专利名称：用于汽车甲烷压缩的高能效设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及汽车应用中天然气的压缩过程，尤其涉及一种高能效汽车甲烷压缩设 备。
背景技术：
汽车甲烷压缩设备领域中的现有技术面临从管线中的压力(其从4巴至约40巴 变化)至280巴的压力增量，这是使用带有中间冷却器的多级压缩机的供给操作所需求的。系统需要构造具有合适容积的压缩机以满足设备的需要，其与一旦运行通常需要 的分配容积有关。各级间需要冷却阶段，用以降低每一级中压缩气体的初始温度，从而减少 能量消耗，保护压缩机的密封部件。因此这些系统需要单作用或双作用的多缸压缩机，压缩机如此设计以使各自的体 积适合于容积中的密度变化，而每个单独级中的容积必须相同。需要大且因而昂贵的系统进行冷却，该系统显著影响了最终的设备成本。事实上 主要采用空气或水回路来冷却气体。此外，相对于每个用户使用中的排气，压缩机进行连续 启停。这是影响可靠性的主要因素之一，并且在设计阶段时需要适当加大尺寸。由于影响中间冷却器系统，这些设备的运行问题在高温环境下(例如热带地区) 会增加。上述的类型的现有设备在图1中示意性地示出。
发明内容
本发明的主要目的是通过提供一种以显著的更高能效运行的设备来克服已知设 备的缺点。本发明的第二个目的是提供一种这样的设备，即，能达到已知设备所能实现的压 力变化，使用简单了许多并因而便宜了许多的设计；以及与相似的已知设计相比更加可靠 的一种设备。本发明的另一个目的是具有较小压缩机的设备。本发明的进一步的目的是提供具有这样的压缩机的设备，即，该压缩机被设计成 连续运行，比间歇运行的现有压缩机更可靠。与本发明一致，可由根据权利要求1和/或任一直接或间接的从属权利要求的设 备满足这些目的，该设备采用单级压缩机和不同压力下置于冷却环境中的合适的中间存储 系统。通过单一压缩阶段使气体从管线压力变为低压力，其被储存，变为中间压力，最后变 为最终压力。压力变化是由同一压缩机利用抽吸通过供给转换(switch of delivery)实现的。 压缩机依据储存在气缸中的气体量，通过不同的供给阶段获得不同的压力。在汽车加油站，用户的车辆首先被供给低压甲烷，然后供给中压气体并最后供给 最大压力的气体。这将提供为了获得输送到车辆油箱或气缸中的最大压力所需的气体总量，因此节省了使总量达到最大压力时所需的能量。
接下来在优选实施例的详细描述中阐明根据所披露的本发明构造的设备的优点， 优选实施例仅仅是示意性的，并非对设备进行限定，其中-附图1是现有压缩设备的基本视图；-附图2是以大约20巴供给的设备的功能图，示出了不同的压力极；-附图3a是一阶段的功能图，在该阶段低压气缸由来自管线的气体供给；-附图3b是一阶段的功能图，在该阶段，中压气缸由来自低压气缸的气体供给；-附图3c是一阶段的功能图，在该阶段，高压气缸由来自中压气缸的气体供给；-附图4是用户分配阶段的功能图，具有来自三个不同气缸的多个连续供给；-附图5是根据披露的发明构造的设备的基本视图，具有管线吸入压力的调整阶 段。
具体实施例方式在所附附图中，1代表具有气体压缩机2和气缸套3的这类气体压缩设备。压缩机2是通过吸入管道9从管线供给天然气的单级设备，吸入管道9引导压缩 气体至供给管道10。管线气体以大约20巴的初始压力进入压缩机2的吸入管道9，并以大 约290巴的最大压力从供给管道10中排出。从初始压力到最终压力的压力变化是由压缩机2经过三个连续压缩阶段实现的， 总压力差在三个压缩阶段中适当地分配。气缸套3包含与压缩步骤或阶段的数量相同的气缸4，每个气缸4储存基本上在每 一阶段中达到最大压力的压缩气体，总压力差已经细分到每一阶段中。设备1还包括在执行每个所述连续阶段之前，将来自最后供给的气缸4的气体供 给到压缩机2的装置。这在附图3a，3b和3c中更详细地示出，其中图示了压缩和储存的三 个阶段的功能图。如图3a中所示，将来自供给线14的气体从初始的管线压力(大约20巴)被压缩 到大约49巴的低压LP。这通过以下方式实现从供给线14吸入天然气，同时设置在所述供给线上的进气 阀11、设置在第一低压LP气缸4的上游的阀12以及设置在连接供给管道10和第一低压 LP气缸4的第一支管15上的阀13都开启。如附图3b所示，气体被压缩至大约120巴的中压MP。压缩机2中天然气的压缩是 通过以下方式实现的从低压LP气缸4吸入气体，保持阀12和阀17开启，阀17设置在连 接LP气缸4和压缩机2的吸入管道9的管道的管20上。中压MP气缸4的进口阀18，以及 设置在连接供给管道10和中压MP气缸4的第二支管21上的阀19也同样开启。如图3c所示，气体被压缩至最大压力(大约290巴)。压缩通过以下方式实现 从中压MP气缸4吸入气体，阀17和18开启。设置在通过管20连接中压MP气缸4和压缩 机2的吸入管道9的管道的管23上的阀22以及位于供给管道10的第三支管25上的高压 HP气缸4的进口阀24也同样开启。
附图4中示出了车辆储气缸的填充过程。通过保持分配软管28的截止阀 (interception valve) 26和低压LP气缸4的出口阀27开启，操作过程开始于以略大于其 内部压力的压力填充车辆储气缸。一旦获得低压，就由中压MP气缸4填充车辆的气缸，阀26和中压MP气缸4的出 口阀29开启。一旦这个步骤完成，最后由来自高压HP气缸4的气体填充车辆的气缸，阀26和高 压HP气缸4的出口阀30开启。在描述设备1的工作过程中，天然气的储存和输送是相互独立描述的。明显地，储 存和输送可以同时进行。设备1包括储存在气缸4中的气体的冷却装置5。该系统可以具体表示成带有压 缩机31的现有冷却系统，其功能可由压缩天然气的同一压缩机2来实现。该冷却系统配有为压缩机31提供动力的马达。马达既可以是单独的，也可以是与 为天然气压缩机2提供动力的马达6相同的。马达是电力的或者热力的都无关紧要。可选择地，可以采用与气缸套3中的气缸4相结合的高热容流体喷射系统进行冷 却。特别地，堆放在支架上的气缸s可以通过喷嘴系统从上方喷洒冷冻水和乙醇溶 液；而后收集在槽中的溶液可由泵抽送返回到冷却系统再次被冷却。该系统需要一个箱体 来容纳支架和槽。可选择的实施例是，可以通过装有高热容流体的槽来冷却，气缸4浸入高热容流 体。更特别地，尽管被封装起来，气缸4应该被放在大的不透水的钢容器中，该容器充 满来自于冷却系统的水和乙醇溶液正如上面所提到实施例，流体可以返回到冷却箱中被 再次冷却。可实现的情况下(where available)，定期循环的过滤井水可用作该冷却系统的 替换方式。在任一实施例中，气缸作为热交换器工作。因此，如果需要可以增加例如散热片的 增加热交换的设备。根据所公开的发明，设备1装配有与压缩机2和气缸4可操作地相联的传感器装 置8。当检测到在每个气缸4中达到最大压力时，所述传感器装置8通过实现与下游气缸4 的连接来切断压缩机2的气体进口，并通过实现与在前一压缩阶段中填充的上游气缸4的 连接来接通压缩机2的吸入。单个压缩阶段的压力根据用户的习惯限定。在汽车加油站，车辆的储气缸中的最 小压力为大约30巴。这指定了低压值，合理的低压值应该超过30巴，大约50巴的值被认 为是合适的。由于最大的允许充气压力通常在300巴左右，中间压力大概为120巴。由于使用单级压缩机，通过等于2. 45的恒定压缩比从20巴的管线压力开始获得 合适的49-120-294级数(progression)。对于较高的管线压力，要计算合适的压缩比并调 整压力级数。对于较低的管线压力，要经过压力调整阶段达到20巴，该阶段包括储气和冷 却阶段。
此种设备的基本视图在附图5中示出；其阐述了在意大利通常为4巴的管线压力， 并且需要一个具有压缩比为5的辅助压缩机。公开的设计完全满足上述的要求同时具有额外的优点。一个额外的优点是，仅仅通过对各级之间的压差起作用和作用于有限量的气体 (即输送到气缸套3中的气体量)，单个压缩机2和单独的压缩阶段对中间压力气体的储存 是有帮助的。这导致相当可观的节能。此外，由于压缩机2需要较小的总压缩比，使得可以使用小型压缩机2，从而减小 设备和运行成本。压缩机2连续运行的设计具有提高大型设备1的可靠性的额外优点。进一步的优点是气缸4也可以用作冷却器。本领域技术人员可以对本发明做出改变和变型，本领域技术人员可以根据应用类 型选择更合适的尺寸和构造材料。这些改变应当被看作是本发明所固有的，且包含在以下 的权利要求书中。
权利要求
一种类型的气体压缩设备，所述气体压缩设备包括至少一个气体压缩机(2)和至少一个气缸套(3)，其特征在于，所述压缩机(2)通过至少两个连续的压缩阶段实现气体的完全压缩，所述气缸套(3)包括与压缩阶段数量相等的气缸(4)，所述气缸(4)储存基本上压缩到在每一所述阶段中达到的最大压力的气体，并且所述气缸(4)设置有一装置，所述装置在执行每一连续阶段前向所述压缩机(2)供给来自前一压缩阶段的、储存在相应气缸(4)中的气体。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备包括冷却储存在所述气缸(4)中 的气体的冷却装置(5)。
3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述冷却装置(5)包括冷却系统。
4.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述冷却装置(5)包括高热容流体喷射系 统，所述高热容流体喷射系统与布置在所述气缸套(3)中的气缸(4)相关。
5.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述冷却装置(5)包括容纳高热容流体的 槽，所述气缸(4)浸入所述槽。
6.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述冷却系统包括压缩机(2)，所述气体 压缩机(2)是为所述冷却系统提供动力的压缩机(2)。
7.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述冷却系统包括马达(6)，所述气体压 缩机(2)由马达(6)提供动力，马达(6)还为所述冷却系统提供动力。
8.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述压缩机(2)是由电动机(6)提供动力的。
9.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述压缩机(2)是由马达热力马达(6)提 供动力的。
10.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述的气缸(4)供给输送装置(7)，以向 用户分配压缩气体。
11.根据权利要求10所述的设备，其特征在于，所述气缸(4)同时储存和输送压缩气体。
12.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述完全压缩是通过三个连续的压缩阶 段实现的。
13.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备包含传感器装置(8)，所述传感 器装置(8)与所述压缩机(2)和所述气缸(4)可操作地相关，当检测到在不同气缸(4)中 达到最大压力时，所述传感器装置(8)通过触发与下游的气缸(4)的连接来切断进入压缩 机2的气体入口，并通过触发与最后填充的上游的气缸(4)的连接来接通压缩机(2)的吸 入。
14.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述压缩气体是用于机动车辆的天然气。
全文摘要
公开了一种气体压缩设备(1)，该设备包括至少一个气体压缩机(2)和至少一个气缸套(3)。压缩机(2)通过至少两个连续的压缩阶段来完全压缩气体。气缸套(3)包含与压缩阶段数量相等的气缸(4)，在每一压缩阶段中获得的基本达到最大压力的压缩气体储存在气缸(4)中。该气体压缩设备(1)包含一装置，该装置在每一压缩阶段开始前向所述压缩机(2)供给来自前一压缩阶段的储存在相应气缸(4)中的气体。
文档编号F04D29/58GK101889142SQ200880119326
公开日2010年11月17日 申请日期2008年12月1日 优先权日2007年12月4日
发明者C·M·巴尔托利尼, M·马尔坎托尼, R·乌斯茨 申请人:S.Tra.Te.G.I.E.有限责任公司