用于為多個壓縮氣體壓力容器平衡補給燃料的系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明大體涉及用于氣體存儲和輸送的壓縮氣體轉(zhuǎn)移系統(tǒng)。具體地，本發(fā)明涉及包括為多個壓縮天然氣(CNG，Compressed Natural Gas)儲罐補給燃料的方法的CNG轉(zhuǎn)移系統(tǒng)，其中在該多個CNG儲罐中的所有儲罐中都維持平衡的壓力、液體容積和氣體容積。
【背景技術(shù)】
[0002]在車輛中使用天然氣燃料是相對環(huán)保的，因此，環(huán)保機構(gòu)和政府支持在車輛應(yīng)用中使用天然氣燃料。基于天然氣的燃料通常為以下三種形式:壓縮天然氣(CNG)、液化天然氣(LNG，Liquef ied Natural Gas)以及被稱為液化石油氣(LPG，Liquef ied PetroleumGas)的天然氣衍生物。
[0003]由于以天然氣為燃料的車輛排放S02(二氧化硫)、煤煙和其他顆粒物的水平通常極低，因而它們在環(huán)保方面令人印象深刻。與用汽油和柴油提供動力的車輛相比，因為在天然氣中的碳氫比更合適，所以以天然氣為燃料的車輛的C02( 二氧化碳)排放量通常很低。天然氣車輛有各種形式，從小汽車到(更一般地)小型載重汽車和公共汽車。天然氣燃料還提供較長的引擎使用壽命以及較低的保養(yǎng)成本。另外，當對比等量的燃料能量時，CNG是最便宜的替代燃料。另外，天然氣燃料可與諸如柴油的其他燃料結(jié)合，以提供與上述效益類似的效益。
[0004]限制在車輛中使用天然氣的關(guān)鍵因素是天然氣燃料的儲存，相對于用于具有相等能量含量的常規(guī)液體燃料所需的罐，就CNG和LNG來說，燃料罐通常昂貴、大型且笨重。另外，CNG和LNG補給燃料設(shè)備相對缺乏廣泛可用性以及LNG的成本進一步增加了將天然氣用作機動車燃料的限制。另外，就LNG而言，生產(chǎn)LNG的復(fù)雜性和成本以及與在車輛上存儲低溫液體相關(guān)聯(lián)的問題進一步限制了該燃料的廣泛應(yīng)用。
[0005]當使用LPG時緩和了以上問題中的一些問題，并且該燃料在諸如出租車的高里程機動車中廣泛使用。然而，在私人機動車的情況中成本對利益的比較通常不受青睞。與燃料罐尺寸和形狀關(guān)聯(lián)的問題、LPG成本的可變性以及有時受限的供給意味著LPG還具有限制其普遍采用的顯著缺點?？傊?，除非在圍繞主要交通樞紐的LNG站網(wǎng)絡(luò)中進行大規(guī)模的投資，否則在不久的將來CNG才是很可能廣泛利用的唯一可行的天然氣形式。
[0006]不過，需要克服一些公知的技術(shù)挑戰(zhàn)以更好地開發(fā)CNG燃料的優(yōu)勢。例如，由于壓縮熱使進行填充的儲瓶的過熱，因而限制了復(fù)合CNG儲瓶填充可以達到的壓力。這通常意味著在21deg.C(穩(wěn)定的溫度)的248bar是復(fù)合CNG儲瓶填充的極限，并且已經(jīng)成為包括美國在內(nèi)的世界中許多部分中采用的標準。
[0007]在美國，各準則通常允許將所提供的CNG儲瓶填充至壓力等級的1.25倍的過壓，如果冷卻到21deg.C則隨后穩(wěn)定到248bar。準則還在儲瓶加熱方面確定具有引起超過儲瓶設(shè)計參數(shù)的瞬態(tài)溫度漂移的潛力。
[0008]在歐洲，相關(guān)準則將在補給燃料過程中復(fù)合CNG儲瓶中的最大壓力限制為260bar，以確保不超過最大設(shè)計溫度。
[0009]這些限制意味著現(xiàn)行設(shè)計用于350bar工作壓力和大于該壓力的復(fù)合儲瓶不能在常規(guī)的CNG補給燃料系統(tǒng)中使用。這意味著不能實現(xiàn)利用較小的CNG儲實現(xiàn)獲得相同尺寸儲瓶的范圍增加的可能性。標題為“A Compressed Gas Transfer System”的第WO 2008/074075號國際專利申請公開第一次公開了使壓力容器中容積能夠變化以將壓力容器中氣體維持在接近恒壓的液體輸送系統(tǒng)。這使得當CNG罐被放空以向高壓直接噴射式發(fā)動機供給燃料時，該罐能夠維持在一致的高壓(例如，大于3000psig)。另外，該公開公開了將燃料轉(zhuǎn)移到車里的方法，該方法將車輛罐保持在相對恒定的高壓，從而使得能夠以高壓轉(zhuǎn)移燃料，并且消除了 CNG儲瓶中的壓縮熱。
[0010]另外，標題為“System and Method for Refuelling of Compressed GasPressure Vessels”的第W02013/056295號國際專利申請公開了車載CNG貯罐的恒壓燃料補給的進一步改善。該申請公開了可以經(jīng)由常規(guī)單個CNG補給燃料連接執(zhí)行的補給燃料過程，其中在多個車載壓力容器中包含的液體提供了必要的流體存貯以控制填充過程，并且用于在連接至CNG補給燃料源后立即開始填充過程。
[0011]然而，當為互連的、諸如路旁存儲系統(tǒng)的CNG存儲和輸送系統(tǒng)的多個CNG儲瓶補給燃料時，很難精確測量多個儲瓶中存在的氣體的實際容積。具體地，當通過單個補給線將氣體輸送至多個儲瓶存儲系統(tǒng)時，現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)會導(dǎo)致遍及多個儲瓶的壓力、液體水平和氣體容積不平衡。這種不平衡會致使系統(tǒng)無法工作或當估計最大填充水平時要求應(yīng)用相對大的安全因素，這轉(zhuǎn)而會減少儲瓶的可用性、總有效容積。
[0012]因此，需要對多個壓縮氣體壓力容器平衡補給燃料的改善的方法和系統(tǒng)。
[0013]發(fā)明目的
[0014]本發(fā)明的一些實施方式的目的是為消費者提供優(yōu)于上述現(xiàn)有技術(shù)的改善和優(yōu)勢、和/或克服并減輕上述現(xiàn)有技術(shù)的一個或多個缺點、和/或提供有用的商業(yè)選擇。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]在一種形式中，盡管不必是唯一或最寬的形式，不過本發(fā)明存在于壓力容器平衡補給燃料系統(tǒng)中，包括:
[0016]多個壓力容器，每個容器都具有用于液體的進入和退出的液體轉(zhuǎn)移開口，其中液體用于轉(zhuǎn)移每個容器內(nèi)部的氣體；
[0017]液體轉(zhuǎn)移線，通過液體轉(zhuǎn)移開口從多個壓力容器中的每個容器的外部延伸至內(nèi)部；以及
[0018]液體平衡線，使每個容器的液體轉(zhuǎn)移開口與每個其他容器的液體轉(zhuǎn)移開口內(nèi)連接；
[0019]憑借多個壓力容器、液體轉(zhuǎn)移線和液體平衡線，平衡液體轉(zhuǎn)移路徑從一個容器的內(nèi)部延伸至外部，然后通過液體平衡線從每個其他容器的外部延伸至內(nèi)部，從而使一個容器中的液體水平與每個其他容器中的液體水平保持大約相等。
[0020]適當?shù)兀總€容器均在液體轉(zhuǎn)移線的遠端處包含液體擴散器。
[0021 ]適當?shù)?，液體擴散器包括高表面積矩陣結(jié)構(gòu)。
[0022]適當?shù)?，液體擴散器包括網(wǎng)孔。
[0023]適當?shù)?，液體轉(zhuǎn)移線延伸通過“管中管(pipein pipe)”布置中的每個容器的液體轉(zhuǎn)移開口。
[0024]適當?shù)兀總€容器均還包括將液體與氣體分隔開的油層。
[0025]適當?shù)?，液體轉(zhuǎn)移線從主線分支為多個容器專用液體線，其中，一個容器專用液體線延伸到多個容器中的每個容器中。
[0026]適當?shù)?，在液體轉(zhuǎn)移過程中，通過每個容器專用液體線的液體流速不同于通過每個其他容器專用液體線的液體流速。
[0027]適當?shù)?，在液體轉(zhuǎn)移過程中，液體流過液體平衡線以消除多個壓力容器之間的液體水平不平衡。
[0028]適當?shù)?，系統(tǒng)還包括:
[0029]每個容器都具有氣體轉(zhuǎn)移開口，用于氣體的進入和退出；
[0030]氣體轉(zhuǎn)移線，通過氣體轉(zhuǎn)移開口從多個壓力容器中的每個容器的外部延伸至內(nèi)部；以及
[0031]氣體平衡線，從多個壓力容器中的每個容器的外部延伸至內(nèi)部，并且使每個容器的氣體轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移開口與每個其他容器的氣體轉(zhuǎn)移開口內(nèi)連接；
[0032]憑借氣體轉(zhuǎn)移開口、氣體轉(zhuǎn)移線和氣體平衡線，平衡氣體轉(zhuǎn)移路徑從一個容器的內(nèi)部延伸至外部，然后通過氣體平衡線從每個其他容器的外部延伸至內(nèi)部，從而使一個容器中的氣體壓力能夠與每個其他容器中的氣體壓力保持相等。
[0033]適當?shù)?，氣體轉(zhuǎn)移線以“管中管”布置延伸通過每個容器的氣體轉(zhuǎn)移開口。
[0034]適當?shù)?，氣體轉(zhuǎn)移線從主線分支為多個容器專用氣體線，其中，一個容器專用氣體線延伸到多個容器中的每個容器中。
[0035]適當?shù)?，在氣體轉(zhuǎn)移過程中，通過每個容器專用氣體線的氣體流速大約等于通過每個其他容器專用氣體線的氣體流速。
[0036]適當?shù)?，在氣體轉(zhuǎn)移過程中，氣體流過氣體平衡線以消除多個壓力容器之間的壓力不平衡。
[0037]適當?shù)?，補給燃料系統(tǒng)是用于CNG存儲和輸送的穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)。
[0038]適當?shù)?，補給燃料系統(tǒng)是用于CNG存儲和輸送的機動系統(tǒng)。
[0039]適當?shù)?，壓力測量工具附接于液體平衡線。
[0040]適當?shù)?，壓力測量工具附接于氣體平衡線。
【附圖說明】
[0041 ]參照附圖描述本發(fā)明的