本发明公开了一种容积膨胀式高压气体减压系统，其中，高压储气罐出口安装压力感应器，利用导气管将第一电磁换向阀、第二电磁换向阀、第三电磁换向阀连接组成主回路，再将第一级减压系统、第二级减压系统、第三级减压系统连接到主回路上；在各级减压系统中，电磁感应器安装在气缸外壁，利用导气管将电磁开关阀与气缸的有杆腔与无杆腔连接，同时在靠近有杆腔的导气管与无杆腔上各引出支管接到主回路上。利用本发明对高压气体进行减压可以有效减小气体在减压过程中的能量损失，在减压过程中气体有较长时间与外界进行热交换，增加气体内能。
1.一种容积膨胀式高压气体减压系统，包括高压储气罐（1）、压力感应器（2）、第一电磁换向阀（15）、第二电磁换向阀（16）、第三电磁换向阀（17）、第一级减压系统、第二级减压系统、第三级减压系统和控制器（18）；其特征在于：高压储气罐（1）出口安装一个压力感应器（2），再通过导气管与第一电磁换向阀（15）的单通端连接，第一电磁换向阀（15）双通端的第一端口（19）通过导气管与第二电磁换向阀（16）的单通端连接，第一电磁换向阀（15）双通端的第二端口（20）通过导气管与第一减压系统连接，第二电磁换向阀（16）双通端的第一端口（21）通过导气管与第三电磁换向阀（17）的单通端连接，第二电磁换向阀（16）双通端的第二端口（22）通过导气管与第二减压系统连接，第三电磁换向阀（17）双通端的第一端口（23）连接一根导气管，作为减压气体的出气口，第三电磁换向阀（17）双通端的第二端口（24）通过导气管与第三减压系统连接；压力感应器（2）、第一级减压系统、第二级减压系统、第三级减压系统、第一电磁换向阀（15）、第二电磁换向阀（16）和第三电磁换向阀（17）分别通过导线与控制器（18）连接，用于将信号传输到控制器（18）；
第一级减压系统包括第一气缸（3）、第一电磁感应器（6）、第四电磁感应器（9）和第一电磁开关阀（12），第四电磁感应器（9）用螺栓固定在第一气缸（3）外壁的无杆腔顶端，第一电磁感应器（6）用螺栓固定在第一气缸（3）外壁距离有杆腔顶端1/4位置处；第一电磁开关阀（12）通过导气管一端与第一气缸（3）的无杆腔连接，另一端与第一气缸（3）的有杆腔连接，与第一气缸（3）的有杆腔连接的导气管上分出支管与第一电磁换向阀（15）双通端的第二端口（20）连接；第一气缸（3）的无杆腔通过导气管与连接第一电磁换向阀（15）和第二电磁换向阀（16）的导气管相连；第一电磁感应器（6）、第四电磁感应器（9）和第一电磁开关阀（12）通过导线分别与控制器（18）连接；第一气缸（3）的无杆腔和有杆腔的外壁顶端均靠近端盖；
第二级减压系统包括第二气缸（4）、第二电磁感应器（7）、第五电磁感应器（10）和第二电磁开关阀（13），第五电磁感应器（10）用螺栓固定在第二气缸（4）外壁的无杆腔顶端，第二电磁感应器（7）用螺栓固定在第二气缸（4）外壁距离有杆腔顶端1/4位置处；第二电磁开关阀（13）通过导气管一端与第二气缸（4）的无杆腔连接，另一端与第二气缸（4）的有杆腔连接，与第二气缸（4）的有杆腔连接的导气管上分出支管与第二电磁换向阀（16）双通端的第二端口（22）连接；第二气缸（4）的无杆腔通过导气管与连接第二电磁换向阀（16）和第三电磁换向阀（17）的导气管相连；第二电磁感应器（7）、第五电磁感应器（10）和第二电磁开关阀（13）通过导线分别与控制器（18）连接；第二气缸（4）的无杆腔和有杆腔的外壁顶端均靠近端盖；
第三级减压系统包括第三气缸（5）、第三电磁感应器（8）、第六电磁感应器（11）和第三电磁开关阀（14），第六电磁感应器（11）用螺栓固定在第三气缸（5）外壁的无杆腔顶端，第三电磁感应器（8）用螺栓固定在第三气缸（5）外壁距离有杆腔顶端1/4位置处；第三电磁开关阀（14）通过导气管一端与第三气缸（5）的无杆腔连接，另一端与第第三气缸（5）的有杆腔连接，与第三气缸（5）的有杆腔连接的导气管上分出支管与第三电磁换向阀（17）双通端的第二端口（24）连接；第三气缸（5）的无杆腔通过导气管与第三电磁换向阀（17）双通端的第一端口（23）连接；第三电磁感应器（8）、第六电磁感应器（11）和第三电磁开关阀（14）通过导线分别与控制器（18）连接；第三气缸（5）的无杆腔和有杆腔的外壁顶端均靠近端盖。
一种容积膨胀式高压气体减压系统
技术领域
[0001] 本发明涉及一种低损耗的高压气体减压系统领域，特别是为气动汽车储存的高压气体进行减压的系统。
背景技术
[0002] 如今，随着世界上石油的日益枯竭，传统的汽车面临挑战，据估计，按照目前的开采速度，全球的石油资源将在本世纪中叶枯竭。所以，新能源动力汽车日益被人们所关注，其中气动汽车具有良好的发展前景。气动汽车以高压气体作为动力源，驱使气动发动机运动从而驱动汽车。气动汽车携带的储气罐容积有限，为了提高存储能量，延长行驶里程，存储的气体压力高达几十兆帕，而气动发动机的工作压力通常在1MPa左右。所以，压缩气体需减压后再使用，存在高压气体大跨度减压过程。
[0003] 高压气体通常的减压方式为节流减压，使高压气体通过小孔或狭缝，以增大气体摩擦的方式来减小气体压力，节流减压易于实现，但会给气体带来不可逆的能量损失。中国专利CN101201127A提出了一种二级气体减压装置，通过反馈调节来保证出口气压的稳定性，但其仍然采用节流的方式来减小气体压力，造成气体能量损耗，降低了系统能量的利用率。
发明内容
[0004] 本发明的目的在于提供一种容积膨胀式高压气体减压系统，能够实现高压气体大跨度减压，并使减压后的压力在相对较小范围内波动，同时大大减小高压气体减压过程中的能量损失。
[0005] 实现本发明目的的技术解决方案为：一种容积膨胀式高压气体减压系统，包括高压储气罐、压力感应器、第一电磁换向阀、第二电磁换向阀、第三电磁换向阀、第一级减压系统、第二级减压系统、第三级减压系统和控制器。高压储气罐出口安装一个压力感应器，再通过导气管与第一电磁换向阀的单通端连接，第一电磁换向阀双通端的第一端口通过导气管与第二电磁换向阀的单通端连接，第一电磁换向阀双通端的第二端口通过导气管与第一级减压系统连接，第二电磁换向阀双通端的第一端口通过导气管与第三电磁换向阀的单通端连接，第二电磁换向阀双通端的第二端口通过导气管与第二减压系统连接，第三电磁换向阀双通端的第一端口连接一根导气管，作为减压气体的出气口，第三电磁换向阀双通端的第二端口通过导气管与第三减压系统连接。压力感应器、第一级减压系统、第二级减压系统、第三级减压系统、第一电磁换向阀、第二电磁换向阀和第三电磁换向阀分别通过导线与控制器连接，用于将信号传输到控制器。
[0006] 本发明与现有技术相比，其显著优点：（1）本发明采用多级降压，在气罐压力改变的情况下，可通过传感器反馈控制，将不同减压比的气缸组合串联或单独使用，从而保证出口压力稳定在一定范围内；（2）减压时气体膨胀所做的功绝大部分用于将有杆腔中的气体压回至气罐或上级气缸，能量损失较小；（3）高压气体流动过程由开关阀进行控制，相比节流减压方式，能量损失较小；（4）在减压过程中，有可能采用热交换方式吸收外界能量，有利于提高系统能量利用率。
附图说明
[0007] 图1是本发明所提出的一种膨胀式高压气体减压系统示意图。
[0008] 图2是本发明的单级减压系统示意图。
[0009] 具体实施方式
[0010] 下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
[0011] 结合图1，一种容积膨胀式高压气体减压系统，包括高压储气罐1、压力感应器2、第一电磁换向阀15、第二电磁换向阀16、第三电磁换向阀17、第一级减压系统、第二级减压系统、第三级减压系统和控制器18。高压储气罐1出口安装一个压力感应器2，再通过导气管与第一电磁换向阀15的单通端连接，第一电磁换向阀15双通端的第一端口19通过导气管与第二电磁换向阀16的单通端连接，第一电磁换向阀15双通端的第二端口20通过导气管与第一级减压系统连接，第二电磁换向阀16双通端的第一端口21通过导气管与第三电磁换向阀17的单通端连接，第二电磁换向阀16双通端的第二端口22通过导气管与第二级减压系统连接，第三电磁换向阀17双通端的第一端口23连接一根导气管，作为减压气体的出气口，第三电磁换向阀17双通端的第二端口24通过导气管与第三级减压系统连接。压力感应器2、第一级减压系统、第二级减压系统、第三级减压系统、第一电磁换向阀15、第二电磁换向阀16和第三电磁换向阀17分别通过导线与控制器18连接，用于将信号传输到控制器。
[0012] 结合图2，第一级减压系统包括第一气缸3、第一电磁感应器6、第四电磁感应器9和第一电磁开关阀12，第四电磁感应器9用螺栓固定在第一气缸3外壁的无杆腔顶端，第一电磁感应器6用螺栓固定在第一气缸3外壁距离有杆腔顶端1/4位置处。第一电磁开关阀12通过导气管一端与第一气缸3的无杆腔连接，另一端与第一气缸3的有杆腔连接，与第一气缸3的有杆腔连接的导气管上分出支管与第一电磁换向阀15双通端的第二端口20连接。第一气缸3的无杆腔通过导气管与连接第一电磁换向阀15和第二电磁换向阀16的导气管相连。第一电磁感应器6、第四电磁感应器9和第一电磁开关阀12通过导线分别与控制器18连接。第一气缸3的无杆腔和有杆腔的外壁顶端均靠近端盖。
[0013] 第二级减压系统包括第二气缸4、第二电磁感应器7、第五电磁感应器10和第二电磁开关阀13，第五电磁感应器10用螺栓固定在第二气缸4外壁的无杆腔顶端，第二电磁感应器7用螺栓固定在第二气缸4外壁距离有杆腔顶端1/4位置处。第二电磁开关阀13通过导气管一端与第二气缸4的无杆腔连接，另一端与第二气缸4的有杆腔连接，与第二气缸4的有杆腔连接的导气管上分出支管与第二电磁换向阀16双通端的第二端口22连接。第二气缸4的无杆腔通过导气管与连接第二电磁换向阀16和第三电磁换向阀17的导气管相连。第二电磁感应器7、第五电磁感应器10和第二电磁开关阀13通过导线分别与控制器
18连接。第二气缸4的无杆腔和有杆腔的外壁顶端均靠近端盖。
[0014] 第三级减压系统包括第三气缸5、第三电磁感应器8、第六电磁感应器11和第三电磁开关阀14，第六电磁感应器11用螺栓固定在第三气缸5外壁的无杆腔顶端，第三电磁感应器8用螺栓固定在第三气缸5外壁距离有杆腔顶端1/4位置处。第三电磁开关阀14通过导气管一端与第三气缸5的无杆腔连接，另一端与第三气缸5的有杆腔连接，与第三气缸5的有杆腔连接的导气管上分出支管与第三电磁换向阀17双通端的第二端口24连接。第三气缸5的无杆腔通过导气管与第三电磁换向阀17双通端的第一端口23连接。第三电磁感应器8、第六电磁感应器11和第三电磁开关阀14通过导线分别与控制器18连接。第三气缸5的无杆腔和有杆腔的外壁顶端均靠近端盖。
[0015] 本发明的工作过程如下：
[0016] 在工作过程中，第一级减压系统、第二级减压系统、第三级减压系统可以单级减压系统工作，可以两级减压系统同时工作，也可以三级减压系统同时工作。
[0017] 高压储气罐1内的气体通过第一电磁换向阀15后有两种结果：一是进入第一级减压系统进行减压，并将减压后的气体通入第二电磁换向阀16，二是直接通入第二电磁换向阀16；气体通过第二电磁换向阀16后有两种结果：一是进入第二级减压系统进行减压，并将减压后的气体通入第三电磁换向阀17，二是直接通入第三电磁换向阀17；气体通过第三电磁换向阀17后有两种结果：一是进入第三级减压系统进行减压，并将减压后的气体导出，作为最终减压后的气体使用，二是直接导出，作为最终减压后的气体使用。
[0018] 在第一级减压系统参与减压的过程中，第一气缸3的有杆腔始终与储气罐保持连通。在工作时，随着无杆腔内气体的排出，活塞向第四电磁感应器9移动，当气体快排净、活塞移至第四电磁感应器9附近时，第四电磁感应器9被激发，并传出信号将第一电磁开关阀12开启，储气罐内的高压气体快速进入无杆腔并自由膨胀推动活塞向第一电磁感应器6移动，当活塞移动一段距离时，激发第一电磁感应器6，传出信号将第一电磁开关阀12关闭，无杆腔内的气体通过自由膨胀减压达到平衡状态并作为减压后的气体被导出，如此循环。
[0019] 在第二级减压系统参与减压的过程中，第二气缸4的有杆腔始终与上一级减压系统的气缸的无杆腔或储气罐保持连通。在工作时，随着无杆腔内气体的排出，活塞向第五电磁感应器10移动，当气体快排净、活塞移至第五电磁感应器10附近时，第五电磁感应器10被激发，并传出信号将第二电磁开关阀13开启，储气罐内的高压气体快速进入无杆腔并自由膨胀推动活塞向第二电磁感应器7移动，当活塞移动一段距离时，激发第二电磁感应器7，传出信号将第二电磁开关阀13关闭，无杆腔内的气体通过自由膨胀减压达到平衡状态并作为减压后的气体被导出，如此循环。
[0020] 在第三级减压系统参与减压的过程中，第三气缸5的有杆腔始终与上一级减压系统的气缸的无杆腔或储气罐保持连通。在工作时，随着无杆腔内气体的排出，活塞向第六电磁感应器11移动，当气体快排净、活塞移至第六电磁感应器11附近时，第六电磁感应器11被激发，并传出信号将第三电磁开关阀14开启，储气罐内的高压气体快速进入无杆腔并自由膨胀推动活塞向第三电磁感应器8移动，当活塞移动一段距离时，激发第三电磁感应器8，传出信号将第三电磁开关阀14关闭，无杆腔内的气体通过自由膨胀减压达到平衡状态并作为减压后的气体被导出，如此循环。
[0021] 实施例：
[0022] 高压储气罐1中为高压气体，设定初始时，高压储气罐1内气体压力为30Mpa，为了使出气口气体压力维持在1MPa左右，将减压比分别为1/2、1/3、1/5的第一气缸3、第二气缸4、第三气缸5串联，第一电磁换向阀15、第二电磁换向阀16、第三电磁换向阀17用以控制各个气缸的连接，图中所示为三个气缸串联状态，此时系统的总降压比为1/30，高压储气罐1中的高压气体经过第一级减压系统进行一级减压，一级减压后的气体再通入第二级减压系统进行二级减压，二级减压后的气体再通入第三级减压系统进行三级减压，在高压储气罐1内气体压力为21-30MPa时，出口气体压力为0.7-1Mpa 。在使用过程中，随着高压储气罐1内气体的消耗，气体的压力会逐渐减小，此时安装在高压储气罐1上的压力感应器2会将压力信号输入控制器18，控制器18按照设定的程序控制第一电磁换向阀15、第二电磁换向阀16、第三电磁换向阀17的切换来改变管路连接，如当高压储气罐1内压力降到12-21Mpa时，控制系统将第一电磁换向阀15接通到左位，则第一级减压系统闲置，高压储气罐1内气体直接进入第二级减压系统，第二级减压系统变为一级气减压系统，第三级减压系统成为二级减压系统，此时系统的总降压比为1/15，出口气体压力为0.8-1.4MPa。所以先确定不同气体压力下气缸的连接方式，并将其存入程序中，在工作过程中通过控制器
18控制电磁换向阀自动切换气缸之间的链接。利用本发明所设计的减压装置，在高压储气罐1内气体压力不断改变的情况下，出口气体压力都保持在稳定范围内。
