CN106382462A - 一种高压气体的充装工艺 - Google Patents

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Abstract

本专利公开了一种高压气体的充装工艺，涉及以结构特点为特征的排气装置；高压气体的充装工艺将高压气体充装于储气罐内，储气罐包括罐体、设于罐体内的活塞，罐体包括首端和尾端，罐体的首端设有出气口，出气口处设有排气阀；罐体的尾端设有压力控制阀和单向进气口，且单向进气口连接空压机；活塞与罐体首端之间为压缩天然气仓，活塞与罐体的尾端之间为空气仓，且活塞上设有密封圈；该储气罐可以保证恒流输出气体，同时在充装气体、排气和储气的过程中，空气仓和压缩天然气仓的压力仓始终下雨1MPa，从而可以提高密封圈寿命，并增强密封圈寿命。

Description

一种高压气体的充装工艺
技术领域
本发明涉及以结构特点为特征的排气装置，具体涉及一种高压气体的充装工艺。
背景技术
压缩天然气（CNG）是指天然气经过脱水、过滤、除尘、脱硫，再经压缩机加压成20MPa以下的气体。随着汽车的不断发展，各式各样的混合动力车应运而生，其中以环保、节能为目的的气电混合动力车具有非常好的发展前景。气电混合动力车通过高压储气罐放出的气体做功，转化为电能或动能。但储气罐在使用过程中，随着罐内气体的减少，储气罐罐内气压变小，随之放出的气体流量减小，从而气体做功的功率减小。
申请号为201310542605.9的中国专利公开了一种排气系统以及恒流输出气体的方法，该排气系统包括储气罐、气体流速传感器、控制器以及电机，其中：储气罐用于存储压缩气体， 当所述储气罐阀门打开时输出气体；气体流速传感器置于储气罐阀门，用于在阀门打开时，获取输出气体的流速信息；控制器分别与气体流速传感器和电机相连，用于根据述气体流速传感器获取的流速信息，向所述电机发出对应的控制指令；电机与控制器相连，用于根据所述控制器的控制指令，控制塞合于储气罐内腔空间一端的活塞运动而改变所述储气罐的内腔空间。采用本系统，可以输出恒流的气体，保证气体对外做功的稳定性。
在上述系统中，控制塞不仅具有改变储气罐内腔空间大小的作用，还起到密封作用；由于活塞的外侧压力为大气压，而活塞内侧压力需承受压缩天然气的高压，活塞两侧的压力差极大；为了防止压缩天然气泄漏，需要活塞具有极好的密封性能，同时活塞上的密封圈将受到巨大的单侧压力的挤压，使得密封圈受到极大的撕扯力，因此密封圈的寿命较短，需要经常更换。
发明内容
本发明的目的在于提供一种储气罐及高压气体的充装工艺，使该储气罐能恒流输出气体的同时，还能提高其密闭性和密封圈寿命。
为达到上述目的，本发明的基础方案如下：
高压气体的充装工艺将高压气体充装于储气罐内，所述储气罐包括罐体、设于罐体内的活塞，罐体包括首端和尾端，罐体的首端设有出气口，出气口处设有排气阀；罐体的尾端设有压力控制阀和单向进气口，且单向进气口连接空压机；活塞与罐体首端之间为压缩天然气仓，活塞与罐体的尾端之间为空气仓，且活塞上设有密封圈；
气体充装步骤为：
步骤一：逐步降低压力控制阀的控制压力，每次降低0.5～2MPa，直至压力控制阀的控制压力降至1MPa；
步骤二：打开排气阀向压缩天然气仓内充入气体，当压缩天然气仓内的气压达到2MPa后停止充气；
步骤三：将压力控制阀的控制压力增加至20MPa，打开排气阀，再次向压缩天然气仓充气，同时启动空压机向空气仓充气加压，且流入压缩天然气仓和流入空气仓的流量相同；
步骤四：当压力控制阀开始向外排气后，立即停止向压缩天然气仓充气。
步骤五：打开空压机，然后打开排气阀排气，当压缩天然气仓内的压力低于19MPa时，停止排气。
本方案中，高压气体充装在储气罐内，其中压缩天然气仓用于储存压缩天然气，空气仓内充满高压空气。当压缩天然气仓向外排气时，空压机工作使空气仓内的高压空气压力始终保持在20MPa，高压气体产生的压力通过活塞向压缩天然气仓施压，从而使压缩天然气仓内的压力也始终保持在20MPa，可以保证压缩天然气可以以恒流输出。
在气体充装过程中，由于所采用的密封圈的承压能力有限，因此空气仓和压缩天然气仓的压力差应在1MPa以内，。
在步骤一中，由于储气罐内的压力要从20MPa降低到1MPa，因此将压力控制阀的控制压力直接降至1MPa，储气罐内的气体将迅速排出，从而产生较大的冲击，因此逐步降低压力控制阀的控制压力可以提高安全性。
在步骤二中，由于压力控制阀的控制压力降为了1MPa，因此向压缩天然气仓充气，并将压力升至2MPa可以保证压缩天然气仓扩大至最大容量，同时压缩天然气仓和空气仓的压力差也不大于1MPa。
在步骤三中，同时启动空压机向空气仓充气加压，且流入压缩天然气仓和流入空气仓的流量相同，从而可以保证空气仓和压缩天然气仓的压力同步增加，防止压缩天然气仓和空气仓的压力差大于1MPa；同时还可以保证在充气过程中压缩天然气仓总处于最大容量状态。而压力控制阀的控制压力为20MPa，为压缩天然气所需达到的压力。
在步骤四中，当压力控制阀向外排气后，说明储气罐内的压力已达到20MPa，此时空气仓内的压力将不会再继续增加，因此应立即停止向压缩天然气仓停止充气，防止空气仓与压缩天然气仓的压力差超过1MPa。
当压缩天然气仓向外排气时，活塞会从空气仓向压缩天然气仓方向移动，当活塞达到最大位移量后，活塞将不能再继续移动；此时压缩天然气仓继续向外排气，压缩天然气仓的压力将逐渐降低，而当压缩天然气仓的压力降至19MPa时立即停止充气，可以防止空气仓与压缩天然气仓的压力差超过1MPa。
本方案产生的有益效果是：
（一）本方案所用的储气罐，由于空气仓和压缩天然气仓的压力差较小，因此可以平衡密封圈的受力，提高密封圈的寿命，同时防止压缩天然气泄漏。
（二）通过以上所述的充气方法，可以防止密封圈在充气过程中应承受的压力差过大而受损。
优选方案一：作为对基础方案的进一步优化，所述罐体的尾端设有缓冲弹簧，活塞将缓冲弹簧压缩至最大压缩量时，缓冲弹簧对压缩天然气仓的气体产生1MPa的压力。设置缓冲弹簧可以防止活塞运行至最大过程中受到冲击。
优选方案二：作为对基础方案的进一步优化，每次将压力控制阀的控制压力降低2MPa，且直至压力控制阀不再泄气后，再继续降低压力控制阀的控制压力。优选方案二可以达到迅速降压的目的，同时在压力控制阀不再泄气后，再继续降低压力控制阀的控制压力可以进一步提高安全性。
优选方案三：作为对基础方案的进一步优化，在步骤三中空压机每秒将0.2～0.4m3的空气压入空气仓中；充气速度控制在0.2～0.4m3/s可以避免由于充气过程中由于气流不稳定，使活塞出现不稳定的滑动现象，从而不能确定最终所存储的压缩天然气的量，同时又不至于充气速度过慢。
附图说明
图1是本发明实施例中储气罐的结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
说明书附图中的附图标记包括：罐体1、压缩天然气仓11、空气仓12、出气口13、单向进气口14、压力控制阀15、活塞2、密封圈21、排气阀3、缓冲弹簧4、空压机5。
实施例基本如图1所示：
本实施例的高压气体的充装工艺提供了一种储气罐；储气罐包括罐体1、设于罐体1内的活塞2，罐体1包括首端和尾端，罐体1的首端设有出气口13，出气口13处设有排气阀3；罐体1的尾端设有压力控制阀15和单向进气口14，且单向进气口14连接空压机5。活塞2与罐体1首端之间为压缩天然气仓11，活塞2与罐体1的尾端之间为空气仓12，且活塞2上设有密封圈21，以防止空气仓12和压缩天然气仓11内的气体相互流通扩散，另外罐体1的尾端还设有缓冲弹簧4。压力控制阀15采用溢流阀，单向进气口14处通过设置单向阀使空压机5仅能将空气压入空气仓12中。打开排气阀3，可使压缩天然气仓11的气体从出气口13排出，同时也可通过出气口13向压缩天然气仓11充入气体。
向上述的储气罐内充装压缩天然气包括如下步骤：
步骤一：逐步降低压力控制阀15的控制压力，每次降低2MPa，直至压力控制阀15不再泄气后，再继续降低压力控制阀15的控制压力，直至压力控制阀15的控制压力降至1MPa。
步骤二：打开排气阀3向压缩天然气仓11内充入气体，当压缩天然气仓11内的气压达到2MPa后停止充气。
步骤三：将压力控制阀15的控制压力增加至20MPa，打开排气阀3，再次向压缩天然气仓11充气，同时启动空压机5向空气仓12充气加压，使流入压缩天然气仓11和流入空气仓12的流量相同，且空压机5每秒将0.4m3的空气压入空气仓12中。
步骤四：当压力控制阀15开始向外排气后，立即停止向压缩天然气仓11充气。
步骤五：打开空压机5，然后打开排气阀3排气，当压缩天然气仓11内的压力低于19MPa时，停止排气。
在气体充装过程中，将储气罐内的压力从20MPa降低到1MPa，可以减少气体冲击，以提高安全性。当压力控制阀15的控制压力降为1MPa后，向压缩天然气仓11充气，并将压力升至2MPa可以保证压缩天然气仓11扩大至最大容量，同时压缩天然气仓11和空气仓12的压力差也不大于1MPa，从而对密封圈21具有保护作用。当向压缩天然气仓11充气式，后塞将向缸体的尾端移动，而此时缓冲弹簧4将对活塞2具有缓冲作用。
然后将压力控制阀15的控制压力调节至20MPa，并同时以相同的流量向空气仓12和压缩天然气仓11充入气体，可以保证空气仓12和压缩天然气仓11的压力同步增加，从而防止空气仓12和压缩天然气仓11的压力仓超过1MPa。
当压力控制阀15向外排气后，储气罐内的压力已达到20MPa，此时空气仓12内的压力将不会再继续增加，因此应立即停止向压缩天然气仓11停止充气，防止空气仓12与压缩天然气仓11的压力差超过1MPa。
当压缩天然气仓11向外排气时，活塞2会从空气仓12向压缩天然气仓11方向移动，当活塞2达到最大位移量后，活塞2将不能再继续移动；此时压缩天然气仓11继续向外排气，压缩天然气仓11的压力将逐渐降低，而当压缩天然气仓11的压力降至19MPa时立即停止充气，可以防止空气仓12与压缩天然气仓11的压力差超过1MPa。
在充气过程中始终将空气仓12和压缩天然气仓11的压力差控制在1MPa以内，可以提高密封圈21的寿命，同时密封圈21双侧受压可使密封圈21向中部变形，可以增强密闭性。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (4)

1.一种高压气体的充装工艺，其特征在于，高压气体充装于储气罐内，所述储气罐包括罐体、设于罐体内的活塞，罐体包括首端和尾端，罐体的首端设有出气口，出气口处设有排气阀；罐体的尾端设有压力控制阀和单向进气口，且单向进气口连接空压机；活塞与罐体首端之间为压缩天然气仓，活塞与罐体的尾端之间为空气仓，且活塞上设有密封圈；
气体充装步骤为：
步骤一：逐步降低压力控制阀的控制压力，每次降低0.5～2MPa，直至压力控制阀的控制压力降至1MPa；
步骤二：打开排气阀向压缩天然气仓内充入气体，当压缩天然气仓内的气压达到2MPa后停止充气；
步骤三：将压力控制阀的控制压力增加至20MPa，打开排气阀，再次向压缩天然气仓充气，同时启动空压机向空气仓充气加压，且流入压缩天然气仓和流入空气仓的流量相同；
步骤四：当压力控制阀开始向外排气后，立即停止向压缩天然气仓充气；
步骤五：打开空压机，然后打开排气阀排气，当压缩天然气仓内的压力低于19MPa时，停止排气。
2.根据权利要求1所述的高压气体的充装工艺，其特征在于，所述罐体的尾端设有缓冲弹簧，活塞将缓冲弹簧压缩至最大压缩量时，缓冲弹簧对压缩天然气仓的气体产生1MPa的压力。
3.根据权利要求1所述的高压气体的充装工艺，其特征在于，在步骤一中，每次将压力控制阀的控制压力降低2MPa，且直至压力控制阀不再泄气后，再继续降低压力控制阀的控制压力。
4.根据权利要求1所述的高压气体的充装工艺，其特征在于，在步骤三中空压机每秒将0.2～0.4m3的空气压入空气仓中。
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