技术领域
[0001] 本
发明涉及
液化天然气BOG气回收领域，具体是一种LNG汽车车载绝热气瓶蒸发气回收利用系统。
背景技术
[0002] 随着
能源的清洁化转型，以及天然气市场的快速发展，
液化天然气(以下简称“LNG”)被广泛应用，在交通领域LNG汽车的数量不断增加。因LNG的低温特性，在其储存过程中需要保冷。目前用于储存LNG的容器，例如用于LNG接收站终端的大型LNG储罐，以及用于LNG加气站的LNG储罐，只要储罐内部与外部存在温差，外部热量就会导入储罐内部，导致LNG
气化产生蒸发气(简称“BOG”)，蒸发气的主要成分为甲烷。LNG接收站与LNG加气站的LNG储罐上已有较广泛的BOG回收系统的应用，但在LNG汽车上，BOG回收的应用很少。
[0003] LNG
焊接绝热气瓶是LNG汽车上用于储存LNG的容器，同样在使用过程中会产生BOG，当BOG不断产生并超过气瓶允许压
力时，气瓶需要排放一部分BOG以降压，由于单台LNG汽车的绝热气瓶蒸发气量小，目前采用的是直接向大气排放，一方面LNG汽车数量庞大，所有LNG汽车产生的蒸发气总量不可忽略，另一方面天然气在大气中的
温室效应增温潜势远高于二
氧化
碳。因此，有必要在不影响LNG低温绝热气瓶正常安全使用的情况下，对BOG进行有效的收集、储存和利用。
[0004]
申请号为201810575596.6名称为“LNG储罐BOG回收系统”的发明
专利，将BOG用LNG气化器进行一级降温，在不使用储罐内LNG或储罐内无需自
增压时，LNG气化器无法产生冷能，一级降温无法进行，进而影响二级降温及液化，最终导致在此工况下BOG无法回收。
[0005] 申请号为201410558532.7名称为“LNG接收站终端蒸发气体回收系统”的发明专利，该系统在LNG接收站气体外输时，将BOG压缩并与LNG进行换热使之降温，使高压BOG冷凝为LNG返回储罐中，该系统对BOG的回收需要在储罐内LNG正在外输的条件下进行，而LNG汽车车载绝热气瓶BOG放散和LNG使用并不同时进行。
[0006] 申请号为201410633000.5名称为“一种BOG回收的方法”的发明专利，使用液氮作为BOG的制冷剂，但液氮的获取和加置液氮储罐使这种方法在LNG汽车绝热气瓶BOG回收上难以推广。
发明内容
[0007] 针对上述背景及
现有技术存在的不足，本发明提出一种LNG汽车车载绝热气瓶蒸发气回收利用系统，适用于LNG汽车车载绝热气瓶安全
阀放散工况下的蒸发气BOG回收；相对于LNG接收站和LNG加气站，此工况下蒸发气BOG流量小且
波动大，蒸发气BOG放散的时间不连续且不规律，蒸发气BOG放散的时段与LNG使用的时段往往不重叠；本发明系统结构简洁，操作便捷，占据空间小，可停放在
车库或
停车场；高压BOG储罐可拆卸，可将收集的BOG返回加气站，也可放置于车上，作为汽车
燃料的供给，可提高LNG汽车中LNG的使用效率，减少以
温室气体甲烷为主要成分的BOG排放。
[0008] 一种LNG汽车车载绝热气瓶蒸发气回收利用系统，包括四个功能模
块：蒸发气收集模块1、蒸发气压缩模块2、蒸发气储存模块3；
[0009] 蒸发气收集模块1包括柔性管5、三通
电磁阀6、排放口I7、
单向阀I8、蒸发气收集罐9、单向阀II10、收集罐入口
法兰11、
导管14、双浮球液位计15、液位
开关16、补
水放空口17、排污口18、收集罐出口法兰19；蒸发气收集罐9采用双层夹套结构，包括收集罐外腔12、收集罐内腔13，收集罐内腔13底部与收集罐外腔12连通；
[0010] 蒸发气压缩模块2包括
压缩机20、交直流两用
电动机21、电动机电源；
[0011] 蒸发气储存模块3包括法兰24、单向阀III25、压力变送器26、排放阀28、减压阀29、
旁通阀30、排放口II31、高压BOG储罐32、压力计38；
[0012] LNG汽车车载绝热气瓶39排放蒸发气的
安全阀40排放口通过柔性管5与三通电磁阀6连接，三通电磁阀6还分别与排放口I7、单向阀I8连接，单向阀I8与收集罐入口法兰11连接，收集罐入口法兰11另一端连接导管14，导管14进入蒸发气收集罐9的收集罐外腔12，导管14另一端为弯钩结构，弯钩结构的顶端进入收集罐内腔13，收集罐外腔12、收集罐内腔13内装有水，收集罐内腔13内设置双浮球液位计15，双浮球液位计15与液位开关16连接，液位开关16与控
制模块4连接，收集罐外腔12底部设有排污口18，收集罐外腔12顶部设有补水放空口17，补水放空口17用于补水和排空，收集罐外腔12、收集罐内腔13顶部出口重合，出口处设有设置法兰盘33，法兰盘33上连接出口管道，出口管道上设置收集罐出口法兰19，收集罐出口法兰19与单向阀II10连接，单向阀II10与压缩机20一端连接，压缩机20与交直流两用电动机21连接，交直流两用电动机21还与电动机电源连接，压缩机20另一端连接法兰24，法兰24与单向阀III25连接，单向阀III25与高压BOG储罐32连接，高压BOG储罐32上还设有压力变送器26，高压BOG储罐32上还设有排放阀28，排放阀28分别与减压阀29、旁通阀30连接，减压阀29、旁通阀30另一端为排放口II31，排放口II31处设有压力计38。
[0013] 所述系统还包括
控制模块4，控制模块4为常规市购
控制器，控制模块4分别与三通电磁阀6、液位计开关16、交直流两用电动机21、压力变送器26连接，压力变送器26与控制模块4之间还设有插座连接器27。
[0014] 所述法兰盘33通过
螺栓34固定在收集罐外腔12出口外缘上。
[0015] 所述双浮球液位计15的液位计上限位36处于收集罐内腔13总高度85～95％的
位置，液位计下限位37处于收集罐内腔13总高度10～15％的位置。
[0016] 所述收集罐内腔13侧面下部开有导管孔，导管14从导管孔进入收集罐内腔13。
[0017] 所述电动机电源为
蓄电池22或交流电23，交直流两用电动机21即可以用
蓄电池22供电，可以用交流电23供电。
[0018] 所述收集罐内腔13底部与收集罐外腔12连通为收集罐内腔13底部完全镂空，镂空处的水平位置低于位计下限位37；或收集罐内腔13底部侧面开有若干水孔35，水孔35处的水平位置低于位计下限位37，水孔35将收集罐内腔13与收集罐外腔12连通。
[0019] 所述蒸发气收集罐9的总容积即为收集罐外腔12的总容积，其为LNG汽车车载绝热气瓶39公称容积的5～7％，从双浮球液位计15的液位计上限位36到液位计下限位37所包含的收集罐内腔13的容积为蒸发气收集罐9的有效容积，蒸发气收集罐9的有效容积不小于3L。
[0020] 所述高压BOG储罐32公称容积为LNG汽车车载绝热气瓶39公称容积的20～30％，额定压力为9～12MPa。
[0021] 所述三通电磁阀6的开合靠控制模块4完成，三通电磁阀6的一条通路经过单向阀I8通往蒸发气收集罐9，另一条则通过排放口I7直接排放到空气中；三通电磁阀6失电状态时通往蒸发气收集罐9的通路关闭，通往排放口I7的通路开启，当系统突然断电时，LNG汽车车载绝热气瓶39产生的BOG直接排放到大气，以此确保气瓶及回收系统中压力处在安全范围内。
[0022] 所述导管14处于蒸发气收集罐9外的一端出口高于双浮球液位计15的液位计上限位36；导管14位于收集罐内腔13内的一端出口方向向上，其出口位置不低于收集罐内腔13底部连通收集罐外腔12的位置，导管14将BOG导入到收集罐内腔13底部，以气泡的方式收集，防止BOG
泄漏以及空气掺混。
[0023] 所述补水放空口17位于收集罐外腔12最高点，并与收集罐外腔12连通，补水放空口17用于将多余的水或空气排出，保证罐内压力稳定，当罐内水量不够时，用于加水，所述排污口18位于蒸发气收集罐9最低点，用于蒸发气收集罐9的排污和清洗。
[0024] 所述蒸发气储存模块3用于储存和再利用经过蒸发气压缩模块2压缩的高压BOG，法兰24及插座连接器27均可拆卸，可从整个系统中卸下，当高压BOG储罐32装满后，将其放到LNG汽车上，储存的高压BOG经过减压阀29减压，可以作为汽车的燃料供给，也可通过旁通阀30将收集的BOG返回到加气站。
[0025] 本发明的有益效果：
[0026] 1、本发明蒸发气收集罐采用双层夹套结构，包括收集罐外腔、收集罐内腔，收集罐内腔底部与收集罐外腔连通，若使用过程中蒸发气收集罐中的水量不足，通过补水放空口加水，这种结构有效的防止BOG泄漏，而且蒸发气收集模块下游的模块与LNG汽车车载绝热气瓶之间的气路用水隔离开，当下游设备发生故障着火时，火焰不会传递到LNG气瓶中，安全性高。
[0027] 2、本发明处理的BOG流量小，产生BOG的时间不连续且不规律，流量波动变化大，为分布式或移动式的小型LNG储罐提供BOG收集方案，与现有的LNG接收站和LNG加气站的BOG回收方案形成互补。
[0028] 3、本发明综合考虑了BOG压缩能耗和空间占用，用于压缩BOG的能耗小于BOG的热值，同时具有经济收益和环保效益。
[0029] 4、由于LNG汽车车载绝热气瓶需要向环境排放BOG，LNG汽车的停放位置需要保持较好的通
风环境，因此LNG汽车一般为中大型客车或重型汽车，由于家用汽车的车库空间相对密闭，向环境排放BOG会造成车库内BOG浓度达到爆炸极限，造成安全隐患，本发明占据空间小，可放在车库或停车场，解决了BOG安全放散的问题，有利于促进LNG在小型汽车中的更广泛的应用。
[0030] 5、本发明蒸发气储存模块可拆卸，高压BOG储罐可放置在车上，作为汽车的燃料供给，也可将收集的气体返回天然气加气站，提出了BOG回收后利用的方案。
附图说明
[0031] 图1为
实施例1LNG汽车车载绝热气瓶蒸发气回收利用系统结构示意图；
[0032] 图2为实施例1蒸发气收集罐的正等轴侧图；
[0033] 图3为实施例1蒸发气收集罐的剖面图；
[0034] 图4为实施例2蒸发气收集罐的剖面图；
[0035] 图中：1-蒸发气收集模块，2-蒸发气压缩模块，3-蒸发气储存模块，4-控制模块，5-柔性管，6-三通电磁阀，7-排放口I，8-单向阀I，9-蒸发气收集罐，10-单向阀II，11-收集罐入口法兰，12-收集罐外腔，13-收集罐内腔，14-导管，15-双浮球液位计，16-液位开关，17-补水放空口，18-排污口，19-收集罐出口法兰，20-压缩机，21-交直流两用电动机，22-蓄电池，23-交流电，24-法兰，25-单向阀III，26-压力变送器，27-插座连接器，28-排放阀，29-减压阀，30-旁通阀，31-排放口II，32-高压BOG储罐，33-法兰盘，34-螺栓，35-孔，36-液位计上限位，37-液位计下限位，38-压力计，39-LNG汽车车载绝热气瓶，40-安全阀。
具体实施方式
[0036] 下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。
[0037] 实施例1
[0038] 一种LNG汽车车载绝热气瓶蒸发气回收利用系统，如图1、2、3所示，包括四个功能模块：蒸发气收集模块1、蒸发气压缩模块2、蒸发气储存模块3、控制模块4；
[0039] 蒸发气收集模块1用于收集LNG汽车车载绝热气瓶39安全阀40放散的BOG，在保证气瓶正常安全放散BOG的情况下，对其进行收集；蒸发气收集模块1包括柔性管5、三通电磁阀6、排放口I7、单向阀I8、蒸发气收集罐9、单向阀II10、收集罐入口法兰11、导管14、双浮球液位计15、液位开关16、补水放空口17、排污口18、收集罐出口法兰19、法兰盘33、螺栓34；蒸发气收集罐9采用双层夹套结构，包括收集罐外腔12、收集罐内腔13，收集罐内腔13底部与收集罐外腔12连通；
[0040] 蒸发气压缩模块2包括压缩机20、交直流两用电动机21、电动机电源，电动机电源包括蓄电池22、交流电23；
[0041] 蒸发气储存模块3包括法兰24、单向阀III25、压力变送器26、排放阀28、减压阀29、旁通阀30、排放口II31、高压BOG储罐32、压力计38；
[0042] 控制模块4采用常规市购32位
微控制器；具有报警功能；
[0043] LNG汽车车载绝热气瓶39排放蒸发气的安全阀40排放口通过柔性管5与三通电磁阀6连接，柔性管5为金属
波纹管，三通电磁阀6还分别与排放口I7、单向阀I8、控制模块4连接，单向阀I8与收集罐入口法兰11连接，收集罐入口法兰11另一端连接导管14，导管14进入蒸发气收集罐9的收集罐外腔12，导管14另一端为弯钩结构，收集罐内腔13侧面下部开有导管孔，导管14弯钩结构的顶端从导管孔进入收集罐内腔13，收集罐外腔12、收集罐内腔13内装有水，收集罐内腔13内设置双浮球液位计15，双浮球液位计15中位于液位计上限位36的浮球用于限定工作时内腔水位的最高值，位于液位计下限位37的浮球用于限定工作时内腔水位的最低值，液位计上限位36处于收集罐内腔13总高度85％的位置，液位计下限位37处于收集罐内腔13总高度10％的位置，收集罐内腔13底部与收集罐外腔12连通为收集罐内腔13底部完全镂空，镂空处底部水平位置低于位计下限位37；双浮球液位计15与液位开关16连接，液位开关16与控制模块4连接，控制模块4接收液位开关16传递的
信号，并进行储存和反馈，收集罐外腔12底部设有排污口18，排污口18位于蒸发气收集罐9最低点，用于蒸发气收集罐9的排污和清洗，收集罐外腔12顶部设有补水放空口17，补水放空口17位于收集罐外腔12最高点，并与收集罐外腔12连通，补水放空口17用于将多余的水或空气排出，保证收集罐内压力稳定，当罐内水量不够时，用于加水；收集罐外腔12、收集罐内腔13顶部出口重合，出口处设有设置法兰盘33，法兰盘33通过螺栓34固定在收集罐外腔12出口外缘上，法兰盘
33上连接出口管道，出口管道上设置收集罐出口法兰19；
[0044] 收集罐出口法兰19与单向阀II10连接，单向阀II10与压缩机20一端连接，压缩机20与交直流两用电动机21连接，交直流两用电动机21还分别与蓄电池22、交流电23、控制模块4连接，交直流两用电动机21即可以用蓄电池22供电，可以用交流电23供电；
[0045] 压缩机20另一端连接法兰24，法兰24与单向阀III25连接，单向阀III25与高压BOG储罐32连接，高压BOG储罐32公称容积为LNG汽车车载绝热气瓶39公称容积的20％，其额定压力为9MPa，高压BOG储罐32上还设有压力变送器26，压力变送器26通过插座连接器27与控制模块4连接，控制模块4接收压力变送器26的压力信号，高压BOG储罐32上还设有排放阀28，排放阀28分别与减压阀29、旁通阀30连接，减压阀29、旁通阀30另一端为排放口II31，排放口II31处设有压力计38；蒸发气收集罐9的总容积即为收集罐外腔12的总体积，其为LNG汽车车载绝热气瓶39公称容积的5％，从双浮球液位计15的液位计上限位36到液位计下限位37所包含的收集罐内腔13的容积为蒸发气收集罐9的有效容积，蒸发气收集罐9的有效容积不小于3L。
[0046] 控制模块4控制三通电磁阀6的开合方向，三通电磁阀6的一条通路经过单向阀I8通往蒸发气收集罐9，另一条通路则通过排放口I7直接排放到空气中；三通电磁阀6失电时通往蒸发气收集罐9的通路关闭，通往排放口I7的通路开启，即当系统突然断电时，LNG汽车车载绝热气瓶产生的BOG直接排放到大气，以此确保气瓶及回收系统中压力处在安全范围内；导管14处于蒸发气收集罐9外的一端出口位置高于双浮球液位计15的液位计上限位36，导管14位于收集罐内腔13内的一端出口方向向上，其出口水平位置不低于收集罐内腔13底部连通收集罐外腔12，导管14将BOG导入到收集罐内腔13底部，以气泡的方式收集，防止BOG泄漏以及空气掺混。
[0047] 本实施例中蒸发气储存模块3用于储存和再利用经过蒸发气压缩模块2压缩的高压BOG，法兰24及插座连接器27均可拆卸，可从整个系统中卸下，当高压BOG储罐32装满后，将其放到LNG汽车上，其中储存高压BOG经过减压阀29减压，可以作为汽车的燃料供给，也可通过旁通阀30将收集的BOG返回到加气站。
[0048] 本实施例LNG汽车车载绝热气瓶蒸发气回收利用系统的使用方法如下：
[0049] 步骤1：由交流电23为交直流两用电动机20供电，若交直流两用电动机20正常工作，而且高压BOG储罐32内的压力未达到额定压力，则通过双浮球液位计15检查收集罐内腔13内的水位；
[0050] 若收集罐内腔13水位低于液位计下限位37，则控制模块4提醒用户将蒸发气收集罐9内的水补满，同时三通电磁阀6通往排放口I7的通路打开，直到用户将蒸发气收集罐9内的水补满，控制模块4停止报警；
[0051] 若收集罐内腔13水位不低于液位计下限位37，则控制模块4打开三通电磁阀6通往单向阀I8的通路，随着单向阀I8打开，蒸发气BOG通过导管14通入收集罐内腔13底部，并将收集罐内腔13的水排到收集罐外腔12，收集罐外腔12与通过最高点的补水放空口17与大气连通，多余的水会排出罐外；
[0052] 步骤2：随着蒸发气的不断进入，收集罐内腔13水位达到液位计下限位37，液位开关16将水位信息传递给控制模块4，控制模块4控制交直流两用电动机20启动，驱动压缩机21将蒸发气收集罐9内腔中收集的蒸发气BOG抽进高压BOG储罐32，随着蒸发气被抽走，收集罐内腔13液面升高，收集罐外腔12中的水进入收集罐内腔13，收集罐外腔12液面下降，此时补水放空口17将外界空气吸入，也可以加入水，保证蒸发气收集罐9内部压力稳定，直到收集罐内腔13水位达到液位计上限位36，控制模块4控制交直流两用电动机20停止工作，收集罐内腔13继续收集蒸发气BOG；
[0053] 如此反复收集直至高压BOG储罐32内的压力达到额定压力，控制模块4接收到压力变送器26的压力信号后，控制模块4控制交直流两用电动机21停止工作且三通电磁阀6通往排放口I7的通路打开，控制模块4以状态灯显示黄灯的形式提示用户更换高压BOG储罐32或使用高压BOG储罐32内收集的蒸发气BOG，使用时，可以经过减压阀29减压后作为汽车的燃料供给，也可以通过旁通阀30将收集的蒸发气BOG返回到加气站，压力计38可以测试出口气体压力是否符合要求。
[0054] 系统工作过程中，若直流两用电动机20故障或停电，此时控制模块4控制三通电磁阀6通往排放口I7的通路打开，控制模块4以状态灯显示红灯的形式提示用户系统故障。
[0055] 实施例2
[0056] 一种LNG汽车车载绝热气瓶蒸发气回收利用系统，如图4所示，收集罐内腔13底部与收集罐外腔12连通为收集罐内腔13底部侧面开有若干水孔35，水孔35的水平位置低于位计下限位37，水孔35将收集罐内腔13与收集罐外腔12连通，双浮球液位计15的液位计上限位36处于收集罐内腔13总高度95％的位置，液位计下限位37处于收集罐内腔13总高度15％的位置；高压BOG储罐32公称容积为LNG汽车车载绝热气瓶39公称容积的30％，其额定压力为12MPa，蒸发气收集罐9的总容积即为收集罐外腔12的总体积为LNG汽车车载绝热气瓶39公称容积的7％，其他部件及连接方式与实施例1相同，由蓄电池22为交直流两用电动机21供电，按照实施例1的方法可以实现LNG汽车车载绝热气瓶蒸发气回收。
[0057] 本发明中双浮球液位计15的液位计上限位36处于收集罐内腔13总高度85～95％的位置范围内波动，液位计下限位37处于收集罐内腔13总高度10～15％的位置范围内波动；高压BOG储罐32公称容积在LNG汽车车载绝热气瓶39公称容积的20～30％范围内波动，其额定压力为9～12MPa，蒸发气收集罐9的总容积即收集罐外腔12的总容积在LNG汽车车载绝热气瓶39公称容积的5～7％范围，均可以实现本发明的功能。
