一种液态气体储罐的能量释放装置、系统及方法
技术领域
本发明涉及气罐储运技术领域，具体涉及一种液态气体储罐的能量释放装置、系统及方法。
背景技术
在日益重视环境卫生的今天，控制污染物的排放是全人类的共识。绿色能源的应用被提上议事日程。氢作为能源，有着无可比拟的优势：氢的燃烧热值高，每千克氢燃烧后的能量，约为汽油的3倍，酒精的3.9倍，焦炭的4.5倍；氢燃烧的产物是水，对环境零污染；氢在地球的储量极其丰富(从海水制备)，并可再生和重复利用。因此，氢是人类最理想的能源，得到了全世界各国的广泛关注。氢能，现已被认为是人类解决未来能源危机的终极方案，以及解决目前环境问题的最有效途径。
从氢的制取到氢的具体应用，氢的存储是必不可少环节，但由于氢是易燃易爆物质，如何安全、低廉、长时地储氢成为氢能利用的关键。氢气(特别是高压氢气)罐装储氢，充装和排放速率快、基本能耗低、储罐制造经济性高，是储氢的有效途径之一，但在氢气在室温及正常大气压下其密度极低，需要提高其密度存储才能应用于车辆。提高密度有两种方法：压缩：目前常用的做法是压缩氢气至35兆帕或70兆帕。这需要高强度的储罐，因此罐的重量远远超过氢气的重量，有1吨氢10顿罐的说法。另外35/70兆帕属于超高压气体，无论存储或运输都非常危险。液化：将氢气冷却至-252℃，就可得到液化氢气，此时的密度是常温时的845倍。缺点是受环境温度的影响，液态氢会蒸发气化，由于环境温度高于储罐内部温度，热量总会由外部环境传入储罐，从而使得液态气体受热后气化，膨胀，在储罐内形成高压，严重威胁储罐安全，从而限制了液化氢的储存时间和运输距离，因此需要对液化气体存储罐进行改进。
发明内容
本发明的第一个目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种液态气体储罐的能量释放装置，具有降低气体蒸发率、确保储罐稳定、延长液态气体的存储时间的优势。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种液态气体储罐的能量释放装置，包括：连通于储罐出气口的、用于供气压为P0的气态气体进入释放装置并将气压为P0的气态气体进行能量初步释放使压力降为P1的释放阀体；一端连通于所述释放阀体、用于将气压为P1的气态气体进行能量再次释放使压力降为P2并实现释放装置内气体静态压力平衡的活塞阀体；以及，一端连通于所述活塞阀体的、另一端连通于储罐的进气口的、用于将气压为P2的气态气体进行能量再次释放使压力降为P3并防止气态气体回流的止回阀体。
本发明的进一步设置，所述释放阀体包括：释放阀本体：设于所述释放阀本体内的、且一端开设有气体进口的第一释放室；设于所述释放阀本体内的第一压缩室；一端滑动装配于所述第一压缩室的、另一端穿设于所述第一释放室的第一阀轴；设于所述第一阀轴一端的、用于抵接在所述气体进口的第一阀片；以及，设于所述第一压缩室内且抵接于所述第一阀轴的、用于在所述气体进口的压力小于设定值时驱动所述第一阀片抵接于所述气体进口的、在所述气体进口的压力大于或等于设定值时进行压缩以使所述第一阀片远离所述气体进口的第一弹簧。
本发明的进一步设置，所述活塞阀体包括：活塞阀本体；一端连接于所述第一释放室的气缸套筒；滑动装配于所述气缸套筒内的活塞；以及，沿所述活塞的滑动方向设于所述活塞阀本体内的第二压缩室；所述气缸套筒的径向开设有若干连通于所述止回阀体的通气孔；所述第二压缩室内设有一端抵接于所述活塞的、用于在所述第一释放室内的压力小于设定值时驱动所述活塞关闭所述通气孔、在所述第一释放室内的压力大于或等于设定值时进行压缩以使所述活塞打开所述通气孔的第二弹簧。
本发明的进一步设置，所述止回阀体包括：止回阀本体；设于所述止回阀本体内的、且一端连接于所述通气孔、另一端设有气体出口的第三释放室；一端滑动装配于所述止回阀本体的、另一端穿设于所述第三释放室的第三阀轴；设于所述第三阀轴端部的、用于抵接在所述第三释放室接近所述通气孔一端的第三阀片；以及，抵接于所述第三阀片和所述止回阀本体之间的、用于在所述通气孔处的压力小于设定值时驱动所述第三阀片关闭所述第三释放室、在所述通气孔处的压力大于或等于设定值时进行压缩以使所述第三阀片打开所述第三释放室的第三弹簧。
本发明的进一步设置，所述活塞与所述气缸套筒之间设有间隙；在所述气体进口关闭时，所述第一释放室内的气态气体压力降低，所述活塞在所述第二弹簧的作用下复位，在复位过程中，所述第一释放室内的气态气体透过所述间隙经所述通气孔进入所述止回阀体以实现释放装置内气体静态压力平衡。
本发明的进一步设置，所述第一弹簧的设定值>所述第二弹簧的设定值>所述第三弹簧的设定值。
本发明的第二个目的是提供一种液态气体储罐的能量释放系统，该系统包括若干首尾相连的、上述液态气体储罐的能量释放装置。
本发明的第三个目的是提供一种液态气体储罐的能量释放方法，所述方法基于上述的液态气体储罐的能量释放装置，所述方法包括：
S1:当气体进口处的气体压力P0大于等于第一弹簧的设定值时，气态气体克服第一弹簧推动第一阀片进入释放阀体，同时将部分能量转换为第一弹簧的势能，使得气态气体的压力减少为P1；
S2:当第一释放室内的气态气体的压力P1大于等于第二弹簧的设定值时，气态气体克服第二弹簧推动活塞沿气缸筒滑动直至打开通气孔，此时将部分能量转换为第二弹簧的势能，使得气态气体的压力减少为P2；
S3:当通气孔内的气态气体的压力P2大于等于第三弹簧的设定值时，气态气体克服第三弹簧做功并推动第三阀片进入止回阀体，此时再将部分能量转换为第三弹簧的势能，使得气态气体的压力减少为P3，并通过气体出口进入液态气体储罐；
S4:部分气态气体排出后，气态气体压力P0降低，当低于第一弹簧的设定值时，第一弹簧驱动第一阀片关闭气体进口；
S5:此时气态气体压力P1降低，当低于第二弹簧的设定值，第二弹簧推动活塞朝第一释放室一端移动，并将通气孔关闭；
S6:第一释放室内残留压力为P1的气态气体通过活塞与气缸套筒之间的间隙渗透到通气孔，并经通气孔排出，当活塞被推到接近第一释放室一端时，达到平衡；
S7:此时，气态气体压力P2逐渐降低，当低于第三弹簧的设定值时，第三弹簧推动第三阀片关闭第三释放室，阻止排出的气态气体回流。
采用上述技术方案后，本发明有益效果为：
1、在本发明中的一种液态气体储罐的能量释放装置，利用能量守恒定律，在储罐的出气口依次连接释放阀体、活塞阀体以及止回阀体，由释放阀体对气态气压进行能量初步释放、活塞阀体对气态气压进行进行能量二次释放、止回阀体对气态气压进行进行能量三次释放，使得气态气体在克服弹簧做功的过程中，将气体的能(热)量转换为弹簧的势能，从而减少气态气体的压力，排出外界传入的热量，以降低气体蒸发率，进而延长液态气体的存储时间。
2、在本发明中的一种液态气体储罐的能量释放系统，能够根据气体的压力及储罐的容量情况，将以上液态气体储罐的能量释放装置依不同压力设定串联或并联使用，以达到最佳能量释放效果，从而具有较强的适用性能，有效解决现有技术中液态气体受热气化，膨胀，在储罐内形成高压，威胁储罐安全的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明中气体进口处气态气体的压力P0小于第一弹簧设定值时的结构示意图；
图2是本发明中气体进口处气态气体的压力P0大于等于第一弹簧设定值时的结构示意图。
附图标记说明：01、气体进口；02、气体出口；1、释放阀体；11、释放阀本体；12、第一压缩室；13、第一阀轴；14、第一阀片；15、第一弹簧；16、第一释放室；2、活塞阀体；21、活塞阀本体；22、气缸套筒；23、活塞；24、第二压缩室；25、通气孔；26、第二弹簧；27、间隙；3、止回阀体；31、止回阀本体；32、第三释放室；33、第三阀轴；34、第三阀片；35、第三弹簧。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
本实施例涉及一种液态气体储罐的能量释放装置，如图1所示，包括：连通于储罐出气口的释放阀体1，连通于释放阀体1的活塞阀体2，以及，一端连通于活塞阀体2另一端连通于储罐的进气口的止回阀体3，其中释放阀体1用于供气压为P0的气态气体进入释放装置，并将气压为P0的气态气体进行能量初步释放使压力降为P1；活塞阀体2用于将气压为P1的气态气体进行能量再次释放使压力降为P2，并实现释放装置内气体静态压力平衡；止回阀体3用于将气压为P2的气态气体进行能量再次释放使压力降为P3，并防止气态气体回流的止回阀体3，从而合理有序的对气态气体进行能量释放，将气态气体内的能量被部分消耗，因而将外面传给气体的热能转换为弹簧的势能，进而降低气体蒸发率，提高储罐安全性，利于延长液态气体储罐的存储时间。
其中，如图1和图2所示，释放阀体1包括：释放阀本体11：设于释放阀本体11内且一端开设有气体进口01的第一释放室16；设于释放阀本体11内的第一压缩室12；一端滑动装配于第一压缩室12的、另一端穿设于第一释放室16的第一阀轴13；设于第一阀轴13一端的、用于抵接在气体进口01的第一阀片14；以及，设于第一压缩室12内且抵接于第一阀轴13的第一弹簧15，在气体进口01的压力小于第一弹簧15的设定值时，第一弹簧15驱动第一阀片14抵接于气体进口01，如图2所示，在气体进口01的压力大于或等于第一弹簧15的设定值时，第一阀片14被气态气体推动，进而使得第一弹簧15被压缩以使第一阀片14远离气体进口01，从而将气态气体释放于第一释放室16内，同时，气态气体在推动第一阀片14的过程中，需要克服第一弹簧15的弹力做功，进而将气体的势能转换为弹簧的势能，因此使得气压为P0的气态气体进行能量释放使压力降为P1。
如图1所示，活塞阀体2包括：活塞阀本体21；一端连接于第一释放室16的气缸套筒22；滑动装配于气缸套筒22内的活塞23；以及，沿活塞23的滑动方向设于活塞阀本体21内的第二压缩室24；气缸套筒22的径向开设有若干连通于止回阀体3的通气孔25；第二压缩室24内设有抵接于活塞23的第二弹簧26，在第一释放室16内的压力小于第二弹簧26的设定值时，第二弹簧26驱动活塞23关闭通气孔25，如图2所示，在第一释放室16内的压力大于或等于第二弹簧26的设定值时，活塞23被第一释放室16内的气态气体推动，使得第二弹簧26被压缩，当活塞23被持续推动、移动距离“L”后，通气孔25将被打开，此时第二弹簧26的被压缩至最短，同时，气态气体在推动活塞23运动的过程中，需要克服第二弹簧26的弹力做功，进而将气体的势能进一步转换为弹簧的势能，因此使得气压为P1的气态气体进行能量释放使压力降为P2，再由通气孔25进入止回阀体3。
如图1和图2所示，止回阀体3包括：止回阀本体31；设于止回阀本体31内且一端连接于通气孔25、另一端设有气体出口02的第三释放室32；一端滑动装配于止回阀本体31的、另一端穿设于第三释放室32的第三阀轴33；设于第三阀轴33端部的、用于抵接在第三释放室32接近所述通气孔25一端的第三阀片34；以及，抵接于止回阀本体31侧壁和第三阀片34之间的第三弹簧35，在通气孔25处的压力小于第三弹簧35的设定值时，第三弹簧35驱动第三阀片34关闭第三释放室32与通气孔25的连接通道，在通气孔25处的压力大于或等于第三弹簧35的设定值时，第三阀片34被通气孔25处的气态气体推动，使得第三弹簧35被压缩，气态气体进入第三释放室32内，同时，气态气体在推动第三阀片34运动的过程中，需要克服第三弹簧35的弹力做功，进而将气体的势能再一步转换为弹簧的势能，因此使得气压为P2的气态气体进行能量释放使压力降为P3，再由第三释放室32上的气体出口02排至储罐内。
在本实施例中，第一弹簧15的设定值>第二弹簧26的设定值>第三弹簧35的设定值。并且第一弹簧15、第二弹簧26以及第三弹簧35的设定值可根据气体压力和储罐容量进行选择，气态气体在依次通过上述释放阀体1、活塞阀体2以及止回阀体3后，可将外部传递给液态气储罐的热量部分排出，并顺利进入至液态气体储罐底部进行再液化，从而确保储罐内液态气体的稳定。
需要说明的是，如图1所示，活塞23与气缸套筒22之间设有间隙27，在气体进口01关闭时，第一释放室16内的气态气体压力降低，活塞23在第二弹簧26的作用下复位，在复位过程中，第一释放室16内的气态气体透过间隙27经通气孔25进入止回阀体3以实现释放装置内气体静态压力平衡。在本实施例中，止回阀本体31和释放阀本体11、活塞阀本体21均为耐低温材料制成。
因此，当第三释放室32内的气态气体顺利进入至液态气体储罐后，气态气体压力P0降低，当低于第一弹簧15的设定值时，第一弹簧15驱动第一阀片14关闭进气口，此时气态气体压力P1降低，当低于第二弹簧26的设定值时，第二弹簧26推动活塞23朝第一释放室16一端移动，并将通气孔25关闭；此时第一释放室16内残留的气态气体在活塞23复位过程中通过活塞23与气缸套筒22之间的间隙27渗透到通气孔25，并经通气孔25排出，当活塞23被推至最接近第一释放室16一端时，达到内部气体静态压力平衡；此时，气态气体压力P2逐渐降低，当低于第三弹簧35的设定值时，第三弹簧35推动第三阀片34关闭第三释放室32，阻止排出的气态气体回流，即完成整个能量释放操作，待气体进口01的压力再次大于或等于第一弹簧15的设定值时，该液态气体储罐的能量释放装置进入第二次能量释放操作。
为进一步提高该装置的适用性，本实施例还涉及一种液态气体储罐的能量释放系统，该系统包括若干串联或并联的液态气体储罐的能量释放装置，可根据气体压力或储罐容量情况，选择合适数量的液态气体储罐的能量释放装置进行串联或并联，以达到最佳能量释放效果。
基于上述液态气体储罐的能量释放装置，本实施例还涉及一种液态气体储罐的能量释放方法，该方法包括：
S1:当气体进口01处的气体压力P0大于等于第一弹簧15的设定值时，气态气体克服第一弹簧15推动第一阀片14进入释放阀体1，同时将部分能量转换为第一弹簧15的势能，使得气态气体的压力减少为P1；
S2:当第一释放室16内的气态气体的压力P1大于等于第二弹簧26的设定值时，气态气体克服第二弹簧26推动活塞23沿气缸筒滑动直至打开通气孔25，此时将部分能量转换为第二弹簧26的势能，使得气态气体的压力减少为P2；
S3:当通气孔25内的气态气体的压力P2大于等于第三弹簧35的设定值时，气态气体克服第三弹簧35做功并推动第三阀片34进入止回阀体3，此时再将部分能量转换为第三弹簧35的势能，使得气态气体的压力减少为P3，并通过气体出口02进入液态气体储罐；
S4:部分气态气体排出后，气态气体压力P0降低，当低于第一弹簧15的设定值时，第一弹簧15驱动第一阀片14关闭气体进口01；
S5:此时气态气体压力P1降低，当低于第二弹簧26的设定值，第二弹簧26推动活塞23朝第一释放室16一端移动，并将通气孔25关闭；
S6:第一释放室16内残留压力为P1的气态气体通过活塞23与气缸套筒22之间的间隙27渗透到通气孔25，并经通气孔25排出，当活塞23被推到接近第一释放室16一端时，达到平衡；
S7:此时，气态气体压力P2逐渐降低，当低于第三弹簧35的设定值时，第三弹簧35推动第三阀片34关闭第三释放室32，阻止排出的气态气体回流。
本发明的工作原理大致如下述：本发明中利用能量守恒定律，在储罐的出气口依次连接释放阀体1、活塞阀体2以及止回阀体3，由释放阀体1对气态气压进行能量初步释放、活塞阀体2对气态气压进行进行能量二次释放、止回阀体3对气态气压进行进行能量三次释放，使得气态气体在克服弹簧做功的过程中，将气体的能(热)量转换为弹簧的势能，从而减少气态气体的压力，排出外界传入的热量，以降低气体蒸发率，进而延长液态气体的存储时间。并且能够根据气体的压力及储罐的容量情况，将以上液态气体储罐的能量释放装置依不同压力设定串联或并联使用，以达到最佳能量释放效果，从而具有较强的适用性能，有效解决现有技术中液态气体受热气化，膨胀，在储罐内形成高压，威胁储罐安全的问题。
以上，仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其它修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
