本發(fā)明涉及氣瓶高壓,超高壓快速充裝氣體設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種采用預(yù)壓式氣液置換的氣瓶高壓,超高壓快速充氣系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

預(yù)壓式氣液置換大流量氣體勻速快充系統(tǒng)，是為了克服天然氣、氫氣加氣站目前氣瓶充裝高壓、超高壓快速充裝氣體的過(guò)程中存在的氣體大流速快速充裝過(guò)程中產(chǎn)生的相向變化的氣體快充溫升，而影響氣瓶氣體快充溫升的三個(gè)因素包括：[1]進(jìn)入氣瓶中的氣體初始充裝溫度，[2]進(jìn)入氣瓶時(shí)氣瓶氣體原始狀態(tài)的初始充裝壓力，[3]進(jìn)入氣瓶氣中的氣體初始充裝速率，三個(gè)因素所產(chǎn)生的氣瓶?jī)?nèi)氣體快速充裝過(guò)程中溫度的升高，所導(dǎo)致的氣瓶安全性隱患和充裝量不足造成經(jīng)濟(jì)效益不高的問(wèn)題。因此，提高氣瓶安全性能，加氣站安全生產(chǎn)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，以誠(chéng)為本領(lǐng)域技術(shù)人員有待解決的技術(shù)問(wèn)題。

目前由同濟(jì)大學(xué)等單位主持開(kāi)發(fā)的，國(guó)內(nèi)最先進(jìn)的第三代移動(dòng)加氫產(chǎn)站，可執(zhí)行35MPa壓力以下的快速加注；對(duì)70MPa壓力下的氣體加注，則執(zhí)行慢速加注。從以上兩個(gè)壓力指標(biāo)看，國(guó)內(nèi)的氫氣加注技術(shù)還存在受氣體快充加注產(chǎn)生的氣體快充溫升影響，不能解決溫度對(duì)氣瓶使用要求85℃以下的國(guó)家規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)不到額定充裝量，才采用傳統(tǒng)的氣體充裝方法，用時(shí)間延長(zhǎng)方式，降低充裝速率，解決溫度過(guò)高帶來(lái)的問(wèn)題，從而達(dá)到氣體充裝質(zhì)量。

從日本成田機(jī)場(chǎng)加氫站照片中發(fā)現(xiàn)，加氫裝備中有預(yù)冷裝置，加注壓力70MPa。

從空氣產(chǎn)品公司轉(zhuǎn)讓加注技術(shù)設(shè)計(jì)的某加氣站照片中可看到，加氣站采用的是三線制充裝技術(shù)。

從2009年12月4日，浙江大學(xué)王新華研究員主持的2006年探索導(dǎo)向課題“70MPa靜態(tài)化學(xué)熱壓縮高壓超純氫壓縮技術(shù)與裝置”通過(guò)了國(guó)家科技部高技術(shù)中心組織專家的驗(yàn)收。2009年科技部又推出了863課題，研制70Mpa的車載氣瓶，大力推動(dòng)我國(guó)高壓儲(chǔ)氫技術(shù)的發(fā)展。

中國(guó)專利CN101315545公開(kāi)了一種加氫站高效加氫的三級(jí)加注優(yōu)化控制方法及其系統(tǒng)，從該專利公開(kāi)資料看，它是加裝了一套降溫裝置，來(lái)解決氣體加氣站在充裝過(guò)程中，采用大流速充裝工藝，造成氣體在氣瓶?jī)?nèi)產(chǎn)生的快充溫升問(wèn)題，并增加了一個(gè)由操作人員調(diào)節(jié)加注速率的針閥，以及對(duì)溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)的控制系統(tǒng)。該方案盡管采取了多種優(yōu)化方法來(lái)達(dá)到控制快充溫升的措施，但是設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，增加了一套降溫裝置及三路氣體管路和儲(chǔ)罐及配件，投資大，產(chǎn)出效果不佳，時(shí)間上滿足需求，但不能否達(dá)到額定充裝量指標(biāo)。

從中國(guó)氫能源網(wǎng)2015-6-30報(bào)道，日經(jīng)BP社消息，日本田公司為MIRAI燃料電池車配置的高壓儲(chǔ)氫罐上開(kāi)發(fā)了溫度傳感器，通過(guò)配備溫度傳感器，可以檢測(cè)罐內(nèi)溫度，從而可在確保安全性，同時(shí)在3分的超短時(shí)間內(nèi)完成加注作業(yè)，在向高壓儲(chǔ)氫罐內(nèi)充入高壓氫氣時(shí)，罐內(nèi)氣體受到壓縮，溫度上升，但需要控制在85℃以下，加氫站可以據(jù)車載儲(chǔ)氫氣瓶的溫度進(jìn)行加氫。通過(guò)這個(gè)報(bào)道，可以看出，目前最先進(jìn)的充裝技術(shù)還不盡完善，在經(jīng)過(guò)充裝前對(duì)氣體降溫處理后，雖然充裝時(shí)間上達(dá)到了要求，氣瓶充裝溫度達(dá)到了最基本的允許范圍高限以內(nèi)，氣體充裝量離額定充裝有一定距離，根據(jù)氫氣性質(zhì),溫度每上升5℃,壓力上升0.4Mpa,按20℃70Mpa額定充裝量計(jì)算,

85℃70Mpa-20℃70Mpa＝65℃

65℃/5℃0.4Mpa＝5.2Mpa

70Mpa-5.2Mpa＝64.8Mpa

64.8Mpa/70Mpa＝92.6

因此，目前的充裝工藝技術(shù)離氣瓶理想使用溫度,環(huán)境溫度40℃以下，極端溫度60℃,氣瓶氣體額定充裝量20℃70Mpa,

精度±1.5％≈98.95％98.95-92.6＝6.35％

還有不盡人意的差距,還有提升空間。

綜合以上簡(jiǎn)易資料可得出以下基本結(jié)論：

1、目前，國(guó)內(nèi)外均采用三線制氣體充裝工藝設(shè)備；

2、35Mpa壓力及以70Mpa的氣體充裝均采用了降溫設(shè)備；

3、由以上可看出，針對(duì)氣體充裝過(guò)程中產(chǎn)生的氣體快充溫升問(wèn)題，當(dāng)前國(guó)內(nèi)外采用的傳統(tǒng)充裝三線工藝+降溫工藝方式，大流速小流量充裝技術(shù)，來(lái)對(duì)充裝氣體預(yù)先進(jìn)行降溫處理，設(shè)備配置投資較大、控制復(fù)雜、降溫不下，效果較差，對(duì)氣體充裝理論研究還停留在事后的處理上，沒(méi)有從事情發(fā)生的源頭上找出原因，理論研究尚有認(rèn)識(shí)不足的地方，在目前天然氣汽車行業(yè)氣體充裝生產(chǎn)中，造成天然氣加氣站由于天然氣充裝過(guò)程因控制參數(shù)不能適應(yīng)充裝參數(shù)不斷變化，即每輛加氣車輛儲(chǔ)氣瓶瓶?jī)?nèi)剩余壓力不同，初始?jí)毫Φ蜁r(shí)，溫升呈線性上升，初始?jí)毫Ω?，溫度呈線性下降，隨著初始?jí)毫Φ纳?趨向于零,即不產(chǎn)生溫升，控制參數(shù)不能即時(shí)調(diào)整,所產(chǎn)生的快充溫升呈線性相向變化對(duì)充裝量產(chǎn)生充裝不足或充裝過(guò)量難以控制的問(wèn)題，為此天然氣加氣站在執(zhí)行國(guó)家永久氣體充裝規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)中難以執(zhí)行，并因此造成GB14194-2006版中注明本標(biāo)準(zhǔn)不適用于車載壓縮天然氣儲(chǔ)氣瓶的氣體充裝的囧境，并因此造成目前國(guó)內(nèi)天然氣汽車行業(yè)中氣體充裝環(huán)節(jié)較混亂的局面。所以說(shuō)現(xiàn)有氣體大流速快速充裝技術(shù)距商業(yè)化要求還有一定差距。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于，克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，提供一種涉及氣瓶的結(jié)果設(shè)計(jì)、加氣機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)方案，采用預(yù)壓式氣液置換的快速充氣系統(tǒng)，使氣瓶在高壓,超高壓氣體快速充氣過(guò)程中以大流量、氣液置換方式，提高氣瓶初始?jí)毫?，抑制氣體產(chǎn)生快充溫升的技術(shù)革新方法，取代目前因采用大流速充裝工藝而產(chǎn)生節(jié)流現(xiàn)象導(dǎo)致溫升高，影響氣瓶的安全使用和經(jīng)濟(jì)效益不高，從而達(dá)到結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、充裝過(guò)程按流程順序控制，操作簡(jiǎn)易，不需降溫設(shè)備，不需對(duì)溫度進(jìn)行復(fù)雜的控制手段，實(shí)現(xiàn)投資最少、質(zhì)量最好的發(fā)明目的。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是設(shè)計(jì)一種采用預(yù)壓式氣液置換的氣瓶快速充氣系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括儲(chǔ)氣瓶或儲(chǔ)氣瓶組、加氣機(jī)、儲(chǔ)氣罐和預(yù)壓式氣液置換緩沖罐，加氣機(jī)按程序控制預(yù)壓式氣液置換緩沖罐預(yù)先將其中的液體注入到儲(chǔ)氣瓶，然后再用儲(chǔ)氣罐中的氣體置換儲(chǔ)氣瓶中的液體，使其返回到預(yù)壓式氣液置換緩沖罐中；在儲(chǔ)氣瓶上分別設(shè)有氣體進(jìn)出管和液體進(jìn)出管，氣體進(jìn)出管由氣體管路通過(guò)氣體進(jìn)出閥門、氣體快速活動(dòng)接頭再由氣體管路與加氣機(jī)連接，加氣機(jī)再由氣體管路與儲(chǔ)氣罐連接；儲(chǔ)氣瓶上的液體進(jìn)出管由液體管路通過(guò)液體進(jìn)出閥門、液體快速活動(dòng)接頭再由液體管路與加氣機(jī)連接，加氣機(jī)再由液體管路與預(yù)壓式氣液置換緩沖罐連接。

為了簡(jiǎn)化氣瓶充裝系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，適用于對(duì)商用車或客車中的氣瓶充裝氣體，采用氣體標(biāo)準(zhǔn)充裝站的充裝工藝及充裝設(shè)備進(jìn)行充裝，優(yōu)選的技術(shù)方案是，所述儲(chǔ)氣瓶設(shè)有一個(gè)，儲(chǔ)氣瓶采用臥式放置，其中液體進(jìn)出管設(shè)置在儲(chǔ)氣瓶的下部，氣體進(jìn)出管設(shè)置在儲(chǔ)氣瓶的中部或上部。

為了便于調(diào)節(jié)儲(chǔ)氣罐與預(yù)壓式氣液置換緩沖罐之間的壓力保持平衡，進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案是，在所述加氣機(jī)內(nèi)設(shè)有連接儲(chǔ)氣罐與預(yù)壓式氣液置換緩沖罐的聯(lián)絡(luò)管，聯(lián)絡(luò)管串接有第一調(diào)壓閥和第一壓力傳感器。

為了便于對(duì)充氣過(guò)程的監(jiān)測(cè)、控制，同時(shí)便于對(duì)充氣量進(jìn)行有效的計(jì)量，進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案還有，在所述加氣機(jī)內(nèi)的氣體管路上串接有第二壓力傳感器、第一電磁閥和第一流量計(jì)，在所述加氣機(jī)內(nèi)的液體管路上串接有第三壓力傳感器和第二電磁閥，在串連的第三壓力傳感器和第二電磁閥的兩端并連有相互串接的節(jié)流膨脹閥和第三電磁閥。

為了便于向預(yù)壓式氣液置換緩沖罐內(nèi)注入或補(bǔ)充液體，進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案還有，在所述加氣機(jī)內(nèi)的液體管路還并連有第一注液管，第一注液管上串接有第一注液閥，第一注液管并連在第二電磁閥與預(yù)壓式氣液置換緩沖罐之間的液體管路上。

為了便于使用于天然氣運(yùn)輸車氣體充裝母站的工藝設(shè)備配置，優(yōu)選的技術(shù)方案還有，所述儲(chǔ)氣瓶設(shè)有若干個(gè)，若干個(gè)儲(chǔ)氣瓶平面放置，若干個(gè)儲(chǔ)氣瓶的氣體進(jìn)出管和液體進(jìn)出管分別設(shè)置在儲(chǔ)氣瓶的上部和下部且彼此相互串聯(lián)連接。

為了便于使用于天然氣運(yùn)輸車氣體充裝母站的工藝設(shè)備配置，進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案還有，所述預(yù)壓式氣液置換緩沖罐包括有預(yù)壓式氣液置換高壓緩沖罐和預(yù)壓式氣液置換中壓緩沖罐，在所述加氣機(jī)內(nèi)設(shè)有連接儲(chǔ)氣罐與預(yù)壓式氣液置換高壓緩沖罐的第一聯(lián)絡(luò)管，以及與預(yù)壓式氣液置換中壓緩沖罐的第二聯(lián)絡(luò)管，在第一聯(lián)絡(luò)管上串接有第二調(diào)壓閥和第四壓力傳感器，在第二聯(lián)絡(luò)管上串接有第三調(diào)壓閥和第五壓力傳感器，在所述預(yù)壓式氣液置換高壓緩沖罐與預(yù)壓式氣液置換中壓緩沖罐之間還連接有第三聯(lián)絡(luò)管，在第三聯(lián)絡(luò)管上串聯(lián)有調(diào)壓溢流閥、第四電磁閥和第六壓力傳感器。

為了便于對(duì)充氣過(guò)程的監(jiān)測(cè)、控制，同時(shí)便于對(duì)充氣量進(jìn)行有效的計(jì)量，進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案還有，在所述加氣機(jī)內(nèi)的氣體管路上串接有第七壓力傳感器、第五電磁閥和第二流量計(jì)，在所述加氣機(jī)內(nèi)的液體管路分為兩路，分別為由液體快速活動(dòng)接頭通往預(yù)壓式氣液置換高壓緩沖罐的第一液體管路，以及由液體快速活動(dòng)接頭通往預(yù)壓式氣液置換中壓緩沖罐的第二液體管路，在第一液體管路上串接有第六電磁閥，在第二液體管路上串接有單向閥和第七電磁閥。

為了便于向預(yù)壓式氣液置換緩沖罐內(nèi)注入或補(bǔ)充液體，進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案還有，在所述加氣機(jī)內(nèi)的第一聯(lián)絡(luò)管與第二聯(lián)絡(luò)管上還分別并連有第二注液管和第三注液管，第二注液管和第三注液管上分別串接有第二注液閥和第三注液閥，第二注液管并連在第四壓力傳感器與預(yù)壓式氣液置換高壓緩沖罐之間的第一聯(lián)絡(luò)管上，第三注液管并連在第五壓力傳感器與預(yù)壓式氣液置換中壓緩沖罐之間的第二聯(lián)絡(luò)管上。

為了確保系統(tǒng)的安全與性，進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案還有，在所述儲(chǔ)氣罐、預(yù)壓式氣液置換緩沖罐、預(yù)壓式氣液置換高壓緩沖罐和預(yù)壓式氣液置換中壓緩沖罐上分別連接有第一安全閥、第二安全閥、第三安全閥和第四安全閥。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果在于：所述系統(tǒng)從氣體充裝產(chǎn)業(yè)的安全、效率角度，針對(duì)目前氣體充裝行業(yè)中出現(xiàn)的因商業(yè)化需求而采用的大流速快充工藝后出現(xiàn)的氣體快充溫升問(wèn)題，對(duì)傳統(tǒng)充裝工藝設(shè)備功能進(jìn)行了系統(tǒng)分析后，提出了以提高氣瓶氣體初始充裝壓力，大流量氣液置換，氣液分別進(jìn)出儲(chǔ)氣瓶的新型雙線常溫氣體充裝方式的技術(shù)方案。以抑制氣體快充溫升產(chǎn)生的技術(shù)措施，取代目前因采用大流速充裝工藝而產(chǎn)生節(jié)流現(xiàn)象，造成快充氣體溫升，影響儲(chǔ)氣瓶使用安全和充裝質(zhì)量的三線制+制冷降溫充裝方式，而提出的技術(shù)解決方案。本技術(shù)方案以不產(chǎn)生或少產(chǎn)生絕熱節(jié)流的溫度效應(yīng)的設(shè)計(jì)角度出發(fā)，從而根本上解決氣體大流速充裝工藝產(chǎn)生的快充溫升問(wèn)題，創(chuàng)造性地提出了由新型預(yù)壓式氣液緩沖罐組成的液路預(yù)壓緩沖系統(tǒng)、氣液兩路分別進(jìn)出的車載儲(chǔ)氣瓶結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的氣路充裝系統(tǒng)、價(jià)格計(jì)算系統(tǒng)和充裝順序控制系統(tǒng)，組成的預(yù)壓式氣液置換大流量氣體勻速快充系統(tǒng)，解決了天然氣、氫氣等新能源利用中氣體儲(chǔ)存，氣體運(yùn)輸,氣體充裝環(huán)節(jié)的一個(gè)氣瓶安全使用與充裝量不足經(jīng)濟(jì)效益不高的重要難題。它的應(yīng)用將提高目前我國(guó)天然氣汽車用戶的經(jīng)濟(jì)效益、天然氣加氣站的經(jīng)濟(jì)效益，進(jìn)而對(duì)我國(guó)新能源汽車產(chǎn)業(yè)，天然氣汽車產(chǎn)業(yè)，及未來(lái)氫能源汽車產(chǎn)業(yè)中氣體儲(chǔ)存，氣體運(yùn)輸?shù)仍跉怏w充裝環(huán)節(jié)中，氣體充裝設(shè)備制造，加氣站建設(shè)，加氣站充裝業(yè)務(wù)的技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。產(chǎn)生巨大的產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和節(jié)能減排的社會(huì)效益。提高我國(guó)在新能源領(lǐng)域的技術(shù)競(jìng)賽中，占據(jù)一個(gè)有利的制高點(diǎn)，促進(jìn)新能源汽車產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進(jìn)步發(fā)揮極積的重要作用。

本發(fā)明采用的提高氣瓶初始充裝氣體壓力，(天然氣加氣站20Mpa充裝壓力時(shí)，其初始充裝壓力為12Mpa-15Mpa)控制氣體快充溫升的氣體充裝系統(tǒng)，可在目前的天然氣加氣站隨意驗(yàn)證，或在氫氣加氣站不采用制冷降溫的條件下得到驗(yàn)證。

基于對(duì)氣體快速充裝技術(shù)理論的理解，提出以大流量小流速氣體充裝方式來(lái)解決當(dāng)前小流量大流速的氣體快速充裝理念，從源頭上解決氣體在氣瓶?jī)?nèi)大流速下產(chǎn)生的節(jié)流、摩擦、壓縮過(guò)程中出現(xiàn)的氣體快充溫升難題，并由此而設(shè)計(jì)出預(yù)壓式氣液置換大流量氣體勻速快充系統(tǒng)，它在氣瓶氣體充裝過(guò)程中，以提高氣瓶初始充裝壓力，初始充裝壓差小，達(dá)到勻速充裝，不產(chǎn)生或少產(chǎn)生節(jié)流、摩擦、壓縮等現(xiàn)象，從而實(shí)現(xiàn)氣體快充溫升小，實(shí)現(xiàn)常溫下的氣體快速充裝，以單線氣液分別進(jìn)出的流程進(jìn)行氣體充裝的工藝方式生產(chǎn)，從而達(dá)到結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、充裝過(guò)程按流程順序控制，操作簡(jiǎn)易，不需降溫設(shè)備，不需對(duì)溫度進(jìn)行復(fù)雜的控制手段，實(shí)現(xiàn)投資最少、質(zhì)量最好的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明采用預(yù)壓式氣液置換的氣瓶充氣系統(tǒng)中儲(chǔ)氣瓶的結(jié)構(gòu)示意圖之一；

圖2是本發(fā)明采用預(yù)壓式氣液置換的氣瓶充氣系統(tǒng)中儲(chǔ)氣瓶的結(jié)構(gòu)示意圖之二；

圖3是本發(fā)明采用預(yù)壓式氣液置換的氣瓶充氣系統(tǒng)的系統(tǒng)示意圖之一；

圖4是是本發(fā)明采用預(yù)壓式氣液置換的氣瓶充氣系統(tǒng)的系統(tǒng)示意圖之二。

圖中：1、儲(chǔ)氣瓶；1.1、氣體進(jìn)出管；1.2、液體進(jìn)出管；2、加氣機(jī)；3、儲(chǔ)氣罐；4、預(yù)壓式氣液置換緩沖罐；4.1、預(yù)壓式氣液置換高壓緩沖罐；4.2、預(yù)壓式氣液置換中壓緩沖罐；5、氣體管路；6、氣體進(jìn)出閥門；7、氣體快速活動(dòng)接頭；8、液體管路；9、液體進(jìn)出閥門；10、液體快速活動(dòng)接頭；11、聯(lián)絡(luò)管；12、第一調(diào)壓閥；13、第一壓力傳感器；14、第二壓力傳感器；15、第一電磁閥；16、第一流量計(jì)；17、第三壓力傳感器；18、第二電磁閥；19、節(jié)流膨脹閥；20、第三電磁閥；21、第一注液管；22、第一注液閥；23、第一聯(lián)絡(luò)管；24、第二聯(lián)絡(luò)管；25、第二調(diào)壓閥；26、第四壓力傳感器；27、第三調(diào)壓閥；28、第五壓力傳感器；29、第三聯(lián)絡(luò)管；30、調(diào)壓溢流閥；31、第四電磁閥；32、第六壓力傳感器；33、第七壓力傳感器；34、第五電磁閥；35、第二流量計(jì)；36、第一液體管路；37、第二液體管路；38、第六電磁閥；39、單向閥；40、第七電磁閥；41、第二注液管；24、第三注液管；43、第二注液閥；44、第三注液閥；45、第一安全閥；46、第二安全閥；47、第三安全閥；48、第四安全閥。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來(lái)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

如圖1～4所示，本發(fā)明是一種采用預(yù)壓式氣液置換的氣瓶快速充氣系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括儲(chǔ)氣瓶1或氣瓶組、加氣機(jī)2、儲(chǔ)氣罐3和預(yù)壓式氣液置換緩沖罐4，加氣機(jī)2用于按程序控制預(yù)壓式氣液置換緩沖罐4預(yù)先將其中的液體注入到儲(chǔ)氣瓶1中，提高儲(chǔ)氣瓶或儲(chǔ)氣瓶組的氣體初始充裝壓力，然后再用儲(chǔ)氣罐3中的氣體置換儲(chǔ)氣瓶1中的液體，使其返回到預(yù)壓式氣液置換緩沖罐4中；在儲(chǔ)氣瓶1上分別設(shè)有氣體進(jìn)出管1.1和液體進(jìn)出管1.2，氣體進(jìn)出管1.1由氣體管路5通過(guò)氣體進(jìn)出閥門6、氣體快速活動(dòng)接頭7再由氣體管路5與加氣機(jī)2連接，加氣機(jī)再由氣體管路5與儲(chǔ)氣罐3連接；儲(chǔ)氣瓶1上的液體進(jìn)出管1.2由液體管路8通過(guò)液體進(jìn)出閥門9、液體快速活動(dòng)接頭10再由液體管路1.2與加氣機(jī)2連接，加氣機(jī)2再由液體管路8與預(yù)壓式氣液置換緩沖罐4連接。

如圖1、2所示，為了簡(jiǎn)化儲(chǔ)氣瓶1充裝系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，適用于對(duì)商用車或客車中的氣瓶充裝氣體，采用氣體標(biāo)準(zhǔn)充裝站的充裝工藝及充裝設(shè)備進(jìn)行充裝，本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案是，所述儲(chǔ)氣瓶1設(shè)有一個(gè)，儲(chǔ)氣瓶1采用臥式放置，其中將液體進(jìn)出管1.2設(shè)置在儲(chǔ)氣瓶1的下部，將氣體進(jìn)出管1.1設(shè)置在儲(chǔ)氣瓶的中部或上部。

如圖3所示，為了便于調(diào)節(jié)儲(chǔ)氣罐3與預(yù)壓式氣液置換緩沖罐4之間的壓力保持平衡，本發(fā)明進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方案是，在所述加氣機(jī)2內(nèi)設(shè)有連接儲(chǔ)氣罐與3預(yù)壓式氣液置換緩沖罐4的聯(lián)絡(luò)管11，聯(lián)絡(luò)管11串接有第一調(diào)壓閥12和第一壓力傳感器13。

如圖3所示，為了便于對(duì)充氣過(guò)程的監(jiān)測(cè)、控制，同時(shí)便于對(duì)充氣量進(jìn)行有效的計(jì)量，本發(fā)明進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方案還有，在所述加氣機(jī)2內(nèi)的氣體管路5上串接有第二壓力傳感器14、第一電磁閥15和第一流量計(jì)16，在所述加氣機(jī)2內(nèi)的液體管路8上串接有第三壓力傳感器17和第二電磁閥18，在串連的第三壓力傳感器17和第二電磁閥18的兩端并連有相互串接的節(jié)流膨脹閥19和第三電磁閥20，節(jié)流膨脹閥19用于控制初始充氣階段儲(chǔ)氣瓶1的氣壓。

如圖3所示，為了便于向預(yù)壓式氣液置換緩沖罐內(nèi)注入或補(bǔ)充液體，本發(fā)明進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方案還有，在所述加氣機(jī)2內(nèi)的液體管路8上還并連有第一注液管21，在第一注液管21上串接有第一注液閥22，第一注液管21并連在第二電磁閥18與預(yù)壓式氣液置換緩沖罐4之間的液體管路8上。

如圖3所示，車載儲(chǔ)氣瓶1分別設(shè)有氣體進(jìn)出管路1.1和液體進(jìn)出管路1.2，由與車載儲(chǔ)氣瓶1液體管路8上的液體進(jìn)出閥門9、液體快速活動(dòng)接頭10，及加氣機(jī)內(nèi)的，第三壓力傳感器17、第二電磁閥18和預(yù)壓式氣液置換緩沖罐4組成氣液兩路分別進(jìn)出預(yù)壓式氣液置換緩沖系統(tǒng)配置【一】。由聯(lián)絡(luò)管路11上的手動(dòng)調(diào)壓閥12，第一壓力傳感器13，預(yù)壓式氣液置換緩沖罐4，儲(chǔ)氣罐3，及聯(lián)絡(luò)管路11組成液路壓力手動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)配置【二】。由與車載儲(chǔ)氣瓶1氣體管路5上的氣體進(jìn)出閥門6、氣體快速活動(dòng)接頭7與儲(chǔ)氣罐3之間的第一流量計(jì)16，第一電磁閥15，第二壓力傳感噐14組成氣路氣體充裝系統(tǒng)配【三】。由第一流量計(jì)16等組成的氣體計(jì)量結(jié)算系統(tǒng)和由第一電磁閥15、第二壓力傳感器14、第一流量計(jì)16，按工作順制設(shè)定的控制系統(tǒng)組成的加氣機(jī)2組成預(yù)壓式氣液置換氣體充裝控制系統(tǒng)配置【四】。安全閥45、46，及液體管路8、第一注液閥組成預(yù)壓式氣液置換氣體充裝工藝設(shè)備配置。以上為商用汽車乘用車進(jìn)行氣體充裝的標(biāo)準(zhǔn)加氣站設(shè)備配置。

如圖4所示，為了便于使用于天然氣運(yùn)輸車氣體充裝母站的工藝設(shè)備配置，本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案還有，所述儲(chǔ)氣瓶1設(shè)有若干個(gè)，若干個(gè)儲(chǔ)氣瓶1豎直放置，若干個(gè)儲(chǔ)氣瓶1的氣體進(jìn)出管1.1和液體進(jìn)出管1.2分別設(shè)置在儲(chǔ)氣瓶1的上部和下部且彼此相互串聯(lián)連接。

如圖4所示，為了便于使用于天然氣運(yùn)輸車氣體充裝母站的工藝設(shè)備配置，本發(fā)明進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方案還有，所述預(yù)壓式氣液置換緩沖罐4包括有預(yù)壓式氣液置換高壓緩沖罐4.1和預(yù)壓式氣液置換中壓緩沖罐4.2，在所述加氣機(jī)2內(nèi)設(shè)有連接儲(chǔ)氣罐3與預(yù)壓式氣液置換高壓緩沖罐4.1的第一聯(lián)絡(luò)管23，以及與預(yù)壓式氣液置換中壓緩沖罐4.2的第二聯(lián)絡(luò)管24，在第一聯(lián)絡(luò)管23上串接有第二調(diào)壓閥25和第四壓力傳感器26，在第二聯(lián)絡(luò)管24上串接有第三調(diào)壓閥27和第五壓力傳感器28，在所述預(yù)壓式氣液置換高壓緩沖罐4.1與預(yù)壓式氣液置換中壓緩沖罐4.2之間還連接有第三聯(lián)絡(luò)管29，在第三聯(lián)絡(luò)管29上串聯(lián)有調(diào)壓溢流閥30、第四電磁閥31和第六壓力傳感器32。

如圖4所示，為了便于對(duì)充氣過(guò)程的監(jiān)測(cè)、控制，同時(shí)便于對(duì)充氣量進(jìn)行有效的計(jì)量，本發(fā)明進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方案還有，在所述加氣機(jī)2內(nèi)的氣體管路5上串接有第七壓力傳感器33、第五電磁閥34和第二流量計(jì)35，在所述加氣機(jī)3內(nèi)的液體管路8分為兩路，分別為由液體快速活動(dòng)接頭10通往預(yù)壓式氣液置換高壓緩沖罐4.1的第一液體管路36，以及由液體快速活動(dòng)接頭10通往預(yù)壓式氣液置換中壓緩沖罐4.2的第二液體管路37，在第一液體管路36上串接有第六電磁閥38，在第二液體管路37上串接有單向閥39和第七電磁閥40。

如圖4所示，為了便于向預(yù)壓式氣液置換緩沖罐內(nèi)注入或補(bǔ)充液體，本發(fā)明進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方案還有，在所述加氣機(jī)2內(nèi)的第一聯(lián)絡(luò)管23與第二聯(lián)絡(luò)管24上還分別并連有第二注液管41和第三注液管42，第二注液管41和第三注液管42上分別串接有第二注液閥43和第三注液閥44，第二注液管41并連在第四壓力傳感器26與預(yù)壓式氣液置換高壓緩沖罐4.1之間的第一聯(lián)絡(luò)管23上，第三注液管42并連在第五壓力傳感器28與預(yù)壓式氣液置換中壓緩沖罐4.2之間的第二聯(lián)絡(luò)管23上。

如圖3、4所示，為了確保系統(tǒng)的安全與性，本發(fā)明進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方案還有，在所述儲(chǔ)氣罐3、預(yù)壓式氣液置換緩沖罐4、預(yù)壓式氣液置換高壓緩沖罐4.1和預(yù)壓式氣液置換中壓緩沖罐4.2上分別連接有第一安全閥45、第二安全閥46、第三安全閥和47第四安全閥48。

如圖4所示，車載儲(chǔ)氣瓶1分別設(shè)有氣體進(jìn)出管路1.1和液體進(jìn)出管路1.2，經(jīng)第二液體管路37上的中壓?jiǎn)蜗蜷y39，第七電磁閥40，預(yù)壓式氣液置換中壓緩沖罐4.2，組成液路中壓?jiǎn)蜗蜃⒁合到y(tǒng)設(shè)備配置【一】。由車載儲(chǔ)氣瓶1分別設(shè)有氣體進(jìn)出管路1.1和液體進(jìn)出管路1.2，經(jīng)第一液體管路36上的，第六電磁閥38，預(yù)壓式氣液置換高壓緩沖罐4.1組成氣液兩路分別進(jìn)出高壓氣液置換緩沖系統(tǒng)的液路設(shè)備配置【二】。由預(yù)壓式氣液置換中壓緩沖罐4.2，與預(yù)壓式氣液置換高壓緩沖罐4.1之間的第三聯(lián)絡(luò)管及調(diào)壓溢流閥30、第四電磁閥31、第六壓力傳感器32組成高，中壓氣液置換緩沖鑵的壓力分段可控的液路循環(huán)系統(tǒng)設(shè)備配置【三】。由氣體儲(chǔ)氣罐3，預(yù)壓式氣液置換高壓緩沖罐4.1，預(yù)壓式氣液置換中壓緩沖罐4.2，之間的第一聯(lián)絡(luò)管23上串接有第二調(diào)壓閥25和第四壓力傳感器26，和第二聯(lián)絡(luò)管24上串接有第二調(diào)壓閥27和第四壓力傳感器28組成高，中壓，兩罐的氣壓調(diào)整系統(tǒng)配置【四】。由氣體儲(chǔ)氣罐3，車載氣液兩路分別進(jìn)出串聯(lián)式儲(chǔ)氣瓶組1，之間的氣體管路5及管道上第二流量計(jì)35，第五電磁閥34，第七壓力傳感器33，氣路快速活動(dòng)接頭7和氣體進(jìn)出閥門6組成氣路氣體充裝計(jì)量結(jié)祘系統(tǒng)設(shè)備配置【五】。由安裝在氣體儲(chǔ)氣罐3，高壓型預(yù)壓式氣液置換高壓緩沖罐4.1、預(yù)壓式氣液置換中壓緩沖罐4.2上部的安全閥組成預(yù)壓式氣液置換氣體充裝系統(tǒng)的安全保障系統(tǒng)配置【六】。由以上【一】～【六】各分系統(tǒng)組成一個(gè)儲(chǔ)氣瓶組達(dá)到氣液分別進(jìn)出功能，預(yù)壓式氣液置換緩沖中，高壓兩罐氣液容積比例可調(diào)，壓力可控，液體在儲(chǔ)氣瓶組與中壓氣液置換緩沖罐之間單向注液，液體在儲(chǔ)氣瓶組與氣液置換高壓緩沖罐之間雙向進(jìn)出達(dá)到液體循環(huán)與高壓型液路氣液置換緩沖罐達(dá)到容積氣液比例設(shè)計(jì)功能效應(yīng)，產(chǎn)生氣瓶充裝氣體，充裝初始?jí)毫Ω撸a(chǎn)生溫升小，氣體充裝壓力控制，氣體計(jì)量結(jié)算，按工作順序由加氣機(jī)進(jìn)行順序控制。組成預(yù)壓式氣液置換氣體充裝加氣母站系統(tǒng)。

預(yù)壓式氣液置換氣體充裝技術(shù)工作原理是，在氣體充裝過(guò)程中，預(yù)先對(duì)儲(chǔ)氣1瓶施加一定的初始充裝壓力，使氣體在氣瓶1外以大流量小流速的方式流進(jìn)氣瓶1，在氣瓶1內(nèi)以不產(chǎn)生或少產(chǎn)生節(jié)流、摩擦、壓縮現(xiàn)象，不產(chǎn)生或少產(chǎn)生焦耳-湯姆遜效應(yīng)所產(chǎn)生的氣體在氣瓶1內(nèi)的氣體快充溫升為設(shè)計(jì)目的出發(fā)點(diǎn)，通過(guò)對(duì)車載儲(chǔ)氣瓶1氣液兩路分別進(jìn)出的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，相關(guān)配置見(jiàn)附圖1、2。

對(duì)預(yù)壓式氣液置換緩沖罐4與汽液兩路進(jìn)出氣瓶的氣液容積比例設(shè)計(jì)，通過(guò)對(duì)車載儲(chǔ)氣瓶1采用氣液兩路分別進(jìn)出的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和預(yù)壓式氣液置緩沖罐4，氣液容積比例設(shè)計(jì)產(chǎn)生的功能效應(yīng)，以大流量、小流速的充裝方式，在對(duì)氣體充裝過(guò)程中，預(yù)先向氣瓶1內(nèi)注入液體，使氣瓶?jī)?nèi)氣體，液體產(chǎn)生一定的預(yù)壓力，就提高了氣瓶初始充裝壓力，就控制了節(jié)流現(xiàn)象的產(chǎn)生，就控制了快充溫升，最大程度減少了節(jié)流現(xiàn)象的產(chǎn)生，也就杜絕了快充溫升的產(chǎn)生基礎(chǔ)，也就達(dá)到了設(shè)計(jì)目的。

針對(duì)天然氣汽車，氫氣然料電池車對(duì)液體的不同要求，采用不同的液體，如天然氣對(duì)含水量要求低于-40℃，氫氣的要求為-60℃，氫氣未其它標(biāo)準(zhǔn)未見(jiàn)。

車載氣液兩路分別進(jìn)出儲(chǔ)氣瓶1的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理是，利用氣液體比重關(guān)系，它以氣瓶?jī)?nèi)部的低端[注：氣瓶為臥式安裝]，以車載氣瓶1的瓶口延伸到氣瓶?jī)?nèi)下端的1根彎管口，作為液體的1個(gè)進(jìn)出口，在氣路充裝氣體時(shí)液體沿液路回流達(dá)到預(yù)壓式氣液置換緩沖罐4，以車載儲(chǔ)氣瓶1的液體基本可以排盡為要求，從氣液兩路分別進(jìn)出氣瓶1進(jìn)行氣液體置換，設(shè)計(jì)的目的也就達(dá)到了。

預(yù)壓式氣液置換大流量氣體勻速快充緩沖罐的設(shè)計(jì)原理是，利用氣體與液體密度的巨大差異性，流動(dòng)性，容器與容器之間的氣體，液體壓差進(jìn)行空間的能量轉(zhuǎn)換。利用容器與容器之間容器容積變化產(chǎn)生的壓差形成壓力升降變化的差異性。根據(jù)以上容器性質(zhì)和氣液體性質(zhì)設(shè)計(jì)的預(yù)壓式氣液置換充裝氣體緩沖罐4的氣液體的容積比例計(jì)算，設(shè)計(jì)出預(yù)壓式氣液置換氣體充裝緩沖罐4與車載儲(chǔ)氣瓶1的容積比，20MPa按8：1，35MPa按12：1[可以通過(guò)注入液體來(lái)進(jìn)行比例微調(diào)]。根據(jù)上述的原理，針對(duì)車載儲(chǔ)氣瓶容積大小變化，采用相關(guān)的技術(shù)措施，使其容積比例在3：1～12：1之間進(jìn)行不同的比例設(shè)計(jì)調(diào)整。使氣體充裝溫升精度控制在3℃～10℃，額定充裝量在95％～98％之間即可。針對(duì)待充車載氣瓶1充裝初始?jí)翰畲?、壓力低、注液沖擊大問(wèn)題，采用由節(jié)流調(diào)節(jié)閥19、第三電磁閥、大口徑管三D道組成大流量低流速的預(yù)壓式氣液體置換傍路減壓注液系統(tǒng)。

預(yù)壓式氣液置換大流量氣體勻速快充系統(tǒng)的實(shí)施例：

實(shí)施例1：

設(shè)車載儲(chǔ)氣瓶1容積為10L，預(yù)壓式氣液置換緩沖罐4容積為80L，當(dāng)向預(yù)壓式氣液置換緩沖罐8注入10L液體，同時(shí)注入20MPa氣體壓力，容積氣液比變?yōu)?：1，壓力20MPa，預(yù)壓式氣液置換緩沖罐4的氣體容量變?yōu)?.07L×200＝143，當(dāng)把液體注入車載儲(chǔ)氣瓶1時(shí)，預(yù)壓氣液置換緩沖罐4，容積變大，變?yōu)?立方壓力下降至14/0.08L＝17.5MPa此時(shí)預(yù)壓式氣液緩沖罐4壓力與車載儲(chǔ)氣瓶1壓力同為17.5MPa[注：此壓力即為車載儲(chǔ)氣瓶1的初始加注壓力。根據(jù)天然氣氣瓶快充過(guò)程溫升數(shù)值數(shù)值模擬研究,初始?jí)毫?duì)快充溫升影響曲線圖查到17.5MPa的氣體充裝初始?jí)毫?duì)溫升的影響在5℃以下，并隨著初始?jí)毫Φ奶岣邭怏w快充溫升趨向于零]，當(dāng)儲(chǔ)氣罐3向車載儲(chǔ)氣瓶1充裝氣體壓力大17.5MPa時(shí)，液體回流至預(yù)壓式氣液置換緩沖罐4達(dá)到設(shè)定最高額定充裝壓力20MPa時(shí)車載儲(chǔ)氣瓶1壓力罐已把液體排盡.車載儲(chǔ)氣瓶1充滿氣體完成工作。

實(shí)施例2

設(shè)車載儲(chǔ)氣瓶水容積為18m,預(yù)壓式氣液置換20MPa高壓緩沖罐4.1水容積為18m,預(yù)壓氣液置換4MPa中壓緩沖罐4.2水容積36m，兩罐氣液比，氣占2/3，液占1/3當(dāng)向兩罐注入液體至設(shè)定值時(shí),兩罐水容積注水量為：

高壓緩沖罐水容積為18m/3＝6m³

中壓緩沖罐水容積為36m/3＝24m³

當(dāng)向高壓緩沖罐4.1注入氣體壓力為20MPa的氣體時(shí)，高壓緩沖罐4.1氣體量為

18m×2/3＝12m³ 12m×20MP＝2400m³

當(dāng)向中壓緩沖罐4.2注入4MPa壓力的氣體時(shí),中壓緩沖罐氣體容量為

36m×2/3＝24m³ 24m×4MPa＝960m³

當(dāng)中，高壓緩沖罐按順序先后向容積為18m³的車載儲(chǔ)氣瓶注入設(shè)定值12m+6m＝18m³水車載儲(chǔ)氣瓶注滿時(shí)中、高壓緩沖4.1容積變大，容量沒(méi)變，壓力下降4MPa中壓緩沖罐壓力下降為960m÷36m＝2.66MPa；20MPa高壓緩沖罐4.1壓力下降為2400m÷18m＝13.3MPa；

通過(guò)以上計(jì)算，當(dāng)各參數(shù)達(dá)到設(shè)定值，車載儲(chǔ)氣瓶的最低充裝初始?jí)毫?3.3MPa和車載儲(chǔ)氣瓶剩余壓力2MPa，合計(jì)15MPa以上，可對(duì)車載儲(chǔ)氣瓶產(chǎn)生15MPa以上的氣體充裝初始預(yù)壓力，并最大程度的抑制氣體快充溫升的產(chǎn)生。

實(shí)施例1乘用車標(biāo)準(zhǔn)加氣站加注前的準(zhǔn)備及充裝操作

注液準(zhǔn)備通過(guò)第一注液管上的第一注液閥22，向預(yù)壓式氣液緩置換緩沖罐4注入按設(shè)計(jì)比例的液體達(dá)到數(shù)量后關(guān)閉第一注液閥22。

設(shè)定車載儲(chǔ)氣瓶1最終加注壓力

通過(guò)由預(yù)壓式氣液置換緩沖罐4與儲(chǔ)氣罐3之間聯(lián)絡(luò)管11上的壓力第一傳感器13手動(dòng)調(diào)壓閥12組成的壓力調(diào)整系統(tǒng)，打開(kāi)手動(dòng)調(diào)壓閥12向預(yù)壓式氣液置換緩沖罐4氣體由儲(chǔ)氣罐3向預(yù)壓式氣液置換緩沖罐4注氣至車載儲(chǔ)氣瓶1的最高允許額定加注壓力20MPa后關(guān)閉手動(dòng)調(diào)壓閥12。[注此氣壓的氣體在預(yù)壓式氣液置換緩沖罐4內(nèi)無(wú)消耗的為每一個(gè)待充氣的車載氣液兩路分別進(jìn)出的新式儲(chǔ)氣瓶1施加預(yù)壓力]，當(dāng)加注工作啟動(dòng)后加氣機(jī)2按操作順序控制，此時(shí)液體從預(yù)壓式氣液置換緩沖罐4向車載儲(chǔ)氣瓶1流去，壓力開(kāi)始下降至所調(diào)定之比例7/1，壓力17.5MPa壓力平衡，這個(gè)平衡壓力即為車載儲(chǔ)氣瓶加注氣體時(shí)的初始?jí)毫Α４藭r(shí)由第二壓力傳感器14測(cè)到設(shè)定的數(shù)值，第一電磁閥15打開(kāi)，第一流量計(jì)16開(kāi)始計(jì)量，結(jié)算系統(tǒng)運(yùn)行至加注結(jié)束為止，氣體通過(guò)氣體進(jìn)出閥門6、氣體快速活動(dòng)接頭7向車載氣瓶1加注氣體至第二壓力傳感器14測(cè)到設(shè)定最高允許額定值時(shí)，第一電磁閥15關(guān)閉。其間由計(jì)量結(jié)算系統(tǒng)，加氣控制系統(tǒng)組成的加氣機(jī)2，按設(shè)定的工作順序進(jìn)行控制到氣體加注完成。

儲(chǔ)氣瓶進(jìn)行氣體充裝標(biāo)準(zhǔn)站A操作流程：

操作人員把加氣軟管接頭與車載儲(chǔ)氣瓶接口相連接，把氣液兩路氣體進(jìn)出閥門6、氣體快速活動(dòng)接頭7、液體進(jìn)出閥門9、液體快速活動(dòng)接頭10，待充裝。

起動(dòng)氣體充裝程序此時(shí)加氣機(jī)2根據(jù)設(shè)定程序，自動(dòng)打開(kāi)預(yù)壓液路第二電磁閥18，預(yù)壓式氣液置換緩沖罐4向待充車載儲(chǔ)氣瓶1充入液體至兩瓶罐1，4之間氣液壓力平衡，此時(shí)預(yù)壓氣液置換緩沖罐4壓力降至一個(gè)合符氣體充裝要求的區(qū)間壓力[該壓力可通過(guò)調(diào)整罐內(nèi)氣液比例實(shí)現(xiàn)]，此時(shí)由第一壓力傳感器13、節(jié)流膨脹閥10測(cè)得平衡壓力后，第一電磁閥15打開(kāi)，氣路充裝氣體，第一流量計(jì)16和結(jié)算系統(tǒng)工作，此時(shí)氣路氣壓大于液路壓力，形成壓差，車載氣液兩路分別進(jìn)出儲(chǔ)氣瓶1中的液體從儲(chǔ)氣瓶底部壓回預(yù)壓氣液置換緩沖罐4，當(dāng)氣液兩路的壓力達(dá)到設(shè)定值平衡時(shí)，第一電磁閥15、第二電磁閥18關(guān)閉，手動(dòng)關(guān)閉氣瓶1氣液兩閥門，氣體進(jìn)出閥門6、液體進(jìn)出閥門9，撥出軟管接頭，插上氣瓶1安全銷，氣液軟管及加氣槍歸位，氣體充裝工作完成。

實(shí)施例2大型運(yùn)輸儲(chǔ)氣瓶組加注氣體充裝母站加注前的準(zhǔn)備及操作：

注液準(zhǔn)備，通過(guò)第一、第二注液管上的注液閥43，44向預(yù)壓式氣液置換中、高壓緩沖罐4.1、4.2注入按設(shè)計(jì)比例的液體達(dá)到數(shù)量后關(guān)閉注液閥43，44，設(shè)定儲(chǔ)氣瓶組1的最終允許充裝壓力，通過(guò)由預(yù)壓式氣液置換中、高壓緩沖罐4.1、4.2與儲(chǔ)氣罐3之間的聯(lián)絡(luò)管上的壓力傳感器26、28手動(dòng)調(diào)壓閥25、27組成壓力調(diào)整系統(tǒng)。打開(kāi)手動(dòng)調(diào)壓閥25、27,由儲(chǔ)氣罐3向預(yù)壓式氣液置換中、高壓緩沖罐4.1、4.2分別注入所設(shè)定壓力﹝例天然氣充裝壓力4Mpa、20Mpa)、(25Mpa、35Mpa)、(55Mpa、70Mpa)達(dá)到相應(yīng)的壓力后關(guān)閉手動(dòng)調(diào)壓閥25、27待用。﹝注此氣壓的壓力氣體在預(yù)壓式氣液置換中、高壓緩沖罐4.1、4.2內(nèi)旡消耗的為每一個(gè)待充的車載氣液兩路分別進(jìn)出的新式儲(chǔ)氣瓶組分段施加預(yù)壓力﹞當(dāng)加注工作啟動(dòng)后，加氣機(jī)2按設(shè)計(jì)操作順序自動(dòng)控制。此時(shí)液體從預(yù)壓式氣液置換中、高壓緩沖罐4.1、4.2分段向車載儲(chǔ)氣瓶組1流去，當(dāng)中壓緩沖罐4.1壓力下降至設(shè)定值低限時(shí)，電磁閥40關(guān)閉，電磁閥38打開(kāi)高壓緩沖罐4.2繼續(xù)向車載儲(chǔ)氣瓶組1注入液體至高壓罐4.2壓力與車載儲(chǔ)氣瓶組1壓力平衝，此吋?jí)毫鞲衅?6測(cè)到設(shè)定的數(shù)值時(shí)，電磁閥34打開(kāi)，氣路開(kāi)始充裝氣體，流量計(jì)35結(jié)箅系統(tǒng)運(yùn)行，液路液體開(kāi)始向高壓緩沖罐回流，當(dāng)壓力傳感器34，38測(cè)到達(dá)到設(shè)定值時(shí)，電磁閥34，38，40同時(shí)處于關(guān)閉狀態(tài)。關(guān)閉車載儲(chǔ)氣瓶組1上氣液路閥門6、9?？焖僭拕?dòng)接頭泄壓后脫離車載儲(chǔ)氣瓶組1，加氣軟管歸位，氣體加注完成。

目前氣體儲(chǔ)存與氣體充裝系統(tǒng)發(fā)展前景分析

目前最具商業(yè)潛力和市場(chǎng)預(yù)期的氫能源汽車，主要有氫燃料電池車和氫能內(nèi)燃機(jī)汽車。其中氫燃料電池車以其清潔能源利用率高和沒(méi)有溫室氣體排放等優(yōu)點(diǎn)而備受各國(guó)政府和汽車產(chǎn)業(yè)巨頭關(guān)注，中國(guó)、德國(guó)、日本，美國(guó)等國(guó)政府和汽車巨頭日本豐田汽車、法國(guó)液空、德國(guó)寶馬等均在該領(lǐng)域投入了大量的資金和人力。根據(jù)2010年新能源領(lǐng)域授權(quán)專利統(tǒng)計(jì)，氫燃料電池領(lǐng)域的專利數(shù)量約有1000件，是太陽(yáng)能領(lǐng)域的三倍，且2010年氫燃料電池領(lǐng)域?qū)＠龇^(guò)57％。2016年11月中國(guó)氫能源汽車產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟已經(jīng)成立，將采取整合氫能源上下游全產(chǎn)業(yè)鏈資源的方式，來(lái)推動(dòng)我國(guó)的氫能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

雖然世界各國(guó)政府和相關(guān)產(chǎn)業(yè)均對(duì)氫燃料電池領(lǐng)域的技術(shù)開(kāi)發(fā)投入了時(shí)間、人力、物力，相關(guān)技術(shù)也已日臻完善，但為了滿足商業(yè)化的需要仍舊存在一些技術(shù)瓶頸，安全、高效和經(jīng)濟(jì)的制氫、輸氫、儲(chǔ)氫等技術(shù)仍待改進(jìn)，而且相關(guān)領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)化也尚未完成。其中由于缺乏安全高效和經(jīng)濟(jì)的儲(chǔ)氫技術(shù)，使得氫氣燃料電池車的商業(yè)化進(jìn)程受到顯著的制約。(摘自：70Mpa車用儲(chǔ)氫氣瓶快充升溫研究。)

目前影響氫能源車、氫燃料電池車商業(yè)化進(jìn)程的主要技術(shù)瓶頸之一的制氫、輸氫、儲(chǔ)氫三個(gè)環(huán)節(jié)中。車載儲(chǔ)氫氣瓶氣體充裝技術(shù)在氫氣的輸氫，儲(chǔ)氫,兩個(gè)相關(guān)環(huán)節(jié)中，處在最關(guān)鍵的節(jié)點(diǎn)，所以氣體儲(chǔ)存，氣體充裝技術(shù)是目前制約氣體運(yùn)輸，氣體儲(chǔ)存行業(yè)保障氣瓶安全使用、高效快速充裝，達(dá)到額定充裝量、產(chǎn)生最大經(jīng)濟(jì)效益的根本原因。而氣瓶的氣體充裝、生產(chǎn)和使用，又與氣體充裝站采用大流速充裝條件下，工藝設(shè)備配置和控制技術(shù)相關(guān)，大流速狀態(tài)下氣體在氣瓶?jī)?nèi)產(chǎn)生的節(jié)流、摩擦、壓縮等現(xiàn)象所產(chǎn)生的高溫，影響氣瓶的安全使用，造成充裝量不足，對(duì)經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生重大影響，制約著氣體充裝行業(yè)技術(shù)的發(fā)展。與之相比，在大流速充裝條件下，目前天然氣加氣站20MPa壓力充裝條件下，加氣機(jī)單槍充裝售氣量為250m³/h以上，如扣除加氣準(zhǔn)備,收費(fèi),等時(shí)間加氣充裝流速應(yīng)在400m³/h。而在氫氣加氣站35MPa/70MPa壓力條件下，充裝流速更大,流量為[100kg-260kg]*11.2m³/h，顯然存在著充裝工藝設(shè)備設(shè)計(jì)配置缺陷、氣瓶的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缺陷，以及大流速條件下對(duì)氣體快速充裝理論的認(rèn)識(shí)還不完善。這使得目前的氣瓶氣體充裝工藝設(shè)備及充裝技術(shù)不能滿足商業(yè)化條件[3分鐘5公斤，500公里]下，使用氣體燃料為動(dòng)力的汽車車載儲(chǔ)氣瓶用戶對(duì)充裝氣體的時(shí)間和行駛里程的要求。而采用大流速快充工藝，在控制參數(shù)面對(duì)充裝參數(shù)不斷變化[初始?jí)毫Σ煌?，每個(gè)車載氣瓶剩余壓力不同]；[初始溫度變化；每天早中晚溫度變化]；[初始充裝速率變化,車載儲(chǔ)氣瓶剩余壓力變化]的生產(chǎn)過(guò)程中，不能即時(shí)調(diào)整控制參數(shù)。所以在控制參數(shù)不能即時(shí)調(diào)整，氣瓶充裝參數(shù)不斷變化,氣體大流速快充過(guò)程中在氣瓶?jī)?nèi)產(chǎn)生的節(jié)流、摩擦、壓縮等現(xiàn)象,焦耳—湯姆遜絕熱節(jié)流的溫度效應(yīng)，使氣體在氣瓶?jī)?nèi)產(chǎn)生大量的快充溫升并呈現(xiàn)線性相向的變化相互沖突變化的快充溫升，初始充裝溫度升高1K，溫升上升2.3K,初始?jí)毫γ刻岣?Mpa,快充溫升下降2.7K]。

這個(gè)問(wèn)題目前在天然氣氣體充裝過(guò)程中非常突出，在天然氣20Mpa充裝壓力的范圍內(nèi)應(yīng)用大流速生產(chǎn)工藝產(chǎn)生的快充溫升對(duì)氣瓶的安全指標(biāo)[溫度不得超過(guò)80℃的規(guī)定，溫度敏感性對(duì)氣瓶不造成危險(xiǎn)，但經(jīng)濟(jì)效益方面有較大影響，充裝量?jī)H能達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)額定充裝量的74.1％-79％，氣體快充溫升在30℃-37℃和初始充裝溫度最高按20℃相加為50℃-57℃，甲烷性質(zhì)，溫度每上升5℃，壓力上升0.7Mpa]。

(30℃-37℃)/5℃0.7Mpa≈4.2Mpa-5.18Mpa/

20Mpa-4.2Mpa＝15.8Mpa

15.8Mpa/20Mpa＝79％

20Mpa-5.18Mpa＝14.82Mpa

14.82Mpa/20Mpa＝74.1％。

對(duì)35Mpa/70Mpa的氫燃料電池車氫氣瓶的充裝產(chǎn)生的快充溫升，如果不選擇合理的充裝條件，快充溫升可能超過(guò)85℃(由于碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料氣瓶對(duì)溫度的敏感性較高，國(guó)家氣瓶使用規(guī)定限制氫氣瓶使用最高溫度不超過(guò)85℃)，因此對(duì)35Mpa氫氣瓶的氣體充裝,使用均產(chǎn)生安全性風(fēng)險(xiǎn)，而經(jīng)濟(jì)性方面充裝量?jī)H達(dá)到國(guó)家氣體額定充裝量標(biāo)準(zhǔn)的85.1％(按額定充裝量20℃35Mpa，氫氣性質(zhì)，溫度每上升5℃，壓力上升0.4Mpa。

20℃35Mpa-85℃35Mpa＝65℃

65℃/5℃0.4Mpa＝5.2Mpa

35Mpa-5.2Mpa＝29.8Mpa

29.8Mpa/35Mpa＝85.1％

70Mpa的氫氣瓶的氣體快充溫升達(dá)到了125℃，按目前采用的快充工藝設(shè)備配置,在加裝了氣體降溫裝置后溫度在允許的范圍內(nèi)按85℃，充裝量按20℃70Mpa額定充裝量計(jì)

20℃70Mpa-85℃70Mpa＝65℃

65℃/5℃0.4Mpa＝5.2Mpa

70Mpa-5.2Mpa＝69.8Mpa

69.8Mpa/70Mpa＝92.6％

所以目前20Mpa的天然氣充裝站,35Mpa,70Mpa氫氣充裝站，其額定充裝量?jī)H達(dá)到(74.1％-79％)85.1％92.6％，仍未盡人意。

根據(jù)以上數(shù)據(jù)充分說(shuō)明了,大流速充裝條件下的氣體快速充裝工藝技術(shù)，對(duì)氣瓶進(jìn)行氣體充裝，目前的氣體充裝工藝設(shè)備配置僅解決了用戶對(duì)時(shí)間的要求，但不能解決在充裝參數(shù)變化的條件下，充裝溫升對(duì)氣瓶氣體用戶的使用和加氣站充裝生產(chǎn)中帶來(lái)的安全隱患，以及充裝量不足造成經(jīng)濟(jì)效益不高的問(wèn)題，不能滿足商業(yè)化對(duì)氣瓶充裝的氣體安全性與充裝量經(jīng)濟(jì)性要求，因此對(duì)現(xiàn)有氣體充裝理論、氣體充裝工藝設(shè)計(jì)設(shè)備配置和相關(guān)的氣瓶結(jié)構(gòu)、操作方法，系統(tǒng)的進(jìn)行反思并查出原因，從而采取針對(duì)性的技術(shù)措施，對(duì)氣體充裝工藝設(shè)備配置、氣瓶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，操作方法進(jìn)行改進(jìn)，才是解決氫氣、天然氣儲(chǔ)存技術(shù)中氣體充裝環(huán)節(jié)，技術(shù)創(chuàng)新的重點(diǎn)研究方向。

在最近國(guó)家發(fā)布的十三五新興產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略性規(guī)劃中提到，到2020年實(shí)現(xiàn)當(dāng)年產(chǎn)銷200萬(wàn)輛以上、累計(jì)產(chǎn)銷500萬(wàn)輛整體技術(shù)水平，保持與國(guó)際同步，形成一批具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的新能源汽車整車和關(guān)鍵零部件企業(yè)。天然氣和氫氣充裝站的氣體充裝控制技術(shù)、及主要的裝備加氣機(jī)、車載儲(chǔ)氣瓶都是其中的關(guān)鍵零部件。預(yù)壓式氣液置換大流量氣體勻速快充技術(shù)作為氣體充裝行業(yè)理想中的終極追求目標(biāo)，它的研發(fā)成功和應(yīng)用必將使我國(guó)的新能源汽車產(chǎn)業(yè)中天然氣汽車,氫能源汽車、氫燃料電池車和氣體加氣站等氣體充裝技術(shù)在新能源汽車產(chǎn)業(yè)氣體運(yùn)輸，氣體儲(chǔ)存，氣體加注等技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)中占在一個(gè)有利的技術(shù)制高點(diǎn)，提升我國(guó)氣體充裝裝備制造業(yè)的產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)能力，對(duì)促進(jìn)我國(guó)的節(jié)能減排和新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展發(fā)揮重要的推動(dòng)作用。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。