CN202158343U - 一种小型家用智能天然气加气站 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种小型家用智能天然气加气站，包括控制单元、压缩机单元和加气单元，所述控制单元与压缩机单元通过信号线连通，所述压缩机单元与加气单元通过高压软管连接，所述控制单元由PLC（可编程模块）、变频器、开关电源、接触器、触摸屏和安全管理模块构成，所述PLC（可编程模块）、变频器、开关电源、接触器、触摸屏和安全管理模块之间电连接。与现有天然气加气站相比较，本实用新型耗电量小，成本低，加气成本远低于大型加气站，人性化操作，安全性高，所有产品均配备自主开发智能化管理软件，是全自动化操作的加气站。

Description

一种小型家用智能天然气加气站

技术领域

本实用新型涉及一种天然气加气站，尤其涉及一种小型家用智能天然气加气站。 

背景技术

天然气是一种新型清洁能源，相对于传统汽油、柴油，天然气主要成分为甲烷，在其燃烧后产生更少的二氧化碳、硫化氢排放，具有较高的燃烧值，为了将天然气作为车辆燃料，现有技术会根据现天然气质量，经增压、脱硫、脱水、压缩、存储后用于车用天然气。传统加气站为满足日益增加能源需求，均采用大型加气体站所采用大功率压缩机，水冷却系统及加气机系统以及大型压力存储设备和运输车辆运行转运。制约大型天然气加气站发展的原因之一在于，目前我国所使用加气站排量多集中在350立方/小时到3000立方/小时，一次性总投入需要达到300到2000万人民币，投入很高 经济性能差。 

制约大型天然气加气站发展的原因之二在于，安装调试期长，从设备制造安装调试需要半年时间，而我国天然气车辆呈快速扩张趋势，在大型城市场，中型及二三级城市中需要配置更多的加气站，在人口密集地区对于土地使用，安全管理造成极大压力。 

制约大型天然气加气站发展的原因之三在于，大型天然气加气站数量少，经常会造成CNG加气车辆在加气站集中排队，特别在大中型城因加气站加气难而造成地交通堵塞，安全管理造成极大压力。 

制约大型天然气加气站发展的原因之四在于，在压缩机关建部分比较活塞环、安全管理软件、气机流量计及高压软管和接头上，均需要采用进口设备从而导致整机价格高，国产化不足进一步限制了大型加气站的发展，我国大型加气站均采用205BAR 作为工作压力，材料使用，管理软件设计等均比美国及欧洲国家低，自动化程度不足。所以我国目前所采用加气站只能用在县级城市并具备有软高天然气管网压力地方使用，无法在农村施行。同时因成本高，导致目前加气站数量，规模无法支持现有天然气汽车的发展需求。 

发明内容

本实用新型的目的就在于提供一种解决上述问题，基于家用天然气体管道压力经压缩、脱水、除去重物质，油污后直接加压于CNG车辆小型化自动化的家用天然气加气站 。 

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种小型家用智能天然气加气站，包括控制单元、压缩机单元和加气单元，所述控制单元与压缩机单元通过信号线连通，所述压缩机单元与加气单元通过高压软管连接，所述控制单元由PLC（可编程模块）、变频器、开关电源、接触器、触摸屏和安全管理模块构成，所述PLC（可编程模块）、变频器、开关电源、接触器、触摸屏和安全管理模块之间电连接； 

所述安全管理模块包括电源保护模块、计时加气模块、手动调校模块、自动运行监控模块、压力安全管理模块和温度管理模块，且相互之间电连接；

所述压缩机单元包括压缩机、防爆电机、油水分离器、脱水过滤器、冷却风扇、压力传感器、天然气进气管、天然气排污管以及连接管道，所述压缩机采用四级压缩机，所述防爆电机与压缩机通过传动皮带传动连接，所述天然气进气管、高压软管分别与压缩机连通，天然气排污管与脱水过滤器下端连接；

所述加气单元由球阀、高压加气枪头、CNG存储瓶构成。

作为优选，所述天然气进气管、高压软管、天然气排污管上设有电磁阀，所述电磁阀与控制单元电连接。 

作为优选，所述脱水过滤器有四个，且分别位于四级压缩机的各级之间，所述脱水过滤器上端设有温度传感器、高压安全阀和低压安全阀，所述温度传感器、高压安全阀、低压安全阀与控制单元电连接。 

作为优选，所述压缩机采用X型平衡布局，机身采用铝合金硬模铸造并热处理，压缩机的缸体采用特殊耐磨材料，活塞采用高强度耐磨合金。 

作为优选，所述冷却风扇作为冷源采用尼龙风扇。 

作为优选，所述球阀为二位三通球阀。 

作为优选，还包括机箱，所述压缩机单元设于机箱内，所述防爆电机置于机箱底部，机箱前面板及后面板设置通风百叶窗。 

作为优选，所述控制单元外设有防雨外壳，所述防雨外壳上设有启动按钮、显示灯和触摸屏，所述启动按钮、显示灯和触摸屏与控制单元连通。 

与现有技术相比，本实用新型的优点在于： 

1.耗电量小，每小时仅1.5到2.2KW，能耗小于普通空调，加气成本远低于大型加气站。

2.智能化，所有产品均配备自主开发智能化管理软件，是全自动化操作加气站。 

3.可以灵活安装于有天然气管道的家庭，工厂，出租车公司，公交车队，货车队，不受时间地点限制随时，方便加气。 

4.人性化操作，具有手动模式和自动模式，且触摸屏设计引导客户所以操作，参数设定都在触摸屏上操作，非常方便使用。 

5.成本低，整机造价仅相当于普通液晶电视水平。 

6.安全性高，整机增加高压安全阀，自动排污 和低压压力保护及4级过滤 和防爆外壳以保证客户安全。 

附图说明

图1为本实用新型整机示意图； 

图2为本实用新型压缩机单元内部的正视图；

图3为本实用新型压缩机单元内部的左视图；

图4为本实用新型压缩机单元内部的俯视图。

图中：1.控制单元；2.压缩机单元；3.加气单元；4.高压软管；5.压缩机；6.防爆电机；7.脱水过滤器；8.冷却风扇；9.高压安全阀；10.低压安全阀；11.天然气进气管；12.天然气排污管；13.压力传感器；14.温度传感器；15.通风百叶窗；16.启动按钮；17.显示灯；18.触摸屏。 

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型作进一步说明。 

实施例1：参见图1、图2、图3和图4，一种小型家用智能天然气加气站，包括控制单元1、压缩机单元2和加气单元3，所述控制单元1与压缩机单元2通过信号线连通，所述压缩机单元2与加气单元3通过高压软管4连接，所述控制单元1由PLC（可编程模块）、变频器、开关电源、接触器、触摸屏18和安全管理模块构成，所述PLC（可编程模块）、变频器、开关电源、接触器、触摸屏18和安全管理模块之间电连接，所述控制单元1外设有防雨外壳，所述防雨外壳上设有启动按钮16、显示灯17和触摸屏18，所述启动按钮16、显示灯17和触摸屏18与控制单元1连通； 

所述安全管理模块包括电源保护模块、计时加气模块、手动调校模块、自动运行监控模块、压力安全管理模块和温度管理模块，且相互之间电连接；

所述压缩机单元2包括压缩机5、防爆电机6、油水分离器、脱水过滤器7、冷却风扇8、压力传感器13、天然气进气管11、天然气排污管12以及连接管道，所述天然气进气管11、高压软管4、天然气排污管12上设有电磁阀，所述电磁阀与控制单元1电连接，所述压缩机5采用四级压缩机，所述防爆电机6与压缩机5通过传动皮带传动连接，所述脱水过滤器7有四个，且分别位于四级压缩机的各级之间，所述脱水过滤器7上端设有温度传感器14、高压安全阀9和低压安全阀10，所述温度传感器14、高压安全阀9、低压安全阀10与控制单元1电连接。所述压缩机5采用X型平衡布局，机身采用铝合金硬模铸造并热处理，压缩机5的缸体采用特殊耐磨材料，活塞采用高强度耐磨合金，所述冷却风扇8作为冷源采用尼龙风扇，所述天然气进气管11、高压软管4分别与压缩机5连通、天然气排污管12与脱水过滤器7下端连接，还包括机箱，所述压缩机单元2设于机箱内，所述防爆电机6置于机箱底部，机箱前面板及后面板设置通风百叶窗15；

所述加气单元3由球阀、高压加气枪头、CNG存储瓶构成，所述球阀为二位三通球阀。

工作原理如下，本实用新型整机包含控制单元1，压缩机单元2和加气单元3，本实用新型与家用天然气管道连接，在启动按钮16后，显示灯17亮，安全管理软件对整机工作状态进行自检。在完成对于压力，温度，电源状态检查后，本实用新型进入待机状态。触摸屏18将整机各种参数可视化，操作者通过触摸屏18了解整机工作状态及各种参数并选择自动操作模式或者手动操作模式来操作本实用新型，操作者选择自动操作模式后，触发触摸屏18中启动键，使防爆电机6启动，通过皮带带动压缩机5工作，将天然气管道中0.00bar 到3ar 压力天然气吸入压缩机5中。并经四个脱水过滤器7，将天然气通过高压软管4输送到球阀，球阀选择加气方向后通过加气枪头加注天然气到CNG存储瓶中。 

应该指出的是，基于不同管道天然气压力情况不同，本文将管道压力天然气称为可变压力天然气，这一般地是指家用天然气基于一定压力并经过前置处理。 

为了达到安全防爆的目的，本实用新型中压缩机单元2应放置于通风地方。 这是基于天然气较汽油等产品向上挥发，在大气中稀释，而防爆电机6置于压缩机单元2底部，在压缩机单元2的机箱前面板及后面板设置通风百叶窗15，在冷却风扇8转动后形成轴向冷却气体流达到冷却效果。 

应该指出的是，尽管本实用新型实施示例给出了机箱以满足适当的通风，但这种示范会随着安装情况进行调整 

还应该指出的是，尽管本实用新型实施示例给出了天然气管道压力例如3bar（45 psi）,但这种示范会根据管道压力配置压力传感器13或者对于低压安全阀10进量程进行调整。

在整机进入待机状态后，触摸屏18显示主管理软件主菜单，主菜单上显示三个模块按钮用于驱动自动模式、诊断模式、手动模式。 

当操作者选择自动模式工作按钮。触摸屏18显示读取压力传感器13数值，温度传感器14的数值，显示启起停止按钮，以及基于参数设定按钮所设定工作范围的报警按钮和计时器按钮。如果所有报警按钮均显示为工作状态。操作者触及启动键加气体站在自动工作模式下工作。 

当本实用新型在自动模式下工作时，安全管理软件根据压力传感器13数值、温度传感器14数值、计时器值，对天然气进气管11上的电磁阀、天然气排污管12上的电磁阀发出指令执行操作，当计时器到达设定排污时间后，打开天然气排污管12上的电磁阀门将压缩机5内气体排放，将脱水过滤器7中沉积之水、油定时排放，从而实现加气站在加气过程中的自我清浩。压缩天然气在压力状态下的快速释放，会因热交换过程从而实现对压缩机5及各管道内部自我冷却。 

当本实用新型在自动模式下工作时，当压力达到所设定的工作值。安全管理软件关闭天然气进气管11、高压软管4上的电磁阀，打开天然气排污管12上的电磁阀，由于单向阀门和球阀的作用，高压软管4中的高压气体不能回流到压缩机5。天然气进气管11上的电磁阀切断家用天然气体，压缩机5内气体经天然气排污管12排出。 同时安全管理软件关闭变频器，电机停止工作，加气体完成 

应试指出，在加气工作过程中，因复杂工况环境变化，对于和种情况应对均由安全管理软件对各种电磁阀做出指令。

本实用新型针对压缩机单元2工作过程中可能出现的过高温度，在软件中设置过热保护装置，在温度过高时，温度传感器14发送电流信号给PLC，由安全管理软件判断后由PLC发出指令对天然气排污管12上的电磁阀动作以降低温度。 

本实用新型针对不明原因温度上升可能危害压缩机单元2，在安全管理软件中设置超温点报警。PLC发出指令切断变频器电源，并打开天然气排污管12上的电磁阀以释放高压气体并停机。 

当变频器内置软件发现过流，过压后，根据电信号与PLC协同工作高整电流频率。 

应当指出，在加气过程中随着压力增加，压缩机单元2负载增加。变频器会通过内置软件增加电流供给并采用矢量控制方式以实现压力增加时，防爆电机6扭矩同步增加。 

当操作者选择手动模式后。安全管理软件不在对各机械部分执行指令。对于任何部件的操作均由操作者在触摸屏18上对相应按钮进行操作。安全管理软件仅根据操作者指令进行动作。由于操作者可能的误操作，在压缩机单元2内安装有高压安全阀9和低压安全阀10。若由于操作者误操作而导致压缩机单元2压力过高，当压力达到安全阀所设定工作压力后自动打开以确保压缩机单元2不过压。例如如果压力超过255bar, 安全阀门由压力过高从而打开安全阀阀板从而将过压部分压力释放。 

当操作者进入诊断按钮后，操作者可以首先输入密码后对温度传感器14、压力传感器13工作参数进行设定。PLC将所设定参数记录并存储作为安全模式工作时候的执行标准。 

家用天然气管道压力依据不同技术及安全规范，采用低压制式，例如采用2 PSI 到 5 PSI 压力（约0.13bar 到0.3bar）我国采用3kpa 制式。将此压力天然气增加到3600 PSI（250 Bar）,并不充许在压缩过程中温度过度上升而导致安全事故。 

在本实用新型设计中采用风冷式四级X型压缩机，随着变频器在不同工况下的运转，冷却风扇8与压缩机5以同比例转速运转以实现冷却。

Claims (8)

1.一种小型家用智能天然气加气站，包括控制单元、压缩机单元和加气单元，所述控制单元与压缩机单元通过信号线连通，所述压缩机单元与加气单元通过高压软管连接，其特征在于：所述控制单元由PLC（可编程模块）、变频器、开关电源、接触器、触摸屏和安全管理模块构成，所述PLC（可编程模块）、变频器、开关电源、接触器、触摸屏和安全管理模块之间电连接；

所述安全管理模块包括电源保护模块、计时加气模块、手动调校模块、自动运行监控模块、压力安全管理模块和温度管理模块，且相互之间电连接；

所述压缩机单元包括压缩机、防爆电机、油水分离器、脱水过滤器、冷却风扇、压力传感器、天然气进气管、天然气排污管以及连接管道，所述压缩机采用四级压缩机，所述防爆电机与压缩机通过传动皮带传动连接，所述天然气进气管、高压软管分别与压缩机连通，天然气排污管与脱水过滤器下端连接；

所述加气单元由球阀、高压加气枪头、CNG存储瓶构成。

2.根据权利要求1所述一种小型家用智能天然气加气站，其特征在于：所述天然气进气管、高压软管、天然气排污管上设有电磁阀，所述电磁阀与控制单元电连接。

3.根据权利要求1所述一种小型家用智能天然气加气站，其特征在于：所述脱水过滤器有四个，且分别位于四级压缩机的各级之间，所述脱水过滤器上端设有温度传感器、高压安全阀和低压安全阀，所述温度传感器、高压安全阀、低压安全阀与控制单元电连接。

4.根据权利要求1所述一种小型家用智能天然气加气站，其特征在于：所述压缩机采用X型平衡布局，机身采用铝合金硬模铸造并热处理，压缩机的缸体采用特殊耐磨材料，活塞采用高强度耐磨合金。

5.根据权利要求1所述一种小型家用智能天然气加气站，其特征在于：所述冷却风扇作为冷源采用尼龙风扇。

6.根据权利要求1所述一种小型家用智能天然气加气站，其特征在于：所述球阀为二位三通球阀。

7.根据权利要求1所述一种小型家用智能天然气加气站，其特征在于：还包括机箱，所述压缩机单元设于机箱内，所述防爆电机置于机箱底部，机箱前面板及后面板设置通风百叶窗。

8.根据权利要求1所述一种小型家用智能天然气加气站，其特征在于：所述控制单元外设有防雨外壳，所述防雨外壳上设有启动按钮、显示灯和触摸屏，所述启动按钮、显示灯和触摸屏与控制单元连通。

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