系统的气压驱动装置由汽化器中的已气化天然气压力驱动使其工作并带动LNG泵从LNG储罐中抽取液化天然气经出液管到汽化器,形成一个非能动循环系统。该系统能够稳定的向发动机供给气体燃料,并且取消自增压系统,减少了天然气的排空损失,避免资源浪费。

Description

一种新型车载天然气供气系统及其稳定供气方法
技术领域
[0001] 本发明涉及车载天然气供气技术领域,具体地,涉及一种新型车载天然气供气系 统及其稳定供气方法。
背景技术
[0002] 目前,车载LNG (Liquefied Natural Gas,液化天然气)供气系统由以下部分组成: LNG储气罐、燃料切断阀、汽化器、减压调压阀、缓冲罐等。这种供气系统由于要使钢瓶内的 充液压力与发动机工作要求相匹配,所以就必须控制加气站加气的饱和压力达到一定的要 求值。这种方式就需要加气站对储存的LNG进行调温,使得LNG饱和蒸汽压升高。这样就 会不利于LNG的储存,并且加大了气站排空损失,所以现在国内采用一种带自增压的气瓶。 LNG充装到车用储气罐后进行自增压至发动机要求的压力,并自动稳压,当LNG温度高于一 定值时可关闭自增压系统。
[0003] 现在已广泛应用的车载LNG供气系统的供气方式是:发动机点火开关打开,电磁 阀的阀门打开,液化天然气由气瓶经单向阀,出液管进入汽化器,在汽化器中,由发动机冷 却水将LNG气化后经过调压阀降压后进入发动机。由于这种供气方式,气压不稳定,当瓶内 液体为非饱和状态时,供气会受影响,这时候液化天然气经过气瓶的自增压系统变成蒸汽 后回到气瓶顶部(气相空间),现有技术中带有自增压系统的供气系统结构如图1所示,自增 压系统包括增压截止阀、升压调节阀、自增压盘管及相应的管路。由于液化天然气的液气比 比较大,因此使得压力升高。由于液化天然气液气比大(1/625),所以在整个增压过程中可 能会导致气瓶的压力过高。如果这时在供气过程中,则气瓶中的经济阀会开启,气瓶顶部气 相空间的饱和蒸汽通过经济阀进入供气管路。随着气体的不断使用,瓶内压力会逐渐降低 至经济阀的设定压力,使瓶气压稳定。但是如果这时候不供气,刚好发动机停止用气,则经 济阀不能起到降低瓶内压力的作用,这时候瓶内压力可能会超过安全阀设定值,将一部分 气体排空,造成资源浪费。
发明内容
[0004] 本发明所要解决的技术问题是提供一种新型车载天然气供气系统,该新型 车载天然气供气系统能够使车载天然气供气系统稳定地向发动机提供燃气,并且最大 限度地避免天然气排空,避免造成资源浪费。本发明还提供了该供气系统的稳定供气方法。
[0005] 本发明解决上述问题所采用的技术方案是: 一种新型车载天然气供气系统,包括LNG储气罐、汽化器、连接在LNG储气罐和汽化器 之间的出液管,还包括用于从LNG储气罐中抽取液化天然气的LNG泵和驱动LNG泵工作的 气压驱动装置;所述LNG泵设置在出液管上;所述气压驱动装置设置在汽化器下游的管路 上,由流经该管路的天然气的气体压力驱动,并通过驱动管路与LNG泵相连。本方案中,取 消了 LNG储气罐的自增压系统,增设了 LNG泵和气压驱动装置,气压驱动装置由汽化器气化 后的天然气提供动力源驱动其工作,其工作时带动LNG泵将LNG储气罐中的液化天然气抽 出输入到汽化器中进行液体的气化,形成一个循环的稳定供气系统,并避免了由自增压系 统引起的LNG储气罐压力过大而导致天然气排空,其供气效率高、能够减少资源浪费。
[0006] 作为本发明的进一步改进,为了有效平衡系统各部分气体压力,上述一种新型车 载天然气供气系统还包括并联设置在LNG泵两端的溢流回路,所述溢流回路上设置有溢流 阀。
[0007] 进一步,还包括设置在出液管上的燃料切断阀,所述LNG泵和溢流阀位于燃料切 断阀和汽化器之间。
[0008] 进一步,还包括依次连接在汽化器下游的减压调压阀和缓冲罐,所述气压驱动装 置设置在汽化器和减压调压阀之间的管路上。
[0009] 进一步,所述缓冲罐下游的管路上还设置有压力表。
[0010] 进一步,所述气压驱动装置为气动马达。
[0011] 进一步,所述气动马达采用叶片式气动马达或活塞式气动马达或薄膜式气动马 达。
[0012] 一种新型车载天然气供气系统的稳定供气方法,包括以下步骤: 51 :汽化器内预置初始天然气,发动机启动后,初始天然气向发动机供气,并驱动气压 驱动装置工作,气压驱动装置带动LNG泵从LNG储液罐中抽取液化天然气输入到汽化器; 52 :高温冷却液流经汽化器将初始液化天然气气化为天然气气体,天然气气体流经 气压驱动装置后供给发动机,且天然气气体流经气压驱动装置时供给动力源驱动气压驱动 装置工作,气压驱动装置带动LNG泵工作,LNG泵从LNG储液罐中抽取液化天然气输入到汽 化器中,该液化天然气被汽化器气化后继续给气压驱动装置供给动力源,进行持续供气; 53 :检测汽化器压力,当汽化器压力过大时,打开溢流阀,使汽化器中的气体从溢流阀 经出液管回流到LNG储液罐中;汽化器压力恢复正常后,关闭溢流阀; 54 :发动机关闭后,气压驱动装置和LNG泵停止工作,系统停止供气。
[0013] 进一步,步骤S2中,当发动机对燃气需求量增大,汽化器气化的液化天然气量增 力口,流经气压驱动装置的天然气气体增加,天然气气体对气压驱动装置的做功增加,气压驱 动装置功率增大,驱动LNG泵抽出更多液化天然气;当发动机对燃气需求量减少时,汽化器 气化的液化天然气量减少,流经气压驱动装置的天然气气体对气压驱动装置的做功减少, 气压驱动装置驱动功率减小,其驱动的LNG泵抽取的液化天然气量减少。
[0014] 综上,本发明的有益效果是: (1)本发明的系统供气稳定:工作时,汽化器气化的天然气流经气压驱动装置,其气体 压力驱动气压驱动装置工作,气压驱动装置带动LNG泵运转将LNG储气罐里的液体不断抽 出供给汽化器气化。当发动机对燃气需求量增大,汽化器气化的燃气量增加,这样流经气压 驱动装置的燃气量也增加,使气压驱动装置功率增大,驱动LNG泵抽出更多液化天然气。当 发动机对燃气需求量减少时,流经气压驱动装置的天然气对其做功减少,这样气压驱动装 置驱动的LNG泵也会减少液化天然气的抽出量,并且当汽化器中的压力过高达到一定设定 值时,溢流阀开启,一部分气体会流回LNG储气罐的液相空间,形成一种自平衡供气方式。 这种自平衡的方式保证了发动机对燃气在不同情况下的需求,供气稳定、平衡且效率高。
[0015] (2)本发明能有效节约能源:由于本发明的系统使得原来系统中LNG储气灌取消 了自增压系统,避免了在发动机停止工作时由自增压系统导致的LNG储气罐压力变大而排 空,减少了能源浪费,本发明的溢流阀将汽化器中的气体回流到LNG储气罐也不会造成天 然气排空,节省资源。
[0016] (3)本发明减小了减压调压阀的压力,安全性高:因为在汽化器与减压调压阀之间 的气压驱动装置承担了一部分气体压力,所以使得减压调压阀两端之间的压力差减小,降 低了其工作压力。
附图说明
[0017] 图1为现有的液化天然气供气系统的示意图。
[0018] 图2为本发明的结构示意图。
[0019] 附图中标记及相应的零部件名称:1-LNG储气罐;2-燃料切断阀;3-出液管;4-溢 流阀;5-LNG泵;6-汽化器;7-气压驱动装置;8-减压调压阀;9-缓冲罐;10-压力表; 12-自增压盘管;13-升压调节阀;14-增压截止阀。
具体实施方式
[0020] 图1是现有的液化天然气的供气系统的示意图,其包括依次连接的LNG储气罐1、 出液管3、汽化器6、减压调压阀8、缓冲罐9,出液管3上设置有燃料切断阀2,缓冲罐9连接 发动机,其与发动机连接的管道上设置有压力表10。其LNG储气罐1上还设置有将液化天 然气变为蒸汽后回到LNG储气罐1顶部的自增压系统,自增压系统由依次串联在一起的增 压盘管12、升压调节阀13和增压截止阀14构成,增压盘管12和增压截止阀14均与LNG储 气罐1连接。该系统虽然设置了自增压系统,但是由于液化天然气的液气比比较大,在整个 增压过程中可能会导致气瓶的压力过高,如果此时刚好发动机停止用气,LNG储气罐1内液 化天然气不能通过供气管路供气从而无法降低LNG储气罐1内压力的作用,这时候LNG储 气罐1内压力可能会超过安全阀设定值,将一部分气体排空,造成资源浪费。
[0021] 因此,本发明的目的就是提供一个能够稳定地向发动机提供燃气,并且最大限度 的避免天然气排空、避免造成资源浪费的车载天然气供气系统。采用的主要手段是取消上 述自增压系统,在LNG储气罐1和汽化器6之间的管道上设置一个LNG泵5,并利用气压驱 动装置7带动LNG泵5将LNG储气罐1中的液化天然气抽出输入到汽化器6中进行液体的 气化,而该气液驱动装置7由汽化器6气化后的天然气的气压驱动。LNG泵5、汽化器6、气 压驱动装置7之间形成一个循环的稳定供气系统,并且该供气系统大大减少了天然气排空 情况,避免资源浪费。
[0022] 下面结合实施例及附图,对本发明作进一步地的详细说明,但本发明的实施方式 不限于此。
[0023] 实施例1 : 如图2所示,一种新型车载天然气供气系统,包括LNG储气罐1、汽化器6、连接在LNG 储气罐1和汽化器6之间的出液管3、用于从LNG储气罐1中抽取液化天然气的LNG泵5和 驱动LNG泵5工作的气压驱动装置7 ;所述LNG泵5设置在出液管3上;所述气压驱动装置 7设置在汽化器6下游的管路上,由流经该管路的天然气的气体压力驱动,并通过驱动管路 与LNG泵5相连。本实施例中,前述气压驱动装置7采用气动马达,例如但不限于采用叶片 式气动马达或活塞式气动马达或薄膜式气动马达。
[0024] 本实施例中的工作原理是: 本实施例取消了现有车载天然气供气系统的自增压系统,在LNG储气罐1和汽化器6 之间的管道上设置一个LNG泵5,在汽化器6下游的管道上设置气压驱动装置7。在发动机 工作时,发动机高温冷却液流经汽化器6使得流入其中的液化天然气受热升温气化,被气 化的天然气的气体压力使气压驱动装置7工作,气压驱动装置7工作产生的动力带动与其 相连的LNG泵5工作,LNG泵5又将LNG储气罐1里的液化天然气抽出来,供给汽化器6,汽 化器6又对液化天然气进行气化,气化后的天然气经过气压驱动装置7,驱动气压驱动装置 7工作并通过气压驱动装置7的后续管道和机构供给发动机使用,构成一个连续的循环过 程,整个过程中能量是发动机高温冷却液提供的热能;液化天然气比较大的液气比也保证 了气压驱动装置7的正常工作。LNG泵5、汽化器6、气压驱动装置7构成一个非能动循环系 统,能够稳定地向发动起进行供气。
[0025] 采用本实施例中的天然气供气系统后,LNG储气罐1里的液化天然气不需要加气 站特别调温跟加压,并且由于使用LNG泵5,即使LNG储气罐1内压力不能满足发动机对其 的要求,也不会影响液化天然气的输出供给;LNG泵5、汽化器6和气压驱动装置7构成了 一个稳定、自平衡的供气系统,当发动机对燃气需求量增大,汽化器6气化的燃气量增加, 这样同时也使气压驱动装置7功率增大,驱动LNG泵5抽出更多液化天然气。当发动机对 燃气需求量减少时,流经气压驱动装置7的天然气对其做功减少,这样气压驱动装置7驱动 的LNG泵5也会减少液化天然气的抽出量,这种自平衡的方式保证了发动机对燃气在不同 情况下的需求,能够稳定、平衡地向发动机供气。此外,供气系统取消了 LNG储气罐1的自 增压系统,避免了在发动机停止工作时由自增压系统导致的LNG储气罐1压力变大而排空, 减少了能源浪费。
[0026] 实施例2 : 在实施例1的基础上,本实施例中的一种新型车载天然气供气系统,还包括并联设置 在LNG泵5两端的溢流回路,所述溢流回路上设置有溢流阀4。
[0027] 本实施例中,在汽化器6与LNG储气罐1之间设置一个溢流回路以进一步调节压 力平衡。当汽化器6中的压力高于设定值时,LNG泵5停止工作,溢流阀4会打开,部分在 汽化器6中已气化的天然气通过溢流阀4经出液管3重新回到储气罐1中的液相空间,当 汽化器6中压力减小平衡后,溢流阀4关闭,LNG泵5继续工作,使得系统自平衡效果更佳。
[0028] 实施例3 : 在实施例2的基础上,本实施例中,汽化器6下游还依次连接有减压调压阀8和缓冲罐 9,出液管3上还设置有燃料切断阀2,缓冲罐9下游连接到发动机上的管路上还设置有压力 表10。汽化器6汽化后的天然气经过气压驱动装置7后进入减压调压阀8进行减压,最后 通过缓冲罐9供给发动机使用。气压驱动装置7上还可以进一步设置有气体流量测量装置 (例如流量计),用以实时监测供气情况以及实时检测气体使用量。
[0029] 所述LNG泵5和溢流阀4位于燃料切断阀2和汽化器6之间。所述气压驱动装置 7设置在汽化器6和减压调压阀8之间的管路上。
[0030] 本实施例中,由于气压驱动装置7分担了一部分压力,还减轻了位于其后面的减 压调压阀8的工作压力。
[0031] 本实施例中,该新型车载天然气供气系统的稳定供气方法如下: 51 :汽化器6内预置初始天然气,发动机启动后,初始天然气向发动机供气,并驱动气 压驱动装置7工作,气压驱动装置7带动LNG泵5从LNG储液罐1中抽取液化天然气输入 到汽化器6 ; 52 :高温冷却液流经汽化器6将液化天然气气化为天然气气体,天然气气体流经气压 驱动装置7后供给发动机,且天然气气体流经气压驱动装置7时供给动力源驱动气压驱动 装置7工作,气压驱动装置7带动LNG泵5工作,LNG泵5从LNG储液罐1中抽取液化天然 气输入到汽化器6中该液化天然气被汽化器6气化后继续给气压驱动装置7供给动力源, 进行持续供气; 53 :监测汽化器6压力,当汽化器6压力过大时,打开溢流阀4,使汽化器6中的气体从 溢流阀4经出液管3回流到LNG储液罐1中;汽化器6压力恢复正常后,关闭溢流阀4 ; 54 :发动机关闭后,气压驱动装置7和LNG泵5停止工作,系统停止供气。
[0032] 其中,步骤S1中,汽化器6内预置初始天然气,发动机启动后,初始天然气向发动 机供气,包括两种情况: 1、 汽车首次使用时,汽化器6内预置的初始天然气为液化天然气,其在发动机首次启 动后,由LNG储液罐1向汽化器6提供,在发动机启动后在汽化器6内被高温冷却液气化后 给发动机供气,并给气压驱动装置7提供动力源,使得气压驱动装置7带动LNG泵5从LNG 储液罐1中抽取天然气输入到汽化器6 ; 2、 汽车非首次使用、发动机非首次启动时,汽化器6内预置的初始天然气为天然气气 体,其为预留在汽化器6内的上次使用的天然气气体余气,该天然气气体余气向发动机供 气,同时使得气压驱动装置7带动LNG泵5从LNG储液罐1中抽取天然气输入到汽化器6。
[0033] 步骤S2中,气压驱动装置7、汽化器6、LNG泵5具有自平衡功能:当发动机对燃气 需求量增大,汽化器6气化的液化天然气量增加,流经气压驱动装置7的天然气气体增加, 天然气气体对气压驱动装置7的做功增加,气压驱动装置7功率增大,驱动LNG泵5抽出更 多液化天然气;当发动机对燃气需求量减少时,汽化器6气化的液化天然气量减少,流经气 压驱动装置7的天然气气体对气压驱动装置7的做功减少,气压驱动装置驱动7功率减小, 其驱动的LNG泵5抽取的液化天然气量减少。
[〇〇34] 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, 凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出,对于本技术领域的 普通技术人员来说,在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰,应视为本发明的保护 范围。

Claims (9)

1. 一种新型车载天然气供气系统,包括LNG储气罐(1 )、汽化器(6)、连接在LNG储气罐 (1)和汽化器(6)之间的出液管(3),其特征在于,还包括用于从LNG储气罐(1)中抽取液化 天然气的LNG泵(5 )和驱动LNG泵(5 )工作的气压驱动装置(7 );所述LNG泵(5 )设置在出 液管(3)上;所述气压驱动装置(7)设置在汽化器(6)下游的管路上,由流经该管路的天然 气的气体压力驱动,并通过驱动管路与LNG泵(5)相连。
2. 根据权利要求1所述的一种新型车载天然气供气系统,其特征在于,还包括并联设 置在LNG泵(5)两端的溢流回路,所述溢流回路上设置有溢流阀(4)。
3. 根据权利要求2所述的一种新型车载天然气供气系统,其特征在于,还包括设置在 出液管(3 )上的燃料切断阀(2 ),所述LNG泵(5 )和溢流阀(4 )位于燃料切断阀(2 )和汽化 器(6)之间。
4. 根据权利要求1或2或3所述的一种新型车载天然气供气系统,其特征在于,还包括 依次连接在汽化器(6)下游的减压调压阀(8)和缓冲罐(9),所述气压驱动装置(7)设置在 汽化器(6 )和减压调压阀(8 )之间的管路上。
5. 根据权利要求4所述的一种新型车载天然气供气系统,其特征在于,所述缓冲罐(9) 下游的管路上还设置有压力表(10)。
6. 根据权利要求1或2或3所述的一种新型车载天然气供气系统,其特征在于,所述气 压驱动装置(7)为气动马达。
7. 根据权利要求6所述的一种新型车载天然气供气系统,其特征在于,所述气动马达 采用叶片式气动马达或活塞式气动马达或薄膜式气动马达。
8. -种新型车载天然气供气系统的稳定供气方法,其特征在于,包括以下步骤: 51 :汽化器(6)内预置初始天然气,发动机启动后,初始天然气向发动机供气,并驱动 气压驱动装置(7 )工作,气压驱动装置(7 )带动LNG泵(5 )从LNG储液罐(1)中抽取液化天 然气输入到汽化器(6); 52 :高温冷却液流经汽化器(6)将液化天然气气化为天然气气体,天然气气体流经气 压驱动装置(7)后供给发动机,且天然气气体流经气压驱动装置(7)时供给动力源驱动气 压驱动装置(7 )工作,气压驱动装置(7 )带动LNG泵(5 )工作,LNG泵(5 )从LNG储液罐(1) 中抽取液化天然气输入到汽化器(6)中该液化天然气被汽化器(6)气化后继续给气压驱动 装置(7)供给动力源,进行持续供气; 53 :检测汽化器(6)压力,当汽化器(6)压力过大时,打开溢流阀(4),使汽化器(6)中 的气体从溢流阀(4)经出液管(3)回流到LNG储液罐(1)中;汽化器(6)压力恢复正常后, 关闭溢流阀(4); 54 :发动机关闭后,气压驱动装置(7)和LNG泵(5)停止工作,系统停止供气。
9. 根据权利要求8中所述的一种新型天然气供气系统的稳定供气方法,其特征在于, 步骤S2中,当发动机对燃气需求量增大,汽化器(6)气化的液化天然气量增加,流经气压驱 动装置(7)的天然气气体增加,天然气气体对气压驱动装置(7)的做功增加,气压驱动装置 (7)功率增大,驱动LNG泵(5)抽出更多液化天然气;当发动机对燃气需求量减少时,汽化 器(6)气化的液化天然气量减少,流经气压驱动装置(7)的天然气气体对气压驱动装置(7) 的做功减少,气压驱动装置驱动(7)功率减小,其驱动的LNG泵(5)抽取的液化天然气量减 少。
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