CN110715164A - 一种天然气或氢气加注系统及加注方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种天然气或氢气加注系统及加注方法，所述加注系统包括多级气压充气罐、混合充气管路、预冷机、加气机和活动扩展接头；所述多级气压充气罐包括多个气体储存罐，各个气体储存罐分别设置有输出管道和控制阀门，多级气压充气罐的输出管道汇总至混合充气管路；所述混合充气管路依次连接至预冷机、加气机和活动扩展接头；所述预冷机是设置在混合充气管路上的换热器；所述预冷机连接加气机，混合充气管路经过预冷机后连接至加气机；加气机的最终接口连接至活动扩展接头；所述活动扩展接头用于和乘用车上储气瓶上的瓶口阀相配合；所述活动扩展接头的内径为8‑40mm。本发明采用“抵消+抑制”控温机理并消除了喉管限制，充装温度得到有效控制。

Description

一种天然气或氢气加注系统及加注方法
技术领域
本发明属于能源气体加注控制技术领域，涉及一种能够抑制天然气或氢气加注过程中发热升温的加注系统及加注方法。通过本发明的充装过程抑制温升的控制系统具有“抑制温升+抵消温升”的综合控温效果，能够有效降低现有CNG加气站技术指标≥55℃(20Mpa)、氢气加注站技术指标≥85℃(70Mpa)等汽车燃料充装转移过程中的温度升高，防止气体加注热失控引起安全隐患问题，能够更好的开发提高能源气体充装密度、容量，改善汽车的续航里程、能效、使用经济性等，达到节能减排的效果。
背景技术
天然气是一种储藏量仅次于石油，并且具有可再生(煤制气、生物制气)、开采流程短、管道输送、生产加工能耗低等多方面的成本、经济优势。相比于传统的燃煤或石油能源而言，天然气一方面开采更加容易，输送过程中由于天然气本身具有很好的流动性，可以直接通过管道快速输送而不必消耗大量的能量。另外，研究表明天然气应用过程中，燃烧效率非常高，燃烧以后残留的有害成分非常少。
因此，天然气天生具有低碳、高效利用的技术潜力，具有非常高的经济性和环保型。各大城市都有大量采用天然气作为能源的出租车在运营，不仅减少了城市出粗车运营成本，还避免了汽油内燃机运行过程中排放的大量有毒有害物质释放。
但是，天然气由于其本身是一种气态的能源物质，在储备的时候，必须经过加压处理，才能较好的储存在运输车辆上。现有的天然气高压气态应用主要是经由CNG加气站采用气瓶气体快速充装工艺技术向乘用车进行灌装。高压气态的天然气在灌装过程中，由于气体压差、流速等多方面的因素相互作用，导致天然气在充装过程中会出现严重的气体快充温升现像，由于人们对于气体快充温升产生机理认识不足，采取的控制方法不当，至今在CNG站的快充工艺中控温功能还是空白的。因此，天然气充装站向乘用车储气瓶灌装天然气的时候，无法避免天然气储能质量、效率不高的问题。
大量天然气作为能源的出租车日常营运过程中单次充气仅能提供200km左右的续航，出租车续航能力无法达到设计预期。相比于汽油燃料运营出租车650km左右的续航，天然气出租车由于需要多次充装天然气，大量时间和行驶里程消耗在往返加气站的路途上，综合能效十分低。与直接采用汽油作为燃料的出租车相比运营成本基本相当，以天然气作为燃料的出租车驾驶员的营业收入无法达到最大化。
天然气具有860倍压缩储存特质，随着CNG储存密度随充装加压能力、容器承压性能和控温加注技术发展，天然气单位储能密度有着巨大的提升潜力，可以从现有技术0.112kg/L天然气储存密度提升到0.49kg/L。相应的出租车储存天然气的总量可以从15m3增长到63m3，对应的出租车运营续航里程从200km向1000km增长。众所周知，以CNG作为燃料的出租车，随着天然气存储密度提高，运营成本可以大幅减少，可以很好的促进天然气应用经济性，大幅增加出租车驾驶员的营收额。
众所周知，天然气在常温常压状态下，能量密度极低，必须将其加压至700倍大气压进行储存，才能很好的解决天然气能量密度低的问题。但在实际的天然气加注过程中，常常会因为加注发热造成瓶颈限制，必须控制天然气标准温度、压力控制在安全范围之内，如何有效的提高天然气充装效率就成了提高气体储存密度的关键瓶颈。
现有技术中，关于CNG、氢气加注过程气体流速波动极大，加注热温度上升速度快，非常容易使得气体温度升高超过125℃，进而导致气体重装站出现控制问题，由于深层次原理同时涉及燃料储存、应用、加注、经济性等多个方面，对快充温升问题进行有效控制是物理、化学、自动控制、机械工程、能源工程等多个学科交叉的复杂问题。气体燃料加注过程中的发热机理非常复杂，产业巨头宝马、奔弛、丰田、通用、美空、法液空(法国液化空气集团)等公司投入大量资金(项目综合总投入≥2000万元/个)、人力进行数十年研究，均未能突破。这主要是因为气体加注速率由8m3/h提升到45/5min，导致气体加注过程中流速大幅度加快(35MPa工况下，天然气加注速度可超过音速)，因此天然气充装压力的提升也进一步加剧了天然气充装过程中的热量积聚，直接导致天然气进入储存容器时，伴随这超过125℃的温升(70MPa充装条件下)。
现有技术中，对于天然气充装过程中的温升现象，机理研究还停滞在探索认知阶段，尚未完全清楚解释气体温升机理，对于温升效应随气体初始温度、初始压力等因素变化的因果联系尚未完全明确。
根据发明人的多年研究，天然气充装过程中造成天然气的充装效率低下的原因有多个方面，包括天然气的预充装温度、气压、充装过程中设备管路阻力等。现有技术中，有少量的文献报道对于天然气进行预先冷却处理，使得天然气在充装过程中的自身温度较低，但是无法完全有效的解决天然气充装过程中全部的引起温度升高的阻碍因素。因此，天然气充装过程中实际的天然气温度控制不理想，没有达到最佳的天然气充装控制目的。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中所存在的天然气或氢气充装过程中存在多方面引起天然气温度升高，限制天然气或氢气有效充装应用，难以发挥天然气或氢气经济优势的不足，提供一种天然气或氢气加注系统及加注方法。特别是一种天然气/氢气充气过程中可以防止气体温度升高的加注系统和相应的加注方法。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
一种天然气或氢气加注系统，包括多级气压充气罐、混合充气管路、预冷机、加气机和活动扩展接头。
所述多级气压充气罐包括多个气体储存罐，各个气体储存罐分别设置有输出管道和控制阀门，多级气压充气罐的输出管道汇总至混合充气管路。优选地，其中多个气体储存罐是采用不同压力的气体储存罐。
所述混合充气管路依次连接至预冷机、加气机和活动扩展接头。
所述预冷机是设置在混合充气管路上的换热器，所述换热器能够对混合充气管路中的天然气或氢气进行冷却，实现混合充气管路中天然气或氢气的冷却。
所述预冷机连接加气机，混合充气管路经过预冷机后连接至加气机；加气机的最终接口连接至活动扩展接头；
所述活动扩展接头用于和乘用车上储气瓶上的瓶口阀相配合，实现加气机和储气瓶的连接。
所述活动扩展接头的内径为8-40mm。
本发明的天然气或氢气加注系统，是一种能够防止气体温度升高的天然气加注系统，加注热温升是指天然气或氢气在加注过程中，由于加注系统本身限制，导致天然气或氢气的温度升高的问题。本发明控制系统综合优化了现有天然气、氢气充装过程中的压力、温度、流速等多方面的控制因素，实现了对于天然气/氢气充装过程中温度升高变化的精确控制目的。
本发明控制系统控温的基本原理，主要包括压力、温度和流速三个方面，首先压力方面：高压力70MPa极端工况下，天然气充装过程中气体流速加快(在70MPa工况时气体流动速度达音速2倍)，局部形成激波、反复摩擦管道/阀门、形成严重的压缩热积聚，造成天然气温度升高，导致最终进入气瓶的气体温度急剧升高。所以，本发明采用以下三个方面的协同配合，实现对于天然气或氢气的加注热温升控制：
其一，采用多级控制的充装气压调节，实现了充装过程中储气瓶和加注系统之间的压差控制。先采用较低气压的充气罐进行充装，当储气瓶内部压力接近或达到较低气压的充气罐压力时，改用更高气压的充气罐进行充装，依次逐渐更换充气罐，实现阶梯升高充装系统的充气压力，使得储气瓶和充气罐之间的压差得到更好的控制，避免压差过大，减少因为充气罐和储气瓶之间压差导致的气流升温。
进一步，所述天然气或氢气加注系统，还包括控制器，所述控制器连接多级气压充气罐的阀门，并控制多级气压充气罐的阀门的开启或关闭。
优选地，所述控制器连接预冷机，控制器控制预冷机对于混合充气管路中的天然气或氢气进行预冷。根据充装状态，控制器调节预冷机的制冷量，实现天然气或氢气的精确预冷降温，保持充装天然气温度适宜。
其二，采用充装过程中对于加注系统的天然气或氢气进行预冷却处理，实现来源天然气温度降低，抵消一部分的充装过程温度升高缺陷。
优选地，所述储气瓶上的瓶口阀为与活动扩展接头配套的阀门。
优选地，所述储气瓶上的瓶口阀为与活动扩展接头配套的阀门的内径保持一致或大小接近。使得充装气体通过阀门的时候，整体流动更加平稳，避免因为内径不一致导致的气流扰动，减少气流摩擦发热。所述储气瓶上的瓶口阀为与活动扩展接头配套的阀门的内径大小之差不超过±20％，使得气体通过活动扩展接头和瓶口阀的时候，流动平稳。
其三，在上述两点改进的基础上，还结合了气瓶喉管部分的优化改进，通过调整喉管的粗细大小，实现了喉管和气瓶之间的良好配合，降低造成天然气温升的最关键因素作用，使得气体摩擦升温的关键点得到控制，配合前述控制方案，协同达到充装效率大幅度提升的效果。
进一步，所述多级气压充气罐包括第一气体储存罐、第二气体储存罐、第三气体储存罐、第四气体储存罐。
进一步，所述第一气体储存罐、第二气体储存罐、第三气体储存罐、第四气体储存罐分为高压气体储存罐、中压气体储存罐、低压气体储存罐和公共气体储存罐；组成三级储气罐以及公共气体储存罐的四条线路。
成利用三级储气罐+直通共用4线制结构的天然气调峰储存功能。将高、中、低三个充气管路+直联管道组成并联设置的管道分别连接至高、中、低压三级储气罐+第四压缩机直联共用管。其中，所述高压气体储存罐是指气压60-80Mpa的高压气罐、中压气体储存罐40-60Mpa的中压气罐、低压气体储存罐20-40Mpa的低压气罐。显然，低压气罐还可以进一步降低，但是结合预冷机的预冷作用，并不需要将低压气罐控制得过分低压，低压气罐压力太低，反而充装速度过慢，系统总体效率不高。
在上述多级气压充气罐中，进行充气的时候，首先采用低压气体储存罐进行充装，当储气瓶内部气压和低压气体储存罐内部压力接近或一致的时候(例如两者压差5MPa以内)，关闭低压气体储存罐。然后，开启中压气体储存罐，利用中压气体储存罐进行充装，当储气瓶内部气压再次升高并接近中压气体储存罐的时候，关闭中压气体储存罐。然后开启高压气体储存罐，利用高压气体储存罐进行充装，直到储气瓶气压接近或达到最高气压水平(高压气体储存罐内部气压)。
优选地，上述开启或关闭高压气体储存罐、中压气体储存罐、低压气体储存罐的过程可以采用人工控制，也可以采用计算机自动控制，如果采用计算机自动化控制，可以选用电磁阀作为气体储存罐的阀门开关控制机构，实现自动化。
进一步，所述混合充气管路包括至少四个并联设置的管道，所述四个并联设置的管道分别连接至高压气体储存罐、中压气体储存罐、低压气体储存罐和公共气体储存罐。
即四个并联设置的管道分别连接至多级气压充气罐上。所述多级气压充气罐分为高、中、低三级储气罐，以及直通共用，总共4线制结构组成。
本发明防止气体温度升高的天然气加注系统，采用多级气压充气罐、混合充气管路、多级充气开关阀门、多级充气控制预冷装置和充气阀门相互配合，通过多级气压充气罐提供更多的充装天然气储存，并实现不同的压力级别控制，消除了现有的天然气充装过程中乘用车储气装置和高压充气装置之间的大压差问题。而且与之配套的设计了混合充气管路，实现天然气充装过程中任意管路路线选择的效果，避免天然气连续通过同一管路造成管路摩擦升温的问题。
本发明防止气体温度升高的气体充装过程工艺对气体充装温度热控制系统，充气管路～阀门+压缩机～直通充气管路阀门、预冷充气温度控制装置和阀门相互配合，实现对不同压力级别的有效调整控制，减小工艺工况压力与车储气瓶之间的压差达到减小气体初始流动速度抑制气体加注热产生的目标，并通过气体预冷装置对气体进行预冷处理使工艺系统达到对气体加注热温度进行连续的有效控制实现方案提出的控温技术效果达到天然气充装温度的精密控制。
进一步，所述预冷机是附着在混合充气管路外壁上的水冷式换热装置。充分利用水冷换热热容量大，换热效率高的优势。
在上述多级充气装置的基础上，配合设计配套的充气管路外侧设置多级充气控制预冷装置，对于各个混合充气管路可以独立的进行冷却处理，可以是直接对天然气流经的管路进行预冷却，也可以是对于尚未充气或准备充气的管路进行冷却，做到连续可调可控的效果，最大协同性的完成对于管路的冷却控制。
进一步，所述活动扩展接头的内径为8-30mm，阀门内部的喉管经过重新设计。优选地，所述活动扩展接头采用螺旋式锁闭阀门。所述螺旋式锁闭阀门和现有技术中的锁闭阀门结构相同，只是阀门的喉管内径扩大，提升阀门的气体通过能力。例如，可以是14mm、16mm、18mm、20mm、22mm、24mm、26mm、28mm。
进一步，所述活动扩展接头的内径为8-26mm。
进一步，所述瓶口阀的内径为8-40mm，优选8-30，优选8-24mm，例如18mm、20mm、22mm、24mm。
相比于现有技术而言，现有技术中充气活动接口及阀门处形成了气体流通路径上关隘(喉管)，口径非常小，只有4mm。在高压力(例如高压充装的70MPa)的极端加注工况下，阀门处由喉管效应直接导致气体局部流动速度大幅度加快(速度达音速2倍)，产生气体激波、摩擦、压缩热效应多重叠加，进而造成充装CNG温度≥125℃，超过安全标准规范要求(100℃/1.5％)。采用较大的充气阀门以后，天然气充装过程中的喉管限制因素得到有效环节，基本避免了喉管效应的影响。
进一步，混合充气管路前端连接充气总管，总管和充气阀门采用内径8-40mm阀门，优选为8-30mm的阀门，消除了充气阀门的喉管限制，克服了“喉管效应”，使得天然气流经充气阀门的时候急速压差变化所致的摩擦升温效应显著降低，达到天然气充装温度的精密控制。
进一步，对所述快速充气接口进行口径扩展设计、以满足车载气瓶充气接口增大为8-40mm阀门，优选为8-20mm所需的尺寸配合连接，提升储气装置安全性。对于车载气瓶接口口径增大扩展，提高充装效率。
进一步，对所述车载气瓶瓶口进行口径扩展设计以满足阀体增大的尺寸需求。
进一步，所述加气机上还设置有流量计。流量计用于检测控制充装的气体总量，实现精准充气。
进一步，所述加气机上还设置有压力检测器。检测控制充装气压安全状态。
进一步，所述控制器连接流量计、压力检测器至少一个，通过流量计或压力检测器反馈信息，控制器调节多级气压充气罐的阀门开启或关闭。
进一步，所述活动扩展接头用于和乘用车上储气瓶上的瓶口阀之间具有相互配套的卡紧锁止装置。
通过储气瓶和加气机前端的活动扩展接头锁止连接，确保充气接口的连接牢固，提升储气装置的稳定充气，保证安全性。
进一步，所述卡紧锁止装置是弹性卡接结构，当活动扩展接头和乘用车上储气瓶上的瓶口阀接的时候，卡紧锁止装置将活动扩展接头和瓶口阀卡接锁定。优选，采用弹性卡接结构，当加气机和乘用车上储气瓶连接的时候，相应的充气阀门自动与之卡紧，卡紧结合力量牢固可靠，而且能避免因为操作人员遗忘造成安全隐患，确保安全性更高。
本发明对现有快充工艺系统相关结构储气罐进行改造，以满足控温目标的压力调整。
本发明以抑制气体加注热温度产生为目标，把CNG或氢气加注过程气体加注热温度升高，控制在工况温度≤80℃(70MPa)内，以满足高速充装的目的。
进一步，本发明的充装系统还包括温度传感器，所述温度传感器用于监控气体充装系统的温度变化。
优选地，所述加气机和/或储气瓶上设置有温度传感器。
优选地，所述温度传感器和控制器相连。控制器监控温度传感器确定加气机和/或储气瓶的温度状态，进而实现相应的充装气压调节控制。
根据温度传感器检测到的温度参数，控制器控制气体预冷装置制冷量，使得预冷机制冷量和充装过程的温度匹配。通过温度－功率配置，对于充装过程中的温度和功率进行匹配监控，保证充装过程中加气机和/或储气瓶的温度参数符合预先设定参数控制要求，保持安全、高效。
进一步，还包括压力检测，通过压力检测精确到监控储气瓶的压力变化，随时调整压力控制系统以及冷却系统，使得压力达到安全控制范围，同时结合适当的冷却系统控制，做到冷却和发热相匹配抵消的效果。
进一步，还包括总控阀门，用于控制整个系统的安全状态。优选地，所述总控制阀门设置在混合充气管路上。
通过本发明天然气充装系统，实现了对于CNG充装的多个维度控制调整。结合气体温度预处理系统、把压力系统、温度变化监控系统相互有机结合。整体可以做到CNG经过充装系统控制，第一段抑温升把气体的温度控制在≤80℃，第二段抵消温升、通过抑制温升+抵消温升的综合控温措施即可做到把充装70MPa高压气瓶的气体温升下降至≤25℃(70MPa)的控制工况，使气体产品标准温度.压力的充装量偏差≤2％实现精确控制目地提出的综合控温技术措施。
一种使用上述天然气或氢气加注系统进行加注的方法，包括以下步骤：
(1)将活动扩展接头用于和乘用车上储气瓶上的瓶口阀连接。
(2)按照气压从低到高的顺序，依次开启多级气压充气罐进行充装，同时调整预冷机制冷功率，保持充装气体温度稳定；直到储气瓶充装完成。
进一步，步骤(2)中，所述多级气压充气罐包括第一气体储存罐、第二气体储存罐、第三气体储存罐、第四气体储存罐。所述第一气体储存罐、第二气体储存罐、第三气体储存罐、第四气体储存罐分为高压气体储存罐、中压气体储存罐、低压气体储存罐和公共气体储存罐；组成三级储气罐以及公共气体储存罐的四条线路。
首先开启低压气体储存罐阀门，通过低压气体储存罐对储气瓶进行充装；当储气瓶内部气压和低压气体储存罐内部压差0-5MPa时，关闭低压气体储存罐。
开启中压气体储存罐，利用中压气体储存罐进行充装；当储气瓶内部气压.和中压气体储存罐内部压差0-5MPa时，关闭中压气体储存罐。
开启高压气体储存罐，利用高压气体储存罐进行充装；当储气瓶内部气压.和高压气体储存罐内部压差0-5MPa时，关闭高压气体储存罐，完成充装。
在上述多级气压充气罐中，进行充气的时候，首先采用低压气体储存罐进行充装，当储气瓶内部气压和低压气体储存罐内部压力接近或一致的时候(例如两者压差5MPa以内)，关闭低压气体储存罐。然后，开启中压气体储存罐，利用中压气体储存罐进行充装，当储气瓶内部气压再次升高并接近中压气体储存罐的时候，关闭中压气体储存罐。然后开启高压气体储存罐，利用高压气体储存罐进行充装，直到储气瓶气压接近或达到最高气压水平(高压气体储存罐内部气压)。
优选地，上述开启或关闭高压气体储存罐、中压气体储存罐、低压气体储存罐的过程可以采用人工控制，也可以采用计算机自动控制，如果采用计算机自动化控制，可以选用电磁阀作为气体储存罐的阀门开关控制机构，实现自动化。
进一步，步骤(2)中，采用控制器依次开启多级气压充气罐进行充装，同时调整预冷机制冷功率。优选地，控制器连接温度传感器、流量计、压力检测器中至少一个，控制器根据温度、压力、流量中的至少一个进行自动化控制。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、本发明防止气体温度升高的天然气或氢气加注系统，采用多级气压充气罐、混合充气管路、多级充气开关阀门、多级充气控制预冷装置和充气阀门相互配合，通过多级气压充气罐提供更多的充装天然气储存，并实现不同的压力级别控制，消除了现有的天然气充装过程中乘用车储气装置和高压充气装置之间的大压差问题。
2、本发明天然气或氢气加注系统配套的设计了混合充气管路，实现天然气充装过程中任意管路路线选择的效果，避免天然气连续通过同一管路造成管路摩擦升温的问题。而且，可以在混合充气管路外侧设置多级充气控制预冷装置，对于各个混合充气管路可以独立的进行冷却处理，可以是直接对天然气流经的管路进行预冷却，也可以是对于尚未充气或准备充气的管路进行冷却，做到连续可调可控的效果，最大协同性的完成对于管路的冷却控制。
3、本发明天然气或氢气加注系统通过统一的混合充气管路前端连接的充气总管，采用内径8-40mm阀门，优选为8-20mm的阀门实现天然气充装总管、充气阀门对乘用车储气装置的可靠连接。消除了充气阀门的喉管限制，克服了“喉管效应”，使得天然气流经充气阀门的时候急速压差变化所致的摩擦升温效应显著降低，达到天然气充装温度的精密控制。
4、本发明天然气或氢气加注系统，克服了现有技术中工艺不足，控温功能缺失，导致的CNG充装温度失控、造成生产/应用过程存在安全隐患、制约工艺开发的问题。将天然气充装压力安全的提高到0.49kg/L、70MPa，相比于现有技术20MPa(0.112kg/L)系统，显著的提高了CNG储气瓶宻度，70L气瓶储能容量从15m3提高到63m3，相应的乘用车续航里程从200km提高到1000km，减少了车辆往返于加气站的次数和时间，储能应用经济性大幅提高110％，充分发掘了CNG加注潜力。
5、本发明天然气或氢气加注系统可以做到CNG气体温度、压力达到标准，温度、压力、充装量等精确控制偏差率≤2％的目地。
附图说明：
图1是本发明防止气体温度升高的天然气或氢气加注系统的总示意图。
图中标记：11-高压气罐、12-中压气罐、13-低压气罐、14-共用气罐、2、预冷机、3-加气机、4-流量计、5-压力检测器、6-总控制阀、7-活动扩展接头、8-瓶口阀。
具体实施方式
首先，对CNG、氢气加注热温度失控问题进行技术分析。
由于在气体流动路径上存在喉管效应、即在口径(4mm)/压力70MPa加注工况下由气体流动速率加快产生最大加注速度，在35MPa充装压力下气体流速即可达到超音速，而70MPa充装压力下气体流速更可达到2倍音速。在气瓶加注过程终了时，产生气体激波、摩擦、压缩等综合热效应，常规20MPa充装压力直接对应温升约为55℃(35MPa)对应温升约为125℃(70MPa)对应温升≥125℃。因此，充装过程的热失控，是气体加注热升温的直接原因，而且升温速率随气体加注工况压力增大，流速加快，而快速上升，并伴有随气体初始加注温度与气体初始加注压力上升呈线性相向变化的气体加注温度压力变化性质。
本发明为了克服上述的CNG、氢气加注热温度失控问题，采用的创新技术方案思路如下：根据造成气体加注热升温效应相关综合因素进行技术分析，发明人认为CNG加气站快充工艺对气体加注热失控问题是由工艺各子系统存在工艺设计技术缺陷、即由“口径小/压差大的喉管效应”，造成气体流动速度局部加快产生最大气体激波、摩擦压缩热效应温度，70MPa工况温升≥125℃→造成气体产品温度超温→存在生产/应用安全隐患→制约生产工艺对CNG加注密度(0.49kg/L/25℃(70MPa))潜力开发。进而导致CNG汽车燃料存储应用能效↓消费成本支出↑的气体储存能效/应用经济性问题。
为此发明人世界首创提出利用生产系统中的高、中、低、共用四线制设计结构、时间、工作顺序、定压、定量功能，以分段多级降压+增大流通口径+预冷等技术改进，以降低气体初始流速增大气体流量的“抑制+抵消”热效应产生的先进控温机理进行工艺设计，以开发CNG(0.49kg/L：0.112kg/L)密度/(63m3/15m3)容量/1000km/200km)续航里程潜力为设计目标，与CNG、氢气加注过程控温、控压相关技术配套实施达到降低燃料消费成本(110％)加快推动CNG汽车产业发展的目地。
具体而言，本发明以现有CNG加气站快充工艺相关生产功能为基础、通过增置工艺预冷系统和对现有工艺相关结构、时间、工作顺序、计量、检测、控制功能的深度利用，为CNG.氢气加气站快充工艺增加了，由A)以抑制气体加注热产生+B)抵消气体加注热产生，由A+B组成快充工艺控温功能，实现控制CNG、氢加注过程加注热控制技术。
通过详细分析现有技术中CNG充装温升问题，发明人发现当充装气体压力每升高1Mpa，温升率2.7k，温度每上升1℃对应2.3k，相应的降低10Mpa气体压力，可以降低充装过程温度升高约27℃。然后，结合预冷却工艺，对天然气进行预先冷冻降温，降低-40℃初始温度，最终控制抑制CNG气体的温度复合国家标准规范要求。
下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
<实施例1>
如图1所示天然气或氢气加注系统，包括多级气压充气罐11-14、混合充气管路、多级充气开关阀门、多级充气控制预冷装置和充气阀门。多级气压充气罐包括第一气体储存罐11(高压气罐)、第二气体储存罐12(中压气罐)、第三气体储存罐13(低压气罐)、第四气体储存罐14(共用气罐或备用气罐)。四个气体储存罐分别设置不同压力，例如第一气体储存罐压力70MPa，第二气体储存罐压力50MPa，第三气体储存罐压力25MPa，第四气体储存罐压力45MPa。气体储存罐中天然气被加压到逐渐升高的压力状态，各个气体储存罐分别设置有输出管道和控制阀门，连接至所述混合充气管路。混合充气管路设置四条并联设置的管道，四条并联设置的管道分别是第一充气管路、第二充气管路、第三充气管路、第四充气管路，管道分别连接至各个气体储存罐11-14的输出管道。
进一步，多个并联设置的管道之间还可以设置交叉管路，在所述交叉管路上设置有第二控制阀门，用于将混合充气管路进行重新分配，实现多级充气管路的备份，降低充气管路的摩擦升温。
所述第一充气管路、第二充气管路、第三充气管路、第四充气管路靠近前端的位置设置充气开关阀门，用于控制四个并联设置的管道进行天然气充气输送。在所述第一充气管路、第二充气管路、第三充气管路、第四充气管路汇合连接至混合充气管路上，混合充气管路前端连接至加气机，在混合充气管路上设置有水冷式换热器作为预冷机2，用于实现多级充气控制预冷，将混合充气管路中输送去储气罐的气体进行预冷却，实现混合充气管路中的天然气或氢气冷却。
所述混合充气管路是连接第一充气管路、第二充气管路、第三充气管路和第四充气管路的总管线，混合充气管路的前端统一连接至预冷机2，预冷机连接加气机3，加气机3连接流量计4、压力检测器5、总控制阀6，总控制阀连接活动扩展接头7。活动扩展接头7的气阀内径为8-40mm的阀门，例如本实施例采用18mm内径的阀门。阀门结构为常规阀门结构，只是内径控制为18mm，相比于一般的阀门内径增大，提升气体通过效率。
活动扩展接头7和乘用车上储气装置的瓶口阀8相配合，实现连接。活动扩展接头7具有卡紧锁止部件，瓶口阀8具有锁紧机构，所述卡紧锁止部件和乘用车上储气瓶的瓶口阀8上锁紧机构相互结合，实现卡紧锁止。所述瓶口阀8采用与活动扩展接头7相互配合的瓶口阀，其内径为18mm，与活动扩展接头7保持一致，提升气体通过效率。通过储气装置和充气阀门的锁止，确保充气接口的连接牢固，提升储气装置的稳定充气，保证安全性。
<实施例101>
一种天然气或氢气充装方法，采用如实施例1所述的天然气或氢气充装系统进行天然气充装，防止气体温度升高的，控制乘用车上储气瓶的温度保持在安全范围内，提升充装效率。具体充装方法如下。
(1)将活动扩展接头用于和乘用车上储气瓶上的瓶口阀连接。
(2)按照气压从低到高的顺序，依次开启第三气体储存罐13(低压气罐，25Mpa)、第二气体储存罐12(中压气罐，50Mpa)和第一气体储存罐11(高压气罐，70Mpa)进行充装，同时调整预冷机制冷功率，保持充装气体温度稳定；直到储气瓶充装完成。
具体充装过程中，首先开启25Mpa低压气体储存罐阀门，通过25Mpa低压气体储存罐对储气瓶进行充装；当储气瓶内部气压和低压气体储存罐内部压差0-5MPa时，关闭低压气体储存罐。开启50Mpa中压气体储存罐，利用中压气体储存罐进行充装；当储气瓶内部气压.和中压气体储存罐内部压差0-5MPa时，关闭中压气体储存罐。开启70Mpa高压气体储存罐，利用高压气体储存罐进行充装；当储气瓶内部气压.和高压气体储存罐内部压差0-5MPa时，关闭高压气体储存罐，完成充装。
进一步，包括多级气压充气罐11-14气体流经混合充气管路，被混合充气管道外部的预冷机换热预冷降温，控制充装天然气或氢气的温度冷却至0-5℃。如此一来，天然气经过加气机加注到乘用车上储气瓶的以后，气瓶内部天然气的温度可以控制在30℃以内，抵消温度升高。
进一步，第四气体储存罐压力45MPa作为备用，当低压气罐储量不足的时候，可以通过第四气体储存罐进行补充。另外，作为补充，在极端的情况下，也可以直接利用第四气体储存罐进行充气，防止系统整体失效。或者可以用第四气体储存罐代替中压储罐，进行充气，达到低压到高压的过渡。
<经济效益核算>
上述天然气加注过程热升温控制技术，主要是针对CNG加气站天然气温度超过工艺控温度的解决方案。首先，根据天然气具有压缩860倍优良的特性，对天然气加注过程造成温升的气体加注初始速度、加注时间、加注流速、流量、初始温度、气体压力差等多方面关键控制因素，采取相应的气体控制技术。并采用天然气气瓶快充过程温升数值模拟技术进行研究，以70MPa车用储气瓶为基本参考，控制天然气充装过程中快充温升的限制因素。主要从以下三个方面作为理论基础开展充装系统改造升级。通过控制天然气充装过程中，三种气体充装性质关系的成果数据，以世界首创的“抵消温升+抑制温升”的控温机理进行设计。
现有CNG充装工艺中“气体加注热失控”引起安全隐患，在25℃(70MPa)条件下，天然气充装效率仅为0.49kg/L、0.112kg，对应天然气容量为15m3，汽车能效里程200km/次加气。通过应用上述充装系统很好的解决了上述问题，实测采用25MPa、50MPa、70MPa连续阶梯控制的充装工艺系统，燃料储存应用成本具有大幅下降潜力，实现天然气单次充装达到63m3容量，汽车能效里程1000km/次的经济效益，使得天然气应用经济性提升110％，CNG潜力得到充分开发，克服了燃料应用成本高于生产成本的问题。如果以出租车全生命周期6年预计产生经济效益，20MPa、35MPa、70MPa连续阶梯控制的充装工艺系统分别可产生经济效益如下：8.8万元/辆全周期、18万元/辆全周期、21万元/辆全周期。
<对比例1>
无控温功能多级充气
采用和实施例1相同的天然气充装系统，设置同样的多级气压充气罐，且多级气压充气罐的气体压力设置相同。只是不采用预冷机，比较不采用预冷机的情况下，对于乘用车储气瓶的充装效率。相比与实施例1相比，无控温功能的多级充气方式下，储气瓶的充装效率约为实施例1的82％，充装效率降低，乘用车储气瓶携带燃料能力显著降低，经济性降低。
<对比例2>
有温控功能单级充气
采用和实施例1相同的天然气充装系统，设置单一气压充气罐，即只采用单一的气体压力作为气源。采用预冷机，比较单一气压参数下，对于乘用车储气瓶的充装效率。在采用70Mpa压力充装的情况下，由于初始气压高，虽然存在预冷机，但是气体升温依然严重，充装效率约为实施例1的79％。并且，预冷机的工作制冷量需求大，控温效果不理想。
<实施例2>
一种能够防止气体温度升高的天然气充装系统，包括高、中、低三级气压充气罐+共用四级降庒管路、四级充气罐分别配制有充气开关阀门、实现四级充气控制。降压管路连接至混合充气管路上，然后混合充气管路连接预冷装置。储气罐包括第一气体储存罐、第二气体储存罐、第三气体储存罐、第四共用气体储存罐。对四级气体储存罐+管道分别设置不同压力，例如第一气体储存罐压力70MPa，第二气体储存罐压力60MPa，第三气体储存罐压力50MPa，第四共用气体储存罐压力40MPa。使天然气加压过程呈逐渐升高的压力状态，四级气体储存罐分别设置有输出管道和控制阀门，连接至所述混合充气管路。所以，混合充气管路汇合四条并联设置的管道，四条并联设置的管道分别是第一充气管路、第二充气管路、第三充气管路、第四充气管路，管道分别连接至各个气体储存罐的输出管道。所述第一充气管路、第二充气管路、第三充气管路、第四充气管路靠近前端的位置设置充气开关阀门，用于控制四个并联设置的管道进行天然气充气输送。在所述第一充气管路、第二充气管路、第三充气管路、第四充气管路并联汇合至混合充气管路后，在混合充气管路上设置预冷机，用于实现对天然气的预冷处理，所述混合充气管路的前端最终统一连接至充气总管，充气总管连接加气机，加气机设置有充气阀门(即活动扩展接头)。所述充气阀门的内径为14mm的阀门。所述充气阀门能够和乘用车上储气装置的充气接口(瓶口阀)相配合，实现连接保证安全性。
本实施例中充装系统简化了加气机的结构，采用加气机直接通过充气阀门(活动扩展接头)和乘用车上储气装置的充气接口相连接，方便充气，结构可靠。
<测试例1>
采用实施例2所述的天然气充装系统，设置如图1所示的四个充气罐11-14，分别对应高压气罐、中压气罐、低压气罐、共用气罐。高压气罐内储存天然气气压控制为70MPa，中压气罐内储存天然气气压控制为50MPa，低压气罐内储存天然气气压控制为25MPa，共用气罐作为补充，其内储存天然气气压控制为70MPa。
四个充气罐11-14分别通过控制阀门连接至总管路上，控制阀门为顺序控制阀门，可以分别独立开启，也可以通过电脑控制顺序开启，方便天然气的连续调压充装。总管路连接预冷机2，预冷机2是对天然气进行冷冻降温处理的机器，预冷机可以预冷抵消温升约20℃，根据环境温度以及充气过程中气瓶温度升高的大小，调节预冷机的制冷功率，达到良好的冷却效果。
经过预冷机2处理的天然气进入加气机3，加气机连接流量计4、压力检测器5、总控制阀6和活动扩展接头7，流量计4计量通过加气机2的天然气总量，压力检测器5监测分析系统的压力，总控制阀6控制加气机开启加气和停止加气。所述总控制阀6前端连接活动扩展接头7，所述活动扩展接头7和瓶口阀8相互配合，构成加气机2和储气瓶的连接。
所述活动扩展接头7的内径为14mm，相比于现有的普通气瓶结构的4mm的接头结构而言，本发明的活动扩展接头7具有更大的内径，虽然结构和普通气瓶结构相同，但是活动扩展接头7的内径增大数倍，使得天然气流经活动扩展接头7的位置时，不再受到喉管效应的影响，可以避免天然气流动速度突破音速，使得天然气充装过程中的发热量得到很好的控制。
根据计算，充装70Mpa气瓶充装：首先，空瓶情况下，将活动扩展接头7和扩大瓶口发8连接固定，然后将加气机3连接的预冷机2，预冷机2接通至低压气罐13控制25MPa压力充装，充装过程中预冷机2将天然气预冷至5℃，气瓶内天然气压力充装至25Mpa平衡后，储气瓶的温度无保持室温无升高。然后关闭低压气罐13的控制阀门，开启中压气罐12继续进行充装，同样控制预冷机2将天然气预冷至5℃，气瓶内天然气压力充装至50Mpa平衡后，气瓶内天然气压力达到50Mpa，同时气瓶温度升高约5℃。关闭中压气罐12的控制阀门，开启高压气罐11的控制阀门，采用70MPa高压气体对气瓶进行充装，充装过程中，增大预冷机2的制冷功率，使得天然气预冷至-5℃，最终天然气储气瓶内部气压达到70Mpa以后，充装加气机和储气瓶连接处气压平衡，关闭储气瓶的阀门，关闭总控制阀6，关闭高压气罐11的控制阀门，停止加气。检测储气瓶温度，储气瓶温度相比于室温升高仅6℃，保证了储气瓶的安全性。
经过测试本发明的防止气体温度升高的天然气充装系统，选用自控顺序阀实现高、中、低连续自动控制充装，在不同阶段采用不同的压力气罐作为天然气充装源，有效的控制了天然气充装过程中储气瓶和气罐之间的压力差，防止因为压差过大导致的天然气流速突破音速，减少了高速气流摩擦发热。控速抑制温升效果，可以有效降低天然气温升最多达80℃，即采用上述充装系统进行天然气加注，天然气温度升高减少了80℃，对于夏季控制气瓶气压、温度具有非常突出的效果。同时，结合预冷机进行预冷抵消温升，可以实现最多20℃的预冷抵消，在多级充装的基础上，更进一步的降低进入储气瓶的天然气温度，实现抵消+抑制的双重控温。
通过预冷降低了充装进入气瓶的天然气温度，同时也使得天然气流经瓶口进入储气瓶的效率大幅度提升，避免因为气温高，气体密度增大，不仅充气效率提升，而且充气过程中气体相互摩擦的发热量也降低，因此能够协同配合达到最佳的降温效果。相比于单独应用预冷机进行冷却降低天然气温度而言，配合高中低三级变压充装天然气，温度降低效率大幅度提高，不再需要过渡冷却天然气，对于预冷机的功率要求降低，不仅节约预冷机设备成本，还节约了预冷机制冷工作能耗。
<综合续航里程-成本核算>
采用上述的天然气充装系统，进行成本核算。具体采用CNG加注密度仿真22℃(20MPa)和CNG出租车不同公路、不同路况、不同速度的全过程控温加注储能容量/能效测试方法验证的数据计算结果如下所示，本方案的技术经济指标达到世界领先水平。
表1多种不同控制方式下CNG实现经济性比较
Figure BDA0002242290500000151
表2多级路径控温工况CNG经济性与与氢能车、电能车比较
Figure BDA0002242290500000152
Figure BDA0002242290500000161
根据20MPa工况实测能效数据对70MPa工况经济性预计。以目前国内外市场应用的20MPa工况条件、在采用CNG加注热控制新工艺计、随CNG加注工况和加注热控制能力提高CNG出租车70L储气瓶每次加气储气量提升至19.2m3，每天营运400km产生效益计。
A、出租车70L加气次数由3次下降为1.6次、每次加气时效成本支出减少22.5元/次*1.4次＝32.4元/天。
B、基于能效提高12％气耗下降90元/天*12％＝10.8元/天400km。
C.因此由A+B；32.4元+10.8元＝43.2元/天、出租车以每年运营350天/年计约为1.48万元/年。
因此，以出租车全生命周期6年计、在采用本发明技术不同工况20MPa、35MPa、70MPa时，可分别经济效益如下：8.8万元/辆全周期/20MPa、18万元/辆全周期/35MPa、21万元/辆/全周期/70MPa，燃料储存应用成本显著下降，社会经济效益显著，环保节能。
另外，与之配套的还存在天然气、氢气加注站多方面限制：A、控温功能能缺失，B、气体加注速率、初始加注温度、加注压力等控制不足。综合多方面因素，对气体流速/流量/时间关系进行的深度调整，实现智能化控温技术，以抵消+抑制的方式，避免“气体快充温升效应”。同时，对配套投入相应的天然气加气站的建设，实现多方面加气站优化建设，实现更好的全社会环保节能效应，CNG加注站投入回报核算如下。
根据CNG加注热控制技术的应用实施是一种由技术开发方+资金投入+与加气站共同实施经济效益产生在出租车使用中的特点、采用技术、资金、加气站生产方的投入收益按总收益的1/4、专利使用费提取、具体运作方式按每天节省气耗10.8元/30m3/400km计约为单位气价提升0.36元/m3、以加气站售气0.36元/m3*1万m3/天*350/天计则技术开发方+资金投入+CNG加气站三方年总收益约为126万元/座。
资金投入与产出比，技术实施投入资金分别为：
A、预冷设备投资8万元/台*2～4台可满足售气1万m3/天～2万m3/天的需求。
B、对生产系统的技术改造(需加气机厂技术合作配合)。
C、新技术应用的安全监控系统建设资金。
A+B+C合计约20万元台套*2～4≤80万元/座年。年总收益126万元/座*20年：总投入≤80万元/座。
目前，中国CNG加气站市场规模成本为￥8000/座CNG站，20℃(20MPa)工况、对目前工况/55℃(20MPa)进行改进，最大投入资金80亿元人民币进行技术改造提高CNG控温技术能力。技术指标达到气体充装标准20℃(20MPa)时，汽车的CNG存储质量提高28.5％，能效提升40％，毎年产生(125万元人民币～252万元人民币)/座*8000座的社会经济效益，生产服务行业可实现增收25％。
由CNG出租车等用户每天减少CNG存储技术应用隐性成本42元/天/70L气瓶、毎天运营里程400km由加气3次减少为1.6次和节能每年产生1.48万元/辆年的社会经济效益中，以市场分配原则以安全共管、经济效益共享专利技术。
专利授权许可费向加气站的气费中提取，按目前技术条件加气频率由3次/天400km减少为1.6次/天400km节省；1.4次/天*22.5元/次＝31.5元/天400km，节省往返空驶成本。
31.5元/天*350天＝1.1万元/年辆*6/年辆＝6.6万元/汽车生命周期。
CNG出租车用户以现有21℃20Mpa工况计的收益：
以节省约1.1万元/年燃料存储全过程应用成本占年燃料采购成本。3元/m3*30/m3/天*350/天＝31.500元/年的30％以上。分摊到燃料综合单位气价则下降：1.1万元/年/10.500/m3≈1元/m3。
CNG以产品生产过程能耗低的“结构性经济优势潜力”随CNG控温快速存储技术进步与气瓶承压.加压(35MPa、70MPa)技术配套推广实施，CNG汽车的CNG/100km单位气耗具有下降30％和时效提升75％(注：25℃(70Mpa)工况)的最大潜力。
<实施例3>
如图1所示能够防止气体温度升高的天然气充装系统，四级气压充气罐。分别设定为超高、高、中、低四级气压充气罐，连接降庒管路，四级气罐分别连接四级充气开关阀门、四级充气控制。四级充气罐混合连接至总管路，然后连接预冷装置(预冷机)。
超高、高、中、低四级气压充气罐分别对应为第一气体储存罐、第二气体储存罐、第三气体储存罐、第四气体储存罐。对四级气体储存罐+管道分别设置不同压力，第一气体储存罐压力70MPa，第二气体储存罐压力55MPa，第三气体储存罐压力35MPa，第四气体储存罐中天然气压力20MPa。使天然气加压过程呈逐渐升高的压力状态，分别设置有输出管道和控制阀门，连接至所述混合充气管路，混合充气管路为公共管路。公共管路连接混合充气管路，四级气罐充气罐为四条并联设置储气罐，四条并联设置的管道分别是第一充气管路、第二充气管路、第三充气管路、第四充气管路，管道分别连接至各个气体储存罐的输出管道，所述第一充气管路、第二充气管路、第三充气管路、第四充气管路靠近前端的位置设置充气开关阀门，最终汇总至公共管路。
用四个并联设置的管道进行天然气充气输送，实现了四级气压控制，从四级气罐出来的天然气汇总至公共管路，然后由预冷机2对天然气的预冷处理，充气管路通过加气机3前端的活动扩展接头7连接至乘用车储气瓶。活动扩展接头7的内部阀门内径为24mm，气体通过能力高，配套的乘用车储气瓶接口阀门内径也是24mm。在加气机3内部设置流量计4、气压检测器5和总控制阀6，实现充气过程中的阀门开闭控制。所述活动扩展接头7的充气阀门内径较大的阀门。活动扩展接头7和乘用车上储气装置(储气瓶)的充气接口(扩大瓶口发8)相配合，也较大，实现连接保证安全性。
本发明装置系统控温机理如下：
采用预冷气体初始温度和利用工艺四线制充装结构分阶段降压的技术措施解决CNG加气站系统产品温度波动性超温55℃(20MPa)～40℃(20MPa)的控温技术问题。根据初始充装温度与快充温升系数2.3K/℃在工艺充装温度超标35℃的实际需把进入气瓶内气体的初始温度降低至以20℃为基准计算；20℃-(-35℃/2.3K)≈5℃即可使CNG充装终了时的温度达到标准20℃≤1.5％。根根对三线制工艺分区结构利用分段降压抑制温升产生+预冷方式提高工艺对CNG充装温升的控制精度、实现对气体最终充装温度的精确控制。通过系统的温度、压力检测、定量加注、时间、工作顺序等控制功能即可大幅减小气体充装温度与额定温度间的偏差率、提高CNG单位密度质量。
<实施例4>
如图1所示能够防止气体温度升高的天然气充装系统，包括多级气压充气罐、混合充气管路、预冷机、加气机和活动扩展接头。所述多级气压充气罐包括多个不同压力的气体储存罐，各个气体储存罐分别设置有输出管道和控制阀门，多级气压充气罐的输出管道汇总至混合充气管路。所述多级气压充气罐包括第一气体储存罐、第二气体储存罐、第三气体储存罐、第四气体储存罐。分为高压气体储存罐、中压气体储存罐、低压气体储存罐和公共气体储存罐；组成三级储气罐以及公共气体储存罐的四条线路结构。所述混合充气管路包括至少四个并联设置的管道，所述四个并联设置的管道分别连接至多级气压充气罐的四个气体储存罐上。
所述混合充气管路依次连接至预冷机、加气机和活动扩展接头。所述预冷机是设置在混合充气管路上的换热器，所述换热器能够对混合充气管路中的天然气进行冷却，实现混合充气管路中的天然气冷却。所述预冷机连接加气机，加气机的最终接口为活动扩展接头，所述活动扩展接头用于和乘用车上储气瓶上的瓶口阀相配合，实现加气机和储气瓶的连接。所述活动扩展接头的内径为20mm。

Claims (10)

1.一种天然气或氢气加注系统，其特征在于，包括多级气压充气罐、混合充气管路、预冷机、加气机和活动扩展接头；
所述多级气压充气罐包括多个气体储存罐，各个气体储存罐分别设置有输出管道和控制阀门，多级气压充气罐的输出管道汇总至混合充气管路；
所述混合充气管路依次连接至预冷机、加气机和活动扩展接头；
所述预冷机是设置在混合充气管路上的换热器，所述换热器能够对混合充气管路中的天然气或氢气进行冷却，实现混合充气管路中天然气或氢气的冷却；
所述预冷机连接加气机，混合充气管路经过预冷机后连接至加气机；加气机的最终接口连接至活动扩展接头；
所述活动扩展接头用于和乘用车上储气瓶上的瓶口阀相配合，实现加气机和储气瓶的连接；
所述活动扩展接头的内径为8-40mm。
2.根据权利要求1所述的天然气或氢气加注系统，其特征在于，所述多级气压充气罐包括第一气体储存罐、第二气体储存罐、第三气体储存罐、第四气体储存罐。
3.根据权利要求2所述的天然气或氢气加注系统，其特征在于，所述第一气体储存罐、第二气体储存罐、第三气体储存罐、第四气体储存罐分为高压气体储存罐、中压气体储存罐、低压气体储存罐和公共气体储存罐；组成三级储气罐以及公共气体储存罐的四条线路。
4.根据权利要求3所述的天然气或氢气加注系统，其特征在于，所述混合充气管路包括至少四个并联设置的管道，所述四个并联设置的管道分别连接至高压气体储存罐、中压气体储存罐、低压气体储存罐和公共气体储存罐。
5.根据权利要求1所述的天然气或氢气加注系统，其特征在于，还包括控制器，所述控制器连接多级气压充气罐的阀门，并控制多级气压充气罐的阀门的开启或关闭。
6.根据权利要求1所述的天然气或氢气加注系统，其特征在于，所述活动扩展接头的内径为8-30mm。
7.根据权利要求1所述的天然气或氢气加注系统，其特征在于，所述瓶口阀的内径为8-30mm。
8.根据权利要求1所述的天然气或氢气加注系统，其特征在于，所述加气机上还设置有流量计。
9.根据权利要求1所述的天然气或氢气加注系统，其特征在于，所述加气机上还设置有压力检测器。
10.一种使用上述权利要求1-9任一项所述天然气或氢气加注系统进行加注的方法，包括以下步骤：
（1）将活动扩展接头用于和乘用车上储气瓶上的瓶口阀连接；
（2）按照气压从低到高的顺序，依次开启多级气压充气罐进行充装，同时调整预冷机制冷功率，保持充装气体温度稳定；直到储气瓶充装完成。
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