專利名稱：用于從低溫儲存容器輸送壓縮氣體的系統(tǒng)和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于從低溫儲存容器輸送壓縮氣體的系統(tǒng)和方 法。具體而言，所公開的系統(tǒng)和方法通過控制一個用于低溫流體的泵 使得氣體的溫度不會下降到預定溫度以下，來減少系統(tǒng)中的熱沖擊。
背景技術：
在低溫溫度下，氣體可以以液化形態(tài)儲存在儲存容器中，以獲得 比以氣相儲存的相同氣體高的儲存密度。例如，當氣體用作車輛的燃 料時，由于車輛上可以用于儲存燃料的空間通常是有限的，所以期望 更大的儲存密度。
以液化形態(tài)儲存氣體的另一優(yōu)點在于容器的制造和運營成本較
低。例如，可以設計儲存容器，使其以小于2 MPa (約300 psig)的 飽和壓力在低溫溫度下儲存液化氣體。壓縮氣體通常儲存在大于20 MPa (大約3000 psig)的壓力下，但是適用于以如此高的壓力儲存氣 體的容器所需要的結構強度會增加該容器的重量和/或成本。此外，由 于以氣相儲存的氣體的儲存密度較低，如果以氣相存儲氣體，保存相 同摩爾量的氣體的容器的尺寸和/或數(shù)量必須較大，這增加了重量和安 裝儲存容器所需的成本和空間。如果容器用于移動式應用中，由于額
外的重量增加了車輛所運載的負載，所以額外的重量也增加了運營成 本。對于相同摩爾量的氣體，在高壓下以氣相保存氣體的儲存容器的 重量可以是在低壓下以液化形態(tài)保存相同氣體的儲存容器的重量的2 至5倍。
所希望的儲存液化氣體的溫度取決于具體的氣體。例如，在大氣 壓力下，可以在負160攝氏度的溫度下以液化形態(tài)儲存天然氣，可以 在大氣壓力下在負253攝氏度的溫度下以液化形態(tài)儲存諸如氬氣的較 輕氣體。如任意的液體那樣，通過在較高的壓力下保存液化氣體，可 以提高液化氣體的沸點溫度。術語"低溫溫度"在此用于描述低于負 100攝氏度的溫度，在該溫度下給定的氣體可以在小于2 MPa (大約300psig)的壓力下以液化形態(tài)儲存。為了以低溫溫度保存液化氣體， 儲存容器限定一個絕熱低溫空間(cryogen space)。用于保存液化氣 體的儲存容器是已知的，并且已經(jīng)開發(fā)了用于從這些容器移走液化氣 體的許多方法和相關設備。
當氣體被以低溫溫度儲存并且最終用戶在高于零攝氏度的溫度以 氣態(tài)形式使用該氣體時，系統(tǒng)面臨的一些難題包括將氣體無過度熱沖 擊地供應至輸送系統(tǒng)內(nèi)的部件、減小用于熱循環(huán)的溫度范圍以及防止 熱交換流體在汽化器內(nèi)凍結。對于熱循環(huán)，溫度范圍越寬，對遭受該 溫度周期性變化的諸如彈性密封件的系統(tǒng)部件越不利，這會縮短這些 部件的壽命周期。在用于燃燒氣體燃料的車輛發(fā)動機的低溫燃料儲存 系統(tǒng)的實例中，發(fā)動機冷卻劑可被用作汽化器內(nèi)的熱交換流體，以加 熱燃料和調(diào)節(jié)其溫度。但是，車用燃料系統(tǒng)必須能夠在一定范圍的運 行條件下運行，并且在某些條件下，例如當發(fā)動機低于正常運行溫度 時啟動時，或者如果用于將燃料汽化的汽化器有問題，發(fā)動機冷卻劑 可能不能夠提供足夠的熱能來將所輸送的燃料的溫度保持在需要的溫 度之上，從而導致一個更寬的熱循環(huán)溫度范圍、對系統(tǒng)部件的熱沖擊， 以及由于燃料溫度和密度的變化性更大而使得燃料燃燒更難控制。如 果不采取措施來避免所輸送燃料的溫度降到閾值溫度水平以下，這會 使系統(tǒng)遇到其它問題。例如，由于涉及到低溫溫度，空氣中的水分會 被凍結，使冰在燃料系統(tǒng)部件上積聚。此外，如果以低于正常的溫度 向汽化器提供熱交換流體，由于低溫流體會以至少低到-160攝氏度的 溫度進入汽化器，所以在該汽化器內(nèi)熱交換流體也有凍結的危險。如 果下游部件凍結或者熱交換流體凍結，如果只使用來自汽化器的熱融 化堆積的冰或者凍結的熱交換流體，所述下游部件或者熱交換流體解 凍需要長的時間，并且這一問題會通過凍結的熱交換流體限制熱交換 流體流過汽化器而惡化。熱沖擊、熱循環(huán)和凍結中的每一個都可能對 系統(tǒng)部件產(chǎn)生永久性損害和/或使系統(tǒng)性能下降。
因此，為了提高從低溫儲存容器輸送壓縮氣體的系統(tǒng)的操作性、 耐久性和壽命周期，需要防止熱沖擊、輸送系統(tǒng)部件的凍結、汽化器 內(nèi)熱交換流體的凍結，并需要減小熱循環(huán)的溫度范圍。

發(fā)明內(nèi)容
提供了一種從低溫儲存容器泵取過程流體并且將該過程流體以氣
相輸送至最終用戶的方法。該方法包括
當從泵的下游測得的過程流體壓力低于一個預定低壓閾值時，啟 動泵并且從儲存容器泵取過程流體，從而使該過程流體增壓；
當過程流體壓力高于一個預定高壓閣值時使該泵停止；
將該過程流體從該泵導向汽化器并且從熱交換流體向該過程流體 傳遞熱，以將該過程流體從液化形態(tài)轉化成氣相；
將該過程流體從該汽化器輸送至最終用戶；以及
在該過程流體排出該汽化器之后測量過程流體溫度，并且在過程 流體溫度在預定閾值溫度以下時暫時中止該泵的運行，并且如果至少 一個預定義使能條件被滿足并且過程流體壓力小于該預定高壓閾值， 當該泵已經(jīng)被中止時重新啟動該泵。
本發(fā)明還提供了一種從低溫儲存容器泵取過程流體并且將所述過 程流體以氣相輸送至最終用戶的方法，該方法包括
當從泵的下游測得的過程流體壓力低于一個預定低壓閾值時，啟 動該泵并且從儲存容器泵取過程流體，從而使該過程流體增壓；
當該過程流體壓力高于一個預定高壓閾值時使該泵停止；
將該過程流體從該泵導向汽化器并從熱交換流體向該過程流體傳 遞熱，以將該過程流體從液化形態(tài)轉化成氣相；
將該過程流體從該汽化器輸送至最終用戶；
在該過程流體排出該汽化器之后測量過程流體溫度，并且在以下 條件時暫時中止該泵的運4亍
(i)過程流體溫度在一個預定閾值溫度以下時；或者 (ii )在預定數(shù)量的連續(xù)泵循環(huán)內(nèi)過程流體溫度在一個預定閾值 溫度以下時；以及
如果至少一個預定義使能條件被滿足并且過程流體壓力小于該預 定高壓闊值，重新啟動該已經(jīng)被中止的泵。
在此公開中，對由于過程流體壓力處于或高于一個預定高壓閾值 而已經(jīng)被"停止，，的泵和由于過程流體溫度低于一個預定閾值溫度而 被暫時"中止"的泵進行了區(qū)分。當泵被停止時，該方法不試圖重新啟動該泵，直到過程流體壓力降低到預定低壓閾值。當泵被暫時"中 止"時，當至少一個使能條件被滿足并且該過程流體壓力小于該預定 高壓閾值時，該泵可被重新啟動。
除了用于在泵已經(jīng)被中止運行時重新啟動該泵的使能條件，本方 法還可以包括用于暫時中止泵的運行的其它條件。例如，該方法可以 包括直到在預定數(shù)量的連續(xù)泵循環(huán)內(nèi)過程流體溫度在預定閾值溫度以 下時才中止泵的運行。用于該用于暫時中止泵的運行的附加條件的連
續(xù)泵循環(huán)數(shù)量是一個預定數(shù)量，并且可以低至2。對于溫度傳感器易 于產(chǎn)生錯誤溫度讀數(shù)的系統(tǒng)，增加這一條件是有利的，不然該錯誤溫 度讀數(shù)會引起泵的運行被不必要地中止。
當泵的運行被暫時中止時，該方法使用 一個或多個預定義使能條 件來確定何時重新啟動該泵。所有這些所公開的預定義使能條件涉及 防止在管道內(nèi)的過程流體的溫度下降到預定溫度閾值以下的策略。例 如，無論何時由于過程流體溫度在預定閾值溫度以下而暫時中止泵的 運行時，當該泵已經(jīng)被中止了預定最小長度的時間時，預定義使能條 件中的一個可以被滿足。在泵的運行被中止的同時，該施加的延遲為 在汽化器內(nèi)的過程流體提供了更長的滯留時間，有助于將過程流體加 熱到在預定溫度闊值以上的溫度。在該預定最小長度的時間已流逝之 后，如果過程流體壓力仍然在預定高壓閾值以下，可以重新啟動泵。 另一使能條件可以與過程流體的溫度直接相關。例如，當汽化器下游 的管道內(nèi)的過程流體溫度高于閾值溫度時，或者如果汽化器自身內(nèi)的 過程流體溫度高于另一預定溫度，該預定義使能條件中的一個可被滿 足。當熱交換流體具有的從汽化器下游測得的溫度高于一預定溫度時， 又一個使能條件可被滿足。
在一個優(yōu)選方法中，過程流體是燃料，并且該方法還包括將該燃 料輸送至內(nèi)燃機的燃燒室。由于所公開的系統(tǒng)中的泵能夠?qū)怏w加壓 至高壓，所以該方法尤其適用于其中至少一些燃料通過燃料噴射閥被 直接噴入到燃燒室中的系統(tǒng)。在該優(yōu)選的方法中，當過程流體是用于 發(fā)動機的燃料時，熱交換流體可以是發(fā)動機冷卻劑，其中該方法還包 括將發(fā)動機冷卻劑從發(fā)動機冷卻系統(tǒng)導向汽化器。在此實施方案中， 優(yōu)選地，該方法包括將發(fā)動機冷卻劑從發(fā)動機的冷卻套的出口導向汽化器。較熱的熱交換流體溫度會提高汽化器的效率，因此優(yōu)選的是， 在發(fā)動機冷卻劑已通過流過發(fā)動機的冷卻套而被加熱之后將它導向汽 化器。
該方法可適用于具有多個儲存容器的系統(tǒng)，每個儲存容器具有相 應的泵和汽化器。對于具有兩個儲存容器的系統(tǒng)，對于上述所公開的 方法，上述儲存容器是兩個儲存容器中的第一儲存容器，上述泵是兩 個泵中的第一泵，上述汽化器是兩個汽化器中的第一汽化器。對于此
系統(tǒng)，該方法還可以包括
當該第一泵的運行被暫時中止、第二泵的至少一個預定義使能條 件被滿足并且第二泵的下游的過程流體壓力在一個預定高壓閾值以下 時，啟動第二泵并且從第二儲存容器泵取過程流體，從而使該過程流
體增壓；
當該過程流體壓力大于該預定高壓閾值時使該第二泵停止；
將該過程流體從第二泵導向第二汽化器并且從熱交換流體向該過
程流體傳遞熱，以將該過程流體從液化形態(tài)轉化成氣相； 將該過程流體從該第二汽化器輸送至最終用戶；以及 在該過程流體排出該第二汽化器之后測量過程流體溫度，并且當
該第二汽化器下游的過程流體溫度在預定闊值溫度以下時暫時中止該
第二泵的運行，并且如果第一泵的至少一個預定義使能條件被滿足并 且過程流體壓力小于該預定高壓閾值，重新啟動該第一泵。
對于具有多個儲存容器的系統(tǒng)，每一個儲存容器具有相應的泵和 汽化器，上述方法還可以包括
當?shù)谝槐玫倪\行被暫時中止、第二泵的至少一個預定義使能條件 被滿足并且第二泵下游的過程流體壓力在預定高壓閾值以下時，啟動 第二泵并且從第二儲存容器泵取過程流體，從而使該過程流體增壓；
當該過程流體壓力大于該預定高壓閾值時使該第二泵停止；
將該過程流體從第二泵導向第二汽化器并且從熱交換流體向該過 程流體傳遞熱，以將該過程流體從液化形態(tài)轉化成氣相；
將該過程流體從該第二汽化器輸送至最終用戶；
在該過程流體排出該第二汽化器之后測量過程流體溫度，并且當 該第二汽化器下游的過程流體溫度在預定閾值溫度以下時暫時中止該第二泵的運行；
如果用于重新啟動該第一泵的至少一個預定義使能條件被滿足、 該第二泵被暫時中止并且過程流體壓力小于該預定高壓閾值，重新啟 動該第一泵；以及
如果用于重新啟動該第二泵的至少一個預定義使能條件被滿足、 該第一泵被暫時中止并且過程流體壓力小于該預定高壓閾值，重新啟 動該笫二泵。
在包括多個泵的系統(tǒng)中，以下情況下用于重新啟動一個已經(jīng)被中 止運行的泵的使能條件中的一個可以被滿足當該系統(tǒng)中的該多個泵 中的另一個泵執(zhí)行了前一個泵沖程時。也就是說，當這些泵是并行運 行的往復式活塞泵時，當該被中止的泵已經(jīng)空閑了至少另 一個泵完成 一個伸展(extension)和收縮沖程所用的時間時，上述預定義^f吏能條 件被滿足。在某些實施方案中，用于重新啟動泵的附加的預定義使能 條件與使得一個被中止的泵保持空閑 一段預定最小長度的時間相關。 因此，在該方法的這些實施方案中，即使不同的泵執(zhí)行完前一個泵沖 程，控制器也被編程為保持被中止的泵空閑，直到該附加的使能條件 被滿足。也就是說，當該被中止的泵已經(jīng)空閑了一段預定最小長度的 時間時，此附加-使能條件被滿足，并且在該預定最小長度的時間已經(jīng) 流逝之后，該被中止的泵可以^皮重新啟動。
該方法可包括其它用于重新啟動被中止的泵的預定義使能條件。 例如，用于重新啟動被中止的泵的另一個預定義使能條件可以與過程 流體溫度相關。當從該被中止的泵的下游測得的過程流體溫度高于該 預定溫度閾值時，該預定義使能條件被滿足。當在與該被中止的泵相 關的汽化器內(nèi)測得的過程流體溫度在一個預定溫度以上時，另一個用 于重新啟動泵的預定義使能條件被滿足，該預定義使能條件也與過程 流體溫度相關。優(yōu)選地，該預定溫度高于該預定閾值溫度，使得重新 啟動該被中止的泵會將更熱的過程流體引入汽化器下游的管道中。該 方法的此實施方案需要與每個汽化器相關的溫度傳感器，以測量相應 的汽化器內(nèi)的過程流體溫度并且向控制器發(fā)送表示該溫度的信號供處 理。
用于重新啟動已經(jīng)被中止的泵的又一預定義使能條件可以與熱交
12換流體的溫度相關。當在與該被中止的泵相關的汽化器的出口處測得 的熱交換流體溫度在一個預定溫度以上時，該預定義使能條件可以被 滿足。熱交換流體的溫度可以是對汽化器內(nèi)的過程流體溫度的間接指 示，并且類似于在直接測量汽化器內(nèi)的過程流體溫度的實施方案中， 用于重新啟動一個被中止的泵的使能條件可以是汽化器內(nèi)的過程流體 溫度大于預定閾值溫度。
提供了 一種流體輸送系統(tǒng)，其包括相互協(xié)同運作來儲存液化過程 流體并且將該過程流體以氣相輸送至最終用戶的部件。在一個優(yōu)選實
施方案中，該流體輸送系統(tǒng)包括
儲存容器，其用于在低溫溫度下保存液化過程流體；
泵，其具有與該儲存容器內(nèi)的低溫空間流體連通的吸入口；
汽化器，其具有與該泵的排出口流體連通的入口，該汽化器包括
用于從熱交換流體向該過程流體傳遞熱能的熱交換器，從而可使用該
熱能來將液化過程流體轉化成氣相；
與該汽化器的出口流體連通的管道，其用于將過程流體輸送至最
終用戶；
置于該管道內(nèi)的溫度傳感器，其用于測量過程流體溫度以及發(fā)送
表示該過程流體溫度的電子信號；
置于該管道內(nèi)的壓力傳感器，其用于測量過程流體壓力以及發(fā)送 表示過程流體壓力的電子信號；以及
控制器，其與該溫度傳感器和壓力傳感器通信，其中該控制器是 可編程的，以響應于過程流體溫度和壓力來控制泵的運行，從而該控 制器
當過程流體壓力在一個預定低壓閾值以下時命令該泵運行； 當過程流體壓力在一個預定高壓閾值以上時命令該泵停止； 當過程流體溫度小于一個預定閾值溫度時命令該泵暫時中止運
行，此暫時中止運行的命令優(yōu)先于基于過程流體壓力來運行泵的命令；
以及
如果至少一個預定義使能條件被滿足并且過程流體壓力小于該預 定高壓閾值，命令該被中止運行的泵重新啟動。
可將控制器編程，使得所述預定義使能條件之一規(guī)定，被暫時中止的泵空閑至少一段預定最小長度的時間。在另一實施方案中，控制 器可被編程為將泵的運行一直中止到管道內(nèi)的過程流體溫度在該預定 閾值溫度以上。在另一個實施方案中，該系統(tǒng)還可以包括一個溫度傳 感器，該溫度傳感器被置于汽化器內(nèi)的過程流體通道內(nèi)，可以從該溫 度傳感器向控制器發(fā)送表示該過程流體溫度的電子信號。在此實施方 案中，當汽化器內(nèi)的過程流體溫度在一個預定溫度以上時，被編程到 控制器中的一個預定義使能條件被滿足。在又一實施方案中，該系統(tǒng) 還可以包括一個溫度傳感器，該溫度傳感器被置于用于將熱交換流體 排出汽化器的排出管道內(nèi)或者附近。該溫度傳感器測量熱交換流體的 溫度并且發(fā)送表示測得的溫度的電子信號。在此實施方案中，控制器 可被編程為保持泵空閑， 一直到熱交換流體具有在一個預定溫度以上 的溫度?？刂破骺杀痪幊虨槭褂蒙鲜龃_定何時重新啟動已經(jīng)被暫時中 止運行的泵的方法中的一種或者它們的組合。
優(yōu)選地，所7>開的流體輸送系統(tǒng)還包括蓄壓器(accumulator )容 器，該蓄壓器容器用于保存汽化器下游和最終用戶上游的壓縮氣體。 蓄壓器容器有助于確保壓縮氣體的足夠供應，特別是當最終用戶消耗 氣體的速度可變化時，以及當待運行的泵的可用性取決于諸如汽化器 下游的過程流體溫度、過程流體流速和熱交換流體溫度等因素時。
優(yōu)選地，該流體輸送系統(tǒng)還包括與該管道相關的壓力調(diào)節(jié)器，該 壓力調(diào)節(jié)器用于在氣體被輸送至最終用戶之前調(diào)節(jié)氣體壓力。對于某 些系統(tǒng)，由于在系統(tǒng)運行過程中輸送壓力并不重要，因此不需要壓力 調(diào)節(jié)器。例如，用來用高壓氣體充滿壓力容器的系統(tǒng)不需要調(diào)節(jié)器， 因為該系統(tǒng)一直運行到該壓力容器被充滿；壓力隨著該壓力容器被 填充而提高，并且當該壓力容器內(nèi)的壓力達到所希望的壓力時系統(tǒng)停 止。但是，在其他系統(tǒng)中，例如在用于內(nèi)燃機的燃料輸送系統(tǒng)中，由 于被輸送至最終用戶的氣體的壓力對于控制被輸送至發(fā)動機的燃料量 是重要的，因此需要壓力調(diào)節(jié)器。
在流體輸送系統(tǒng)的一個優(yōu)選實施方案中，最終用戶是內(nèi)燃機，過 程流體是可燃燃料，管道將燃料輸送至燃料噴射閥。在一個優(yōu)選實施 方案中，燃料噴射閥具有布置在發(fā)動機的燃燒室內(nèi)的噴嘴，從而燃料 可被直接引入到發(fā)動機的燃燒室中。在此優(yōu)選實施方案中，該發(fā)動機可以是車輛的原動機。熱交換流體可以是發(fā)動機冷卻劑，并且該系統(tǒng) 還可以包括將發(fā)動機的冷卻套連接至汽化器的熱交換流體入口的管 路。
在該流體輸送系統(tǒng)的一個優(yōu)選實施方案中，泵被置于儲存容器的 低溫空間內(nèi)。這有助于將泵室保持在低溫溫度，使得在啟動系統(tǒng)時不 需要冷卻該泵。
上述儲存容器、泵和汽化器各可以是多個并行布置的同類部件中 的一個，每個汽化器包括與用于將過程流體輸送至最終用戶的管道連 通的出口。在此實施方案中，控制器可被編程為，如果至少一個預定 義使能條件被滿足并且過程流體壓力小于該預定高壓闊值，在以下情
況下啟動該多個泵中的空閑的一個泵當該多個泵中的另一個泵的運 行被暫時中止時。汽化器出口中的每一個可以與相應的溫度傳感器相 關，該相應的溫度傳感器用于測量每一個汽化器出口和該管道上游的 相應單向閥之間的過程流體溫度。
如在描述上述方法時以及關于單泵系統(tǒng)所公開的，多泵流體輸送 系統(tǒng)還可以包括附加的溫度傳感器，這些溫度傳感器與汽化器中的每 一個相關，以幫助確定何時重新啟動已經(jīng)^^中止的泵。例如，該系統(tǒng) 還可以包括用于每個汽化器的溫度傳感器，該溫度傳感器測量汽化器 內(nèi)的過程流體溫度，并且控制器可被編程為在以下情況下啟動一個已 經(jīng)被中止的泵的運行如果相應的汽化器內(nèi)的過程流體溫度在一個預 定值以上。在另一個實施方案中，該系統(tǒng)還可以包括用于每個汽化器 的溫度傳感器，該溫度傳感器測量熱交換流體出口附近的熱交換流體 溫度，并且控制器可被編程為在以下情況下啟動一個已經(jīng)被中止的泵 的運行如果相應的汽化器的熱交換流體溫度在一個預定值以上。


圖1是用于內(nèi)燃機的燃料輸送系統(tǒng)的示意圖，該燃料輸送系統(tǒng)具 有置于低溫儲存容器內(nèi)的泵、外汽化器、蓄壓器容器、燃料噴射閥以 及電子控制器。
圖2是類似于圖1的燃料輸送系統(tǒng)的示意圖，但是此實施方案具 有兩個低溫儲存容器，每個低溫儲存容器具有置于其各自的低溫空間內(nèi)的泵以及與每個泵組件結合的汽化器。
圖3是可以與泵組件結合的汽化器的剖面圖。
圖4是示出了用于控制圖1中輸送系統(tǒng)的運行的控制策略的流程圖。
圖5是示出了與圖4中的控制策略相同但具有一些附加步驟的控 制策略的流程圖。
圖6是示出了用于控制圖2中輸送系統(tǒng)的運行的控制策略的流程
圖7是示出了圖2中的輸送系統(tǒng)的控制策略的另一實施方案的流 程圖。
圖8是諸如圖2中示出的系統(tǒng)的、具有兩個泵和兩個汽化器的系 統(tǒng)的汽化器排出口處的燃料溫度以及泵活塞線性位移的曲線圖。對照 相同的時間標度繪制了溫度和線性位移。
具體實施例方式
圖l是液化氣體供應系統(tǒng)100的優(yōu)選應用的示意圖，其中系統(tǒng)100 用于向內(nèi)燃機供應氣體燃料。即，此應用中的過程流體是可燃燃料。 作為示例，在此以與此具體應用相關的方式描述該方法和系統(tǒng)設備。 但是，本領域技術人員將理解，本發(fā)明也適用于其它應用，在這些其 它應用中過程流體在低溫溫度下以液相被儲存，并且必須將該過程流 體汽化和將其輸送至最終用戶，該最終用戶以氣相在高很多的溫度下 使用該過程流體。所公開的系統(tǒng)和方法尤其可用于具有變化的運行條 件的應用，例如，過程流體的流速在寬范圍內(nèi)變化的應用和/或汽化器 內(nèi)的熱交換流體的溫度變化從而影響從熱交換流體到過程流體的傳熱 率的應用。
低溫儲存容器110包括夾壁真空絕熱低溫空間112、泵114一一其 被示為置于低溫空間112內(nèi)、驅(qū)動單元116以及高度(level)傳感器 118。在其它實施方案中，泵114可以置于低溫空間112的外部并且通 過絕熱吸管連接到該低溫空間。泵114可以被設計為以高壓(高于 14MPa)在零攝氏度以上的溫度下向發(fā)動機供應氣體燃料。相應地，由 于所公開的系統(tǒng)能夠以如此高的壓力供應氣體，所以所示出的液化氣體供應系統(tǒng)100尤其適用于向直接噴射式發(fā)動機供應氣體燃料，在該
直接噴射式發(fā)動機中氣體燃料被直接噴入燃燒室內(nèi)，因為在這樣的系 統(tǒng)中的氣體燃料壓力必須高于缸內(nèi)壓力，并且燃料溫度必須不低至不 期望地冷卻燃燒室的程度。
在該示出的實施方案中，驅(qū)動單元116是液壓驅(qū)動的。液壓泵120 通過壓力線路124向流轉換裝置(flow switching device) 122供應 高壓液壓流體，液壓流體通過回流線路126返回到液壓流體儲存器或 者直接回到液壓回路中。流轉換裝置122包括閥門，該閥門用于在壓 力線路124和回流線路126之間將流體連接切換到液壓缸的相對端， 以使置于液壓缸內(nèi)的液壓活塞往復運動。可以使用其它類型的變速驅(qū) 動單元。例如，驅(qū)動單元可以是氣動的、電動的、電磁的或者其它類 型的線性發(fā)動機，或者是具有用于將旋轉運動轉化成線性運動的傳動 裝置——例如曲軸和連桿裝置——的旋轉驅(qū)動單元，而不是液壓驅(qū)動 單元。
從儲存容器110泵取的低溫流體通過管道130排出并且流入到汽 化器132中。汽化器132可操作來升高流體的溫度并且將其轉化成氣 相，使得高壓氣體通過管道135排出汽化器132并且流入燃料調(diào)節(jié)模 塊140。汽化器132典型地是換交換器，該熱交換器被設計為通過從 通過管道133提供的更熱的熱交換流體向低溫流體傳遞熱能來將低溫 流體汽化。在所描述的用于發(fā)動機的燃料輸送系統(tǒng)的實例中，該更熱 的熱交換流體可以是從發(fā)動機的冷卻套導向到管道133的發(fā)動機冷卻 劑。在典型的發(fā)動機中，當發(fā)動機運行在正常的條件下時，冷卻劑從 溫度在80至95攝氏度的發(fā)動機冷卻套排出。發(fā)動機冷卻劑通過管道 134從汽化器132排出并且可以返回到一個儲存器，該發(fā)動機冷卻劑 可以通過發(fā)動機的冷卻系統(tǒng)從該儲存器再循環(huán)。發(fā)動機冷卻劑溫度可 以根據(jù)多個因素變化，這些因素例如是環(huán)境空氣溫度、車輛速度以及 發(fā)動機已經(jīng)運行的時間。如果所有其它的變量保持不變，更冷的發(fā)動 機冷卻劑溫度導致從汽化器132排出的燃料流更冷。本發(fā)明的一個目 的是防止過程流體的溫度降低到預定值以下。
所公開的設備包括溫度傳感器136，該溫度傳感器136測量管道 135內(nèi)的從汽化器132排出的氣體的溫度。該儀器還可任選地包括溫度傳感器132A和溫度傳感器139，該溫度傳感器132A測量在汽化器 132的出口內(nèi)部和附近的過程流體的溫度，該溫度傳感器139測量從 汽化器132排出的熱交換流體的溫度。由傳感器136和/或傳感器132A 和/或傳感器139測得的溫度可以被傳遞到控制器150，該控制器如下 文中討論該方法時所描述的那樣處理該信息。
圖1示出了作為該系統(tǒng)100的部件的蓄壓器容器138。蓄壓器容 器138提供高壓氣體的儲存，其一旦被充滿，通過確保以所希望的壓 力進行足夠的氣體供應，有助于減少氣體壓力的波動。蓄壓器內(nèi)的氣 體壓力可以高于最終用戶所需要的氣體壓力，因此使用壓力調(diào)節(jié)閥來' 在氣體被輸送至最終用戶之前降低氣體壓力。壓力調(diào)節(jié)閥可以是燃料 調(diào)節(jié)模塊140的一部分。分支管道137將管道135流體地連通到蓄壓 器容器138。蓄壓器可以是如圖1所示的容器，但是蓄壓器也可以是 直列容器(in-line vessel )或盤管的形式，或者管道134本身可以 被定尺寸為具有提供足夠儲存容積的直徑以充當蓄壓器。蓄壓器的容 積越大，越容易保持穩(wěn)定的氣體壓力，但是在移動式應用的情況下， 例如在用于車輛發(fā)動機的燃料供應系統(tǒng)的情況下，對蓄壓器的實際尺 寸有限制。盡管如此，利用目前公開的設備和方法，希望某些形式的 蓄壓器確保有足夠的高壓氣體供應。
燃料調(diào)節(jié)模塊140可以執(zhí)行多個功能。如上一段落中所討論的， 燃料調(diào)節(jié)模塊140的一個主要功能可以是控制管道142中的燃料的壓 力，該管道142向燃料噴射閥144供應燃料氣體。燃料調(diào)節(jié)模塊140 可以包括用于測量管道135和/或管道142中的氣體壓力的壓力傳感 器、用于分離固體污染物的過濾器和/或安全裝置，該安全裝置例如是 用于防止燃料管道142過度增壓和/或在發(fā)動機關閉時減低燃料管道 142中的燃料壓力的減壓閥。燃料調(diào)節(jié)模塊140的各部件優(yōu)選地是一 體的，以減少可能產(chǎn)生泄露的連接的數(shù)量，減小尺寸和減少裝配該模 塊所需的勞動。
即使在組成燃料調(diào)節(jié)模塊140的各個部件成一體的情況下，在燃 料調(diào)節(jié)模塊140內(nèi)仍有多個密封件和可動部件，這些密封件和可動部 件如果暴露于低于其規(guī)定運行范圍的溫度下會被永久損害或者遭受壽 命周期的縮短。如果汽化器132下游的部件允許被凍結，會引起進一步的損害或者暫時的不可操作性。例如，如果自汽化器132流動的燃 料的溫度低于零攝氏度，空氣中的水分會被凍結在汽化器132下游的 部件上，導致會阻礙燃料輸送系統(tǒng)運行的水的積聚。
控制器150可以是發(fā)動機控制器的一部分或者是與發(fā)動機控制器 協(xié)同運行的單獨控制器。在一個優(yōu)選實施方案中，控制器150是電子 控制模塊，該電子控制模塊接收表示運行參數(shù)的輸入信號、處理這樣 的輸入信號并發(fā)出控制燃料輸送系統(tǒng)的運行的控制信號。響應于處理 過的輸入信號，控制器150被編程為向液壓泵120、流轉換裝置122 和燃料調(diào)節(jié)模塊140發(fā)送預定控制信號。當控制器150與發(fā)動機控制 器結合時，它也向燃料噴射閥144發(fā)送控制信號。在圖1中，虛線示 出了流向和來自控制器150的信號的路徑。如果在控制器150和給定 的燃料系統(tǒng)部件之間傳送多于一個輸入或控制信號，每一條線可以表 示多條信號線。
圖2是用于氣體燃料式內(nèi)燃機的燃料輸送系統(tǒng)的另一實施方案的 圖解。除了某些例外，燃料輸送系統(tǒng)200類似于圖1中的實施方案， 下文中將指出。在圖2的實施方案中，有多個低溫儲存容器。示出了 兩個儲存容器，即210A和210B，但是如本領域技術人員將理解的， 目前所公開的發(fā)明可以使用任意數(shù)量的儲存容器。每個儲存容器分別 限定其自己的低溫空間212A和212B,每個低溫空間由其自己的相應 泵21"、 n々B運行。單獨的驅(qū)動單元216A和216B可以允許相應的泵 214A和214B獨立運行。在圖2的實施方案中，如參照圖3所描述的， 汽化器被結合到泵組件中。因此，高壓氣體直接從泵組件排出到管道 230中。溫度傳感器236A和236B測量從相應的泵214A和214B排出 的過程流體的溫度。溫度傳感器向控制器250發(fā)送表示測得的溫度的 信號。
在圖2的實施方案中，蓄壓器容器238、燃料調(diào)節(jié)模塊240和燃 料噴射閥244以與關于圖1的實施方案都已經(jīng)描述過的蓄壓器容器 138、燃料調(diào)節(jié)模塊140和燃料噴射閥144相同的方式運行。
圖3是可以被制造為與如關于圖2中的實施方案所描述的泵組件 結合的汽化器的圖解。在標題為"Method and Apparatus For Delivering Pressurized Gas (用于輸送壓縮氣體的方法和設備)"的共同所有的加拿大專利no. 2, 362, 881中公開了一種組合式泵和汽
化器裝置。參照圖3，可充當汽化器300的加熱器可被置于圍繞泵驅(qū)
動軸的環(huán)形空間內(nèi)，同時該空間與低溫空間和泵室所在的冷端絕熱。
從低溫儲存容器泵取的過程流體穿過入口連接件302進入汽化器中，
過程流體從該入口連接件被引入到引入管304中。 一旦進入入口連接
件302，流體就可以仍然處于比熱交換流體的凍結溫度低的低溫溫度。
為了降低凍結熱交換流體的可能性，加熱器引入管304優(yōu)選地將加壓 流體導向靠近熱交換流體首先被引入該加熱器的位置的地方。在圖示
的實施方案中，熱交換流體首先被引入在驅(qū)動頭法蘭(drive head flange) 307附近的內(nèi)加熱池通道306。因此，內(nèi)盤管308的最冷的部 分被暴露于加熱池最熱的部分。
熱交換流體以與流過內(nèi)管狀盤管308然后流過外管狀盤管310的 加壓流體相同的總體方向流過內(nèi)通道306和外通道309。根據(jù)使用該 裝置的具體應用的運行條件，具體地，根據(jù)加壓流體的溫度和熱交換 流體的溫度，確定加熱池內(nèi)的加壓流體盤管的長度，〗吏得加壓流體以 已經(jīng)被加熱到在預定溫度范圍內(nèi)的溫度的氣體的形式從汽化器300排 出。
如上文在討論將所公開的系統(tǒng)應用于向發(fā)動機輸送燃料時已描述 的，當該系統(tǒng)用于該應用時，發(fā)動機冷卻劑是可被輸送至汽化器的合 適并且便利的熱交換流體的例子。在這一實施方案中，在穿過發(fā)動機 的冷卻套之后已經(jīng)被加熱的發(fā)動機冷卻劑可被輸送至汽化器300中的 加熱池，在該加熱池內(nèi)發(fā)動機冷卻劑在返回到發(fā)動機冷卻系統(tǒng)之前祐: 冷卻。在所描述的系統(tǒng)中，被轉移到汽化器的發(fā)動機冷卻劑的量可以 只是總的發(fā)動機冷卻劑流的相對小的 一部分，使得與不向汽化器轉移 任何發(fā)動機冷卻劑的常規(guī)發(fā)動機冷卻系統(tǒng)相比，發(fā)動機冷卻系統(tǒng)內(nèi)的 總體熱平衡沒有顯著的變化。
圖4示出了一種可被用于操作圖1中的系統(tǒng)的方法，并且在對該 方法的描述中，部件標記數(shù)字指的是圖1中示出的部件。該方法從壓 力傳感器測量汽化器132下游的過程流體壓力開始。如參照圖1所述， 壓力傳感器可以是燃料調(diào)節(jié)模塊140的一部分。所測得的壓力被控制 器150監(jiān)測，并且如果過程流體壓力P小于預定低壓閾值P"控制器將此作為啟動泵的總請求。同時，控制器150監(jiān)測來自溫度傳感器136 的測量值，該測量值指示汽化器132下游的過程流體的溫度。如果控 制器150確定Tf不小于閾值溫度Tl，則控制器150命令泵114運行 (stroke)從而提高過程流體壓力。如果控制器150確定Tf小于TL， 則控制器150在命令泵114運行之前施加一預定等待時間t。所施加 的等待時間允許過程流體在汽化器132內(nèi)滯留更長的時間，從而允許 過程流體被加熱更長的時間。在另一實施方案中，代替施加一預定等 待時間，控制器150可被編程為將泵114的運行一直中止到Tf大于Tl。 在泵114運行之后，控制器150確定過程流體壓力P是否小于預定高 壓閾值PH。該方法的這一方面的目的是將過程流體壓力保持在低壓閾 值壓力PL和和高壓闊值壓力Ph之同。在命令另一次泵沖程之前，如果 控制器150確定過程流體壓力P小于高壓閾值壓力Ph，則控制器150 再考察Tf是否小于閾值溫度T"如果Tf小于T"則在過程流體壓力升 高到Ph之前，泵可被暫時中止運行，使得過程流體壓力在Pt和一個在 PL和PH之間的中間壓力之間一直循環(huán)，直到Tf在將過程流體壓力升高 到Ph所需要的泉沖程次數(shù)內(nèi)保持比Tl高。當控制器150確定過程流體 壓力P不小于PH時，控制器150返回到開始并等待， 一直到過程流體 壓力P小于P"
圖5示出了運行圖1的系統(tǒng)的另一種方法。圖5中的方法包括圖 4中方法的所有步驟，但具有一些附加步驟。在控制器150確定Tf小 于Tl之后，控制器150使用計數(shù)器來計算n-n+l?？刂破?50將n是 否大于預定數(shù)N作為確定它是否將暫時中止泵114的運行的進一步條 件。以此方式使用計數(shù)器，有助于控制器150篩選出錯誤的溫度讀數(shù)， 使得只有過程流體溫度Tf在N個連續(xù)泵循環(huán)內(nèi)小于TL,泵114才被中 止運行。如果使用計數(shù)器，由于允許泵以小于TY的Tf運行N次連續(xù)泵 循環(huán)，為預見過程流體溫度Tf降到低于閾值溫度TL， TY的值可以被設 定為比不使用計數(shù)器時的高。
在控制器150確定n大于N之后，控制器150在將n重置為零然 后命令泵運行之前可以施加一個預定等待時間，或者如圖5所示，該 方法還可任選地包括其它附加步驟，這些步驟涉及到考察熱交換流體 或者在汽化器內(nèi)的過程流體的溫度。熱交換流體的溫度可以通過溫度傳感器139測得和/或汽化器132內(nèi)的過程流體溫度可以通過溫度傳感 器132A測得。參照圖5，通過該特征，控制器150施加一延遲，以直 到等待時間大于預定最大等待時間Ux，或者直到熱交換流體溫度L 大于預定最小溫度Tm，才將n重置為零并且運行泵114。如果溫度Tc 不大于乙，并且等待時間小于Ux，控制器150繼續(xù)中止泵114的運行。 如果控制器在總等待時間大于t固之前確定T。大于TD，控制器150可 以立即將計數(shù)器重置為零，并且如果需要，控制器150然后可以命令 泵114運行以提高過程流體壓力P并且將其保持在PL和PK之間的范圍 內(nèi)。代替監(jiān)測熱交換流體的溫度，可以應用相同的步驟，通過傳感器 132A來測量汽化器132內(nèi)的過程流體溫度，來代替通過傳感器139測 量熱交換流體溫度，由此泵114不運行， 一直到傳感器132A測得的溫 度高于預定值。
圖6示出了可被用于運行圖2中的系統(tǒng)的方法，該系統(tǒng)具有用于 儲存容器210A、 210B的并行(parallel )布置，泵214A、 214B具有 與泵組件結合的并行汽化器。該方法與圖4和5中的方法的相同之處 在于當過程流體溫度Tf降到預定閾值溫度TL以下時暫時中止泵的運 行，但是利用該并行布置，當一個泵被中止運行時能夠切換到另一個 泵。
類似于圖4和5中的方法，圖6中的方法開始于控制器250通過 檢查過程流體壓力P是否小于預定低壓閾值PL來確定是否需要提高過 程流體壓力。如果過程流體壓力P不小于預定低壓閾值P。則控制器 250在檢查通過在泵214A及其結合的汽化器下游的溫度傳感器236A 測得的溫度Tn之前一直等待，直到過程流體壓力P的確降低到預定低 壓閾值PL以下。如果過程流體壓力P小于Pl，并且控制器250確定Tn 不小于閾值溫度TY,則控制器250命令泵214A (泵l)運行。在運行 泵214A之后，如果控制器250確定過程流體壓力P小于預定高壓閾值 Ph，則控制器250在命令泵214A運行另一沖程前再考察Tn是否小于 T"如果P不小于Ph，則控制器250在重復確定是命令泵214A運行另 一沖程還是切換到泵214B (泵2)的過程之前， 一直等到P小于PL。
如果過程流體壓力P小于Pl并且Tn小于I,則控制器250使泵 214A空閑，并且命令泵214B運行。除了在運行泵214B并且控制器250檢查過程流體壓力P是否小于Ph之后，控制器250在確定哪一個泵運 行之前檢查過程流體溫度Tf2 (不是Tfl)之外——其中通過在泵214B 下游的溫度傳感器236B測量過程流體溫度Tf2，該用于運行泵214B的 過程與用于運行泵214A的過程相同。也就是說，如果P小于Ph,如果 Tf2不小于L,泵214B被命令進行另一次沖程。如果Tf2小于TL，則控 制器250命令泵214A運行。如果在運行泵214B之后過程流體壓力P 不小于Ph，則控制器250在再次考察是命令泵214B運行另一個沖程還 是在U、于L時切換到泵214A之前一直等到P小于Pl。通過此實施 方案，每一個泵空閑的最小時間是另一個泵完成一個伸展和收縮沖程 所用的時間。每一個泵的空閑時間可以長于此最小時間，并且一般長 于該時間，取決于多個系統(tǒng)特征，這些系統(tǒng)特征例如是泵相對于最終 用戶的正常消耗速度的流量(flow capacity)、蓄壓器容器的尺寸以 及汽化器的效率。在以下情況下可以獲得一個泵的更長的空閑時間， 例如，如果另一個泵運行了多個連續(xù)沖程，或者如果另一個泵將過程 流體壓力P提高到Ph并且在P小于PL之前不需要運行任何一個泵。
圖7示出了用于控制圖2的系統(tǒng)的方法的另一實施方案。與兩種 方法都類似，控制器可以根據(jù)過程流體溫度確定何時從一個泵切換到 另一個泵。但是，通過這種方法，即使測得的過程流體溫度小于Tl也
可以使泵運行，如果該泵的空閑時間ti不小于預定最大時間tm的話。
圖7中的方法和圖6中的方法的另一區(qū)別在于，在圖7中的方法中， 當控制器250確定一個泵應該空閑時，在命令另一個泵運行之前，控 制器250考察與另一個泵相關的過程流體溫度是否小于TL或者另一個 泵的空閑時間ti是否小于tm。如果Tn和Tn都小于T"并且兩個泵的 "都小于U"這會產(chǎn)生一個狀態(tài)，在該狀態(tài)下泵214A和214B都空閑， 一直到Tn或Tf2中的一個升高到TY以上或者其中一個泵的ti大于t,。 由于Tn和Tf2通過在汽化器下游的相應傳感器136A和136B測得，所 以當兩個泵都空閑時通過溫度傳感器測得的過程流體溫度可能不會反 映出在汽化器內(nèi)的過程流體的溫度，因為該流體持續(xù)被熱交換流體加 熱并且實際上沒有大量流(mass flow)通過管道230。因此，由于熱 量主要通過傳導而不是通過對流(例如流體流動)被傳遞到靠近傳感 器的過程流體，所以在汽化器內(nèi)的過程流體的溫度會高于靠近溫度傳感器136A和136B的過程流體的下游溫度，并且該狀態(tài)會持續(xù)一長時 間，使Tn和Tf2小于T"因此，對于圖7中的方法，為了克服這一狀 態(tài)，該方法還包括設定一個預定最大空閑時間Ux，從而如果Tn和Tn 都小于Tl，在其中一個泵已經(jīng)空閑至少該最大空閑時間之后，即4吏Tn
和Tn都仍然小于TL該泵也可被允許運行。在其它實施方案中，可以使 用附加的溫度傳感器一一類似于在圖1中所示出的溫度傳感器，以測 量熱交換流體溫度或者汽化器內(nèi)的過程流體溫度，從而如果熱交換流 體溫度或者汽化器內(nèi)的過程流體溫度在預定值之上，其中一個泵可被 允許運行?？刂破骺杀痪幊?，以考察熱交換流體或者在汽化器內(nèi)的過 程流體的溫度，來替代或者結合最大空閑時間控制策略，從而如果熱 交換流體溫度或者相應的汽化器內(nèi)的過程流體溫度之一在一個預定值 以上，即使下游過程流體溫度小于TY并且空閑時間ti小于U"泵也 可4皮允許運行。
在剛剛參照圖6和7描述的方法中，使用了兩個溫度傳感器(236A 和236B)來測量相應的泵/汽化器組件214A和214B下游的過程流體 溫度。如在圖2所圖示的配置中所示出的，溫度傳感器236A和236B 位于在相應的汽化器和止回閥之間的管道內(nèi)，該止回閥防止當一個泵 空閑而另一個泵運行時發(fā)生回流。但是，在另一個實施方案中，可以 只使用一個位于止回閥下游的溫度傳感器。在該實施方案中，可以使 用單個溫度傳感器來監(jiān)測過程流體壓力溫度Tf何時低于預定低溫閾值 T"在此實施方案中，除了用Tf代替Tn和Tf2之外，該方法與圖6和7 所給出的相同。
圖8是一個曲線圖，其進一步示出了一種應用于諸如圖2中的雙 泵系統(tǒng)的雙泵系統(tǒng)的、諸如圖6或圖7所圖解的方法的方法。圖8是 對照時間的過程流體溫度圖。圖8還在同一曲線圖上疊加繪出了對照 相同時間標度的泵活塞位移。豎直軸是在汽化器出口處的以攝氏度計 量的過程流體溫度，水平軸是以秒計量的時間。在此實例中，閾值溫 度L是負40攝氏度并且該閾值溫度在圖8中用水平虛線標出。此曲 線圖示出了當過程流體壓力低于所希望的壓力并且需要若干連續(xù)的泵 沖程來使系統(tǒng)增壓時的啟動模式。如在此公開內(nèi)容中已經(jīng)指出的，這 是一個復雜的運行條件，因為當熱交換流體是發(fā)動機冷卻劑時，如果發(fā)動機組的溫度起初是冷的，發(fā)動機冷卻劑的溫度可能會遠遠低于正 常的運行條件。
在時間零點，兩個泵下游的溫度是大約負5攝氏度。與泵214A和 214B相關的汽化器的各自出口處的過程流體溫度分別用線810和820 表示。由于最初該溫度遠高于兩個泵的閾值溫度TL，并且由于在啟動 時，過程流體壓力P—般小于PL，所以如通過線812在十秒標記處所 顯示的，第一泵214A被命令啟動。線812的峰值表示了泵活塞完全伸 展的時間，而基線示出了活塞完全收縮的時間。線812示出了第一泵 214A運行了六個連續(xù)的泵沖程， 一直到如線810所示，泵214A下游 的溫度下降到閾值溫度Tl以下。然后控制器250命令泵214A暫時中 止運行，由此增加在相關的汽化器內(nèi)的滯留時間，這導致過程流體溫 度升高。在此實例中，過程流體壓力仍然低于所希望的系統(tǒng)壓力，并 且由于如線820所示，第二泵214B下游的過程流體溫度高于閾值溫度 TL,所以如線822所示，控制器250命令第二泵214B運行。類似于線 812，線822上的峰值對應于泵活塞完全伸展的時間，基線對應于泵活 塞完全收縮的時間。開始時，第二泵214B下游的溫度是約負5攝氏度， 但在四個活塞沖程之后，如通過線820所示出的，第二泵214B下游的 過程流體溫度下降到閾值溫度Tl以下，并且控制器250命令第二泵 214B暫時中止運行。在第二泵214B被中止之后，第二泵214B下游的 過程流體溫度開始升高。同時，在第一泵214A已被中止的時間內(nèi)，線 810示出了第一泵214A下游的過程流體溫度已經(jīng)升高到L以上，使得 第一泵214A在需要時能夠隨時被重新啟動。如此實例中所示，當泵 214B被中止時，在大約35秒的標記處，控制器250命令第一泵214A 重新啟動和再次運行。由于第一泵214A下游的過程流體溫度再次低于 閾值溫度TY,所以在第二個沖程之后它被命令停止運行。但是，到此 時，系統(tǒng)壓力已經(jīng)超過高壓設置點Ph，在過程流體壓力下降到預定低 壓閾值Pt時的大約70秒標記之前不會命令進行另一活塞沖程。因為 第一泵214A由于其下游的過程流體溫度低于TY而被繼續(xù)中止，所以 當系統(tǒng)壓力下降到預定低壓閾值以下時，控制器250在大約77秒標記 處命令第二泵214B運行。此時，系統(tǒng)壓力在期望的運行范圍內(nèi)，需要 更小頻率的泵沖程來保持系統(tǒng)壓力，使得過程流體在汽化器內(nèi)能夠有更多的滯留時間。同樣，在發(fā)動機達到其正常運行溫度之后，發(fā)動機
冷卻劑變熱，這也有助于將過程流體溫度保持在閾值溫度Tt以上。
圖8示出了一種極限運行條件，即最初需要連續(xù)的泵取來提高系 統(tǒng)壓力的啟動。圖8也示出了一旦系統(tǒng)被增壓，泵的間歇運行可以足 以保持系統(tǒng)壓力。這些寬范圍變化的條件突出了確定泵的輸出能力、 汽化器的尺寸以及蓄壓器的體積大小對于提高系統(tǒng)操作性的重要性。
大的蓄壓器容積能夠降低泵運行的頻率，使得過程流體在汽化器 內(nèi)能夠有更多的滯留時間。但是，如果蓄壓器容積過大，在啟動時會 難以使系統(tǒng)增壓。在正常運行條件下，當系統(tǒng)壓力降低到低壓閾值PL 時泵被運行，并且只要過程流體溫度保持在閾值溫度Tt以上，就可命 令泵一直運行到系統(tǒng)壓力達到預定高壓設置點，從而將系統(tǒng)壓力保持 在預定高壓設置點和預定低壓闊值之間。但是，在諸如啟動之類的時 候，如果過程流體溫度下降到閾值溫度TY以下，并且在系統(tǒng)壓力達到 高壓設置點之前泵可被暫時中止，系統(tǒng)壓力會在預定低壓闊值和一個 中間系統(tǒng)壓力之間波動。
提供了圖4至7來幫助舉例說明該方法的不同實施方案，同時一 些實施方案包括用于控制泵的運行的附加步驟。在控制策略實現(xiàn)領域 內(nèi)的技術人員將理解，這些步驟不需要按照所描述的順序來獲得相同 結果，并且這些步驟不需要以順序的方式執(zhí)行。也就是說，控制器可 被編程為并行地監(jiān)測若干參數(shù)，例如過程流體溫度、過程流體壓力、 熱交換流體溫度、泵已經(jīng)空閑了多長時間以及在過程流體溫度低于閾 值溫度的情況下已經(jīng)進行了多少次連續(xù)的泵沖程。每一個參數(shù)可以決 定泵是否隨時能夠被運行。在基于將控制器編程來進行監(jiān)測的參數(shù)的 具有兩個泵的系統(tǒng)中，可以允許兩個泵都運行，或者其中一個泵運行， 或者使兩個泵都不運行。當控制器確定需要提高過程流體壓力時，如 果兩個泵都被允許運行，為了確定讓哪一個泵運行，控制器可以基于 其它標準來選擇一個泵，這些其它標準例如是相應的泵性能、相應的 儲存容器內(nèi)的流體高度以及哪一個泵已經(jīng)空閑了更長時間。
雖然已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的特定元件、實施方案和應用，但 是應理解，本發(fā)明并不限于這些特定元件、實施方案和應用，因為本領域技術人員可以在不脫離本公開的范圍的情況下進行修改，尤其是 根據(jù)上述教導進行修改。
權利要求
1. 一種從低溫儲存容器泵取過程流體并且將所述過程流體以氣相輸送至最終用戶的方法，所述方法包括當在一個泵下游測得的過程流體壓力低于一個預定低壓閾值時，啟動所述泵并且從所述儲存容器泵取所述過程流體，從而使所述過程流體增壓；當所述過程流體壓力高于一個預定高壓閾值時使所述泵停止；將所述過程流體從所述泵導向一個汽化器并從一熱交換流體向所述過程流體傳遞熱，以將所述過程流體從液化形態(tài)轉化成所述氣相；將所述過程流體從所述汽化器輸送至所述最終用戶；在所述過程流體從所述汽化器排出之后測量過程流體溫度，并且在以下條件時暫時中止所述泵的運行(i)所述過程流體溫度在一個預定閾值溫度以下時；或者(ii)在預定數(shù)量的連續(xù)泵循環(huán)內(nèi)所述過程流體溫度低于一個預定閾值溫度時；以及如果至少一個預定義使能條件被滿足并且過程流體壓力小于所述預定高壓閾值，重新啟動所述已經(jīng)被中止的泵。
2. 權利要求1的方法，其中當在所述預定數(shù)量的連續(xù)泵循環(huán)內(nèi)所 述過程流體溫度低于所述預定閾值溫度時，所述泵^皮暫時中止。
3. 權利要求1的方法，其中當所述泵已經(jīng)被中止了預定最小長度 的時間時，所述預定義使能條件中的一個被滿足。
4. 權利要求1的方法，其中當所述過程流體具有的在所述汽化器 下游的溫度比所述預定闊值溫度高時，所述預定義使能條件中的一個 被滿足。
5. 權利要求1的方法，其中當所述熱交換流體具有的在所述汽化 器下游測得的溫度在一個預定溫度以上時，所述預定義使能條件中的 一個被滿足。
6. 權利要求1的方法，其中當所述過程流體具有的在所述汽化器 內(nèi)的溫度在一個預定溫度以上時，所述預定義使能條件中的一個被滿 足。
7. 權利要求l的方法，其中所述過程流體是燃料，并且所述方法還包括將所述燃料輸送至內(nèi)燃機的燃燒室。
8. 權利要求7的方法，還包括將至少一些所述燃料通過燃料噴射 閥直接噴射到所述燃燒室內(nèi)。
9. 權利要求7的方法，其中所述熱交換流體是發(fā)動機冷卻劑，并化器。
10. 權利要求9的方法，還包括將所述發(fā)動機冷卻劑從所述發(fā)動機 的冷卻套的出口導向所述汽化器。
11. 權利要求1的方法，其中所述儲存容器是兩個儲存容器中的第 一儲存容器，所述泵是兩個泵中的第一泵，所述汽化器是兩個汽化器 中的第一汽化器，并且所述方法還包括當所述第一泵的運行被暫時中止、第二泵的至少一個預定義使能 條件被滿足并且所述第二泵下游的所述過程流體壓力在所述預定高壓 閾值以下時，啟動所述第二泵并且從第二儲存容器泵取所述過程流體， 從而使所述過程流體增壓；當所述過程流體壓力大于所述預定高壓閾值時，使所述第二泵停止；將所述過程流體從所述第二泵導向第二汽化器并且從所述熱交換 流體向所迷過程流體傳遞熱，以將所述過程流體從液化形態(tài)轉化成所 述氣相；將所述過程流體從所述第二汽化器輸送至所述最終用戶；在所迷過程流體排出所述第二汽化器之后測量過程流體溫度，并 且當所述第二汽化器下游的所述過程流體溫度在所述預定閾值溫度以 下時暫時中止所述第二泵的運行；如果用于重新啟動所述第一泵的至少一個預定義使能條件被滿 足、所述第二泵被暫時中止并且過程流體壓力小于所述預定高壓閾值， 重新啟動所述第一泵；以及如果用于重新啟動所述第二泵的至少一個預定義使能條件被滿 足、所述第一泵被暫時中止并且過程流體壓力小于所述預定高壓閾值， 重新啟動所述第二泵。
12. 權利要求11的方法，其中以下情況下用于重新啟動所述第一和第二泵中的已經(jīng)被中止運行的一個泵的所述預定義使能條件中的一個被滿足當所述第一和第二泵中的另一個泵執(zhí)行了前一個泵沖程時。
13. 權利要求11的方法，其中以下情況下用于重新啟動所述第一 和笫二泵中的已經(jīng)被中止運行的一個泵的所述預定義使能條件中的一個被滿足當在所述被中止的泵下游測得的過程流體溫度高于所述預 定溫度閾值時。
14. 權利要求11的方法，其中以下情況下用于重新啟動所述第一 和第二泵中的已經(jīng)被中止運行的一個泵的所述預定義使能條件中的一個被滿足當所述被中止的泵已經(jīng)空閑了一段預定最小長度的時間時。
15. 權利要求11的方法，其中以下情況下用于重新啟動所述第一 和第二泵中的已經(jīng)被中止運行的一個泵的所述預定義使能條件中的一 個被滿足當在與所述被中止的泵相關的所述汽化器內(nèi)測得的過程流 體溫度在一個預定溫度以上時。
16. 權利要求11的方法，其中以下情況下用于重新啟動所述第一 和第二泵中的已經(jīng)被中止運行的一個泵的所述預定義使能條件中的一個被滿足當在與所述被中止的泵相關的所述汽化器的出口處測得的 熱交換流體溫度在一個預定溫度以上時。
17. —種流體輸送系統(tǒng)，其包括相互協(xié)同運作來儲存液化過程流體 并且將所述過程流體以氣相輸送至最終用戶的部件，所述流體輸送系 統(tǒng)包括儲存容器，其用于在低溫溫度下保存所述液化過程流體； 泵，其具有與所述儲存容器內(nèi)的低溫空間流體連通的吸入口； 汽化器，其具有與所述泵的排出口流體連通的入口，所述汽化器包括用于從熱交換流體向所述過程流體傳遞熱能的熱交換器，從而可使用所述熱能來將所述液化過程流體轉化成所述氣相；與所述汽化器的出口流體連通的管道，其用于將所述過程流體輸送至所述最終用戶；置于所述管道內(nèi)的溫度傳感器，其用于測量過程流體溫度以及發(fā)送表示所述過程流體溫度的電子信號；置于所述管道內(nèi)的壓力傳感器，其用于測量過程流體壓力以及發(fā)送表示過程流體壓力的電子信號；以及控制器，其與所述溫度傳感器和所述壓力傳感器通信，其中所述 控制器是可編程的，以響應于過程流體溫度和壓力來控制泵的運行，從而所述控制器當過程流體壓力在 一 個預定低壓閾值以下時命令所述泵運行； 當過程流體壓力在一個預定高壓閾值以上時命令所述泵停止； 當過程流體溫度小于一個預定閾值溫度時命令所述泵暫時中止運行，此中止運行的命令優(yōu)先于基于過程流體壓力來運行所述泵的命令；以及如果至少一個預定義使能條件被滿足并且過程流體壓力小于所述預定高壓闊值，命令所述被中止運行的泵重新啟動。
18. 權利要求17的流體輸送系統(tǒng)，其中當已經(jīng)被中止的所述泵已 經(jīng)空閑了至少 一段預定最小長度的時間時，所述預定義使能條件中的 一個被滿足。
19. 權利要求17的流體輸送系統(tǒng)，其中當所述管道內(nèi)的所述過程 流體溫度在所述預定閾值溫度以上時，所述預定義使能條件中的一個 -故滿足。
20. 權利要求17的流體輸送系統(tǒng)，還包括置于用于從所述汽化器 排出熱交換流體的排出管道內(nèi)的溫度傳感器，可以從該溫度傳感器向 所述控制器發(fā)送表示所述熱交換流體的溫度的電子信號，并且其中當 所述熱交換流體具有的溫度在一個預定溫度以上時，所述預定義使能 條件中的一個被滿足。
21. 權利要求17的流體輸送系統(tǒng)，還包括置于所述汽化器內(nèi)的過 程流體通道內(nèi)的溫度傳感器，可以從該溫度傳感器向所述控制器發(fā)送 表示該過程流體的電子信號，并且其中當所述汽化器內(nèi)的過程流體溫 度在一個預定溫度以上時，所述預定義使能條件中的一個被滿足。
22. 權利要求17的流體輸送系統(tǒng)，還包括一個蓄壓器容器，該蓄 壓器容器用于保存所述汽化器下游和所述最終用戶上游的壓縮氣體。
23. 權利要求17的流體輸送系統(tǒng)，還包括與所述管道相關的壓力 調(diào)節(jié)器，該壓力調(diào)節(jié)器用于在氣體被輸送至所述最終用戶之前調(diào)節(jié)氣 體壓力。
24. 權利要求17的流體輸送系統(tǒng)，其中所述最終用戶是內(nèi)燃機，所述過程流體是可燃燃料，所述管道將所述燃料輸送至燃料噴射閥。
25. 權利要求24的流體輸送系統(tǒng)，其中所述燃料噴射閥具有布置 在所述發(fā)動機的燃燒室內(nèi)的噴嘴，從而所述燃料可被直接引入到所述 發(fā)動機的燃燒室中。
26. 權利要求24的流體輸送系統(tǒng)，其中所述發(fā)動機是車輛的原動機。
27. 權利要求24的流體輸送系統(tǒng)，其中所述熱交換流體是發(fā)動機 冷卻劑，并且所述系統(tǒng)還包括將所述發(fā)動機的冷卻套連接至所述汽化 器的熱交換流體入口的管路。
28. 權利要求17的流體輸送系統(tǒng)，其中所述泵置于所述儲存容器 的低溫空間內(nèi)。
29. 權利要求17的流體輸送系統(tǒng)，其中所述儲存容器、所述泵和 所述汽化器各是多個并行布置的同類部件中的一個，所述汽化器中的 每一個包括與所述管道連通的出口，所述控制器是可編程的，使得如 果至少一個預定義使能條件被滿足并且過程流體壓力小于所述預定高 壓閾值，在以下情況下所述控制器啟動所述多個泵中的空閑的一個泵 當所述多個泵中的另一個泵的運行被暫時中止時。
30. 權利要求29的流體輸送系統(tǒng)，還包括用于測量每一個所述汽 化器出口和所述管道上游的相應單向閥之間的過程流體溫度的相應溫 度傳感器。
31. 權利要求29的流體輸送系統(tǒng)，還包括用于測量每一個汽化器 的熱交換流體出口附近的熱交換流體溫度的相應溫度傳感器，并且所 述控制器是可編程的，以在以下情況下啟動泵的運行如果相應的汽 化器的熱交換流體溫度在 一個預定值以上。
32. 權利要求29的流體輸送系統(tǒng)，還包括用于測量每一個汽化器 內(nèi)的過程流體溫度的相應溫度傳感器，并且所述控制器是可編程的， 以在以下情況下啟動泵的運行如果相應的汽化器內(nèi)的過程流體溫度 在一個預定值以上。
全文摘要
一種系統(tǒng)和方法將過程流體從低溫儲存容器泵取至汽化器，并且以壓縮氣體的形式輸送該流體。該方法包括在該過程流體排出汽化器之后測量過程流體溫度，當過程流體溫度在一個閾值溫度以下時暫時中止泵的運行，以及當至少一個預定義使能條件被滿足并且過程流體壓力小于一個高壓閾值時重新啟動被中止的泵。該系統(tǒng)包括相互協(xié)同運作來實施該方法的部件，包括儲存容器、泵、汽化器、用于將壓縮氣體從汽化器輸送至最終用戶的管道、用于測量管道內(nèi)的過程流體特性的壓力傳感器和溫度傳感器以及用于響應于溫度和壓力測量結果控制泵的運行的控制器。
文檔編號F02M21/06GK101305239SQ200680042154
公開日2008年11月12日 申請日期2006年11月8日 優(yōu)先權日2005年11月10日
發(fā)明者G·加納, G·貝特博格 申請人:西港能源有限公司