專利名稱：液化天然氣汽車的燃料氣瓶防過量加注裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種液化天然氣(LNG)燃料加注裝置，特別是一種采用噴淋器加注的液化天然氣汽車的燃料氣瓶防過量加注裝置，屬于液化天然氣應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
LNG是一種優(yōu)質(zhì)的清潔燃料，用于公交客車和重型卡車，可有效地改善車輛尾氣對空氣的污染。國家科委在十五計劃期間，啟動了“清潔汽車行動計劃”，把城市LNG公交客車列為研究和示范項目，旨在推動LNG汽車技術(shù)的進步。
隨著LNG在能源領(lǐng)域中的比例不斷增長，LNG汽車的應(yīng)用前景非常廣闊。LNG作為一種低溫液化氣體，在環(huán)境溫度的作用下燃料氣瓶的壓力不斷自然升高。眾所周知，低溫液化氣體加注到燃料氣瓶內(nèi)，必須留有一定的空間，允許低溫液化氣體受熱后膨脹。如果沒有膨脹空間，燃料氣瓶內(nèi)的壓力會迅速上升，導(dǎo)致超壓。為了避免出現(xiàn)這種情況，需要從加注方法和裝置上確保燃料氣瓶內(nèi)具有足夠的膨脹空間。燃料氣瓶內(nèi)的膨脹空間對LNG汽車的安全運行有重要的意義。
已有技術(shù)中，申請?zhí)枮镃N93121139.5“液化天然氣燃料車輛的加料方法及裝置”的發(fā)明專利，提出了一種將絕熱主儲存箱中的液化天然氣吸出，然后加熱、加壓輸入車輛絕熱燃料箱的方法和裝置，但該方法并未涉及防過量加注的問題；申請?zhí)枮镃N94227215.3“用液化天然氣作燃料的汽車供燃裝置”的發(fā)明專利，和申請?zhí)枮镃N03265430.8“撬裝式液化天然氣汽車加氣裝置”，同樣沒有涉及防止過量加注的問題。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服已有技術(shù)的不足和缺陷，確保LNG汽車在加燃料時，燃料氣瓶內(nèi)留出一定的膨脹空間，本發(fā)明提出一種防止LNG過量加注的裝置。
本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的。本發(fā)明包括LNG儲罐、低溫泵、真空絕熱軟管、快速連接器、燃料氣瓶、噴淋器、節(jié)氣閥、A截止閥和B截止閥。LNG儲罐、低溫泵、真空絕熱軟管、快速連接器和A截止閥置于加注站內(nèi)，燃料氣瓶、噴淋器、節(jié)氣閥和B截止閥置于汽車內(nèi)。噴淋器位于燃料氣瓶內(nèi)的上部，與燃料氣瓶頂部有一定的距離。LNG儲罐出口與低溫泵進口相連，低溫泵出口通過A截止閥與真空絕熱軟管一端相連，真空絕熱軟管另一端與快速連接器相連，燃料氣瓶底部液體出口通過B截止閥與發(fā)動機燃料進口相連，燃料氣瓶上部氣體出口通過節(jié)氣閥與底部液體出口相連。汽車燃料氣瓶加注LNG時，快速連接器與噴淋器進口相連。
在LNG燃料加注前，燃料氣瓶內(nèi)具有一定的壓力，燃料氣瓶內(nèi)的壓力高于LNG儲罐內(nèi)的壓力，意即LNG儲罐內(nèi)的溫度低于燃料氣瓶內(nèi)的LNG溫度。當(dāng)汽車需要加注LNG燃料時，快速連接器與噴淋器進口相連，打開A截止閥，低溫泵運轉(zhuǎn)，LNG加壓輸入噴淋器，以霧狀形式向燃料氣瓶內(nèi)氣相空間噴淋。由于加注噴淋的LNG溫度低于燃料氣瓶內(nèi)的液體溫度，更低于燃料氣瓶內(nèi)的蒸氣溫度，所以燃料氣瓶內(nèi)的蒸氣受到冷卻并冷凝，氣相空間壓力下降，使LNG加速注入燃料氣瓶。當(dāng)燃料氣瓶內(nèi)的液面上升，漫過噴淋器時，加注的LNG對液面上部封閉空間的蒸氣不再有噴淋冷卻效果，隨著液面的上升，封閉空間內(nèi)的氣體被壓縮，使燃料氣瓶內(nèi)的壓力升高，加注速度減小，直至燃料氣瓶內(nèi)的壓力升高到與低溫泵的最大輸出壓力相等，壓力平衡，LNG不再進入燃料氣瓶，保留有一定的氣相空間容積，確保燃料氣瓶在加注時不會出現(xiàn)過量加注的情況。
在汽車運行期間，燃料氣瓶壓力高于節(jié)氣閥的設(shè)定壓力，可以將氣相空間的氣體優(yōu)先通過節(jié)氣閥和B截止閥供給發(fā)動機，使燃料氣瓶內(nèi)的壓力下降；燃料氣瓶內(nèi)的壓力低于節(jié)氣閥的設(shè)定壓力，節(jié)氣閥關(guān)閉，燃料氣瓶向外輸出液態(tài)天然氣。節(jié)氣閥可有效地抑制燃料氣瓶內(nèi)壓力的自然上升。
本發(fā)明的關(guān)鍵是在燃料氣瓶內(nèi)的適當(dāng)位置安裝了噴淋器，根據(jù)燃料氣瓶內(nèi)氣相封閉空間的容積來確定噴淋器的安裝高度，從設(shè)備上確保不可能出現(xiàn)過量加注的情況。噴淋器的安裝高度h，即噴淋器與燃料氣瓶內(nèi)頂部的垂直距離，按照下面方法確定。
當(dāng)燃料氣瓶內(nèi)的LNG液面剛好漫過噴淋器時，設(shè)為狀態(tài)1；當(dāng)燃料氣瓶內(nèi)的壓力升高到與低溫泵的最大輸出壓力相等時，設(shè)為狀態(tài)2。由于燃料氣瓶內(nèi)的封閉空間溫度波動不大，因此由狀態(tài)1變化到狀態(tài)2可近似為等溫過程。狀態(tài)1的封閉空間壓力為加注前燃料氣瓶內(nèi)的壓力P1，封閉空間體積為V1；狀態(tài)2的封閉空間壓力為低溫泵的最大輸出壓力P2，封閉空間體積為V2。根據(jù)氣體狀態(tài)方程，P1*V1＝P2*V2，即V1＝P2*V2/P1式中，P1、P2為已知量；V2為最小膨脹容積，設(shè)計時給定，也為已知量，因此V1可以求出。V1計算出來，即可確定狀態(tài)1的LNG液面高度h1，即LNG液面與燃料氣瓶內(nèi)頂部的垂直距離，這個液面高度h1就是噴淋器的最小安裝高度，噴淋器可以安裝在狀態(tài)1的LNG液面以下，即h≥h1。
本發(fā)明的有益效果本發(fā)明的加注裝置結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠，消除了人為操作的失誤與差異，可以確保汽車燃料氣瓶在加注LNG燃料時不會出現(xiàn)過量加注的情況，具有顯著的社會效益和經(jīng)濟效益。


圖1為本發(fā)明的LNG燃料氣瓶防過量加注裝置的結(jié)構(gòu)原理圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施作進一步描述。
如圖1所示，本發(fā)明包括LNG儲罐1、低溫泵2、真空絕熱軟管3、快速連接器4、噴淋器5、節(jié)氣閥6、燃料氣瓶7、A截止閥8和B截止閥9。其中LNG儲罐1、低溫泵2、真空絕熱軟管3、快速連接器4和A截止閥8均置于加注站內(nèi)，噴淋器5、節(jié)氣閥6、燃料氣瓶7和B截止閥9均安裝在汽車內(nèi)。噴淋器5位于燃料氣瓶7內(nèi)的上部，距離燃料氣瓶7頂部的距離為h。LNG儲罐1出口與低溫泵2進口相連，低溫泵2出口通過A截止閥8與真空絕熱軟管3的一端相連，真空絕熱軟管3的另一端與快速連接器4相連，燃料氣瓶7底部液體出口通過B截止閥9與發(fā)動機進口相連，燃料氣瓶7上部氣體出口通過節(jié)氣閥6與底部液體出口相連。
在LNG燃料加注前，燃料氣瓶7內(nèi)具有一定的壓力，燃料氣瓶7內(nèi)的壓力高于LNG儲罐1內(nèi)的壓力，燃料氣瓶7內(nèi)的LNG溫度高于LNG儲罐1內(nèi)的溫度。當(dāng)汽車需要加注LNG燃料時，快速連接器4與噴淋器5進口相連，打開A截止閥8，低溫泵2運轉(zhuǎn)，LNG加壓輸入噴淋器5，以霧狀形式向燃料氣瓶7內(nèi)氣相空間噴淋。由于加注噴淋的LNG溫度低于燃料氣瓶7內(nèi)的液體溫度，更低于燃料氣瓶7內(nèi)的蒸氣溫度，所以燃料氣瓶7內(nèi)的蒸氣受到冷卻并冷凝，氣相空間壓力下降，使LNG加速注入燃料氣瓶。當(dāng)燃料氣瓶7內(nèi)的液面上升，漫過噴淋器5時，加注的LNG對液面上部封閉空間的蒸氣不再有噴淋冷卻效果，封閉空間內(nèi)的氣體被壓縮，使燃料氣瓶7內(nèi)的壓力上升，加注速度減小，直至燃料氣瓶7內(nèi)的壓力升高到與低溫泵2的最大輸出壓力相等，壓力平衡，LNG不再進入燃料氣瓶7，保留有一定的氣相空間容積，確保燃料氣瓶7在加注時不會出現(xiàn)過量加注的情況。
噴淋器5的安裝高度h，即噴淋器5與燃料氣瓶7內(nèi)頂部的垂直距離，按照下面方法確定當(dāng)燃料氣瓶7內(nèi)的LNG液面剛好漫過噴淋器5時，設(shè)為狀態(tài)1；當(dāng)燃料氣瓶7內(nèi)的壓力升高到與低溫泵2的最大輸出壓力相等時，設(shè)為狀態(tài)2。由于燃料氣瓶7內(nèi)的封閉空間溫度波動不大，因此由狀態(tài)1變化到狀態(tài)2可近似為等溫過程。狀態(tài)1的封閉空間壓力為加注前燃料氣瓶7內(nèi)的壓力P1，封閉空間體積為V1；狀態(tài)2的封閉空間壓力為低溫泵2的最大輸出壓力P2，封閉空間體積為V2。根據(jù)氣體狀態(tài)方程，P1*V1＝P2*V2，即V1＝P2*V2/P1式中，P1、P2為已知量；V2為最小膨脹容積，設(shè)計時給定，也為已知量，因此V1可以求出。V1計算出來，即可確定狀態(tài)1的LNG液面高度h1，即LNG液面與燃料氣瓶7內(nèi)頂部的垂直距離，這個液面高度h1就是噴淋器5的最小安裝高度，噴淋器5可以安裝在狀態(tài)1的LNG液面以下，即h≥h1。
權(quán)利要求
1.一種液化天然氣汽車的燃料氣瓶防過量加注裝置，包括LNG儲罐(1)、低溫泵(2)、真空絕熱軟管(3)、快速連接器(4)、噴淋器(5)、節(jié)氣閥(6)、燃料氣瓶(7)、A截止閥(8)和B截止閥(9)，其特征在于LNG儲罐(1)、低溫泵(2)、真空絕熱軟管(3)、快速連接器(4)和A截止閥(8)均置于加注站內(nèi)，噴淋器(5)、節(jié)氣閥(6)、燃料氣瓶(7)和B截止閥(9)均安裝在汽車內(nèi)；噴淋器(5)位于燃料氣瓶(7)內(nèi)的上部，距離燃料氣瓶(7)頂部的距離為h，LNG儲罐(1)出口與低溫泵(2)進口相連，低溫泵(2)出口通過A截止閥(8)與真空絕熱軟管(3)的一端相連，真空絕熱軟管(3)的另一端與快速連接器(4)相連，燃料氣瓶(7)底部液體出口通過B截止閥(9)與發(fā)動機燃料進口相連，燃料氣瓶(7)上部氣體出口通過節(jié)氣閥(6)與底部液體出口相連，當(dāng)汽車需要加注液化天然氣燃料時，快速連接器(4)與噴淋器(5)進口相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液化天然氣汽車的燃料氣瓶防過量加注裝置，其特征是所述的噴淋器(5)與燃料氣瓶(7)頂部的距離h是通過下述方法計算的根據(jù)氣體狀態(tài)方程，P1*V1＝P2*V2，式中，P1為加注前燃料氣瓶(7)內(nèi)的壓力；P2為低溫泵(2)的最大輸出壓力；V1為當(dāng)燃料氣瓶(7)內(nèi)的液化天然氣液面剛好漫過噴淋器(5)時氣體封閉空間的體積；V2為當(dāng)燃料氣瓶(7)內(nèi)的壓力升高到與低溫泵(2)的最大輸出壓力相等時氣體封閉空間的體積；由于P1、P2為已知量，V2為最小膨脹容積，設(shè)計時給定，也為已知量，因此V1可以求出，從而可以求出液化天然氣液面剛好漫過噴淋器(5)時，液面與燃料氣瓶(7)頂部的距離h1，噴淋器(5)與燃料氣瓶(7)頂部的距離h≥h1。
全文摘要
液化天然氣汽車的燃料氣瓶防過量加注裝置，屬于液化天然氣應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。該裝置包括LNG儲罐、低溫泵、真空絕熱軟管、快速連接器、燃料氣瓶、節(jié)氣閥和噴淋器。LNG儲罐通過低溫泵、真空絕熱軟管、快速連接器與噴淋器連接。本發(fā)明利用安裝在燃料氣瓶內(nèi)上部的噴淋器，使LNG以霧狀的形式噴出，實現(xiàn)對燃料氣瓶內(nèi)的蒸氣進行冷凝、降壓和LNG加注，確保燃料氣瓶內(nèi)留出足夠的膨脹空間，防止過量加注。本發(fā)明的加注裝置結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠，消除了人為操作的失誤與差異，可以確保汽車燃料氣瓶在加注LNG燃料時不會出現(xiàn)過量加注的情況，具有顯著的社會效益和經(jīng)濟效益。
文檔編號F17D3/00GK1789781SQ20051011223
公開日2006年6月21日 申請日期2005年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月29日
發(fā)明者魯雪生, 易希朗, 顧安忠, 曹文勝 申請人:上海交通大學(xué)