CN107618362A - 一种基于车载液气转化的cngv车辆储气系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种车辆储气系统及方法，尤其是涉及一种基于车载液气转化的CNGV车辆储气系统及方法。包括：储液瓶，与加液口相连，用于定量充装存储液化天然气LNG；汽化为高压天然气CNG；经减压阀，与所述储液瓶相连，用于将由所述液化天然气LNG气化后得到的天然气燃料CNG送至发动机。因此，本发明具有如下优点：(1)实现车载的L‑CNG转换，能在车辆上制备高压天然气，杜绝了放散气BOG的损耗和污染以及不安全性；(2)所述系统设有低温高压气瓶，布置了LNG加液口和CNG加气口，可在各类天然气供应站点充装低温液态或高压气态的天然气燃料，使得车辆既能在LNG站充液，也能在CNG站充气。

Description

一种基于车载液气转化的CNGV车辆储气系统及方法

技术领域

本发明涉及一种车辆储气系统及方法，尤其是涉及一种基于车载液气转化的CNGV车辆储气系统及方法。

背景技术

目前市场上运营的绝大多数天然气汽车都是压缩天然气汽车CNGV。覆盖了各种中小型发动机的天然气汽车，约占车辆总数的90％。只有少数大型载货车和客车是液态天然气汽车LNGV。

CNGV车辆的高压气瓶储存着20Mpa的压缩天然气CNG，只能从管道天然气的加气站或者液态天然气的汽化站去充装。

管道天然气气长期以来一直是制备车用压缩天然气CNG的唯一资源。将管道气净化、加压、储存和快速充装入车用气瓶，是加气站的主要工艺路线。

低压天然气从产地经长距离管道运输、送到城市，除供应给居民生活和工业应用外，有两种方式转换成为车用压缩天然气CNG：

第一种是母站——运气车——子站——CNGV：母站从主管道取气，经净化装置脱水、脱硫，经母站的气体压缩机加压至20Mpa，充入运气车的大容量高压气瓶组中，由运气车分送至周围的各个加气子站；再由子站压缩机将运气车的燃气抽出后、加压至25Mpa，储存在站内的高压储气瓶组中，通过PLC，将各储气瓶组的高压天然气顺序、快速地充装给CNGV的20Mpa车用气瓶。

第二种是常规加气站——CNGV：在城市天然气管网中就地取出的低压天然气，经过常规站的净化装置脱硫、脱水后，再经小型高压气体压缩机加压至25Mpa，储存在站内的高压气瓶组内，通过PLC，将各气瓶组的高压天然气顺序、快速地给CNGV充气。常规站规模较小，但可在城市管道区域内随处兴建，非常便捷。

总之，管道天然气需经加气站的净化、加压、储存、快充，才能制备成车用压缩天然气，需配备复杂的工艺装备，消耗较多的电能。投资大、能耗高、效率低，是目前各类管道气加气站的主要弊端。

低温液态天然气LNG是制备车用压缩天然气的另一个重要资源。自2006年中国第一个接收站投产以来，我国沿海港口已建立了十三座液态天然气的大型接收站，接收能力已达5040万吨/年。可大量接收从国外进口的低温液态天然气LNG。除用以弥补城市管道气供应量不足、对燃气高峰用气期进行调剂和补充外，还可直接作为天然气汽车的燃料。出现了许多以液态天然气为原料的LNGV加液站和L-CNG汽化站。除了能给液化天然气汽车LNGV直接充液外，还能为压缩天然气汽车CNGV提供车用高压燃气。

液态天然气吸热汽化并在封闭容器内升压，转换为高压天然气，是汽化站制备车用CNG的主要工艺。其原理是：利用低温高压柱塞泵、将定量的液态天然气LNG充入到大型高压汽化器中；通过在汽化器内和周围空气换热，蒸发为气态天然气，并在此封闭容器内逐渐升压至25Mpa的压缩天然气CNG；储存在站内的高压气瓶组内，再通过PLC将各气瓶组的高压天然气顺序、快速地给CNGV充气。

液态天然气的汽化站非常适用于无天然气管道的地区。只需配备液态天然气低温运输车，从冷库运液，就能构建成车用高压天然气CNG的无管道配送网络，可以克服LNG直接储存在车辆低温容器中所形成的BOG损失。是中小型压缩天然气汽车CNGV另一种优质、便捷的资源。

液态天然气LNG还是一种非常纯净的车用燃气，杂质极少。纯净度和品质均优于目前管道气制备的车用压缩天然气。是天然气汽车更加优质的清洁燃料。有利于进一步改善天然气汽车的尾气排放。

液态天然气汽化站的主要设备包括：LNG低温储罐(真空隔热容器)，LNG低温高压柱塞泵，25Mpa高压汽化器(一备一用)，汽化站内高、中、低压储气瓶组，PLC顺序控制盘(自控系统)，售气机等。

和管道气加气站相比较，L-CNG汽化站所需的工艺设备比较简单，设备投资较少，(投资只有气体加气站的1/2)运行费用较低，(电能消耗只有气体加压设备的1/6)因而制备成车用压缩天然气的工艺成本较低。如果所在地区的液态天然气的原料来源充足，成本又低，就具备了取代管道天然气的条件，近年来，LNG汽化工艺在我国沿海地区已经得到了认可和推广。

从液态天然气LNG制备高压车用天然气CNG的过程分析可知：灌注到车辆上高压气瓶内的定量LNG，短时间就会在所述气瓶内自行汽化，全部变为气态，并很快升压；其过程只需通过和所述气瓶和周围环境的热交换，便可自动完成。无需车辆提供动力，也无需人为控制。根据1立方米的液态天然气LNG可汽化为623标方的气态天然气CNG，根据所述气瓶的体积及其剩余的天然气气体压力值，就可精准地计算出注入所述气瓶的LNG充装量，并测算出该所述气瓶内的最高气压数值，只要确保注入LNG汽化后的升压值不超过气瓶的额定压力值，系统就能确保安全。例如一个100升的气瓶，剩余压力为1Mpa，注入的LNG不大于(0.333*100-0.333*0.05*100＝31.64升)，升压值就不会超过20Mpa，就可以安全使用。这样，我们就可以把原先需要在汽化站中完成的升压、储存和加注过程，转移到每一辆汽车的高压气瓶内去完成。这就是该发明专利的基本技术路线。

为验证上述技术路线能够得以实施，应先针对所述气瓶开展一项LNG汽化和CNG升压过程的模拟实验：观察和记录所述气瓶充液后的温度、压力和时间等参数；绘制出其函数曲线，从而确定下一步的技术对策。

为确保上述过程能够安全、顺利地实施，应开发一种能在短期低温高压条件下正常工作的金属质气瓶；应设计一套能够确保定量接收LNG、并能杜绝泄漏和BOG损耗的充液系统；应确保汽化过程能在尽可能短的时段内完成(必要时可利用汽车发动机的冷却液去加速所述气瓶的汽化过程)；应能确保所述气瓶使用过程中、各个环节的安全和操作方便。这样，才能使该发明成为一种创新的实用技术，使压缩天然气汽车CNGV的燃气充装过程更加便捷，既能充装高压天然气，又能充注液态天然气，并能实现把CNGV车辆推广和扩大到所有能够供应天然气燃料的地区内应用，将会有很大的社会效益和一定程度的经济效益。

发明内容

本发明主要是解决现有技术所存在的上述的技术问题，提供了一种基于车载液气转化的CNGV车辆储气系统和方法。该系统和方法能在CNGV车辆的高压气瓶中沸腾汽化，实现L-CNG转换，制备成高压天然气。系统设有低温高压气瓶，布置了LNG加液口和CNG加气口，可在各类天然气供应站点充装低温液态或高压气态的天然气燃料。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种基于车载液气转化的CNGV车辆储气系统,包括：

储液瓶，与加液口相连，用于定量存储液化天然气LNG；

减压阀，与所述储液瓶相连，用于将由所述液化天然气LNG气化后得到的天然气燃料CNG送至发动机。

优选的，上述的一种基于车载液气转化的CNGV车辆储气系统,所述液化天然气LNG在储液瓶中气化为天然气燃料CNG。

优选的，上述的一种基于车载液气转化的CNGV车辆储气系统,还包括：

储气瓶，与所述储液瓶和减压阀相连，用于存储由所述液化天然气LNG气化后得到的天然气燃料CNG。

优选的，上述的一种基于车载液气转化的CNGV车辆储气系统,所述储气瓶为多个，各自并行联接于所述储液瓶和减压阀之间。

优选的，上述的一种基于车载液气转化的CNGV车辆储气系统,还包括：CNG加气口，用于向所述储液瓶和/或储气瓶中充入天然气燃料CNG。

一种基于车载液气转化的CNGV车辆储气方法,包括：

加液步骤，用于向车辆储液瓶中加入定量的液化天然气LNG；

气化步骤，用于将所述液化天然气LNG在升温后气化成天然气燃料CNG；

供气步骤，用于将所述天然气燃料CNG通过减压阀输送至发动机。

与所述储液瓶相连，用于将由所述液化天然气LNG气化后得到的天然气燃料CNG送至发动机。

优选的，上述的一种基于车载液气转化的CNGV车辆储气方法,所述气化步骤中，在储液瓶中将所述液化天然气LNG在升温后气化成天然气燃料CNG。

优选的，上述的一种基于车载液气转化的CNGV车辆储气方法,所述气化步骤中，将气化后得到的天然气燃料CNG存储于储气瓶中。

优选的，上述的一种基于车载液气转化的CNGV车辆储气方法,还包括：

加气步骤，用于直接向通过CNG加气口向车辆充装通过CNG加气口加气。

优选的，上述的一种基于车载液气转化的CNGV车辆储气方法,还包括：

气化控制步骤，用于根据事先观察和记录得到的气化进度与环境及时间函数关系控制所述液化天然气LNG的气化进度。

因此，本发明具有如下优点：(1)实现车载的L-CNG转换，能在车辆上制备高压天然气；(2)所述系统设有低温高压气瓶，布置了LNG加液口和CNG加气口，可在各类天然气供应站点充装低温液态或高压气态的天然气燃料，使得车辆既能在LNG站充液，也能在CNG站充气。

附图说明

图1为本发明用于压缩天然气小轿车实施例的储气系统流程图，含有LNG注液系统1-1、CNG充气系统1-2、LNG储液瓶1-3、减压阀1-4和发动机1-5。

图2为本发明用于压缩天然气公交车实施例的储气系统流程图，含有LNG注液系统2-1、LNG储液瓶2-2、CNG储气瓶2-3、CNG充气系统2-4、减压阀2-5和发动机2-6。

图3为本发明用于大型天然气车辆实施例的储气系统流程图，含有LNG注液系统3-1、CNG充气系统3-2、LNG储液瓶3-3、CNG储气瓶3-4、减压阀3-5和发动机3-6。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：

先请参阅图1，一种能在压缩天然气小轿车高压气瓶内沸腾汽化、实现L-CNG转换的储气系统。含有LNG注液系统1-1、CNG充气系统1-2、LNG储液瓶1-3、减压阀1-4和发动机1-5。工作原理如下：

当小型压缩天然气小轿车在LNG汽化站充液时，通过LNG注液系统1-1，将定量的液态天然气精准注入所述低温高压气瓶中，依靠吸收周围的热量，可在所述储液瓶中自行沸腾汽化，并自动升压，(必要时在所述LNG储液瓶1-3外围设置冷却系统，利用发动机的冷却液加速其汽化过程)制备成高压天然气，在LNG储液瓶1-3中储存起来，用作发动机的燃料。通过精确控制LNG的充装量，有效控制气瓶内LNG的汽化条件，及减少LNG的散放和泄漏等综合技术的应用，可以在气瓶内实现LNG-CNG的有效转换，并确保使用安全。

当该所述汽车在CNG加气站充气时，通过CNG充气系统1-2，直接将高压天然气充装至车辆的LNG储液瓶1-3中，用作发动机的燃料。

再请参阅图2，一种能在压缩天然气公交车高压气瓶内沸腾汽化、实现L-CNG转换的储气系统。含有LNG注液系统2-1、LNG储液瓶2-2、CNG储气瓶2-3、CNG充气系统2-4、减压阀2-5和发动机2-6。工作原理如下：

当压缩天然气公交车在LNG汽化站充液时，通过LNG注液系统1，将定量的液态天然气注入所述低温高压气瓶中，吸收外界的热量，在所述储液瓶中自行沸腾汽化，并自动升压，(必要时在所述LNG储液瓶2-2外围设置冷却系统，利用发动机的冷却液加速其汽化过程)制备成高压天然气，在储液瓶2-2和储气瓶2-3中储存起来，用作发动机的燃料。通过精确控制LNG的充装量，有效控制气瓶内LNG的汽化条件，及减少LNG的散放和泄漏等综合技术的应用，可以在气瓶内实现LNG-CNG的有效转换，并确保使用安全。

当该所述汽车在CNG加气站充气时，通过CNG充气系统2-4，直接将高压天然气充装至车辆的CNG储气瓶2-3中，用作发动机的燃料。

最后参阅图3，一种能在大型压缩天然气车辆内高压气瓶中沸腾汽化、实现L-CNG转换的储气系统。含有LNG注液系统3-1、CNG充气系统3-2、LNG储液瓶3-3、CNG储气瓶3-4、减压阀3-5和发动机3-6。工作原理如下：

当大型压缩天然气车辆在LNG汽化站充液时，通过LNG注液系统3-1，将定量的液态天然气精准注入所述低温高压气瓶中，依靠吸收外界的热量，在所述LNG储液瓶3-3中自行沸腾汽化并升压，(必要时在所述LNG储液瓶3-3外围设置冷却系统，利用发动机的冷却液加速汽化过程)制备成高压天然气，并在多个CNG储气瓶3-4内中储存起来，用作发动机的燃料。通过精确控制LNG的充装量，有效控制气瓶内LNG的汽化条件，及减少LNG的散放和泄漏等综合技术，可以在气瓶内实现LNG-CNG的有效转换，并能确保使用安全。另外，使用多个CNG储瓶代替低温高压气瓶，大大节约了成本。

当汽车在CNG加气站充气时，通过CNG充气系统3-2，将高压天然气充装至车辆的LNG储液瓶3-3和多个CNG储气瓶3-4中，用作发动机的燃料。

该发明提供的这种创新的实用技术，既能充装高压天然气，又能充注液态天然气。可使压缩天然气汽车CNGV的燃气充装过程更加便捷，并能扩大压缩天然气汽车的应用地区。将会有很大的社会效益和一定程度的经济效益。

采用上述结构后，当汽车在LNG站充液时，通过LNG加液口，接收精准灌入的定量液态天然气(以下简称LNG)。在很短的时间内，吸收气瓶周围空气中的热量，即可在所述的低温高压气瓶内完全自行沸腾汽化，并在封闭的系统内升压，制成高压压缩天然气(以下简称CNG)，储存在所述气瓶之中，用作发动机的燃料。也可设置一个大容量的低温高压气瓶，使沸腾汽化、升压过程在所述大容量气瓶内完成。并将制备成的CNG，供应给车辆上的其他气瓶储存，用于大型CNGV车辆。

当汽车在CNG站充气时，通过CNG加气口，接收并储存CNG，用作发动机的燃料。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种基于车载液气转化的CNGV车辆储气系统,其特征在于，包括：

储液瓶，与加液口相连，用于定量充装存储液化天然气LNG；液化天然气LNG用于直接汽化为高压天然气CNG；

减压阀，与所述储液瓶相连，用于将由所述液化天然气LNG气化后得到的天然气燃料CNG送至发动机。

2.根据权利要求1所述的一种基于车载液气转化的CNGV车辆储气系统,其特征在于，所述液化天然气LNG在储液瓶中直接气化为天然气燃料CNG，杜绝了BOG的损耗和污染及不安全性散放。

3.根据权利要求1所述的一种基于车载液气转化的CNGV车辆储气系统,其特征在于，还包括：

储气瓶，与所述储液瓶和减压阀相连，用于存储由所述液化天然气LNG气化后得到的天然气燃料CNG。

4.根据权利要求3所述的一种基于车载液气转化的CNGV车辆储气系统,其特征在于，所述储气瓶为多个，各自并行联接于所述储液瓶和减压阀之间。

5.根据权利要求3所述的一种基于车载液气转化的CNGV车辆储气系统,其特征在于，还包括：

CNG加气口，用于向所述储液瓶和/或储气瓶中充入天然气燃料CNG。

6.一种基于车载液气转化的CNGV车辆储气方法,其特征在于，包括：

加液步骤，用于向车辆储液瓶中加入定量的液化天然气LNG；

气化步骤，用于将所述液化天然气LNG在升温后气化成天然气燃料CNG；

供气步骤，用于将所述天然气燃料CNG通过减压阀输送至发动机。

与所述储液瓶相连，用于将由所述液化天然气LNG气化后得到的天然气燃料CNG送至发动机。

7.根据权利要求6所述的一种基于车载液气转化的CNGV车辆储气方法,其特征在于，所述气化步骤中，在储液瓶中将所述液化天然气LNG在升温后气化成天然气燃料CNG。

8.根据权利要求6所述的一种基于车载液气转化的CNGV车辆储气方法,其特征在于，所述气化步骤中，将气化后得到的天然气燃料CNG存储于储气瓶中。

9.根据权利要求6所述的一种基于车载液气转化的CNGV车辆储气方法,其特征在于，还包括：

加气步骤，用于直接向通过CNG加气口向车辆充装通过CNG加气口加气。

10.根据权利要求6所述的一种基于车载液气转化的CNGV车辆储气方法,其特征在于，还包括：

气化控制步骤，用于根据事先观察和记录得到的气化进度与环境及时间函数关系控制所述液化天然气LNG的气化进度。