专利名称：汽车燃料用天然气吸附存储系统的新设计的制作方法
技术领域：
本发明涉及天然气汽车的储气技术，采用天然气汽车发动机冷却水为天然气储存容器提供热量以改善供气性能。
背景技术：
日趋严格的汽车排放限制及丰富的储量使得天然气成为一种十分有吸引力的车用燃料。但是，天然气用作汽车燃料是否适宜取决于能否在汽车燃料存储容器中储存足够量的天然气，即储气技术。通常，天然气可用液化、压缩和吸附三种方式来存储。对于车用而言，液化方法实用性有限而压缩天然气(CNG)需要高压及昂贵的多级压缩设施。
为克服CNG技术上的缺陷，国外从80年代起开始研究一种新的天然气储气技术-吸附式储存天然气(ANG)技术。该技术的要点是运用多孔吸附剂填充在储存容器中，在中高压(3.5Mpa左右)条件下，利用吸附剂对天然气高的吸附容量来增加天然气的储存密度。天然气的吸附存储(ANG)技术是一种全新的能量存储技术。它仅需要比CNG低得多的压力(3.5MPa)，因而对于天然气汽车(NGV)的储气系统的设计及技术经济性而言，ANG无疑具有巨大的潜力。但是有一个主要的困难限制ANG技术的实际应用，即ANG解吸脱附时的吸附热对系统性能的影响，该问题已成为影响ANG进入实用化的技术难点。国外ANG行车试验结果当快速充气时，因吸附放热的影响，贮存容器的中心温度可达70℃；当汽车行驶时，因快速释放气体及吸热的影响使得贮存容积的中心温度可降至-10℃(当时环境温度为25℃)。Chang和Talu两人运用G-Tec公司的天然气储罐进行了吸附热对ANG脱附行为影响的实验研究，其结果表明，在快速脱附解吸的条件下，温降可达37℃，脱附放气性能比等温条件下损失25％，在中等速度下，这一损失值为15-20％。目前大多数解决办法的研究集中在吸附床内埋放TES(Thermal EnergyStorage)储能元件，运用TES储能元件的脱水或水合的反应热来缓解吸附床的温升或温降。这一方法确可以增大存储容量，但TES元件本身又占据了床层体积，使得存储容量下降。因而有必要寻求更有效解决吸附热对脱附放气性能影响的措施。
发明内容
本发明提出了利用发动机冷却水来加热吸附床，从而改善ANG存储系统的脱附放气性能的新设计。通常，汽车发动机冷却水系中冷却水温在80～90℃之间，而通过发动机冷却系散热器的冷却水流量由节温器调节，不同的发动机转速下，汽车散热器冷却管中的水流速度保持在0.27～0.5m/s之间，国产主要车型散热器用橡胶软管尺寸由φ32～φ45之间变化，而水泵流量最小约30l/min，最大可达204l/min，通常在45l/min左右。本发明通过附加一条额外的管路系统将发动机冷却水引至ANG存储容器中提供天然气脱附时的所需热量。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是将发动机冷却水套中的冷却水引至ANG储存容器中换热情况最恶劣的中心轴线的换热管内，管内水流在加热吸附床后流出吸附储罐并由水泵入口重新进入冷却水循环水系。
本发明的有益效果是，通过采取强化传热措施，使得天然气脱附阶段温度下降趋势被削弱，温度曲线中十分陡峭的温度剧烈下降段被小范围的温度波动所取代。在脱附量和脱附体积速率方面，天然气脱附释放量上升迅速、平稳接近于线性，除脱附总量提高外，新系统可使脱附释放的甲烷气体的可用性得到提高。表现在释放气体的流速上，即释放更加快速、平稳及便于控制。因此总体上说，新系统缓解了ANG存储系统脱附放气时因吸热引起的脱附容量下降，改善了系统的供气特性。
下面结合附图和实例对本发明进一步说明。
图1是本发明的基本设计方案。
图2是本发明的一个实施例的实验说明图。
图3是实施的新系统的天然气脱附量的结果图。
图4是实施的新系统的天然气脱附体积速率的结果图。
图中1天然气，2气瓶减压阀，3精密压力表，4高压截至阀，5三通接头，6高压截至阀，7透径密封接头，8缓冲气瓶，9搅拌器叶片，10加热器，11精密压力表，12三通接头，13输气管，14高压截至阀，15真空压力表，16抽真空机组，17抽气管路，18金属软管，19搅拌器电机，20两位PID温控调节器，21输气管，22透径密封接头，23金属换热管，24法兰，25吸附容器，26恒温水槽，27输水软管，28吸附容器加热带，29循环水泵，30 KEITHLEY 7001多路开关系统，31 KEITHLEY 2000多用表，32微机，33，34三通接头，35高压截至阀，36压力表，37减压阀，38，39输气管，40湿式流量计，41精密压力表，42高压截至阀，43，44放气管，45水箱，46加热器，47两位PID温控调节器，48水管旋塞，49循环水管路热电偶，50，51，52透径密封接头，53吸附容器内热电偶，54电缆线，55 FLUKE测量仪表，56热电偶引线用钢管，57调压器具体实施方式
在图2的示例中，采用上海活性炭厂生产的颗粒状椰壳炭，实验前在干燥箱内恒温110℃干燥24小时。实验开始前先对系统抽真空脱气，并通过缠绕在吸附容器25上的加热带28来加热活性炭床至300℃，系统的真空度保证在10-4mmHg左右。吸附量的测量首先使用氦气测量死体积法VHes，之后按照体积法来计算死体积。通过两位PID温控调节器20、加热器10及搅拌器19来保证恒温水槽26内的恒温条件，以便测量不同温度条件下的吸脱附等温线。根据吸附等温线，运用Calusius-Clapeyron方程计算天然气的吸附热。
吸附床的温度场通过9对热电偶测量结果来描述。实验所用热电偶由上海市计量测试研究院热工室标定。为保证KEITHLEY 2000多用表的测量参考温度为0℃，在KEITHLEY 7001多路开关系统的1#通道所接的一对热电偶测量端浸入冰水混合物中以修正室内温度的变化。系统采样的时间间隔由程序通过Pentium133微机来控制。通过减压阀2来调节充入缓冲气瓶8的压力以实现不同的充气速率，并采样记录温度场随时间的变化。脱附速率的控制可以通过高压截至阀42及35的开、合使得脱附气体分别通过放气管43、44脱附放气。通过管43放气是直接排至大气，而通过管44放气时可通过调节减压阀36来调节脱附释放压力以实现不同的放气速率。天然气脱附量可通过流量计40来直接读取。用水箱45来模拟汽车发动机水套，通过加热器46及两位PID温控调节器47来恒定水箱温度，水流通过U形金属换热管23为活性炭床提供脱附需要的热量。用水泵29来实现输水软管27、换热管23中的水流循环。循环水在换热管进口处水温可以通过水箱的两位PID温控调节器47的铂电阻温度计读数获得，出口处的水温通过热电偶49测量后由FLUCK测量仪56读取。
权利要求
1.汽车燃料用天然气吸附存储系统的新设计。利用发动机冷却水来加热吸附床，从而改善车用天然气吸附存储系统(ANG)的放气性能的新设计。其特征是通过附加一条额外的管路系统将发动机冷却水引至ANG存储容器中提供天然气脱附时的所需热量。
2.根据权利要求1所述的车用天然气吸附存储新系统，其特征是将汽车发动机冷却水套中的冷却水引至ANG储存容器中换热情况最恶劣的中心轴线的换热管内，管内水流在加热吸附床后流出吸附储罐并由水泵入口重新进入冷却水循环水系。
全文摘要
汽车燃料用天然气吸附存储系统的新设计。涉及天然气汽车的储气技术。脱附吸热产生的脱附容量降低、放气性能下降是影响车用天然气吸附存储系统实用化的关键因素。本发明采用天然气汽车发动机冷却水为天然气储存容器提供热量以改善供气性能。实验结果表明通过采取该强化传热的技术方案，使得天然气脱附阶段温度下降趋势被削弱，温度曲线中十分陡峭的温度剧烈下降段被小范围的温度波动所取代，天然气脱附释放量上升迅速、平稳接近于线性，除脱附总量提高外，新系统可使脱附释放的天然气的可用性得到提高。表现在释放气体的流速上，即释放更加快速、平稳及便于控制。因此总体上说，新系统对汽车燃料用天然气吸附存储系统放气性能有所改进。
文档编号F17C7/00GK1566741SQ0314285
公开日2005年1月19日 申请日期2003年6月24日 优先权日2003年6月24日
发明者杨晓东 申请人:杨晓东