使用熱耦合管口為壓縮氣體壓力容器補(bǔ)給燃料的系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體涉及壓縮氣體傳輸系統(tǒng)。具體地，本發(fā)明涉及壓縮天然氣(CNG)傳輸系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括與CNG缸體熱耦合的以及可選地位于CNG缸體內(nèi)部的管口以降低所述缸體中的溫度上升。
【背景技術(shù)】
[0002]天然氣燃料是供車輛使用的對環(huán)境相對無害的燃料，因此天然氣燃料在車輛應(yīng)用中的使用得到環(huán)保機(jī)構(gòu)和政府的支持?；谔烊粴獾娜剂弦话惆l(fā)現(xiàn)有三種形式:壓縮天然氣(CNG)、液化天然氣(LNG)以及稱作液化石油氣(LPG)的天然氣衍生物。
[0003]以天然氣為燃料的車輛由于通常排放極低水平的SO2 ( 二氧化硫)、煙塵以及其它顆粒物質(zhì)，因而具有可觀的環(huán)境認(rèn)證。由于在天然氣中發(fā)現(xiàn)更有利的碳?xì)浔?，與汽油和柴油動力車輛相比較，以天然氣為燃料的車輛的CO2 (二氧化碳)排放通常很低。天然氣車輛具有多種形式，從小汽車到公共汽車，并且逐漸發(fā)展到各種形式的卡車。天然氣燃料也向發(fā)動機(jī)提供更長的使用壽命和更低的保養(yǎng)費(fèi)用。此外，當(dāng)比較等量燃料的能量時(shí)，CNG是最便宜的替代燃料。此外，天然氣燃料可以與其它燃料(例如柴油)結(jié)合，以提供上述類似的益處。
[0004]限制天然氣在車輛中應(yīng)用的關(guān)鍵因素是天然氣燃料的存儲。在CNG和LNG的情況下，其燃料箱相對于傳統(tǒng)液體燃料所需的儲箱，一般較為昂貴、大且笨重。另外，CNG和LNG燃料補(bǔ)給設(shè)備的廣泛適用性的相對缺乏以及LNG的成本，進(jìn)一步地增加了天然氣作為機(jī)動車燃料來使用的限制。此外，在LNG的情況下，生產(chǎn)LNG的成本和復(fù)雜性以及與在車輛上存儲低溫液體相關(guān)的問題進(jìn)一步地限制這種燃料的廣泛采用。
[0005]雖然LNG在世界的一些地區(qū)作為液體燃料替代品已經(jīng)取得一些成就，但是LNG的適用性的缺乏以及其高成本意味著在世界的許多地區(qū)它不是可行的替代燃料。在CNG的情況下，其作為液體燃料替代品也已經(jīng)取得一些成就，然而幾乎專用于利用低壓增碳端口注入感應(yīng)技術(shù)的火花點(diǎn)火發(fā)動機(jī)中。該應(yīng)用在全世界的政府公共汽車隊(duì)中普及，在政府公共汽車中燃燒天然燃料的清潔器被用于在傳統(tǒng)柴油機(jī)的位置中安裝的火花點(diǎn)火發(fā)動機(jī)。
[0006]當(dāng)使用LPG時(shí)上述問題中的一些也得以緩和，并且這種燃料廣泛地用于高里程數(shù)機(jī)動車中，例如出租車。然而，在私人機(jī)動車的情況下，成本與受益的比值通常是不理想的。與燃料箱的尺寸以及形狀相關(guān)的問題、LPG的成本可變性以及有時(shí)限制的供給意味著LPG也具有限制其廣泛采用的顯著的缺點(diǎn)?？傊窃趪@主要交通樞紐的液化天然氣廠的網(wǎng)絡(luò)中有大規(guī)模的投資，否則CNG是近期可能被廣泛使用的天然氣的唯一可行的形式。
[0007]然而，一些技術(shù)問題仍然限制CNG燃料系統(tǒng)的效率。例如，在典型的CNG加油站中用于填充復(fù)合CNG缸體的壓力是受限制的，因?yàn)閴嚎s熱可引起正在填充的缸體的過熱。這通常意味著在21攝氏度處的(設(shè)定溫度)標(biāo)稱250巴是復(fù)合CNG缸體設(shè)計(jì)的極限，并且成為世界上許多地方(包括美國)采用的標(biāo)準(zhǔn)。
[0008]在美國，法規(guī)通常允許填充至CNG缸體設(shè)置的壓力額定值的1.25倍的過剩壓力，如果降溫至21攝氏度該壓力將隨之降至標(biāo)稱的250巴。法規(guī)也認(rèn)同缸體中的熱量具有引起瞬間溫度偏移量超過缸體設(shè)計(jì)參數(shù)的可能性，并且這些高溫也引起更高的內(nèi)部缸體壓力，使得缸體的“標(biāo)牌”額定值的70%至80%之間的填充通常都是可以完成的。這在CNG車輛的行程、以及還在經(jīng)常難以理解CNG缸體填充變化性的消費(fèi)者方面具有顯著的不利影響，并且影響到車輛行程。
[0009]此外，完全填充CNG缸體的變化性以及不可能性對CNG缸體在批量氣體運(yùn)輸?shù)膽?yīng)用上具有主要的影響，其中不充足的CNG缸體填充在氣體輸送的成本上具有顯著的商業(yè)影響。
[0010]例如，在歐洲，相關(guān)法規(guī)限制在燃料補(bǔ)給期間復(fù)合CNG缸體內(nèi)的最大壓力為260巴以確保不會超出最大設(shè)計(jì)溫度。這些限制意味著當(dāng)前可利用的設(shè)計(jì)為350巴及以上工作壓力的復(fù)合缸體不能用于傳統(tǒng)的CNG燃料補(bǔ)給系統(tǒng)。因此利用較小的CNG缸體、或使用相同尺寸燃料缸體實(shí)現(xiàn)車輛行程的增加或用于氣體運(yùn)輸?shù)母纳频纳虡I(yè)產(chǎn)出的機(jī)會不可能實(shí)現(xiàn)。
[0011]用于大型CNG容器(例如用于公共汽車和卡車)的快速燃料補(bǔ)給的現(xiàn)有系統(tǒng)的另一問題是:燃料補(bǔ)給連接部的尺寸和重量使得它們難于處理并且相對于通常用于填充汽車使用的較小的連接器更易出問題。
[0012]題為“壓縮氣體傳輸系統(tǒng)(ACOMPRESSED GAS TRANSFER SYSTEM) ” 的 W2008/074075號國際專利申請公布第一次公開了使得能夠在全壓力下完全填充車載CNG燃料箱的液體背壓系統(tǒng)。然而，利用該系統(tǒng)將液體向CNG缸體內(nèi)或外的輸送限制了該技術(shù)的應(yīng)用，并且由于在液體處理中的限制可減緩傳輸速率。
[0013]因此需要用于對壓縮氣體壓力容器補(bǔ)給燃料的改善的系統(tǒng)和方法。
[0014]發(fā)明目的
[0015]本發(fā)明的一些實(shí)施方式的目的是為消費(fèi)者提供相對于上述現(xiàn)有技術(shù)的改善和優(yōu)勢，以及/或者克服和緩解現(xiàn)有技術(shù)的一個(gè)或多個(gè)上述缺點(diǎn)，以及/或者提供有用的商業(yè)選擇。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]在一種形式中，即使不必為唯一的或最寬范的形式，本發(fā)明屬于壓力容器燃料補(bǔ)給系統(tǒng)，包括:
[0017]具有第一氣體進(jìn)入口 /排出口和內(nèi)部腔的壓力容器；以及
[0018]與第一氣體進(jìn)入口 /排出口流體連通的管口；
[0019]其中，管口與壓力容器熱耦合，使得流過管口的氣體的焦耳-湯姆遜(Joule-Thomson)膨脹冷卻壓力容器的內(nèi)部腔和容納物。
[0020]優(yōu)選地，該管口是收縮-擴(kuò)散(CD)管口。
[0021]優(yōu)選地，該管口位于壓力容器的內(nèi)部腔中。
[0022]優(yōu)選地，該管口位于壓力容器的內(nèi)部腔中并且遠(yuǎn)離第一氣體進(jìn)入口 /排出口隔開。
[0023]優(yōu)選地，該管口位于壓力容器的內(nèi)部腔外部并且遠(yuǎn)離第一氣體進(jìn)入口 /排出口隔開。
[0024]優(yōu)選地，壓力容器是壓縮天然氣(CNG)容器。
[0025]優(yōu)選地，該管口的進(jìn)入壓力維持在連續(xù)的高壓處以增加焦耳-湯姆遜冷卻。
[0026]優(yōu)選地，該管口在整個(gè)容器再填充循環(huán)過程中維持相對連續(xù)的高流量。
[0027]優(yōu)選地，壓力容器是用于壓縮天然氣(CNG)的存儲或運(yùn)輸?shù)亩鄠€(gè)壓力容器中的一個(gè)。
[0028]優(yōu)選地，壓力容器還包括與氣體輸送管線流體連通的第二氣體排出口，該氣體輸送管線與第一氣體進(jìn)入口 /排出口流體連通，從而燃料補(bǔ)給系統(tǒng)中的一部分氣體穿過冷卻循環(huán)回路，以冷卻壓力容器的內(nèi)部腔和容納物。
[0029]優(yōu)選地，冷卻循環(huán)回路包含氣體冷卻器。
[0030]優(yōu)選地，冷卻循環(huán)回路包含第二氣體壓縮機(jī)。
[0031]優(yōu)選地，冷卻循環(huán)回路包含與第二氣體排出口流體連通的流量控制閥，從而通過壓力容器的氣體再循環(huán)速率是受控的。
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