用于为多个压缩气体压力容器平衡补给燃料的系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明大体涉及用于气体存储和输送的压缩气体转移系统。具体地，本发明涉及包括为多个压缩天然气(CNG，Compressed Natural Gas)储罐补给燃料的方法的CNG转移系统，其中在该多个CNG储罐中的所有储罐中都维持平衡的压力、液体容积和气体容积。
【背景技术】
[0002]在车辆中使用天然气燃料是相对环保的，因此，环保机构和政府支持在车辆应用中使用天然气燃料。基于天然气的燃料通常为以下三种形式:压缩天然气(CNG)、液化天然气(LNG，Liquef ied Natural Gas)以及被称为液化石油气(LPG，Liquef ied PetroleumGas)的天然气衍生物。
[0003]由于以天然气为燃料的车辆排放S02(二氧化硫)、煤烟和其他颗粒物的水平通常极低，因而它们在环保方面令人印象深刻。与用汽油和柴油提供动力的车辆相比，因为在天然气中的碳氢比更合适，所以以天然气为燃料的车辆的C02( 二氧化碳)排放量通常很低。天然气车辆有各种形式，从小汽车到(更一般地)小型载重汽车和公共汽车。天然气燃料还提供较长的引擎使用寿命以及较低的保养成本。另外，当对比等量的燃料能量时，CNG是最便宜的替代燃料。另外，天然气燃料可与诸如柴油的其他燃料结合，以提供与上述效益类似的效益。
[0004]限制在车辆中使用天然气的关键因素是天然气燃料的储存，相对于用于具有相等能量含量的常规液体燃料所需的罐，就CNG和LNG来说，燃料罐通常昂贵、大型且笨重。另外，CNG和LNG补给燃料设备相对缺乏广泛可用性以及LNG的成本进一步增加了将天然气用作机动车燃料的限制。另外，就LNG而言，生产LNG的复杂性和成本以及与在车辆上存储低温液体相关联的问题进一步限制了该燃料的广泛应用。
[0005]当使用LPG时缓和了以上问题中的一些问题，并且该燃料在诸如出租车的高里程机动车中广泛使用。然而，在私人机动车的情况中成本对利益的比较通常不受青睐。与燃料罐尺寸和形状关联的问题、LPG成本的可变性以及有时受限的供给意味着LPG还具有限制其普遍采用的显著缺点。总之，除非在围绕主要交通枢纽的LNG站网络中进行大规模的投资，否则在不久的将来CNG才是很可能广泛利用的唯一可行的天然气形式。
[0006]不过，需要克服一些公知的技术挑战以更好地开发CNG燃料的优势。例如，由于压缩热使进行填充的储瓶的过热，因而限制了复合CNG储瓶填充可以达到的压力。这通常意味着在21deg.C(稳定的温度)的248bar是复合CNG储瓶填充的极限，并且已经成为包括美国在内的世界中许多部分中采用的标准。
[0007]在美国，各准则通常允许将所提供的CNG储瓶填充至压力等级的1.25倍的过压，如果冷却到21deg.C则随后稳定到248bar。准则还在储瓶加热方面确定具有引起超过储瓶设计参数的瞬态温度漂移的潜力。
[0008]在欧洲，相关准则将在补给燃料过程中复合CNG储瓶中的最大压力限制为260bar，以确保不超过最大设计温度。
[0009]这些限制意味着现行设计用于350bar工作压力和大于该压力的复合储瓶不能在常规的CNG补给燃料系统中使用。这意味着不能实现利用较小的CNG储实现获得相同尺寸储瓶的范围增加的可能性。标题为“A Compressed Gas Transfer System”的第WO 2008/074075号国际专利申请公开第一次公开了使压力容器中容积能够变化以将压力容器中气体维持在接近恒压的液体输送系统。这使得当CNG罐被放空以向高压直接喷射式发动机供给燃料时，该罐能够维持在一致的高压(例如，大于3000psig)。另外，该公开公开了将燃料转移到车里的方法，该方法将车辆罐保持在相对恒定的高压，从而使得能够以高压转移燃料，并且消除了 CNG储瓶中的压缩热。
[0010]另外，标题为“System and Method for Refuelling of Compressed GasPressure Vessels”的第W02013/056295号国际专利申请公开了车载CNG贮罐的恒压燃料补给的进一步改善。该申请公开了可以经由常规单个CNG补给燃料连接执行的补给燃料过程，其中在多个车载压力容器中包含的液体提供了必要的流体存贮以控制填充过程，并且用于在连接至CNG补给燃料源后立即开始填充过程。
[0011]然而，当为互连的、诸如路旁存储系统的CNG存储和输送系统的多个CNG储瓶补给燃料时，很难精确测量多个储瓶中存在的气体的实际容积。具体地，当通过单个补给线将气体输送至多个储瓶存储系统时，现有技术系统会导致遍及多个储瓶的压力、液体水平和气体容积不平衡。这种不平衡会致使系统无法工作或当估计最大填充水平时要求应用相对大的安全因素，这转而会减少储瓶的可用性、总有效容积。
[0012]因此，需要对多个压缩气体压力容器平衡补给燃料的改善的方法和系统。
[0013]发明目的
[0014]本发明的一些实施方式的目的是为消费者提供优于上述现有技术的改善和优势、和/或克服并减轻上述现有技术的一个或多个缺点、和/或提供有用的商业选择。
【发明内容】
[0015]在一种形式中，尽管不必是唯一或最宽的形式，不过本发明存在于压力容器平衡补给燃料系统中，包括:
[0016]多个压力容器，每个容器都具有用于液体的进入和退出的液体转移开口，其中液体用于转移每个容器内部的气体；
[0017]液体转移线，通过液体转移开口从多个压力容器中的每个容器的外部延伸至内部；以及
[0018]液体平衡线，使每个容器的液体转移开口与每个其他容器的液体转移开口内连接；
[0019]凭借多个压力容器、液体转移线和液体平衡线，平衡液体转移路径从一个容器的内部延伸至外部，然后通过液体平衡线从每个其他容器的外部延伸至内部，从而使一个容器中的液体水平与每个其他容器中的液体水平保持大约相等。
[0020]适当地，每个容器均在液体转移线的远端处包含液体扩散器。
[0021 ]适当地，液体扩散器包括高表面积矩阵结构。
[0022]适当地，液体扩散器包括网孔。
[0023]适当地，液体转移线延伸通过“管中管(pipein pipe)”布置中的每个容器的液体转移开口。
[0024]适当地，每个容器均还包括将液体与气体分隔开的油层。
[0025]适当地，液体转移线从主线分支为多个容器专用液体线，其中，一个容器专用液体线延伸到多个容器中的每个容器中。
[0026]适当地，在液体转移过程中，通过每个容器专用液体线的液体流速不同于通过每个其他容器专用液体线的液体流速。
[0027]适当地，在液体转移过程中，液体流过液体平衡线以消除多个压力容器之间的液体水平不平衡。
[0028]适当地，系统还包括:
[0029]每个容器都具有气体转移开口，用于气体的进入和退出；
[0030]气体转移线，通过气体转移开口从多个压力容器中的每个容器的外部延伸至内部；以及
[0031]气体平衡线，从多个压力容器中的每个容器的外部延伸至内部，并且使每个容器的气体转移转移开口与每个其他容器的气体转移开口内连接；
[0032]凭借气体转移开口、气体转移线和气体平衡线，平衡气体转移路径从一个容器的内部延伸至外部，然后通过气体平衡线从每个其他容器的外部延伸至内部，从而使一个容器中的气体压力能够与每个其他容器中的气体压力保持相等。
[0033]适当地，气体转移线以“管中管”布置延伸通过每个容器的气体转移开口。
[0034]适当地，气体转移线从主线分支为多个容器专用气体线，其中，一个容器专用气体线延伸到多个容器中的每个容器中。
[0035]适当地，在气体转移过程中，通过每个容器专用气体线的气体流速大约等于通过每个其他容器专用气体线的气体流速。
[0036]适当地，在气体转移过程中，气体流过气体平衡线以消除多个压力容器之间的压力不平衡。
[0037]适当地，补给燃料系统是用于CNG存储和输送的稳态系统。
[0038]适当地，补给燃料系统是用于CNG存储和输送的机动系统。
[0039]适当地，压力测量工具附接于液体平衡线。
[0040]适当地，压力测量工具附接于气体平衡线。
【附图说明】
[0041 ]参照附图描述本发明的