CN116164228A - 一种无泄压排放的车载天然气系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无泄压排放的车载天然气系统及其控制方法，车载天然气系统，包括LNG储能罐以及与LNG储能罐连通的波纹储能器，LNG储能罐包括与波纹储能器连通的数个泄压口，波纹储能器包括与泄压口连通的波纹管储能室以及与波纹管储能室连通的储能汽化室，波纹管储能室内的气体能够流动至储能汽化室，以使波纹管储能室与储能汽化室保持压力平衡。因此LNG储能罐有泄压口排出的气体流动至波纹储能器中，不会直接排放到大气中，波纹储能器包括与泄压口连通的波纹管储能室以及与波纹管储能室连通的储能汽化室，波纹管储能室内的气体能够流动至储能汽化室，以使波纹管储能室与储能汽化室保持压力平衡。

Description

一种无泄压排放的车载天然气系统及其控制方法
技术领域
本发明属于储能领域，具体涉及一种无泄压排放的车载天然气系统及其控制方法。
背景技术
采用LNG(Liquefied Natural Gas，液化天然气)作为燃料的汽车具有清洁环保、经济实惠、行驶里程远、维护费用低等一系列优点，但LNG储能罐内部液化气受到环境因素后会进行汽化，导致LNG储能罐内压力过高，因此需要进行泄压排放，现在泄压排放都是直接排放大气中，不仅容易造成安全隐患，同时也造成能源的浪费，排放至大气中也会污染环境。
发明内容
针对上述的不足，本发明提供了一种无泄压排放的车载天然气系统及其控制方法，避免LNG储能罐的泄压的气体直接排放至大气中。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种无泄压排放的车载天然气系统，包括LNG储能罐以及与LNG储能罐连通的波纹储能器，LNG储能罐包括与波纹储能器连通的数个泄压口，波纹储能器包括与泄压口连通的波纹管储能室以及与波纹管储能室连通的储能汽化室，波纹管储能室内的气体能够流动至储能汽化室，以使波纹管储能室与储能汽化室保持压力平衡。因此LNG储能罐有泄压口排出的气体流动至波纹储能器中，不会直接排放到大气中，波纹储能器包括与泄压口连通的波纹管储能室以及与波纹管储能室连通的储能汽化室，波纹管储能室内的气体能够流动至储能汽化室，以使波纹管储能室与储能汽化室保持压力平衡，其中，LNG储能罐排出的气体进入波纹管储能室内，再由波纹管储能室进入储能汽化室，从而保证波纹管储能室与储能汽化室保持压力平衡，避免了产生压力波动，从而起到稳定的作用。
进一步地，波纹储能器内设有波纹弹性体，以将波纹储能器分隔成波纹管储能室和储能汽化室，波纹弹性体位于波纹管储能室内。波纹弹性体是指可折叠皱纹片沿折叠伸缩方向连接成的管状弹性敏感元件，波纹弹性体管壁较薄，灵敏度较高，工作时在内部压力的作用下沿弹性体长度方向伸长，通过波纹弹性体具有较好的弹性以及较高的耐温性，使波纹储能器可在高温情形下应用。
进一步地，波纹弹性体朝向波纹储能器的内壁延伸有数个支撑器，支撑器能够沿波纹储能器的内壁滑动。波纹弹性体处的支撑器既能够起到支撑的作用，从而使波纹弹性体整体更加稳定，同时支撑器移动时为沿波纹储能器的内壁滑动，滑动时与波纹储能器之间的摩擦也相对较小，从而使波纹弹性体的移动更加便捷，对于压力变化的反应更加灵敏，更好地保证波纹管储能室与储能汽化室之间保持压力平衡。
进一步地，波纹管储能室与储能汽化室连通处设置有单向阀。单向阀使得波纹管储能室内的气体只能够单向流动至储能汽化室，避免气体回流导致压力变化不规则，不便于波纹管储能室与储能汽化室保持压力平衡。
进一步地，波纹管储能室内的压力不大于0.2MPA，储能汽化室内的压力不大于波纹管储能室内的压力。进入波纹管储能室内的未汽化液化气，汽化后汽化气体将波纹储能器拉伸，内部压力超过0.2MPa后，开启单向阀，汽化气体由单向阀进入储气室，储能汽化室压力满足0.2MPa后，压缩波纹管到下位，使得波纹管储能室内的压力与储能汽化室内的压力平衡，系统供气时，内部保持0.2MPa平衡压力。根据汽化率计算，本申请中波纹储能器容积满足至少6个月的车辆停放不用排放容量要求，正常行驶车辆可以满足零排放需求。
进一步地，波纹储能器还包括设置于波纹管储能室与储能汽化室连接处的真空器。真空器能够将波纹管储能室的中部实现抽真空处理，能够减少外减少外界高温环境对内部气压的影响。
进一步地，LNG储能罐包括第一泄压口和第二泄压口，第一泄压口和第二泄压口择一与波纹储能器连通。通过第一泄压口和第二泄压口均能够实现泄压，当其中一个失效，便能够启动另一泄压口进行泄压，从而更好地保护LNG储能罐的安全。
进一步地，第一泄压口处的开启压力小于第二泄压口的开启压力。第一泄压口的开启压力较小，因此在泄压过程中首先通过第一泄压口实现泄压，此时第二泄压口处于关闭状态，当第一泄压口失效时，即压力达到第一泄压口的开启压力，但是第一泄压口并不会打开，此时压力则会继续上升，直至达到第二泄压口的开启压力，此时则通过第二泄压口实现泄压，从而确保始终能够泄压口实现泄压，保护LNG储能罐的安全。
进一步地，储能汽化室处设有与车载汽化器连通的输气装置，储能汽化室内的汽化燃气借由输气装置流动至车载汽化器。由于本申请车载天然气系统应用于车辆处，储能汽化室内的汽化燃气能够流动至车载汽化器处，因此在车辆启动后，储能汽化室内存储的气体流向车载汽化器，从而提供燃气。
本发明提供了一种无泄压排放的车载天然气控制方法，应用于上述的车载天然气系统，控制方法包括：
S1：LNG储能罐通过泄压口将气体输送至波纹储能器的波纹管储能室，波纹管储能室内生成能够流向储能汽化室的燃气；
S2：波纹管储能室内的气体能够流动至储能汽化室，以使波纹管储能室与储能汽化室保持压力平衡；
S3：当储能汽化室内的压力处于大于0.45MPa的状态，储能汽化室内的气体排出至车载汽化器。
附图说明
图1用以说明本发明LNG储能罐与波纹储能器的一种示意性实施方式的工作原理图；
图2用以说明本发明波纹储能器的一种示意性实施方式的结构示意图；
图3用以说明本发明波纹储能器的一种示意性实施方式的立体结构示意图；
图4用以说明本发明波纹储能器的一种示意性实施方式的剖视示意图；
图5用以说明图4中A处的局部放大示意图。
附图标记：
1、LNG储能罐，2、波纹储能器，21、波纹管储能室，22、储能汽化室，23、波纹弹性体，24、支撑器，25、真空器，26、输气装置，27、压力阀。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明实施例中的左、右、上、下、前、后等方位用语，仅是互为相对概念或是以产品的正常使用状态，即产品的行进方向为参考的，而不应该认为是具有限定性的。
另外，还需要说明的是，本发明实施例中所提到的“相对运动”等动态用语，不仅是位置上的变动，还包括转动、滚动等位置上没有发生相对变化，但状态却发生改变的运动。
最后，需要说明的是，当组件被称为“位于”或“设置于”另一个组件，它可以在另一个组件上或可能同时存在居中组件。当一个组件被称为是“连接于”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。
如图1至图5所示的一种无泄压排放的车载天然气系统，包括LNG储能罐1以及与LNG储能罐1连通的波纹储能器2，其中，LNG储能罐1实现LNG(Liquefied Natural Gas，液化天然气)的存储，通过汽化装置汽化为0.45MPa左右的气体提供给发动机，LNG储能罐1处设置的泄压口均满足泄放要求，在其中一个泄压口失灵后，剩余泄压口能够实现排放，从而保护LNG储能罐的安全，但是现有在泄压过程中，直接从泄压口排放至大气中，不仅存在安全隐患，同时也造成能源的浪费，排放至大气中也会污染环境。
当装载有上述车载天然气系统的车辆在行驶过程中，LNG储能罐中的液化气在环境因素下进行汽化，汽化的气体能够通过泄压口实现排放，从而保证LNG储能罐内的压力稳定，可以理解的，由于环境因素汽化的液化气的总量相对较少，因此本申请通过设置波纹储能器，能够将排出的自然汽化的气体进行二次回收，从而实现泄压时的安全排放，进而提高车辆行驶和停放时的安全问题，避免环境污染。
可以理解的，波纹储能器针对的是液化气在环境因素下的汽化，因此波纹储能器中收集储存的液化气的量相对较少，只针对泄压排放时的气体进行回收处理以及再次利用。
在本申请中，LNG储能罐1包括与波纹储能器2连通的数个泄压口，因此LNG储能罐1有泄压口排出的气体流动至波纹储能器2中，不会直接排放到大气中，波纹储能器2包括与泄压口连通的波纹管储能室21以及与波纹管储能室21连通的储能汽化室22，波纹管储能室21内的气体能够流动至储能汽化室22，以使波纹管储能室21与储能汽化室22保持压力平衡，其中，LNG储能罐1排出的气体进入波纹管储能室21内，再由波纹管储能室21进入储能汽化室22，从而保证波纹管储能室21与储能汽化室22保持压力平衡，避免了产生压力波动，从而起到稳定的作用。
在本申请中，LNG储能罐1能够将气体输送至波纹储能器2内，而气体在波纹储能器2中由波纹管储能室21流动至储能汽化室22内，当储能汽化室22内的压力过大时，则需要将储能汽化室22内的气体排出，优选的，储能汽化室22处设有与车载汽化器连通的输气装置26，储能汽化室22内的汽化燃气借由输气装置26流动至车载汽化器；由于本申请车载天然气系统应用于车辆处，储能汽化室22内的汽化燃气能够流动至车载汽化器处，因此在车辆启动后，储能汽化室22内存储的气体流向车载汽化器，从而提供燃气。
优选的，波纹管储能室21内还设有燃气传感器，燃气传感器在燃气泄漏时能够进行报警，当波纹管储能室21内燃气泄漏报警时，应及时检查波纹管储能室21内的结构是否损坏，从而提高使用时的安全性。
而对于燃气泄漏的出现，可以用便携式甲烷探测器对车辆的天然气泄漏点进行检查，为确保车辆正常行驶，应定期进行系统检漏，例如可以借助肥皂液检查漏点。
优选的，波纹储能器2还包括监测储能汽化室22的压力的压力阀27；通过设置压力阀27能够检测储能汽化室22的压力，从而保证储能汽化室22的安全，在本实施例中，储能汽化室22的安全压力值设为0.45MPa，能够满足波纹储能器2内的压力平衡。
在本申请中，在压力阀处同时设置有安全阀，安全阀为采用弹簧伺服的渗漏型安全阀，当储能汽化室22的压力过高时，即储能汽化室22内的压力大于0.45MPa，储能汽化室22内的气体便会由安全阀处自动排放，从而确保极端环境下导致的储能汽化室内的压力过大，从而保护天然气系统整体的安全，其中，用于自动排放的放空管安装于汽车的后部，从而远离驾驶室与客舱，也能够保证安全性。
本申请中，由于波纹储能器2内存储有燃气，因此需要具有一定的抗冲击能力，且需要减少外界温度对波纹储能器2内部的影响，因此本申请中波纹储能器2的外壳为双层结构，从而减少外界高温环境对内部气压的影响，具体的，波纹储能器2采用双层球形壳体，具有较强的抗外压冲击强度；同时，波纹储能器2整体构造选用304不锈钢材质，从而同时满足低温性能的需求；同时，将波纹储能器2设置为双层结构，密闭性能更好，即使出现内部部件损坏，也不会导致物料泄露。
优选的，波纹储能器2还包括设置于波纹管储能室21与储能汽化室22连接处的真空器25；真空器25能够将波纹管储能室21的中部实现抽真空处理，同样能够减少外减少外界高温环境对内部气压的影响。
综上，在本申请中，波纹储能器的腔体是密封腔，真空器25能够将波纹管储能室21的中部实现抽真空处理，即为对储能汽化室处进行抽真空，且波纹管储能室中的波纹弹性体为双壁结构，均能够降低外部环境的改变对波纹储能器的影响。
其中，波纹储能器2在安装时，将波纹储能器2的底盘通过安装法兰与承载有LNG储能罐1的底盘安装为一体，连接采用6个12.9级M8螺栓连接。
在本申请中，LNG储能罐1包括多个泄压口，各泄压口均能够与波纹储能器2连通，因此在任一泄压口失效后，能够启用其它泄压口实现泄压，避免压力过高，优选的，LNG储能罐1包括第一泄压口和第二泄压口，第一泄压口和第二泄压口择一与波纹储能器2连通；通过第一泄压口和第二泄压口均能够实现泄压，当其中一个失效，便能够启动另一泄压口进行泄压，从而更好地保护LNG储能罐1的安全。
优选的，第一泄压口处的开启压力小于第二泄压口的开启压力；第一泄压口的开启压力较小，因此在泄压过程中首先通过第一泄压口实现泄压，此时第二泄压口处于关闭状态，当第一泄压口失效时，即压力达到第一泄压口的开启压力，但是第一泄压口并不会打开，此时压力则会继续上升，直至达到第二泄压口的开启压力，此时则通过第二泄压口实现泄压，从而确保始终能够泄压口实现泄压，保护LNG储能罐1的安全。
在本申请中，第一泄压口的开启压力为1.76MPa。第二泄压口的开启压力为2.4MPa。
当将第一泄压口和第二泄压口与波纹储能器2连通时，第一泄压口的处的主安全阀和第二泄压口处的副安全阀通过DN15的管相互连接，管的材质选为304不锈钢；选用DN25的金属软管，一端与泄压口处的安全阀相连，另一端与波纹储能器2相连，连接处设置卡套接头，提高连接的密封性。
如图4和图5所示，波纹储能器2内设有波纹弹性体23，以将波纹储能器2分隔成波纹管储能室21和储能汽化室22，波纹弹性体23位于波纹管储能室21内；波纹弹性体23是指可折叠皱纹片沿折叠伸缩方向连接成的管状弹性敏感元件，波纹弹性体23管壁较薄，灵敏度较高，工作时在内部压力的作用下沿弹性体长度方向伸长，通过波纹弹性体23具有较好的弹性以及较高的耐温性，使波纹储能器2可在高温情形下应用。
优选的，波纹储能器2还设有充气装置，充气装置与波纹管储能室21单向连通，即充气装置只能够向波纹管储能室21内充气，由于波纹管储能室21内的气体会流向储能汽化室22，因此通过充气装置能够方便调节波纹管储能室21内的气体压力，从而满足波纹管储能室21与储能汽化室22之间的压力平衡，使储能汽化室22能够在较高压力下工作存储气体；同时通过充气装置保证了从而保证了波纹管储能室21与储能汽化室22之间的压力平衡，确保波纹弹性体23能够在弹性范围内变化，避免了因内外压差引起的压扁和拉坏现象。
如图4所示，波纹弹性体23朝向波纹储能器2的内壁延伸有数个支撑器24，支撑器24能够沿波纹储能器2的内壁滑动；由于气体在由LNG储能罐1进入波纹储能器2时，首先进入波纹管储能室21，然后再进入储能汽化室22，因此在气体流动过程中，波纹管储能室21以及储能汽化室22内的压力会处于不断变化中，因此通过设置波纹弹性体23，通过波纹弹性体23的移动，来改变波纹管储能室21以及储能汽化室22的容积，从而满足波纹管储能室21以及储能汽化室22之间的压力平衡；波纹弹性体23处的支撑器24既能够起到支撑的作用，从而使波纹弹性体23整体更加稳定，同时支撑器24移动时为沿波纹储能器2的内壁滑动，滑动时与波纹储能器2之间的摩擦也相对较小，从而使波纹弹性体23的移动更加便捷，对于压力变化的反应更加灵敏，更好地保证波纹管储能室21与储能汽化室22之间保持压力平衡。
波纹管储能室21与储能汽化室22连通处设置有单向阀；单向阀使得波纹管储能室21内的气体只能够单向流动至储能汽化室22，避免气体回流导致压力变化不规则，不便于波纹管储能室21与储能汽化室22保持压力平衡。
优选的，波纹管储能室内的压力不大于0.2MPA，储能汽化室内的压力不大于波纹管储能室内的压力。进入波纹管储能室内的未汽化液化气，汽化后汽化气体将波纹储能器拉伸，内部压力超过0.2MPa后，开启单向阀，汽化气体由单向阀进入储气室，储能汽化室压力满足0.2MPa后，压缩波纹管到下位，使得波纹管储能室内的压力与储能汽化室内的压力平衡，系统供气时，内部保持0.2MPa平衡压力。根据汽化率计算，本申请中波纹储能器容积满足至少6个月的车辆停放不用排放容量要求，正常行驶车辆可以满足零排放需求。
其中，LNG储能罐内部液化气受环境因素汽化后超压排放，波纹储能器功能是收集排放气体，收集后的气体能够提供给发动机使用，可以理解的，由于LNG储能罐中泄压时针对自然汽化的液化气，因此在泄压时不仅会排出汽化后的气体，还会带出部分液体，波纹储能器将收集到的未完全汽化LNG气体在波纹管储能室汽化后经单向阀进入储能汽化室，通过单向开启压力为0.2MPa和波纹管自身弹性特性，可保证两内外腔压力平衡。可以理解的，本申请中波纹管储能室内的压力设定为不大于0.2MPA，是为了满足波纹储能器正常使用时所设定的压力值，且储能汽化室与波纹管储能室的压力平衡，而当出现异常导致储能汽化室内的压力过大时，则为异常状态下储能汽化室内的压力，并不属于本申请正常使用时的状态，此时则需要进行泄压处理。
可以理解的，对于LNG储能罐1与波纹储能器2的连接，在第一泄压口与第二泄压口处均设置单向阀，使得气体由LNG储能罐1流向波纹储能器2处，避免气体倒流，同样的，在输气装置26与车载汽化器连通处同样设置有单向阀，可同样避免气体倒流。
本发明提供了一种无泄压排放的车载天然气控制方法，应用于上述的车载天然气系统，控制方法包括：
S1：LNG储能罐通过泄压口将气体输送至波纹储能器的波纹管储能室，波纹管储能室内生成能够流向储能汽化室的燃气；
S2：波纹管储能室内的气体能够流动至储能汽化室，以使波纹管储能室与储能汽化室保持压力平衡；
S3：当储能汽化室内的压力处于大于0.45MPa的状态，储能汽化室内的气体排出至车载汽化器。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种无泄压排放的车载天然气系统，其特征在于，包括LNG储能罐以及与所述LNG储能罐连通的波纹储能器，所述LNG储能罐包括与所述波纹储能器连通的数个泄压口，所述波纹储能器包括与所述泄压口连通的波纹管储能室以及与所述波纹管储能室连通的储能汽化室，所述波纹管储能室内的气体能够流动至所述储能汽化室，以使所述波纹管储能室与所述储能汽化室保持压力平衡。
2.根据权利要求1所述的一种无泄压排放的车载天然气系统，其特征在于，所述波纹储能器内设有波纹弹性体，以将所述波纹储能器分隔成所述波纹管储能室和所述储能汽化室，所述波纹弹性体位于所述波纹管储能室内。
3.根据权利要求2所述的一种无泄压排放的车载天然气系统，其特征在于，所述波纹弹性体朝向所述波纹储能器的内壁延伸有数个支撑器，所述支撑器能够沿所述波纹储能器的内壁滑动。
4.根据权利要求1所述的一种无泄压排放的车载天然气系统，其特征在于，所述波纹管储能室与所述储能汽化室连通处设置有单向阀。
5.根据权利要求4所述的一种无泄压排放的车载天然气系统，其特征在于，所述波纹管储能室内的压力不大于0.2MPA，所述储能汽化室内的压力不大于所述波纹管储能室内的压力。
6.根据权利要求1所述的一种无泄压排放的车载天然气系统，其特征在于，所述波纹储能器还包括设置于所述波纹管储能室与所述储能汽化室连接处的真空器。
7.根据权利要求1所述的一种无泄压排放的车载天然气系统，其特征在于，所述LNG储能罐包括第一泄压口和第二泄压口，所述第一泄压口和所述第二泄压口择一与所述波纹储能器连通。
8.根据权利要求7所述的一种无泄压排放的车载天然气系统，其特征在于，所述第一泄压口处的开启压力小于所述第二泄压口的开启压力。
9.根据权利要求1所述的一种无泄压排放的车载天然气系统，其特征在于，所述储能汽化室处设有与车载汽化器连通的输气装置，所述储能汽化室内的汽化燃气借由所述输气装置流动至所述车载汽化器。
10.一种无泄压排放的车载天然气控制方法，其特征在于，应用于如权利要求1-9任一项所述的车载天然气系统，所述控制方法包括：
S1：所述LNG储能罐通过所述泄压口将气体输送至所述波纹储能器的所述波纹管储能室，所述波纹管储能室内生成能够流向所述储能汽化室的燃气；
S2：所述波纹管储能室内的气体能够流动至所述储能汽化室，以使所述波纹管储能室与所述储能汽化室保持压力平衡；
S3：当所述储能汽化室内的压力处于大于0.45MPa的状态，所述储能汽化室内的气体排出至车载汽化器。
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