CN104728594A - 车用液化天然气气瓶 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种车用液化天然气气瓶。本发明提供了一种集成低温泵的液化天然气的气瓶，通过对低温泵支撑套筒进行重新设计和合理布置，不但能够稳固安装低温泵又能有效降低漏热。该种车用液化天然气气瓶，包括外壳、内胆和低温泵，外壳与内胆之间形成绝热空间，内胆分别通过前端支撑装置、低温泵套筒装置和后端支撑装置连接在外壳上，该低温泵套筒装置包括内侧套筒和外侧套筒，该内侧套筒为一体式结构，其上部设有法兰盘，下部设有底座，在内侧套筒的外壁上，且在法兰盘与底座之间设有隔热层；该外侧套筒的底部与内侧套筒上的底座焊接，所述低温泵固定在该法兰盘上。

Description

车用液化天然气气瓶

技术领域

本发明涉及一种气瓶结构的改进，特别涉及一种车用液化天然气气瓶。

背景技术

天然气具有非常好的经济性、环保性和安全性。在世界能源日趋紧张、大气污染极为严重的今天，在交通运输领域，尤其是重型卡车上大力推广天然气清洁能源，降低石油消耗，减少排放污染，将是未来发展的趋势，“新能源产业发展”将是“十二五”期间中国发展重点之一。天然气重卡HC降低了71%、CO含量降低近90%、NOX含量降低了35.6%、固体颗粒物含量几乎降低100%。

随着国家能源结构的调整和对环境保护要求的提高，天然气的应用将越来越广泛，天然气汽车将越来越受到广大消费者的青睐。2012年液化天然气汽车的井喷式发展让各个企业看到了发展商机，但是性能几乎一致的产品投放到市场上总是会出现各种意想不到问题。

目前，通用的车用液化天然气气瓶多采用内、外双层结构，内胆与外壳之间填充绝热材料，夹层空间抽真空；其内胆通过前端的硬支撑和后端的软支撑结构固定于外壳内。这种结构要求支撑结构具有足够的强度，能够承受气瓶使用过程中产生的作用力。液化天然气充装是加液枪连接充装口，通过低温进液单向阀进入瓶体内部，使用液化天然气时通过低温短杆阀，经过流阀进入汽化装置，将液化天然气汽化为天然气进入缓冲罐，最终通过稳压阀进入发动机供作为汽车燃料使用。带自增压结构的车用液化天然气气瓶存在很多的不足：自增压系统供气不稳定，当发动机高速运转和发动机急加速时会产生供气不足现象，而当瓶内液面过低时，自增压设备存在失效风险；自增压系统受环境温度影响，表现在当加液站加液压力过低时，带自增压设备的LNG气瓶在充液后需要等待15～30分钟升压；自增压设备操作不便，需要司机亲自动手操作；自增压系统的控制无法实现自动化，对发动机需求的性能指标依赖于驾驶员的经验及操作；自增压设备存在安全隐患，气瓶增加自增压设备后成为整个供气系统最薄弱的环节，并影响气瓶的绝热等其他性能。目前所有厂家气瓶配套过流阀通径一样，在普通路段使用时没有异常，若是在爬坡时间较久时就会出现供气不足现象。现有气瓶均是通过瓶内压力使得液化天然气流出瓶体供发动机使用，但在高原地区，外界压力本身就小，就使得现有气瓶无法出液，从而不能正常使用。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明提供了一种集成低温泵的液化天然气的气瓶，通过对低温泵支撑套筒进行重新设计和合理布置，不但能够稳固安装低温泵又能有效降低漏热。

在此基础之上，为了进一步降低漏热，本发明还对液化天然气的气瓶中的前端支撑结构和后端支撑结构进行了改进。

此外，本发明的液化天然气的气瓶在合理位置设置有吸附装置，可保持瓶内绝热空间内的真空度并可有效去除有毒气体。

为了解决上述问题，该种车用液化天然气气瓶，包括外壳、内胆和低温泵，外壳与内胆之间形成绝热空间，内胆分别通过前端支撑装置、低温泵套筒装置和后端支撑装置连接在外壳上，

该低温泵套筒装置包括内侧套筒和外侧套筒，该内侧套筒为一体式结构，其上部设有法兰盘，下部设有底座，在内侧套筒的外壁上，且在法兰盘与底座之间设有隔热层；该外侧套筒的底部与内侧套筒上的底座焊接，所述低温泵固定在该法兰盘上。

优选地，所述低温泵套筒装置与气瓶轴线方向的夹角为10°～29°，所述外侧套筒通过第一支撑板支撑固定。

优选地，所述低温泵套筒装置与气瓶轴线方向的夹角为25°，所述第一支撑板与外侧套筒垂直并且固定在所述内胆的前封头上。

优选地，所述隔热层为玻璃纤维纸并且该隔热层与所述外侧套筒之间设有间隙层；所述内侧套筒的底座外围设有一圈凹槽；该内侧套筒的法兰盘顶面上设有一圈密封圈槽和多个螺纹孔，用于与所述低温泵连接。

优选地，所述凹槽底部对应的内侧套筒壁厚H为1.5～5mm；所述内侧套筒的中部筒身壁厚为1～3mm；所述外侧套筒的壁厚为3～5mm；所述隔热层的壁厚为10～14mm；所述螺纹孔的数量为3～6个，沿所述法兰盘的周向均匀布置。

优选地，所述前端支撑装置包括：阀座、第一支撑管、中间支撑管和第二支撑管，阀座与第一支撑管的一端部焊接，中间支撑管设置在第一支撑管与第二支撑管之间，使得第一支撑管与第二支撑管具有一定间距。

优选地，所述中间支撑管由环氧玻璃钢制成，且该中间支撑管的壁厚分别大于第一支撑管和第二支撑管的壁厚；所述中间支撑管的外壁上开设有抽真空通孔。

优选地，所述阀座上开设有进液孔、出液孔、放空孔、主安全阀-压力表孔和副安全阀孔，进液孔、出液孔、放空孔分别与阀座的轴线平行并且与支撑管内腔连通，该主安全阀-压力表孔与进液孔连通，副安全阀孔与放空孔连通，主安全阀-压力表孔和副安全阀孔分别与阀座的轴线垂直。

优选地，所述后端支撑装置包括：支撑轴、支撑管帽、纵向支撑板、支撑轴套和中间支撑轴套；支撑管帽与内胆中的内后封头和支撑轴焊接连接，支撑轴套与纵向支撑板焊接连接，纵向支撑板与外壳中的外后封头焊接连接，中间支撑轴套设置在支撑轴套与支撑轴之间，该中间支撑轴套套设在支撑轴上，且该中间支撑轴套的底部形成有凸台，该凸台与支撑轴套的内侧面相抵。

优选地，所述中间支撑轴套由环氧玻璃钢制成，该中间支撑轴套与所述支撑轴之间间隙配合，与所述支撑轴套之间过盈配合；一个支撑限位板套设在所述支撑轴上的后端，该后端支撑限位板卡住所述中间支撑轴套，并与所述支撑轴套焊接连接；所述支撑管帽的外壁上设有充液通孔。

优选地，所述内胆的前、后封头外壁上分别设有分子筛；所述外壳的后封头内壁上设有氧化钯。

优选地还包括：防过量充装装置，其由防过量充装封头和防过量充装筒体组成；该防过量充装筒体一端与防过量充装封头焊接连接，另一端与所述内胆的后封头焊接连接；所述防过量充装封头底部开有小孔；该防过量充装装置的容积为气瓶总容积的10%。

更优选地，所述前端支撑装置通过中间管和一个管冒连接，该管冒上设置有三个通孔，通孔内分别安装有瓶内进液管、瓶内放空管和瓶内备用出液管；该中间管通过第二支撑板支撑固定并且该中间管与所述低温泵套筒装置平行。

本发明的有益效果是：

1、低温泵通过液压控制系统泵出内胆内液化天然气从而供给发动机使用，有效解决了现有气瓶自增压系统带来的使用不便和安全隐患等问题，低温泵工作时不受瓶内压力和环境压力的影响，即使在高原地区或者瓶内压力很低的情况下都可泵出液化天然气供车使用。

2、前端支撑由前端支撑装置和低温泵套筒装置共同组成，从而实现支撑结构高强度，能够保证内胆稳固的支撑于外壳内，且便于在内胆表面缠绕绝热纸，有效降低热传递。由于低温泵套筒装置中的内侧套筒为一整体，可以保证内侧套筒的同心度与圆度，可与低温泵紧密连接，且后端与外侧套筒焊接处增加管子壁厚，能够有效降低焊接变形量，内、外侧双层套筒支撑结构，大大增长了导热路径，另外，内侧套筒与外侧套筒之间缠有绝热层，更加能够有效降低低温泵套筒装置的漏热。

3、该前端支撑装置中的阀座、管冒上设置有若干功能孔，孔内安装多个功能管路：进液管、出液管、放空管、液位计管或安全阀管，放空管在气瓶长时间不使用时将瓶内残存的天然气放空，起到稳压作用，出液管在低温泵出现故障时可做出液使用，安全阀起到管路稳压安全作用，液位计可以随时监测瓶内液体高度，这些管路的安装使得使用者可以随时监控车用液化天然气气瓶的使用情况，从而具有保证安全使用，延长气瓶使用寿命的效果。

4、该车用液化天然气气瓶内胆后端设置有防过量充装装置，该装置包括防过量充装封头和防过量充装筒体，防过量充装封头底部开有小孔，当充液时感应到液体充满时，防过量充装装置中仍然存在大部分气体，停止充液后瓶内液体会向防过量充装装置中流动直至平衡，从而使得内胆和防过量充装装置的上方都会有一定的气体存在，从而实现了防止气瓶充装完溢流，保护气瓶使用安全和增压无损存储时间的效果。

5、该后端支撑装置在支撑封头上开设有小孔，从而使支撑封头内部空间与瓶体空间相通，达到支撑封头与支撑杆的温度状况保持一致，避免了因封闭气体传热速度造成的支撑轴与支撑封头收缩程度不同引起对后端软支撑的损坏，从而实现延长软支撑结构和瓶体使用寿命的效果，另外，后端支撑轴套材质为环氧玻璃钢，其导热率低，可有效降低后端热传递。

6、在内胆前后封头均设有分子筛，其作用为抽真空时吸附水、甲醇、乙醇、硫化氢、二氧化硫、二氧化碳等高分子微粒，从而保证绝热空间的真空度。在外壳后封头上设有氧化钯，可吸附夹层空间焊接残余有毒气体。

综上所述，本发明更改了现有产品的出液方式，并弥补了现有技术中存在的不足和缺陷，设计新颖独特，结构巧妙，便于推广应用，具有很好的社会经济效益。

附图说明

图1为本发明的车用液化天然气气瓶的剖视结构示意图；

图2为本发明的低温泵套筒装置的剖视结构示意图；

图3为本发明的前端支撑结构的剖视结构示意图；

图4为图3中沿BB线的剖视结构示意图；

图5为本发明的阀座的立体结构示意图；

图6为本发明的后端支撑结构的剖视结构示意图；

图7为本发明的防过量充装装置的剖视结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步地说明。

如图1所示，该种车用液化天然气气瓶，包括外壳6、内胆5、低温泵3和液位计1，内胆和外壳均都设有前、后封头，外壳6与内胆5之间形成有绝热空间12，内胆5分别通过前端支撑装置2、低温泵套筒装置4和后端支撑装置9连接在外壳6上，前端支撑装置2和低温泵套筒装置4为硬性支撑，后端支撑装置9为软性支撑。

结合图1和图2所示，该低温泵套筒装置4包括内侧套筒41和外侧套筒42，内侧套筒设置在外侧套筒内腔中，该内侧套筒41为一体式结构，其上部设有法兰盘411，下部设有底座412，中部为薄壁筒身。在内侧套筒41的外壁上，且在法兰盘411与底座412之间缠绕有一圈隔热层43，该隔热层采用低温隔热的玻璃纤维纸材料制成，能够有效降低低温泵套筒装置的漏热。该外侧套筒42的底部与内侧套筒41的底座412焊接，因此，传热路径为通过外侧套筒42薄壁经内侧套筒41后端传递到前端法兰处，大大增长了导热路径。在所述隔热层43与所述外侧套筒42之间设有间隙层4L用来抽真空。在内侧套筒41的底座外围设有一圈凹槽41c。该凹槽41c底部对应的内侧套筒41的壁厚H为1.5～5mm。壁厚H优选为3mm。为避免焊接变形，增大内侧套筒41后端壁厚，为降低热传递，内侧套筒41后端壁厚H部分减薄。所述内侧套筒41的法兰盘411顶面上设有一圈密封圈槽41b和多个螺纹孔41a，用来与低温泵连接。该螺纹孔的数量为3～6个，优选为4个，沿所述法兰盘的周向均匀布置。内侧套筒41的中部筒身壁厚为1～3mm，优选为2mm，所述外侧套筒42的壁厚为3～5mm，优选为4mm，所述隔热层43的壁厚为10～14mm，优选为12mm。

此外，如图1所示，该低温泵套筒装置4与天然气气瓶的轴线X方向的夹角为10°～29°（即当气瓶横向放置时，气瓶轴线与水平线平行，低温泵套筒装置与水平线之间的夹角），该角度优选为25°。该外侧套筒42通过第一支撑板A1支撑固定。第一支撑板A1与外侧套筒42垂直并且固定在所述内胆5的前封头上。

结合图1和图3，该前端支撑结构包括阀座21、第一支撑管22、中间支撑管23和第二支撑管24，而取消了现有技术中的支撑颈管连接盖。阀座21与第一支撑管22的一端部焊接，第一支撑管22的另一端部与该中间支撑管23的一端连接，中间支撑管23的另一端与第二支撑管24的一端连接，第二支撑管24的另一端与气瓶内胆前封头焊接。中间支撑管设置在第一支撑管22和第二支撑管24之间，使得第一支撑管22不与第二支撑管24直接接触，即第一支撑管22与第二支撑管24具有一定间距。该中间支撑管23分别与第一支撑管22和第二支撑管24的端部铆接，铆钉数量为3～6个，优选为4个。此外中间支撑管23由型号为D3848的环氧玻璃钢制成，为导热率低且刚性强的材料。为了进一步降低热传递，该中间支撑管23的壁厚均大于第一支撑管22和第二支撑管24的壁厚。且在中间支撑管23的外壁上开设有抽真空通孔23a。

结合图4和图5，在阀座21上分别开设有进液孔21a、出液孔21b、放空孔21c、主安全阀-压力表孔21d和副安全阀孔21e。进液孔21a、出液孔21b、放空孔21c分别与阀座21的轴线平行并且与支撑管内腔连通，将主安全阀孔与副安全阀孔分开，该主安全阀-压力表孔21d与进液孔21a连通，副安全阀孔21e与放空孔21c连通，主安全阀-压力表孔21d和副安全阀孔21e分别与阀座21的轴线垂直。

结合图1和图6，该后端支撑结构包括：支撑轴91、支撑管帽92、内胆5的后封头、外壳6的后封头、纵向支撑板95、支撑轴套96和中间支撑轴套97。支撑管帽92与内胆5的后封头和支撑轴91焊接连接，支撑轴套96与纵向支撑板95焊接连接，纵向支撑板95与外壳6的后封头焊接连接，该中间支撑轴套97设置在支撑轴套96与支撑轴91之间，该中间支撑轴套97套设在支撑轴91上，且该中间支撑轴套97的底部形成有凸台971，该凸台与支撑轴套96的内侧面相抵，该支撑轴套内侧面相当于外侧面而言，内侧面面向支撑管帽92，外侧面面向瓶底。该中间支撑轴套97由型号为D3848的环氧玻璃钢制成，该中间支撑轴套97与所述支撑轴91之间间隙配合，与所述支撑轴套96之间过盈配合。该中间支撑轴套热导率低，使得不锈钢支撑之间具有热导率低的物质从而有效降低热传递。由于中间支撑轴套97材质为环氧玻璃钢，热导率小，从而提高热阻，即在支撑轴套96与支撑轴91之间增加中间支撑轴套97可提高后端支撑导热过程的热阻，从而有效降低车用液化天然气气瓶的漏热，减小气瓶的静态蒸发率。

此外，为了防止中间支撑轴套97在轴向窜动，在所述支撑轴91上套设有后端支撑限位板98，该后端支撑限位板98卡住所述中间支撑轴套97，并与所述支撑轴套96焊接连接。在支撑管帽92的外壁上设有充液通孔92a，方便充放液。

结合图1和图7，该气瓶还包括防过量充装装置8，其由防过量充装封头81和防过量充装筒体82组成。该防过量充装筒体82一端与防过量充装封头81焊接连接，另一端与所述内胆5的后封头焊接连接；所述防过量充装封头81底部开有小孔8c。该防过量充装装置8的容积为气瓶总容积的10%。

如图1所示，所述内胆5的前、后封头外壁上均设有分子筛10，其作用为抽真空时吸附水、甲醇、乙醇、硫化氢、二氧化硫、二氧化碳等高分子微粒，从而保证绝热空间12的真空度。在所述外壳6的后封头内壁上设有氧化钯7。其作用为吸附夹层空间焊接残余有毒气体。其中分子筛和氧化钯为颗粒状，可直接贴接在气瓶内壁上，也可通过金属网包裹后设置在气瓶内壁上。

此外，所述前端支撑装置通过中间管17和一个管冒13连接，该管冒13上设置有三个通孔，通孔内安装有瓶内进液管15、瓶内放空管14和瓶内备用出液管16，其连接方式均为焊接连接。瓶内进液管15和瓶内放空管14位于内胆5的上部，且用支撑板固定在内胆5的筒体上；所述瓶内备用出液管16位于内胆5的下部，且用支撑板固定在内胆5的筒体上，瓶内备用出液管16是在低温泵3出现故障时使用的。与所述低温泵套筒装置在内胆内固定方式相似，该中间管17通过第二支撑板A2支撑固定。该第二支撑板A2与中间管17垂直并且固定在所述内胆5的前封头上。两个支撑板A1与A2互相平行，保证中间管17与低温泵套筒装置平行。

需要注意的是，具体实施方式仅仅是对本发明技术方案的解释和说明，不应将其理解为对本发明技术方案的限定，任何采用本发明的技术方案而仅作局部改变的，仍应落入本发明的保护范围内。

Claims (13)

1.一种车用液化天然气气瓶，包括外壳（6）、内胆（5）和低温泵（3），外壳（6）与内胆（5）之间形成绝热空间，内胆（5）分别通过前端支撑装置（2）、低温泵套筒装置（4）和后端支撑装置（9）连接在外壳（6）上，其特征在于：

该低温泵套筒装置（4）包括内侧套筒（41）和外侧套筒（42），该内侧套筒（41）为一体式结构，其上部设有法兰盘（411），下部设有底座（412），在内侧套筒（41）的外壁上，且在法兰盘（411）与底座（412）之间设有隔热层（43）；该外侧套筒（42）的底部与内侧套筒上的底座（412）焊接，所述低温泵（3）固定在该法兰盘（411）上。

2.根据权利要求1所述的车用液化天然气气瓶，其特征在于：所述低温泵套筒装置（4）与气瓶轴线方向的夹角为10°～29°，所述外侧套筒（42）通过第一支撑板（A1）支撑固定。

3.根据权利要求2所述的车用液化天然气气瓶，其特征在于：所述低温泵套筒装置（4）与气瓶轴线方向的夹角为25°，所述第一支撑板（A1）与外侧套筒（42）垂直并且固定在所述内胆（5）的前封头上。

4.根据权利要求1或2所述的车用液化天然气气瓶，其特征在于：所述隔热层（43）为玻璃纤维纸并且该隔热层（43）与所述外侧套筒（42）之间设有间隙层（4L）；所述内侧套筒（41）的底座外围设有一圈凹槽（41c）；该内侧套筒（41）的法兰盘（411）顶面上设有一圈密封圈槽（41b）和多个螺纹孔（41a），用于与所述低温泵（3）连接。

5.根据权利要求4所述的车用液化天然气气瓶，其特征在于：所述凹槽（41c）底部对应的内侧套筒壁厚H为1.5～5mm；所述内侧套筒（41）的中部筒身壁厚为1～3mm；所述外侧套筒（42）的壁厚为3～5mm；所述隔热层（43）的壁厚为10～14mm；所述螺纹孔（41a）的数量为3～6个，沿所述法兰盘的周向均匀布置。

6.根据权利要求1或2所述的车用液化天然气气瓶，其特征在于：所述前端支撑装置（2）包括：阀座（21）、第一支撑管（22）、中间支撑管（23）和第二支撑管（24），阀座（21）与第一支撑管（22）的一端部焊接，中间支撑管（23）设置在第一支撑管（22）与第二支撑管（24）之间，使得第一支撑管（22）与第二支撑管（24）具有一定间距。

7.根据权利要求6所述的车用液化天然气气瓶，其特征在于：所述中间支撑管（23）由环氧玻璃钢制成，且该中间支撑管（23）的壁厚分别大于第一支撑管（22）和第二支撑管（24）的壁厚；所述中间支撑管（23）的外壁上开设有抽真空通孔（23a）。

8.根据权利要求6所述的车用液化天然气气瓶，其特征在于：所述阀座（21）上开设有进液孔（21a）、出液孔（21b）、放空孔（21c）、主安全阀-压力表孔（21d）和副安全阀孔（21e），进液孔（21a）、出液孔（21b）、放空孔（21c）分别与阀座（21）的轴线平行并且与支撑管内腔连通，该主安全阀-压力表孔（21d）与进液孔（21a）连通，副安全阀孔（21e）与放空孔（21c）连通，主安全阀-压力表孔（21d）和副安全阀孔（21e）分别与阀座（21）的轴线垂直。

9.根据权利要求1或2所述的车用液化天然气气瓶，其特征在于：所述后端支撑装置（9）包括：支撑轴（91）、支撑管帽（92）、纵向支撑板（95）、支撑轴套（96）和中间支撑轴套（97）；支撑管帽（92）与内胆（5）中的内后封头和支撑轴（91）焊接连接，支撑轴套（96）与纵向支撑板（95）焊接连接，纵向支撑板（95）与外壳（6）中的外后封头焊接连接，中间支撑轴套（97）设置在支撑轴套（96）与支撑轴（91）之间，该中间支撑轴套（97）套设在支撑轴（91）上，且该中间支撑轴套（97）的底部形成有凸台（971），该凸台（971）与支撑轴套（96）的内侧面相抵。

10.根据权利要求9所述的车用液化天然气气瓶，其特征在于：所述中间支撑轴套（97）由环氧玻璃钢制成，该中间支撑轴套（97）与所述支撑轴（91）之间间隙配合，与所述支撑轴套（96）之间过盈配合；一个支撑限位板（98）套设在所述支撑轴（91）上的后端，该后端支撑限位板（98）卡住所述中间支撑轴套（97），并与所述支撑轴套（96）焊接连接；所述支撑管帽（92）的外壁上设有充液通孔（92a）。

11.根据权利要求1或2所述的车用液化天然气气瓶，其特征在于：所述内胆（5）的前、后封头外壁上分别设有分子筛（10）；所述外壳（6）的后封头内壁上设有氧化钯（7）。

12.根据权利要求1或2所述的车用液化天然气气瓶，其特征在于还包括：防过量充装装置（8），其由防过量充装封头（81）和防过量充装筒体（82）组成；该防过量充装筒体（82）一端与防过量充装封头（81）焊接连接，另一端与所述内胆（5）的后封头焊接连接；所述防过量充装封头（81）底部开有小孔（8c）；该防过量充装装置（8）的容积为气瓶总容积的10%。

13.根据权利要求1或2所述的车用液化天然气气瓶，其特征在于：所述前端支撑装置（2）通过中间管（17）和一个管冒（13）连接，该管冒（13）上设置有三个通孔，通孔内分别安装有瓶内进液管、瓶内放空管和瓶内备用出液管；该中间管（17）通过第二支撑板（A2）支撑固定并且该中间管（17）与所述低温泵套筒装置平行。