一种多气瓶并联式CNG管路系统 |
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| 申请号 | CN202311641654.8 | 申请日 | 2023-12-04 | 公开(公告)号 | CN117739274A | 公开(公告)日 | 2024-03-22 |
| 申请人 | 东风柳州汽车有限公司; | 发明人 | 黄观林; 刘志刚; 梁鸿儒; 陈楷华; 张坚; 张维江; 陈跃华; 陈树惠; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种多气瓶并联式CNG管路系统，涉及压缩 天然气 管路技术领域。该系统包括多个并联布置的气瓶、以及相互分离的充气回路和供气回路，通过在供气支路上设置供气单向 阀 ，使各气瓶与供气回路保持单向连通，令系统内各气瓶在供气状态下构成独立的腔室，其次，本CNG管路系统通过在充气支路上设置充气 单向阀 ，并使供气单向阀的入口连接至充气单向阀的出口，实现了充气回路与供气回路互不连通，杜绝了各气瓶在供气状态下相互窜气的情形，使系统内各个气瓶的安全防爆性能至少达到单气瓶的安全标准。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种多气瓶并联式CNG管路系统，其特征在于：包括多个并联布置的气瓶、以及相互分离的充气回路和供气回路，其中， |
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| 说明书全文 | 一种多气瓶并联式CNG管路系统技术领域背景技术[0002] 天然气作为高效清洁能源，是重型卡车石化产品的最佳能源替代。目前，车用天然气有2种技术应用路线，分别是LNG(液化天然气)、CNG(压缩天然气)。因CNG能量密度小于LNG，其应用在汽车(特别是重型卡车)上需要更大的存储容积，重型卡车上的CNG管路系统通常设计成如图1所示的结构：8～10个气瓶(A)以并联方式与管路连接，各气瓶的充气管路、供气管路共用一条天然气管路(B)。 [0003] 由于天然气比重比空气小，在空气中会快速向上逃逸疏散，且天然气的辛烷值高，抗爆燃性能好，及时泄压能避免爆燃事故，各气瓶需要在瓶口处集成泄压阀，以保证单个气瓶在火灾等极端情况下能够开启泄压阀，排出瓶内的天然气并在5分钟内完成泄压，以避免因气瓶内部压力过高导致气瓶爆炸。多个气瓶并联布置时，各气瓶的同一侧与管路接头部分别设计有泄压阀(C)及手动切断阀(D)，如图1所示。此外，按《GB/T17926‑2022》的要求，泄压阀结构为“爆破片‑易熔合金塞串联复合装置”，该类型泄压阀开启泄压需同时满足两点条件：其一是泄压阀的易熔合金处于110℃±5℃的温度范围内，达到熔化温度；其二是阀门的压强处于“配套标准压力(0～+10％)”的压强范围内。 [0004] 气瓶的制造过程都需通过国家安检部门严格监管及检测机构严格试验验证，确保其符合《GB/T 24160‑2022》，因此，单个气瓶的安全性较高，其爆炸风险较小。但是，因应用在重型卡车上的气瓶体积细长，而泄压阀按国标要求为“爆破片‑易熔合金塞串联复合装置”，该类型泄压阀开启泄压需要满足前述两个条件，如气瓶的起火地点在无泄压阀一侧，该气瓶泄压阀的易熔合金不易达到熔断温度，导致泄压阀没有触发泄压，引起爆炸事故。而且，现有的多气瓶并联式系统(图1所示)的安全级别难以达到单气瓶的标准。原因在于，在充气、供气状态下，并联式系统的各气瓶将相互连通，各气瓶内的天然气互相窜通，当某个气瓶体出现危险，需要泄压阀泄压以降低瓶体内部压力时，系统内其它气瓶会通过并联管路给该气瓶补充天然气，导致该气瓶的排气时间大大延长，无法在爆炸前完成泄压，进而引起爆炸事故。 发明内容[0005] 本发明的目的是提供一种能够使各个气瓶的安全防爆级别至少达到单气瓶标准、能够避免各气瓶内部窜气的多气瓶并联式CNG管路系统。 [0006] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案： [0007] 一种多气瓶并联式CNG管路系统，特别的，包括多个并联布置的气瓶、以及相互分离的充气回路和供气回路，其中， [0008] 各气瓶分别设置有瓶体支路，各瓶体支路上均设置有泄压阀； [0009] 充气回路与各瓶体支路连接，充气回路与各瓶体支路之间或者充气回路上设置有用于供天然气流向气瓶的充气单向阀； [0010] 供气回路与各瓶体支路连接，供气回路与各瓶体支路之间或者供气回路上设置有用于供天然气流出气瓶的供气单向阀。 [0011] 在单个气瓶的回路中，供气单向阀的入口与充气单向阀的出口均连接至瓶体支路，使充气回路与供气回路互不连通。 [0012] 本CNG管路系统通过在供气支路上设置供气单向阀，使各气瓶与供气回路保持单向连通，令系统内各气瓶在供气状态下构成独立的腔室，其次，本CNG管路系统通过在充气支路上设置充气单向阀，由于供气单向阀与充气单向阀的连通方向相反，在单个瓶体的供气回路中，供气单向阀的入口与充气单向阀的出口均连接至瓶体支路，天然气从供气单向阀的入口流出后，会被充气单向阀的出口阻挡，使天然气无法逆流进入充气回路，实现充气回路与供气回路的隔离，从而将天然气进出气瓶的管路分别限制在单向管路内，在不影响多个气瓶并联式充气的情况下，杜绝了各气瓶在供气状态下相互窜气的情形，在发生火灾使单一风险气瓶需要泄压的场景下，系统内其他气瓶的天然气无法流窜至风险气瓶，即不会对风险气瓶的容腔造成影响，使本系统内的各气瓶在充气、供气状态下均达到了单个气瓶的安全防爆级别。 [0013] 在一种实施方式中，各气瓶的瓶体支路均设置在同一侧，且充气回路和供气回路设置在气瓶的同一侧，具体而言，充气回路和供气回路可采用如下设计： [0014] 任一气瓶的瓶体支路可与供气回路连接，其余气瓶的瓶体支路连接有供气支路，并通过供气支路与供气回路连接，供气单向阀设置在供气支路、以及供气回路上，且设置在供气回路上的供气单向阀位于供气回路与瓶体支路的接入点与相邻供气支路与供气回路的接入点之间； [0015] 或者，各气瓶的瓶体支路均设置有供气支路，供气单向阀设置在供气支路上，且与各气瓶的供气支路以并联的方式连接至供气回路； [0016] 或者，任一气瓶的瓶体支路可与充气回路连接，其余气瓶的瓶体支路连接有充气支路，并通过充气支路与充气回路连接，充气单向阀设置在充气支路上、以及充气回路上，且设置在充气回路上的充气单向阀位于充气回路与瓶体支路的接入点与相邻充气支路与充气回路的接入点之间； [0017] 又或者，各气瓶的瓶体支路均设置有充气支路，充气单向阀设置在充气支路上，且各气瓶的充气支路以并联的方式连接至充气回路。 [0018] 根据本系统应用的场景，充气回路、供气回路可以选择不同的设计。充气回路与供气回路的灵活设计，有利于本系统被应用在重型卡车等车辆上时布局管路。此外，各气瓶的瓶体支路上可设置切换阀，供用户切换接入的气瓶数量。切换阀应相对泄压阀远离气瓶的瓶口位置，确保泄压阀作为首个元件布置在气瓶的瓶口位置。 [0019] 在一种实施方式中，充气回路和供气回路可以分别设置在气瓶的两侧，对应的，各气瓶分别在两侧设置有瓶体支路，且各瓶体支路上均设置有泄压阀。设置于气瓶一侧的瓶体支路并联接入所述充气回路，设置于气瓶另一侧的瓶体支路并联接入所述供气回路。在单个气瓶的回路中，供气单向阀的入口与充气单向阀的出口分别连接至瓶体两侧的瓶体支路，使充气回路与供气回路互不连通。 [0020] 在火灾导致某气瓶均匀起火，该气瓶泄压阀开启排气的场景下，通过充气单向阀、供气单向阀的限制，其他气瓶不能通过充气回路、供气回路往起火气瓶补充天然气，即在充气单向阀、供气单向阀的限制下，各气瓶实质上构成单独的容腔，无法相互窜气，从而确保了起火气瓶能够在本并联系统中，以单气瓶标准完成泄压排气，令系统内的各个气瓶达到单气瓶的安全标准。此外，在火灾导致某气瓶不均匀起火的场景下，因气瓶两侧均设计有泄压阀，只要起火位置靠近气瓶的任意一侧，均有泄压阀可以达到泄压开启条件，触发泄压排气动作，确保气瓶不会因起火不均匀导致爆炸事故，使本系统内各个气瓶的安全防爆性能高于现有单个气瓶的方案。 [0021] 本发明的一种多气瓶并联式CNG管路系统，与现有技术相比，其有益效果在于： [0022] (1)能够有效减少CNG多气瓶并联设计应用在汽车，特别是重型卡车上的安全事故风险，减少国家群体安全事故压力，为车用CNG技术应用排除障碍； [0023] (2)使系统内各个气瓶的安全防爆性能至少达到单气瓶的安全标准，避免在火灾事故中，因各气瓶的天然气互窜导致事故气瓶无法泄压，进而引起爆炸的情况； [0025] 图1是现有技术中多气瓶并联式CNG管路系统的示意图； [0026] 图2是本发明实施例1中多气瓶并联式CNG管路系统的示意图； [0027] 图3是本发明实施例1中供气回路的变化示意图； [0028] 图4是本发明实施例1中充气回路的变化示意图； [0029] 图5是本发明实施例1中充气回路的变化示意图； [0030] 图6是本发明实施例2中多气瓶并联式CNG管路系统的示意图。 [0031] 图中，A、气瓶；B、天然气管路；C、泄压阀；D、手动切断阀；1、气瓶；2、瓶体支路；3、泄压阀；4、切换阀；5、充气支路；6、充气回路；7、充气单向阀；8、供气回路；9、供气单向阀；10、供气支路。 具体实施方式[0032] 下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。 [0033] 在本发明的描述中，应当理解的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。 [0034] 在本发明的描述中，应当理解的是，本发明中采用术语语“高度”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。 [0035] 在本发明的描述中，应当理解的是，本发明中采用术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。 [0036] 实施例1 [0037] 如图2所示，本发明实施例优选实施的一种多气瓶并联式CNG管路系统，包括多个并联布置的气瓶1、以及相互分离的充气回路6和供气回路8，其中， [0038] 各气瓶1的同一侧分别设置有瓶体支路2，各瓶体支路2上均设置有泄压阀3和切换阀4，切换阀4相对泄压阀3远离气瓶1的瓶口位置； [0039] 各瓶体支路2分别连通有充气支路5，并通过充气支路5并联接入充气回路6中，各充气支路5上均设置有充气单向阀7，充气单向阀7将流动于充气支路5内的天然气的流向限定为经充气回路6流向瓶体支路2； [0040] 第一个气瓶1的瓶体支路2直接连通至供气回路8，且供气回路8与该瓶体支路2的接入点位于充气单向阀7的出口与该瓶体支路2的切换阀4的入口之间，使第一个气瓶1以并联的方式接入供气回路8内，其他气瓶1的瓶体支路2分别连通有供气支路10，并通过供气支路10并联接入供气回路8中；供气回路8上设置有供气单向阀9，该供气单向阀9位于供气回路8与该瓶体支路2的接入点、以及第二个气瓶1的供气支路10与供气回路8接入点之间； [0041] 各供气支路10上均设置有供气单向阀9，各供气单向阀9将流动于供气支路10内的天然气的流向限定为经瓶体支路2流出至供气回路8。 [0042] 以本多气瓶1并联式CNG管路系统应用在重型卡车上为例，结合具体场景，现描述本实施例1的系统的工作流程如下： [0043] (a)充气场景：此时，卡车的发动机熄火，卡车内部的节气门等封闭供气回路8的末端，加气站通过CNG充气结构给充气回路6充气，充气回路6通过充气单向阀7，将天然气经充气支路5给多个气瓶1正常充气，实现多气瓶1并联式充气。 [0044] (b)供气场景：此时，充气回路6在充气单向阀7作用下已与各气瓶1隔断，各气瓶1通过供气支路10及各供气单向阀9，向供气回路8正常供气，实现多气瓶1并联式供气。 [0045] (c)火灾场景，假设火灾导致某气瓶1均匀过火，火灾热影响到泄压阀3，泄压阀3打开泄压：在充气单向阀7、供气单向阀9的限制下，各气瓶1不能向充气回路6回流，也不能经供气回路8逆流进入该过火的气瓶1，从而避免其它气瓶1通过充气回路6、供气回路8向过火的气瓶1补气的风险，即在充气单向阀7、供气单向阀9的作用下，各气瓶1构成了单独的容腔，在出现风险的情况下，出现风险的气瓶1的泄压时间实质上与单个气瓶1相同，从而保证了本系统内各气瓶1的安全防爆级别达到单气瓶1的标准。 [0046] 在采用气瓶1单侧设置泄压阀3的设计中，供气回路8与充气回路6均可以具有多种变化： [0047] 如图3所示，各瓶体支路2分别连通有充气支路5，并通过充气支路5并联接入充气回路6中，各充气支路5上均设置有充气单向阀7，充气单向阀7将流动于充气支路5内的天然气的流向限定为经充气回路6流向瓶体支路2； [0048] 各气瓶1的瓶体支路2还分别连通有供气支路10，供气单向阀9设置在供气支路10上，且各气瓶1的供气支路10以并联的方式连接供气回路8； [0049] 或者，如图4所示，各瓶体支路2分别连通有供气支路10，并通过供气支路10并联接入供气回路8中，各供气支路10上均设置有供气单向阀9，供气单向阀9将流动于供气支路10内的天然气的流向限定为经瓶体支路2流向供气回路8； [0050] 而且，第一个气瓶1的瓶体支路2直接连通至充气回路6，且充气回路6与该瓶体支路2的接入点位于供气单向阀9的入口与该瓶体支路2的切换阀4之间，使第一个气瓶1以并联的方式接入充气回路6内，其他气瓶1的瓶体支路2分别连通有充气支路5，并通过充气支路5并联接入充气回路6中；充气回路6上设置有充气单向阀7，该充气单向阀7位于充气回路6与该瓶体支路2的接入点、以及第二个气瓶1的充气支路5与充气回路6接入点之间； [0051] 各充气支路5上均设置有充气单向阀7，各充气单向阀7将流动于充气支路5内的天然气的流向限定为经瓶体支路2流入气瓶1； [0052] 又或者，如图5所示，各气瓶1的瓶体支路2均设置有充气支路5，充气单向阀7设置在充气支路5上，且各气瓶1的充气支路5以并联的方式连接至充气回路6。 [0053] 综上，基于本系统具体应用的场景，供气回路8与充气回路6可具备多种管路设计，只需在设计管路时，保证供气回路8与充气回路6隔断，使气瓶1的天然气无法借用供气回路8或者充气回路6逆流，令各气瓶1可实现并联式工作的情况下，自身独自构成单独的容腔，均可使系统内气瓶1的安全防爆级别达到单气瓶1的标准。 [0054] 实施例2 [0055] 如图6所示，本实施例2的多气瓶1并联式CNG管路系统与实施例1的不同之处在于，在本实施例2中，充气回路6和供气回路8分别设置在气瓶1的两侧，同时，各气瓶1分别在两侧设置有瓶体支路2，且各瓶体支路2上均设置有泄压阀3,各气瓶1两侧的瓶体支路2分别并联接入充气回路6、供气回路8中。在单个气瓶1的回路中，供气单向阀9的入口与充气单向阀7的出口分别连接至瓶体两侧，使充气回路6与供气回路8互不连通。 [0056] 以本多气瓶1并联式CNG管路系统应用在重型卡车上为例，结合具体场景，现描述本实施例2的系统的工作流程如下： [0057] (a)充气场景：此时，卡车的发动机熄火，卡车的内部节气门等已封闭供气回路8的末端，加气站通过CNG充气结构给充气回路6充气，充气回路6通过充气单向阀7，将天然气经充气支路5给多个气瓶1正常充气，实现多个气瓶1并联式充气。 [0058] (b)供气场景：此时，充气回路6在充气单向阀7作用下已与各气瓶1隔断，各气瓶1通过供气支路10及各供气单向阀9，向供气回路8正常供气，实现多个气瓶1并联式供气。 [0059] (c)火灾场景一，假设火灾导致某气瓶1均匀过火，火灾热影响到泄压阀3，泄压阀3打开泄压：在充气单向阀7、供气单向阀9的限制下，各气瓶1不能向充气回路6回流，也不能经供气回路8逆流进入出现风险的气瓶1，从而避免其它气瓶1通过充气回路6、供气回路8向出现风险的气瓶1补气的风险，即在充气单向阀7、供气单向阀9的作用下，各气瓶1构成了单独的容腔，在出现风险的情况下，出现风险的气瓶1的泄压时间实质上与单个气瓶1相同，从而保证了本系统内各气瓶1的安全防爆级别达到单气瓶1的标准。 [0060] (d)火灾场景二，假设火灾导致某气瓶1不均匀过火，过火主要集中在任一泄压阀3所在的异侧:因在本实施例2的系统中，各气瓶1两侧均设计有泄压阀3，无论气瓶1在哪一侧过火受热，均有泄压阀3可以打开泄压，及时排出气瓶1内的天然气，防止出现风险的气瓶1因内部压力过高而爆炸，即出现风险的气瓶1不会因过火不均匀导致爆炸，而若采用气瓶1单侧设置泄压阀3的设计，因气瓶1的起火位置处于泄压阀3的异侧，泄压阀3不容易达到泄压开启的温度条件，致使泄压阀3不能开启，存在爆炸的风险。由此可见，本实施例2所采用的系统设计，其内部气瓶1的安全防爆性能已经优于现有的单气瓶1标准。 [0061] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。 |
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