专利名称：液化天然气汽车的燃料气瓶防过量加注装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种液化天然气(LNG)燃料加注装置，特别是一种采用喷淋器加注的液化天然气汽车的燃料气瓶防过量加注装置，属于液化天然气应用技术领域。
背景技术：
LNG是一种优质的清洁燃料，用于公交客车和重型卡车，可有效地改善车辆尾气对空气的污染。国家科委在十五计划期间，启动了“清洁汽车行动计划”，把城市LNG公交客车列为研究和示范项目，旨在推动LNG汽车技术的进步。
随着LNG在能源领域中的比例不断增长，LNG汽车的应用前景非常广阔。LNG作为一种低温液化气体，在环境温度的作用下燃料气瓶的压力不断自然升高。众所周知，低温液化气体加注到燃料气瓶内，必须留有一定的空间，允许低温液化气体受热后膨胀。如果没有膨胀空间，燃料气瓶内的压力会迅速上升，导致超压。为了避免出现这种情况，需要从加注方法和装置上确保燃料气瓶内具有足够的膨胀空间。燃料气瓶内的膨胀空间对LNG汽车的安全运行有重要的意义。
已有技术中，申请号为CN93121139.5“液化天然气燃料车辆的加料方法及装置”的发明专利，提出了一种将绝热主储存箱中的液化天然气吸出，然后加热、加压输入车辆绝热燃料箱的方法和装置，但该方法并未涉及防过量加注的问题；申请号为CN94227215.3“用液化天然气作燃料的汽车供燃装置”的发明专利，和申请号为CN03265430.8“撬装式液化天然气汽车加气装置”，同样没有涉及防止过量加注的问题。
发明内容
为了克服已有技术的不足和缺陷，确保LNG汽车在加燃料时，燃料气瓶内留出一定的膨胀空间，本发明提出一种防止LNG过量加注的装置。
本发明是通过下述技术方案实现的。本发明包括LNG储罐、低温泵、真空绝热软管、快速连接器、燃料气瓶、喷淋器、节气阀、A截止阀和B截止阀。LNG储罐、低温泵、真空绝热软管、快速连接器和A截止阀置于加注站内，燃料气瓶、喷淋器、节气阀和B截止阀置于汽车内。喷淋器位于燃料气瓶内的上部，与燃料气瓶顶部有一定的距离。LNG储罐出口与低温泵进口相连，低温泵出口通过A截止阀与真空绝热软管一端相连，真空绝热软管另一端与快速连接器相连，燃料气瓶底部液体出口通过B截止阀与发动机燃料进口相连，燃料气瓶上部气体出口通过节气阀与底部液体出口相连。汽车燃料气瓶加注LNG时，快速连接器与喷淋器进口相连。
在LNG燃料加注前，燃料气瓶内具有一定的压力，燃料气瓶内的压力高于LNG储罐内的压力，意即LNG储罐内的温度低于燃料气瓶内的LNG温度。当汽车需要加注LNG燃料时，快速连接器与喷淋器进口相连，打开A截止阀，低温泵运转，LNG加压输入喷淋器，以雾状形式向燃料气瓶内气相空间喷淋。由于加注喷淋的LNG温度低于燃料气瓶内的液体温度，更低于燃料气瓶内的蒸气温度，所以燃料气瓶内的蒸气受到冷却并冷凝，气相空间压力下降，使LNG加速注入燃料气瓶。当燃料气瓶内的液面上升，漫过喷淋器时，加注的LNG对液面上部封闭空间的蒸气不再有喷淋冷却效果，随着液面的上升，封闭空间内的气体被压缩，使燃料气瓶内的压力升高，加注速度减小，直至燃料气瓶内的压力升高到与低温泵的最大输出压力相等，压力平衡，LNG不再进入燃料气瓶，保留有一定的气相空间容积，确保燃料气瓶在加注时不会出现过量加注的情况。
在汽车运行期间，燃料气瓶压力高于节气阀的设定压力，可以将气相空间的气体优先通过节气阀和B截止阀供给发动机，使燃料气瓶内的压力下降；燃料气瓶内的压力低于节气阀的设定压力，节气阀关闭，燃料气瓶向外输出液态天然气。节气阀可有效地抑制燃料气瓶内压力的自然上升。
本发明的关键是在燃料气瓶内的适当位置安装了喷淋器，根据燃料气瓶内气相封闭空间的容积来确定喷淋器的安装高度，从设备上确保不可能出现过量加注的情况。喷淋器的安装高度h，即喷淋器与燃料气瓶内顶部的垂直距离，按照下面方法确定。
当燃料气瓶内的LNG液面刚好漫过喷淋器时，设为状态1；当燃料气瓶内的压力升高到与低温泵的最大输出压力相等时，设为状态2。由于燃料气瓶内的封闭空间温度波动不大，因此由状态1变化到状态2可近似为等温过程。状态1的封闭空间压力为加注前燃料气瓶内的压力P1，封闭空间体积为V1；状态2的封闭空间压力为低温泵的最大输出压力P2，封闭空间体积为V2。根据气体状态方程，P1*V1＝P2*V2，即V1＝P2*V2/P1式中，P1、P2为已知量；V2为最小膨胀容积，设计时给定，也为已知量，因此V1可以求出。V1计算出来，即可确定状态1的LNG液面高度h1，即LNG液面与燃料气瓶内顶部的垂直距离，这个液面高度h1就是喷淋器的最小安装高度，喷淋器可以安装在状态1的LNG液面以下，即h≥h1。
本发明的有益效果本发明的加注装置结构简单、运行可靠，消除了人为操作的失误与差异，可以确保汽车燃料气瓶在加注LNG燃料时不会出现过量加注的情况，具有显著的社会效益和经济效益。
图1为本发明的LNG燃料气瓶防过量加注装置的结构原理图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明的具体实施作进一步描述。
如图1所示，本发明包括LNG储罐1、低温泵2、真空绝热软管3、快速连接器4、喷淋器5、节气阀6、燃料气瓶7、A截止阀8和B截止阀9。其中LNG储罐1、低温泵2、真空绝热软管3、快速连接器4和A截止阀8均置于加注站内，喷淋器5、节气阀6、燃料气瓶7和B截止阀9均安装在汽车内。喷淋器5位于燃料气瓶7内的上部，距离燃料气瓶7顶部的距离为h。LNG储罐1出口与低温泵2进口相连，低温泵2出口通过A截止阀8与真空绝热软管3的一端相连，真空绝热软管3的另一端与快速连接器4相连，燃料气瓶7底部液体出口通过B截止阀9与发动机进口相连，燃料气瓶7上部气体出口通过节气阀6与底部液体出口相连。
在LNG燃料加注前，燃料气瓶7内具有一定的压力，燃料气瓶7内的压力高于LNG储罐1内的压力，燃料气瓶7内的LNG温度高于LNG储罐1内的温度。当汽车需要加注LNG燃料时，快速连接器4与喷淋器5进口相连，打开A截止阀8，低温泵2运转，LNG加压输入喷淋器5，以雾状形式向燃料气瓶7内气相空间喷淋。由于加注喷淋的LNG温度低于燃料气瓶7内的液体温度，更低于燃料气瓶7内的蒸气温度，所以燃料气瓶7内的蒸气受到冷却并冷凝，气相空间压力下降，使LNG加速注入燃料气瓶。当燃料气瓶7内的液面上升，漫过喷淋器5时，加注的LNG对液面上部封闭空间的蒸气不再有喷淋冷却效果，封闭空间内的气体被压缩，使燃料气瓶7内的压力上升，加注速度减小，直至燃料气瓶7内的压力升高到与低温泵2的最大输出压力相等，压力平衡，LNG不再进入燃料气瓶7，保留有一定的气相空间容积，确保燃料气瓶7在加注时不会出现过量加注的情况。
喷淋器5的安装高度h，即喷淋器5与燃料气瓶7内顶部的垂直距离，按照下面方法确定当燃料气瓶7内的LNG液面刚好漫过喷淋器5时，设为状态1；当燃料气瓶7内的压力升高到与低温泵2的最大输出压力相等时，设为状态2。由于燃料气瓶7内的封闭空间温度波动不大，因此由状态1变化到状态2可近似为等温过程。状态1的封闭空间压力为加注前燃料气瓶7内的压力P1，封闭空间体积为V1；状态2的封闭空间压力为低温泵2的最大输出压力P2，封闭空间体积为V2。根据气体状态方程，P1*V1＝P2*V2，即V1＝P2*V2/P1式中，P1、P2为已知量；V2为最小膨胀容积，设计时给定，也为已知量，因此V1可以求出。V1计算出来，即可确定状态1的LNG液面高度h1，即LNG液面与燃料气瓶7内顶部的垂直距离，这个液面高度h1就是喷淋器5的最小安装高度，喷淋器5可以安装在状态1的LNG液面以下，即h≥h1。
权利要求
1.一种液化天然气汽车的燃料气瓶防过量加注装置，包括LNG储罐(1)、低温泵(2)、真空绝热软管(3)、快速连接器(4)、喷淋器(5)、节气阀(6)、燃料气瓶(7)、A截止阀(8)和B截止阀(9)，其特征在于LNG储罐(1)、低温泵(2)、真空绝热软管(3)、快速连接器(4)和A截止阀(8)均置于加注站内，喷淋器(5)、节气阀(6)、燃料气瓶(7)和B截止阀(9)均安装在汽车内；喷淋器(5)位于燃料气瓶(7)内的上部，距离燃料气瓶(7)顶部的距离为h，LNG储罐(1)出口与低温泵(2)进口相连，低温泵(2)出口通过A截止阀(8)与真空绝热软管(3)的一端相连，真空绝热软管(3)的另一端与快速连接器(4)相连，燃料气瓶(7)底部液体出口通过B截止阀(9)与发动机燃料进口相连，燃料气瓶(7)上部气体出口通过节气阀(6)与底部液体出口相连，当汽车需要加注液化天然气燃料时，快速连接器(4)与喷淋器(5)进口相连。
2.根据权利要求1所述的液化天然气汽车的燃料气瓶防过量加注装置，其特征是所述的喷淋器(5)与燃料气瓶(7)顶部的距离h是通过下述方法计算的根据气体状态方程，P1*V1＝P2*V2，式中，P1为加注前燃料气瓶(7)内的压力；P2为低温泵(2)的最大输出压力；V1为当燃料气瓶(7)内的液化天然气液面刚好漫过喷淋器(5)时气体封闭空间的体积；V2为当燃料气瓶(7)内的压力升高到与低温泵(2)的最大输出压力相等时气体封闭空间的体积；由于P1、P2为已知量，V2为最小膨胀容积，设计时给定，也为已知量，因此V1可以求出，从而可以求出液化天然气液面刚好漫过喷淋器(5)时，液面与燃料气瓶(7)顶部的距离h1，喷淋器(5)与燃料气瓶(7)顶部的距离h≥h1。
全文摘要
液化天然气汽车的燃料气瓶防过量加注装置，属于液化天然气应用技术领域。该装置包括LNG储罐、低温泵、真空绝热软管、快速连接器、燃料气瓶、节气阀和喷淋器。LNG储罐通过低温泵、真空绝热软管、快速连接器与喷淋器连接。本发明利用安装在燃料气瓶内上部的喷淋器，使LNG以雾状的形式喷出，实现对燃料气瓶内的蒸气进行冷凝、降压和LNG加注，确保燃料气瓶内留出足够的膨胀空间，防止过量加注。本发明的加注装置结构简单、运行可靠，消除了人为操作的失误与差异，可以确保汽车燃料气瓶在加注LNG燃料时不会出现过量加注的情况，具有显著的社会效益和经济效益。
文档编号F17D3/00GK1789781SQ20051011223
公开日2006年6月21日 申请日期2005年12月29日 优先权日2005年12月29日
发明者鲁雪生, 易希朗, 顾安忠, 曹文胜 申请人:上海交通大学