CN212869343U

CN212869343U - 一种新型无bog排放低温高压气瓶

Info

Publication number: CN212869343U
Application number: CN202021360961.0U
Authority: CN
Inventors: 姜将; 白洁
Original assignee: Shenyang Gas Cylinder Safety Technology Co Ltd
Current assignee: Fogia Slinda Safety Technology Shenyang Co Ltd
Priority date: 2020-07-13
Filing date: 2020-07-13
Publication date: 2021-04-02
Anticipated expiration: 2030-07-13

Abstract

本实用新型涉及一种新型无BOG排放低温高压气瓶。包括内胆，内胆两端设有密封盖Ⅰ和密封盖Ⅱ，内胆内设有加热管、出气管和进液管，加热管一端穿出密封盖Ⅰ，出气管和进液管一端分别穿出密封盖Ⅱ。本实用新型，向气瓶中充装液态LNG，吸热后、能汽化生成气态CNG，吸收的热量愈多，生成的CNG愈多，最终完全汽化为气态CNG。在充装LNG后以及LNG吸热转化为气态使用过程中均无BOG排放，可应用于小型车中，可以推动LNG类气瓶在小型车辆中的应用。

Description

一种新型无BOG排放低温高压气瓶

技术领域

本实用新型属于气瓶领域，具体的涉及一种应用在小型车辆中，为车辆提供燃料的新型无BOG排放低温高压气瓶。

背景技术

液化天然气(LNG)因具有品质纯净、使用安全，能量密度大、储存燃料多，加液时间短、充装效率高等优势，已成为各类天然气汽车中理想的清洁燃料，广泛用于各种大型车辆。

因为受到闪蒸气(BOG)的困扰，LNG目前只能用于大型、长途、露天停放的车辆，还不能用于中、小型车辆。国家法规也明令禁止下列场所储存和应用LNG：发动机排量小于2升的车辆、容积小于150升的杜瓦瓶、以及停放在封闭车库的天然气车辆，因此大多数(90％以上)天然气汽车还只能使用和储存压缩天然气(CNG)作为燃料。需从CNG加气站或者LNG汽化站去充装20Mpa的CNG。该方式虽然没有燃气外泄，但因储存密度低、续驶里程短，只能用于城市中心周围的短途运营。

只有提高了车用气瓶的压力，才能克服上述缺陷。把气瓶压力从目前20Mpa提高到30-35Mpa是有效果的。可将小型乘用车的续驶里程提高到300公里以上，但是，提高储存压力会增加气瓶成本和加气站的投资及能耗；尤其是压力提高到35Mpa以上时，会大幅增加车辆充气和储气的成本。

因此，对于LNG应用在小型车辆中，为车辆提供燃料还处于空白状态。

发明内容

为了解决上述技术问题，本实用新型结合LNG气瓶特点和Ⅲ型瓶特点，设计了一种新型无BOG排放低温高压气瓶。本实用新型的气瓶在充装LNG后以及LNG吸热转化为气态使用过程中均无BOG排放。

本实用新型采用的技术方案是：一种新型无BOG排放低温高压气瓶，包括内胆，内胆两端设有密封盖Ⅰ和密封盖Ⅱ，内胆内设有加热管、出气管和进液管，加热管一端穿出密封盖Ⅰ，出气管和进液管一端分别穿出密封盖Ⅱ。

进一步的，上述的一种新型无BOG排放低温高压气瓶，内胆外缠绕一层碳纤维缠绕层。

更进一步的，上述的一种新型无BOG排放低温高压气瓶，碳纤维缠绕层外包裹一层保温层。

更进一步的，上述的一种新型无BOG排放低温高压气瓶，保温层外设有一层不锈钢外壳。

进一步的，上述的一种新型无BOG排放低温高压气瓶，加热管、进液管和出气管分别沿着内胆内壁设置；加热管和进液管在相同一侧，出气管与进液管对称设置；保证在工作状态下，将气瓶水平放置时，加热管和进液管在气瓶内腔的底端，出气管在气瓶内腔的上端。

进一步的，上述的一种新型无BOG排放低温高压气瓶，出气管和进液管穿出密封盖Ⅱ后分别连接单向阀Ⅰ和单向阀Ⅱ。

进一步的，上述的一种新型无BOG排放低温高压气瓶，设有温度传感器和压力传感器，温度传感器和压力传感器安装在密封盖Ⅰ上，一端置于内胆内腔中，另一端用于与控制系统连接。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型，向气瓶中充装液态LNG，通过加热管加热，吸热后、能汽化生成气态CNG。吸收的热量愈多，生成的CNG愈多，最终完全汽化为气态CNG。在充装LNG后以及LNG吸热转化为气态使用过程中均无BOG排放。

2、本实用新型，整个气瓶具有盛装低温LNG能力，同时可以承受高压，并且在使用过程中无BOG排放。

3、本实用新型，可以在LNG转化为气体时盛装高压CNG气体，可应用于小型车中，可以推动LNG类气瓶在小型车辆中的应用。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是图1的左侧视图。

图中，1、密封盖Ⅰ；2、不锈钢外壳；3、保温层；4、碳纤维缠绕层；5、内胆；

6、出气管；7、密封盖Ⅱ；8、单向阀Ⅰ；9、单向阀Ⅱ；10、进液管；

11、加热管；12、温度传感器；13、压力传感器。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例

如图1和图2所示，一种新型无BOG排放低温高压气瓶，包括内胆5、加热管11、出气管6和进液管10。

内胆5外依次设有碳纤维缠绕层4、保温层3和不锈钢外壳2，由此构成气瓶的主体结构。内胆5作为密闭容积；内胆5外缠绕碳纤维缠绕层4，用于增加承压能力；碳纤维缠绕层4外包裹保温层3，具有保温绝热功能；整体外部设有不锈钢外壳2。

在内胆5内腔中，设置有加热管11、进液管10和出气管6。

内胆5两端设有密封盖Ⅰ1和密封盖Ⅱ7，起到密封气瓶的作用。

加热管11设置在内胆5内腔中，一端穿出密封盖Ⅰ1。作为优选，加热管的长度约为气瓶长度的三分之二。通过加热管可以快速的将LNG转化为气态，用于给车辆动力提供燃。

进液管10和出气管6置于内胆5内腔中，进液管10和出气管6一端分别穿出密封盖Ⅱ7。

加热管11、进液管10和出气管6分别沿着内胆5内壁设置。加热管11和进液管10在相同一侧，出气管6与进液管10对称设置。保证在工作状态下，将气瓶水平放置时，加热管11和进液管10在气瓶内腔的底端，出气管6在气瓶内腔的上端。

进一步的，出气管6和进液管10穿出密封盖Ⅱ7后分别与单向阀Ⅰ8和单向阀Ⅱ9连接。

进一步的，设有温度传感器12和压力传感器13，温度传感器12和压力传感器13安装在密封盖Ⅰ1上，一端置于内胆5内腔中，另一端用于与控制系统连接。

本实用新型的使用方法是：将液态LNG通过进液管充入内胆中，当需要使用时，将温度传感器、压力传感器和加热管与控制系统连接，加热管将内胆中的液态LNG加热，液态LNG吸热后、汽化生成气态CNG。吸收的热量愈多，生成的CNG愈多，最终完全汽化为气态CNG，当内胆内腔中的压力达到设定值后，停止加热。将气瓶安装于待使用车辆中即可。

一、主要物理学原理如下：

1)液态LNG吸热后、能汽化生成气态CNG。吸收的热量愈多，生成的CNG愈多，最终完全汽化为气态CNG。

2)LNG全部汽化时，体积要膨胀625倍(每1立方米LNG汽化后能膨胀为625立方米的常压天然气NG)，如果系统封闭，就可以生成62.5MpaD的内压。

3)CH₄在-82.3℃至-162℃范围内，呈气液两相共存状态。临界温度(-82.3℃)时，CNG的饱和压力为4.23Mpa。

4)气瓶内由LNG汽化生成的CNG最高气压值，取决于初始时充入气瓶的LNG容量。(容量多、压力高；容量少、压力低)全部充满时，最高压力不会超过62.5Mpa。

5)在气、液两相共存气瓶中，外界传入的热量，首先会使系统温度升高(饱和气压也随之加大)；直至达到临界温度时，温度和气压值能长期保持稳定；高于临界温度时，热量将使LNG全部汽化，液态LNG不复存在，温度继续保持不变；待LNG全部汽化后，温度快速攀升，直至达到室温。

本实用新型的气瓶是一只能在-162℃充装和储存液态LNG的低温容器；也是一只能储存高压CNG(35-56.25Mpa)的容器；还是一只能通过吸热汽化、制备和储存车用燃气CNG的装置。

本实用新型的气瓶可以确保天然气小型乘用车的续驶里程达到燃油车相同的指标——500公里；可以长时间、持续地为汽车发动机制气、供气。成为一瓶多用的制气、储气装备；还可以避免大量燃气聚集在气瓶之中，形成短时高压的不良状态；是一种全新结构、全新理念、具有很多独特优势的车用天然气气瓶。

二、精确计算和控制充入气瓶内的LNG重量(或容积)

根据“1m³液态LNG可完全汽化生成625m³气态NG”的原理，按所述气瓶的承压能力、容积和环境温度等条件，就能精确算出须限量充入该气瓶的LNG容积(或重量)，以便确保生成的CNG最高压力得到控制，确保气瓶的安全。

例如：根据小型天然气乘用车的百公里燃气平均消耗量数据(7NM3/100km或5.02kg/100km)可以计算出，气瓶内须充入液态天然气56升或25.1公斤。

在容积为62L的气瓶内、只允许充入90％体积的LNG，即只允许充入55.8LLNG，该气瓶能生成的最高压力为：P＝62.5MpaX0.9＝56.25Mpa。

据此可知：确定了气瓶的强度，就能通过控制LNG的充入量、控制气瓶最终生成的最大压力。只要确定了所述气瓶的容积和承压等级，就可以精准地计算出LNG的充入量。

气瓶充入的LNG重量比(或容积比)愈大，生成的CNG压力愈高。法规允许气瓶最大充装量为其容积的90％，因此，生成的CNG最高压力不会超过56.25Mpa。气瓶强度即可按此设计。

三、LNG在气瓶内汽化、升压和升温的过程

在充入LNG的瞬间、由于气瓶尚处于室温，瓶内LNG会迅速沸腾，瓶内气压会迅速增加，以致无法继续正常充入LNG(目前LNG加液枪结构、属于低压充装)，应将瓶内的气体及时排出，才能确保LNG正常充装。达到气瓶容积的90％时，充装完成。此时瓶内温度、压力趋于稳定，气、液两相平衡。

1、第一阶段：LNG升温，部分LNG汽化，气、液两相共存。

热量传入的初期LNG温度升高，CNG饱和气压也升高，最终达到临界状态：温度为-82.3℃、低压力4.23Mpa。

如果此时发动机不用燃气，则气、液两相保持平衡：温度和压力维持不变，气、液两相维持平衡。如果此时发动机需要用气，则一部分液相LNG就要吸收热量进而汽化为CNG：液相质量减少气相质量增加，以供发动机之需。

(1)估算此阶段LNG汽化为CNG所需的热量Q_lq(液体汽化热)：

已知LNG的汽化热为590KJ/Kg，LNG的密度为450KG/NM3，根据LNG充入容积、先折算为LNG充入重量。进而算出汽化阶段所需吸收的热量：

又如：在62L气瓶中、充注了55.8L的LNG，(充满90％气瓶容积，能形成56Mpa)换算成应充入的LNG重量：G＝55.8升*0.45公斤/升＝25.11公斤。则：所需的汽化量Q_lq为：

Q_lq＝25.11KgX590KJ/Kg＝14815KJ＝4.115KWH。

(2)估算此阶段LNG温度升高所需的热量Qlw(液体的温升热)：

LNG的平均比热为1.85，温升为：-82.3-(-162)＝79.7℃，气瓶内LNG的重量为25.1kg，温度升高阶段所需的液体温升热为：

Q_lw＝25.1*1.85*79.7＝3682KJ＝1.023KWH。

综上所述，第一阶段是气、液两相共存的阶段，温度长期保持在临界温度-82.3℃，压力可长期维持在4.23Mpa。如果此阶段要给发动机供气，则气瓶一方面要制气、供气，另一方面可维持气、液两相平衡。此时，气瓶温度不变，(仍是-82.3℃)输出的则是4.23Mpa的低温、低压燃气。

2、第二阶段：气态CNG升压、升温：

高于临界温度时，气瓶进入LNG完全汽化区段。随热量传入、开始时LNG不断汽化，CNG数量增加，气压快速攀升，达到最大值，温度则仍然不变(-82.3℃)。此时，液体已不复存在，输出的是低温、高压的燃气。随后，传入热量主要用于CNG气体升温，从-82.3℃升高到室温。输出的是常温、高压的燃气。

资料中查出CNG平均比热(1.85)，根据瓶内CNG重量及前后的温差，可算出此阶段CNG所需要的热量Q_cw(气体温升热)。

例如：62L气瓶充入25.11kgLNG，汽化生成56.25Mpa的CNG，温度从-82.3℃升高至20℃，需温升热：Q_cw＝重量*平均比热容*温升＝25.11*1.85*102.3＝4752KJ＝1.32KWH；

四、供热分析

以下分析供热条件对汽化速度的影响：要满足发动机的用气需求，应对气瓶直接加热、提供足够的热量Q_总(汽化总热量)：

由三部分组成：液态汽化热Q_lq+液态温升热Q_lw+气态温升热Q_cw。

Q_总＝Q_lq+Q_lw+Q_cw＝4.11+1.023+1.32＝6.453KWH。

为了确保气瓶能在五个小时内、吸收6.453KWH的热量，制备出足够的燃气、供发动机使用。应在气瓶内设置电加热管，并设置一套自动控温的系统，可有效控制气瓶内LNG的汽化速度。

气瓶在不同阶段里、制备和输出的CNG有所不同：

1、第一种情况。临界温度时的气、液两相共存，温度为-82.3℃，气压为4.23Mpa，输出的是低温、低压的CNG；

2、第二种情况。LNG全部汽化的初期。液相不复存在，温度为-82.3℃，压力可能达到最大值。输出的是低温、高压的CNG；

上述两种情况所制备的燃气温度较低，应在减压器内加热至室温，再送入发动机。否则会影响发动机的燃烧效率。

3、第三种情况。气体温度快速攀升阶段，温度接近室温，输出的是常温、高压的CNG；

但是无论任何一种情况，当设计气瓶的容积和承压能力达到一个平衡点时，就完全可以避免BOG排放。

Claims

1.一种新型无BOG排放低温高压气瓶，包括内胆(5)，其特征在于，内胆(5)两端设有密封盖Ⅰ(1)和密封盖Ⅱ(7)，内胆(5)内设有加热管(11)、出气管(6)和进液管(10)，加热管(11)一端穿出密封盖Ⅰ(1)，出气管(6)和进液管(10)一端分别穿出密封盖Ⅱ(7)。

2.根据权利要求1所述的一种新型无BOG排放低温高压气瓶，其特征在于，内胆(5)外缠绕一层碳纤维缠绕层(4)。

3.根据权利要求2所述的一种新型无BOG排放低温高压气瓶，其特征在于，碳纤维缠绕层(4)外包裹一层保温层(3)。

4.根据权利要求3所述的一种新型无BOG排放低温高压气瓶，其特征在于，保温层(3)外设有一层不锈钢外壳(2)。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种新型无BOG排放低温高压气瓶，其特征在于，加热管(11)、进液管(10)和出气管(6)分别沿着内胆(5)内壁设置；加热管(11)和进液管(10)在相同一侧，出气管(6)与进液管(10)对称设置；保证在工作状态下，将气瓶水平放置时，加热管(11)和进液管(10)在气瓶内腔的底端，出气管(6)在气瓶内腔的上端。

6.根据权利要求1-4任一项所述的一种新型无BOG排放低温高压气瓶，其特征在于，出气管(6)和进液管(10)一端穿出密封盖Ⅱ(7)后分别连接单向阀Ⅰ(8)和单向阀Ⅱ(9)。

7.根据权利要求1-4任一项所述的一种新型无BOG排放低温高压气瓶，其特征在于，设有温度传感器(12)和压力传感器(13)，温度传感器(12)和压力传感器(13)安装在密封盖Ⅰ(1)上，一端置于内胆(5)内腔中，另一端用于与控制系统连接。