一种卧式车载蓄热式天然气吸附储存罐及其调控方法

本发明属该发明属于能源储存和运输，涉及一种卧式车载蓄热式天然气吸附储存罐及其调控方法。

背景技术：

1、随着全球能源危机和环境污染问题日益严重，新能源汽车得到了广泛关注。其中，天然气汽车作为一种清洁、高效的能源驱动形式，逐渐成为研究和应用的重点。天然气具有污染少、成本低、资源丰富的特点，被认为是替代石油燃料的理想选择。然而，天然气储存和运输问题一直是制约其发展的瓶颈。

2、天然气的主要成分是甲烷，还有少量的乙烷和丙烷。目前，天然气主要通过压缩天然气(cng)和液化天然气(lng)两种形式进行储存和运输。cng储存方式主要采用高压气瓶或地下储气井，而lng则需使用特殊低温储存设备。这两种方式在储存和运输过程中存在以下问题：储存设备体积较大，占用空间多，限制了天然气汽车的应用范围，储存和运输过程中安全风险较高，如泄漏、爆炸等、设备投资成本高，降低了天然气汽车的性价比，天然气储存和运输过程中能量损失较大，降低了能源利用效率。

3、为了解决这些问题，吸附天然气(ang)技术应运而生。吸附天然气技术利用特殊吸附材料将天然气吸附在固体材料表面，从而实现天然气的高效储存和运输。与cng和lng相比，吸附天然气具有以下优势：储存压力低，对储存和充气设备耐压性能要求不高、降低储存设备的重量和建造成本、罐内压力低，安全性高、吸附效率高携带的天然气含量高。然而，现有的吸附天然气技术在实际应用中存在以下问题：一、天然气在充气吸附过程中，会产生大量热量，充气速度越快温度越高，通常充气速度为10l/min时，温度可达到70～80℃，温度过高不利于吸附剂对天然气的吸附，导致天然气罐内压力增大导致储气效率降低、储存罐运载量偏低；二、天然气放气过程中，随着罐内天然气的储量降低，罐内压力逐渐降低，罐内温度也会降低，而吸附在吸附剂上的天然气无法完全脱吸，不利于低压力状态下天然气的释放，导致罐内天然气的使用效率降低；三、吸附剂的吸附能力有限，而且吸附材料的寿命、稳定性以及循环吸附效率不佳，影响天然气吸脱附。

4、因此，有必要研究一种可以减小天然气的吸附所产生的热效应的影响、有效地提高天然气的吸附储存和脱附能力、提高天然气罐储气效率和运载量高、安全的吸附天然气储存罐，以推动天然气汽车领域的发展。

技术实现思路

1、本发明针对现有的技术存在上述问题，提出了一种卧式车载蓄热式天然气吸附储存罐，用于解决现有天然气吸附储存罐存在的吸附效率低、天然气的吸附储存和脱附能力低、提高天然气罐储气效率和运载量低的问题。

2、为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种卧式车载蓄热式天然气吸附储存罐，其特征在于，包括：

3、储罐本体，用于存储天然气，包括罐体，所述罐体外接输气设备；

4、基座，设置于所述罐体的底部，所述基座的顶部开设有用于承托罐体且与罐体外轮廓形状相匹配的弧形开口槽；以及

5、气体吸附脱附温控系统，包括温度传感器、压力传感器、加热装置、相变储能装置、气体捕获装置、控制器和电源，所述温度传感器和所述压力传感器设置在罐体上，用下实时探测天然气吸附或脱附时罐体内温度以及压力；所述加热装置设置在所述弧形开口槽与所述罐体之间，用于对罐体加热；所述相变储能装置设置在所述罐体内，用于在充气吸附时储能以及在放气脱附时释能；所述气体捕获装置设置于所述罐体内，所述气体捕获装置具有吸附天然气的吸附剂；所述控制器通过数据线连接所述温度传感器、所述压力传感器、所述加热装置；所述控制器与电源电连接，所述控制器根据所述温度传感器、所述压力传感器探测的罐内温度和压力控制加热装置运行。

6、优选的，所述罐体为卧式圆筒形储罐。

7、优选的，所述输气设备包括依次串联连接的输气管、过滤器和连通件，所述输气管上配置有开口阀，所述连通件的末端连接在罐体的进气口处，可以起到防漏气的作用。通过调控开口阀可以控制输气管的通断以控制天然气的充放气过程。

8、优选的，所述相变储能装置包括蛇形盘管，所述蛇形盘管的进口和出口通过所述罐体连接收集器；所述蛇形盘管内填装有相变材料。

9、更优选的，所述相变材料为石蜡等蜡质相变材料，相变温度为室温10～15℃左右。

10、优选的，所述吸附剂为呈蜂巢状的固体吸附剂。

11、更优选的，在所述蛇形盘管的长度方向上，所述蛇形盘管的外壁上均匀分布有若干所述吸附剂。

12、更优选的，所述吸附剂为活性炭或多功能分子筛。吸附剂采用活性炭或多功能分子筛吸附，可直接购买。活性炭颗粒结构中微空多，适合大量吸附天然气，每克活性炭颗粒的表面积可达3000㎡/g，相对密度为0.6～0.7。在常温、3.5mpa压力下，每克活性炭吸附甲烷可达17g。在标准状态下，1m3活性炭可吸附甲烷170m3。

13、优选的，所述加热装置为盘绕并覆盖在弧形开口槽的内凹面上的电阻丝。所述电阻丝的覆盖面积占弧形开口槽的内凹面的80％以上。

14、优选的，所述加热装置的表面覆盖有导热垫，所述导热垫内填充有导热硅脂、导热凝胶等导热材料。

15、更优选的，所述导热垫具有相背离的第一表面和第二表面，所述第一表面与所述弧形开口槽的内凹面贴合，所述第二表面与所述罐体的底部相贴合。

16、优选的，所述温度传感器设置在所述罐体的外部，并且所述温度传感器的探头插设于所述温度检测口处，所述温度传感器的信号输出端连接所述控制器的输入端，用于将实时探测的罐内温度反馈至控制器。

17、优选的，所述压力传感器设置在所述罐体的外部，并且所述压力传感器的探头插设于所述压力检测口处，所述压力传感器的信号输出端连接所述控制器的输入端，用于将实时探测的罐内压力反馈至控制器。

18、优选的，所述基座上配置有数套固定带，各个所述固定带包绕在所述罐体的外周，所述固定带的两端部分别对称连接在所述基座的两侧。

19、本发明还提供了一种如所述卧式车载蓄热式天然气吸附储存罐的调控方法，其特征在于，包括以下步骤：

20、启动控制器，控制器开始监测并控制储存罐的温度和压力；温度传感器实时检测罐体内温度，并将罐内温度传输给控制器；压力传感器实时检测罐体内压力，并将罐内压力传输给控制器；

21、比较判断：控制器中配置有压力最小阈值和温度最大阈值，控制器将接收到的罐内压力与压力最小阈值进行比较，同时将接收到的罐内温度与预设的温度最大阈值进行比较：

22、若罐内压力小于压力最小阈值且罐内温度低于温度最大阈值时，控制器控制加热装置工作，则控制器判断储存罐需要加热；

23、若罐内压力高于压力最小阈值时，或者罐内温度高于温度最大阈值时，控制器控制加热装置停止加热，相变材料在蛇形盘管内冷凝回流，将充气吸附时产生的热量转化为潜热进行储存，罐体内温度降低；

24、开始加热：控制器通过导线将信号传输给加热装置，加热装置开始工作；加热装置中的电阻丝在弧形开口槽的内凹面上均匀覆盖，并开始对罐体进行加热；通过覆盖在电阻丝表面的导热垫，加热效果可以均匀传递到罐体内部；

25、监测反馈：温度传感器和压力传感器持续监测罐体的温度和压力，并将实时的温度和压力数据反馈给控制器；控制器根据实时的温度和压力数据，对加热装置进行控制；当罐内压力小于压力最小阈值且罐内温度低于温度最大阈值时，加热装置继续加热罐体；当罐内温度达到预设的温度最大阈值或罐内压力达到预设的压力最小阈值时，控制器停止加热装置的工作。

26、有利的是，本发明所述车载蓄热式甲烷吸附储存罐在蛇形盘管中充斥相变材料，通过蛇形盘管的弯绕大致布满罐体内腔中，并通过收集器可以实现相变材料在蛇形盘管内的循环流动。相变材料在受热后由固态变为液态，并在蛇形盘管内冷凝回流，将热能转化为潜热进行储存，从而对充气吸附过程中的温度升高起到高效冷凝降温中和的效果；在天然气进行放气脱附的温度降低情况下，在加热装置、温度传感器、压力传感器及控制器的联动加热作用下，起到高效控温的效果，从而极大减少因天然气吸附和脱附过程中因温度效应所导致的天然气储气效率的降低的问题。

27、更有利的是，本发明所述车载蓄热式甲烷吸附储存罐在其蛇形盘管上布置数量较多的蜂巢状的吸附剂，极大极高了对天然气的安全高效吸附储存和脱附能力。

28、本发明的有益效果是：通过采用具有高吸附性能的吸附材料和合理的蜂巢状结构设计，极大极高对天然气的安全高效吸附储存和脱附能力，根据储气罐内天然气的吸附所产生的热效应，使用高效的相变材料来冷凝降低罐内温度，并配合天然气吸附脱吸温控系统，对罐内温度进行降温，在天然气脱附温度下降时进行控温，从而提高气体存量，采用吸附储存天然气技术在相同存储压力下可提高3倍以上气体存量，相同存气量下存储压力可降低80％，使其存储压力低，同时对储存和充气设备耐压性能要求不高，从而在整体上提高天然气的储存量和使用效率。