流体存储和分配系统的制作方法

专利名称：流体存储和分配系统的制作方法
流体存4诸和分配系统 相关申请的交叉引用
本申请要求2006年5月25日提交的第60/808,508号以及2007 年5月16日提交的第11748778号美国临时申请的优先权。
背景技术：
集成产品系统的流体或气体产品的产生和分配被广泛地用于商 业和工业应用中，在这些应用中，流体产品的流量需求是可变的或断 续的。为了满足可变流量需求，集成产品系统典型地包括产品流量存 储罐或緩冲罐，以便满足超出流体或气体产生装备容量的最高产品流 量需求。这种应用的一个示例是通过变压吸附系统或隔膜系统将氮自 空气中分离，其中，氮用于清洗、惰性化、充气以及相关的应用。所 生成的氮气典型地以适宜的压力存储在緩冲罐中，以供应超出吸附系 统或隔膜系统容量的最高流量需求。
在许多这些应用中，最大流量需求需要大的缓冲罐，这会占用相 当大的地面空间并限制产生和分配系统的便携性。由于常常有必要使 系统地面空间需求最小化，并使系统在操作位置附近移动，因而需要 改善的流体产生和分配系统，其具有允许系统易于便携的更小存储 罐。本发明的实施例解决了这种需要，其在下文得到了描述并由随后 的权利要求所限定。

发明内容
本发明的实施例涉及流体存储和分配系统，该系统包括
(a)压力容器，其具有内表面、内部、外部以及内部和外部之 间的刚性壁；(b)置于压力容器内部的可移动的分隔件，其中，该分隔件将 内部分为第 一可变体积和第二可变体积，并且其中第 一可变体积 不与第二可变体积流动连通；
(C)穿过压力容器的刚性壁并进入第一可变体积的第一通道， 其中，该第一通道适于将产品流体引入第一可变体积和将产品流 体自第一可变体积取回；以及
(d)穿过压力容器的刚性壁并进入第二可变体积的第二通道，
其中，第二通道适于将补偿气引入第二可变体积和将补偿气自第
二可变体积耳又回。
该系统也包括补偿气供应系统，该供应系统包括
(1) 补偿气管路，其将第二通道与补偿气源置于流动连通；
(2) 第一孔，其安置在补偿气管路内并具有上游侧和下游侧；
(3) 补偿气通风管路，其与补偿气管路在第二通道和第一孔的 下游侧之间的位置处流动连通，其中，补偿气通风管路适于将补 偿气自补偿气管路排放到大气中；以及
(4) 第二孔，其安置在补偿气通风管路内，其中，第二孔的横 断面流动面积小于笫 一孔的4黄断面流动面积。
另 一 实施例包括流体存储和分配系统，该系统包括
(a) 压力容器，其具有内表面、内部、外部以及内部和外部之 间的刚性壁；
(b) 置于压力容器内部的弹性的流体容器，其中，该弹性的流 体容器具有内部、外表面以及穿过压力容器的刚性壁将容器内部 和第一通道连冲妾起来的开口 ；
(c) 由弹性的流体容器的内部限定的第一可变体积，其中，第 一通道与产品流体供应管路和产品流体分配管3各流动连通，并适 于将产品流体引入第一可变体积和将产品流体自第一可变体积 耳又回；
(d) 由压力容器的内表面和弹性的流体容器的外表面限定的第二可变体积，其中，第二可变体积与第二通道流动连通，第二 通道适于将补偿气引入第二可变体积和将补偿气自第二可变体 积、取回；以及
(e)补偿气供应系统，该供应系统包括
(1) 补偿气管^^,其将第二通道与补偿气源置于流动
连通；
(2) 第一孔，其安置在补偿气管路内并具有上游侧和
下游侧；
(3) 补偿气通风管路，其与补偿气管路在第二通道和 第一孔的下游侧之间的位置处流动连通，其中，补偿气通风 管路适于将补偿气自补偿气管路排放到大气中；以及
(4) 第二孔，其安置在补偿气通风管路内，其中，第 二孔的横断面流动面积小于第 一孔的横断面流动面积。
相关的实施例包括存储和分配流体的方法，该方法包括 (a)提供流体存储和分配系统，该系统包括
(1) 压力容器，其具有内表面、内部、外部以及内部 和外部之间的刚性壁；
(2) 置于压力容器内部的弹性的流体容器，其中，该 弹性的流体容器具有内部、外表面以及穿过压力容器的刚性 壁将容器内部和第一通道连接起来的开口 ；
(3) 由弹性的流体容器的内部限定的第 一可变体积， 其中，第一通道与产品流体供应管路以及产品流体分配管聘^ 流动连通，并适于将产品流体引入第一可变体积和将产品流 体自第 一可变体积耳又回；
(4) 由压力容器的内表面和弹性的流体容器的外表面 限定的第二可变体积，其中，笫二可变体积与第二通道流动 连通，第二通道适于将补偿气引入第二可变体积和将补偿气 自第二可变体积取回；以及(5)补偿气供应系统，该供应系统包括
(i) 补偿气管路，其将第二通道与补偿气源置于 流动连通；
(ii) 第一孔，其安置在补偿气管路内并具有上游 侧和下游侧；
(iii) 补偿气通风管路，其与补偿气管路在第二通 道和第 一孔的下游侧之间的位置处成流动连通，其
中，补偿气通风管路适于将补偿气自补偿气管路排 放到大气中；以及
(iv) 第二孔，其安置在补偿气通风管路内，其中， 第二孔的横断面流动面积小于第 一孔的横断面流动
面积；
(b) 在第一时间间隔期间，将产品流体自第 一可变体积取回， 将其与来自产品流体供应管路的产品流体混合以提供混合产品
流体，将混合产品流体引入到产品流体分配管路，并将补偿气通 过第一孔和补偿气管路引入到第二可变体积；以及
(c) 在第二时间间隔期间，将来自产品流体供应管路的产品流 体的第 一部分引入到产品流体分配管路，将来自产品流体供应管 路的产品流体的第二部分引入到第一可变体积，并将来自第二可 变体积的补偿气通过第二孔和补偿气通风管路自第二可变体积取回。
另 一相关的实施例涉及气体产生、存储和分配系统，该系统包括
(a) 压力容器，其具有内表面、内部、外部以及内部和外部之 间的刚性壁；
(b) 置于压力容器内部的弹性的气体容器，其中，该弹性的气 体容器具有内部、外表面以及穿过压力容器的刚性壁将容器内部 和第 一通道连接起来的开口 ；
(c) 由弹性的气体容器的内部限定的第一可变体积，其中，第一通道与产品气体供应管路和产品气体分配管路成直接流动连
通，并适于将产品气体引入第 一可变体积和将产品气体自第 一可 变体积耳又回；
(d) 由压力容器的内表面和弹性的流体容器的外表面限定的 第二可变体积，其中，第二可变体积与第二通道成流动连通，第
二通道适于将补偿气引入第二可变体积和将补偿气自第二可变 体积取回；以及
(e) 变压吸附系统，该系统包括包含吸附材料的至少 一个容 器，该吸附材料适于自气体混合物优先地吸附更强可吸附成分， 该气体混合物包括更强可吸附成分和次强可吸附成分，以在次强 可吸附成分中提供加浓的排出气，其中，该变压吸附系统包括出 口管道，该出口管道适于将排出气通过产品气体供应管路和第一 通道直接提供给第一可变体积。
另一实施例包括用来产生、存储和分配气体的方法，该方法包括 (a)提供气体存储和分配系统，该系统包括
(1) 压 力容器，其具有内表面、内部、外部以及内部 和外部之间的刚性壁；
(2) 置于压力容器内部的弹性的气体容器，其中，该 弹性的气体容器具有内部、外表面以及穿过压力容器的刚性 壁将容器内部和第一通道连接起来的开口 ；
(3) 由弹性的气体容器的内部限定的第 一可变体积， 其中，第一通道与产品气体供应管路和产品气体分配管路成 直接流动连通，并适于将产品气体51入第 一可变体积和将产 品气体自第 一可变体积耳又回；
(4) 由压力容器的内表面和弹性的流体容器的外表面 限定的第二可变体积，其中，第二可变体积与第二通道成流 动连通，第二通道适于通过补偿气管路将补偿气引入第二可 变体积和通过补偿气管路将补偿气自第二可变体积取回；以及
(b)将原料气混合物？ 1入到包含吸附剂材料的吸附容器，该原
料气混合物包括更强可吸附成分和次强可吸附成分，优先地在吸 附剂材料上吸附更强可吸附成分中的一部分，自吸附容器取回在 次强可吸附成分中加浓的排出气以4是供产品气体，并将产品气体 直接$ 1入到产品气体供应管路。
附图的若干视图的筒要描述


图1为本发明一般实施例的示意性流程图2为用于本发明实施例的嚢状型存储罐的截面图3为用于本发明具体实施例的示意性管道和仪器的示意图，该
实施例使用集成有嚢状型存储罐的变压吸附系统；
这些图形示出了本发明的实施例，而并未暗示所示部件的确切关
系和尺寸，并且也未必按比例示出，且不意^^未着将这些实施例限于本
文所示的任何特征。
本发明实施例的详细描述 本发明的实施例提供了用来在如下应用中供应加压流体的系统 和方法，在这些应用中，对加压流体的流量需求是可变的和/或断续的。 实施例使用了包括压力容器的流体存储系统或气体存储系统，该压力 容器具有内表面、内部、外部以及内部与外部之间的刚性壁。可移动 的分隔件置于压力容器的内部，并且该分隔件将内部划分成第一可变 体积和第二可变体积。第一可变体积不与第二可变体积流动连通，并 且该分隔件将第一可变体积与第二可变体积隔离。第一可变体积和第 二可变体积的总体积典型地可基本上不变。穿过压力容器的刚性壁的 第一通道通向第一可变体积，并且第一通道适于将产品流体引入第一 可变体积和将产品流体自第一可变体积耳又回。穿过压力容器刚性壁的 第二通道通向第二可变体积，并且第二通道适于将补偿气引入第二可变体积和从第二可变体积取回补偿气。补偿气允i午产品流体以等于产 品流体所需的供应压力的基本上不变的压力而引入弹性的流体容器 或自弹性的流体容器取回。
系统使用补偿气供应系统，该供应系统包括(l)补偿气管路，其将
第二通道与补偿气源置于流动连通；(2)第一孔，其安置在补偿气管路 内并具有上游侧和下游侧；(3)补偿气通风管^^,其在第二通道和第一 孔的下游侧之间的位置处与补偿气管路流动连通，其中，补偿气通风 管路适于将补偿气自补偿气管路排放到大气中；和(4)第二孔，其安置 在补偿气通风管路内，其中，第二孔的横断面流动面积小于第一孔的 才黄断面流动面积。
补偿气被定义为当第一可变体积分别地收缩或膨胀时被引入到 第二可变体积或从第二可变体积取回的一种气体。补偿气维持第二可
变体积内的压力，该压力大体上等于第 一可变体积内的压力。
压力容器的内部之内的第一可变体积和第二可变体积可由若干 种类型的可移动的分隔件限定。在一个实施例中，可使用嚢状袋，其 中袋壁为可移动的分隔件，第一可变体积由嚢状袋的内部限定，而第 二可变体积由压力容器的内表面和嚢状袋的外表面限定。在另一实施 例中，可使用伸缩管组件，其中伸缩管壁为可移动的分隔件，第一可 变体积由伸缩管壁的内部限定，而第二可变体积由压力容器的内表面
和伸缩管壁的外表面限定。
在一个备选实施例中，可使用弹性的隔膜组件，其中，隔膜的外 围对压力容器的内壁密封，并且隔膜是可移动的分隔件。隔膜由可弯 曲的和/或弹性的材料形成。第 一可变体积由隔膜的 一侧和在隔膜的这 一侧的压力容器的内表面限定，而第二可变体积由隔膜的另 一侧和在 隔膜的另 一侧的压力容器的内表面限定。
在另 一备选实施例中，可将活塞用作可移动的分隔件以形成对压 力容器内表面的可滑动密封。笫一可变体积由活塞的一侧和在活塞的 这一侧的压力容器的内表面限定，而第二可变体积由活塞的另一侧和在活塞的另一侧的压力容器的内表面限定。
可随意地使用任何其它类型的可移动的分隔件和压力容器，以捐二 供如上定义的第一可变容积和第二可变体积的功能。
本发明的某些实施例利用了包括弹性的流体容器的流体或气体 存储系统，该流体容器置于具有补偿气的压力容器的内部，该补偿气 控制弹性的流体容器外表面和压力容器内表面之间的体积内的压力。 该弹性的流体容器可为例如是如上所描述的嚢状袋或伸缩管组件。补 偿气允许产品流体以等于产品流体所需的供应压力的基本上不变的 压力而引入到弹性的流体容器的内部或自弹性的流体容器的内部取 回。弹性的流体容器可与产生产品气体的分离单元集成，其中，在使 集成系统尺寸最小化的同时，集成的流体容器和分离单元提供所需的
最兩产品流率o
本发明的一个示例性实施例如图l所示，其用于将氮自空气中回 收，并将回收的氮以所需的压力和所需的产品流率范围分配给用户。
在该图示中，以大约110psig(磅/平方英寸)和大约160psig之间的压力 通过管路1供应大气，且其中的第一部分通过管路3流向空气分离系 统5。空气分离可受任何已知的方式影响，例如变压吸附分离或隔膜 分离。该分离系统通过产品流体供应管^各7以直至系统的i殳计流率的 流率以等于或高于指定的纯度来提供加压氮产品气体。在等于或低于 设计产品流率、稍低于管路1中的原料气压力以及周围温度在 50°F-90°F之间的条件下，产品气体典型地包括至少95%体积的氮。 在氮中耗尽的废气通过通风管路9排出。如果空气分离系统在设计产 品流率之上运行，产品纯度将会低于95%体积的氮。
氮产品气体通过产品流体分配管^各11以时变流率^r送到终端用 户，其中的一些气体可超过空气分离系统5的产品容量。备选地或者 另外地，终端用户对氮的需求可能是断续的。管路l中的原料气以足 以满足产品流体分配管路11中的气体压力需求的压力供应。为了满 足可变的和/或断续的产品气体需求，所产生的氮的一部分可通过管路13导向可变体积气体存储系统15,该存储系统15包括置于刚性壁压 力容器19内部的弹性的流体容器或弹性的气体容器17。该系统形成 了由弹性容器17的内部21限定的第一可变体积，以及形成在弹性容 器17的外表面和压力容器19的内表面之间的第二可变体积23。
弹性容器17具有将容器内部21连接到通道27的开口 25,该通 道27通过管路13与产品流体供应管路7和产品流体分配管路11流 动连通。弹性容器17可由任意类型的可变体积装置形成，该可变体 积装置具有弹性的、可膨胀的和/或可伸展的壁，例如由聚合材料制成 的嚢状袋或由金属或聚合材料制成的伸缩管的壁。在本实施例中，弹 性容器17为由聚合材料，例如丁基橡胶，制成的嚢状袋。聚合材料 应该与容纳在嚢状袋内的流体相容。通道27穿过并且可密封地保持 在穿过上部壁或压力容器19头部的开口上。如有必要的话，第二可 变体积23可通过阀29和通风管路31进行通风。
压力容器19具有用来通过补偿气管路35引入和取回补偿气的开 口 33。在本实施例中，补偿气是空气，但与弹性容器17的材料兼容 的任何适宜气体都可使用。补偿气作为来自管路1的原料气的第二部 分进行供应，并通过管路37、三通两位阀39和管路41流向孔43。 管路45将孔43置于与补偿气管路35和补偿气通风管路47流动连通。 孔49安置在通风管路47内，从而通过孔49控制到大气的补偿气流。 通风管路51连接到三通两位阀39，并且孔53安置在通风管路51内 以允许补偿气的额外通风，如下面解释的那样。在一个备选实施例中， 不包括三通两位阀39和流动孔53，并且所有排出的补偿气都流经孔 49。
补偿气回路设计成当产品气流出弹性容器17时将补偿气供应到 第二可变体积23，以及当产品气流入弹性容器17时自第二可变体积 23取回补偿气。各孔典型地包括在节流板上钻孔的环形开口，如流体 流动技术领域所公知的一样。当从弹性容器17中取回产品气体时， 孔43和孔49的一黄断面流动面积和直径,皮选4奪成以所需的压力和流率为第二可变体积23提供补偿气。当没有产品气自弹性容器17中排出 时，孔43的尺寸设置成在管路35和管路45内产生背压，该背压大 约等于所需的产品气体供应压力。当包括三通阀39和流动孔53时， 在弹性容器17充满氮气产品气体时，补偿气通过孔53以及孔49排 出。三通阀39通过管路37切断补偿气流，从而当无产品气体从弹性 容器17排出时，对补偿气进行保存。
应用于第一和第二区域的用语"与…流动连通"，其意思是流体 能通过连接管道和/或中间区域从第一区域流向第二区域，和/或从第 二区域流向第一区域。应用于第一和第二区域的用语"连接到…"， 其意思是流体能从笫 一 区域直接流到第二区域或通过连接管道流到 第二区域。应用于流动流体的用语"直接流动连通"和用语"直接的" 或"直接地"，其意思是指流体能从第一区域流到第二区域，和/或从 第二区域流到第二区域，其中区域间的流动通道不与任何容器、存储 罐或处理设备流动连通，除了流体流动通道可包括管道和/或选自孔和 阀的一个或多个流动控制装置。用语"加浓"指从分离过程取回的液 体或气体产品或副产品流，其中产品或副产品流中的成分的浓度大于 供给至分离过程的成分的浓度。
本文所用的一般性用语"变压吸附"(PSA)应用于所有在最大和 最小压力间运行的吸附分离系统。最大压力典型地大于大气压，而最 小压力可能大于大气压、等于大气压或小于大气压。
当应用于说明书和权利要求所描述的本发明的实施例的任何特 征时，本文所使用的不定冠词"一"和"一个"指一个或多个。使用 "一"和"一个"并不限于单个特征的意思，除非具体声明了这一限 定。用于单数名词或复数名词或复数名词短语前的定冠词"该，，，表 示特別的具体特征或多个特别的具体特征，并且冲艮据其^吏用的上下文 具有单个或多个含义。形容词"任何的"表示一个、 一些或者无区别 的任何数量。置于第一实体和第二实体之间的用语"和/或，，，其意思 是如下之一(l)第一实体；p)第二实体；以及p)第一实体和第二实体。
本文所使用的流体可以是液体、气体、或超临界流体，并可包含 一个或多个成分。
再次参考图l，补偿气回路通过可变体积气体存储系统15在空气 分离系统5上提供最小背压，从而通过该空气分离系统设置最大压降。 例如，补偿气回路可设计成用来在弹性容器17的内部21的维持在大 约130psig的气压，这进而使供应管路7中的产品流体维持在大约 130psig。原料气可以大约140psig的典型压力通过管路1供应，因此 通过空气分离系统5限制了压降，进而限制了通过系统的流率。这用 来保持最小氮产品纯度，例如95%体积的氮。空气分离系统5可以是 任何现有技术已知的变压吸附(PSA)或者隔膜渗透系统。在当前可用 的PSA和薄膜氮发生器的操作中，终端用户的高流量需求可导致来自 氮发生器的排放压力降低，从而通过氮发生器增加了压降，进而减少 了氮分离器内的滞留时间并导致低氮产品纯度。
根据正时、持续时间和终端用户通过管路11所要求的产品气体 的流率，图1中的系统可用来在如下描述的五个模式中的任意模式下 运行，这五个模式是
1) 在第一或待机模式中，没有用户需求，弹性容器17被充满并 占据压力容器19的整个内部，并且可变体积气体存储系统15 的第二可变体积23中的补偿气体积基本上为零。空气分离系 统5处于待机。在这个模式中，没有补偿气流入第二可变体积 23，并且在管路35内维持适当的背压的同时，通过孔43提供 的补偿气通过孔49排出。如果使用可选的三通两位阀39和孔 53 ，该阀对管路37关闭并在管路41和51之间打开，从而通 过孔53将补偿气回路置于向大气开放。在这种选择中，在任 何管路内都没有气流。
2) 在第二操作模式中，通过产品流体分配管路ll对产品气体的 需求超过了产品流体供应管路7内的可用产品气体流量，并且弹性容器17包含了存储的产品气体。这可能在如下情况下发
生(a)在系统已经处于待机模式后，当用户首先要求空气，并 且空气分离系统需要一小段时间以达到稳态运行时，和/或(b)
当用户需求大于空气分离系统在设计纯度上的容量时。在该操
作模式的这些情形下，产品的不足量由通过管路13自弹性容 器17流出的气体来提供。当产品气体从弹性容器17流出时， 补偿气通过管路35以与产品气体大约一样的摩尔流率和压力 流入第二可变体积23。
3) 在第三操作模式中，通过产品流体分配管路ll对产品气体的 需求小于产品流体供应管路7中的产品气流量，并且弹性容器 17没有充满产品气体。在这种情形下，产品气体通过管路13 流入弹性容器17，同时产品气体通过产品流体分配管路11流 向用户。当产品气体流入弹性容器17时，来自第二可变体积 23的补偿气通过管路35以与产品气体大约一样的摩尔流率和 压力流入弹性容器17。过量的补偿气通过管路47和孔49排 出。如果使用可选的三通阀39和孔53，额外的补偿气通过管 路51和孔53排出，并且管路37内的补偿气流^皮切断。
4) 在第四操作模式中，弹性容器17充满了产品气体，并且用户 产品气体需求等于或少于设计纯度下的空气分离系统5的容 量。在该模式中，没有补偿气流入到第二可变体积23，且通 过孔43 4是供的补偿气通过孔49排出，同时维持管路35内适 当的背压。如果使用可选的三通阀39和孔53,并且管路11 内的产品气体流量小于预定值(例如，1.2 SCFM(标准立方英尺 /分钟))，额外的补偿气通过管路51和孔53排出，管路37中 的补偿气流被切断，并且管路35中的压力转为大气压力。如 果管路ll中的产品流量等于或大于预定值(例如，1.2SCFM)， 可选的三通阀39会被启动且允许来自管路37的补偿气输送到 33。5)在第五操作模式中，通过产品流体分配管路ll对产品气体的 需求超过了设计纯度下空气分离系统5的容量，并且弹性容器 17是空的。这个模式很少发生，但如果确实发生了，空气分
离系统5以减低的产品纯度提供更高的产品流量。在该模式 中，因为第二可变体积23是满的，因而没有补偿气注入。通 过孔43提供的补偿气通过孔49排出，同时在管路35和第二 可变体积23内维持适当的背压。
在上面描述中所使用的补偿气根据定义用来维持第二可变体积 23内的压力，该压力基本上等于弹性容器17内的压力。"基本上等 于，，的意思是指第二可变体积23和第一可变体积21之间的气体的压 力差通常可忽略不计的或者为零，但也可在上面所描述的某操作^^莫式 的开始或结束时轻微变化。
流入第二可变体积23的补偿气替换从弹性容器17取回的产品气 体的体积。在第二可变体积23和弹性容器17之间没有迫使气体自弹 性容器17排出的实质的压力差，并且第二可变体积23不会用作气体 压缩机来将来自弹性容器17的产品气体驱向终端用户。相反地，当 相应量的产品气流入弹性容器17时，补偿气自第二可变体积23流出。 在弹性容器17和第二可变体积23之间没有实质的压力差来将气体压 入弹性容器17,并且第二可变体积23不起将气体压入弹性容器17的 作用。弹性容器17内的产品气体的压力通过来自空气分离系统5的 产品气体压力而得以维持，并且通过产品流体分配管3各11到终端用 户的产品气体压力由来自空气分离系统5的产品气体压力提供。
图2A和2B示出了可变体积气体存储系统15的示例性实施例。 在该实施例中，图1的可变体积21为由例如是丁基橡胶的聚合材料 制成的嚢状袋。该聚合材料应该与嚢状袋所容纳的流体相容。在图2A 中，嚢状袋17安装在压力容器203内，使得当嚢状袋以基本上为产 品气体压力的压力被充满时，嚢状袋的壁与容器的内壁接触。可变体 积气体存储系统15可有利地设计，使得在此模式中嚢状袋的外形适应或符合压力容器203的内表面，并且第二可变体积219大体上为零。 在该模式中，嚢状袋的聚合材料可能处于非拉伸状态，其中聚合材料 在大体上平行于嚢状袋外表面方向上的抗拉应变可以忽略或基本上 为零。备选地，该模式中的嚢状袋的聚合材料可处于拉伸状态，其中 聚合材料在大体上平行于嚢状袋外表面方向上的抗拉应变为正。
嚢状袋17的进口/出口通道205穿过与通道25外形相似的压力容 器203的颈207,并由凸缘部209可密封地保持在开口的出口上，该 凸缘部209与容器凸缘211的表面接触。配对边缘(未示出)将凸缘部 209密封在容器凸缘211的表面上。也可设想将嚢状袋17的出口密封 到压力容器203的出口上的其它方法，这些方法能最小化或消除嚢状 袋壁的非预期4i伸的可能性。压力容器203具有实质上为刚性的壁， 并可由在操作压力范围之上足够硬的任何材料制成。这种材料典型地 为碳钢或别的钢合金，但也可能是纤维增强聚合材料或压力容器现有 技术领域已知的其它非金属材料。压力容器203包括补偿气入口/出口 213和可选的通风连接215。
图2B示出了可变体积气体存储系统15处于如下模式时嚢状袋 201的构造，此时气体已从嚢状袋17的内部取回，以将大于空气分离 系统5中的氮生产能力的产品气体流率供应到终端用户。在这个模式 中，如图所示当内部体积21减少以及可变体积219增大时，袋收缩 并折叠。当嚢状袋收缩时，壁以最小弯曲应力而弯曲，因为袋不受压 力容器203的内部结构部件限制。当补偿气以与通过开口 205取回的 产品气体基本上相同的摩尔流率和基本上相同的压力流入入口 /出口 213时，内部体积21的减少对应于第二可变体积219的增加。
可变体积气体存储系统15和图1的补偿气控制器的组合具有至 少两个运行功能(1)当终端用户需求超过空气分离系统5的产品容量 时，提供产品气体；(2)控制空气分离系统5上的背压，^v而维持产品 纯度。当空气分离系统5为以没有产品产生时期的循环运行的PSA系 统时，可变体积气体存储系统具有第三功能。该第三功能提供緩冲体积，以便能在PSA无产生时期期间给终端用户提供产品。例如，在单
层PSA系统或以层间气体传递步骤操作的双层系统中，可发生这种无
产生时期。
图3示出了本发明的一个非限制性实施例的示意性管道系统和使 用仪器的示意图，该实施例利用了集成有嚢状型存储罐以为终端用户 提供氮产品的变压吸附系统。在本实施例中，加压原料气通过管^各301 以110psig到160psig的压力提供，在过滤器303中可选4爭地过滤，并 流过单向阀305。应被过滤和干燥的该加压原料气可由终端用户或分 离空气压缩系统(未示出)提供。原料气的第一部分通过管路307流动 且原料气的第二部分通过管路309流动，以为阀操作提供先导气流， 如下面描述的一样。管路307内的一部分空气通过管路313流动以为 双层PSA系统提供原料气，而第二部分空气通过管路313流动以将补 偿气提供到嚢状袋，如下面描述的一样。
变压吸附系统315包括两个吸附剂容器317、 319,该吸附剂容 器包含氧选择吸附剂，例如碳分子滤网材料。PSA系统包括在容器进 气端的流量控制阀321、在容器产品端的流量控制阀323和在容器产 品端之间的流量控制阀325。这些流量控制阀循环地运行以引导气流 影响如下描述的PSA过程的循环步骤。这些阀可为任何类型的旋转 阀、螺线管操作阀或现有技术公知的气动阀。在该实施例中，阀可以 是具有螺线管致动的先导气流控制的气动线圈套管阀。进入这些阀的 先导气流通过管路327、 329和331提供。
先导气流流向流量控制阀321、 323和325中的螺线管，这些阀 分别通过信号线335、 337和339被PSA逻辑控制器333控制。PSA 逻辑控制器333通过信号线341从逻辑控制器343接收控制信号，并 在PSA系统运转时通过信号线335、337和339控制PSA循环的步骤。 逻辑控制器343基于到终端用户的气体流量、嚢状罐内的气体压力以 及补偿气管路内的压力启动和停止PSA系统的运转，如下面描述的一 样。备选地，逻辑控制器333和343可在单独的逻辑控制器中组合。在该实施例中，两个吸附容器317和319各自通过管路345和347 在进气端与流量控制阀321流动连通。加压原料气通过管路311供应 到控制阀321。来自流量控制阀321的PSA废气通过管^各349、 351 和352流向消音器353,并且该废气经管路355排放到大气。吸附容 器317和319的产品端各自通过管路357和359与控制阀323流动连 通。吸附容器的产品端经管路361、孔363和控制阀325而流动连通。 控制阀323经管路365和孔367以及单向阀369流动连通，并且产品 氮通过产品流体供应管路371提供。
PSA系统可按照被逻辑控制器333和控制阀321、 323和325控 制的如下示例性循环步骤运行
1) 加压原料气通过阀321和管路345流入吸附容器317的进气 端，容器被原料气增压至运行压力，在其中氧气被可选择地吸 收，并且产品氮通过管^各357和阀323 ^f皮f^回。在吸附容器 317的该增压过程/制造产品步骤期间，吸附容器319以再生或 泄料步骤运行，其中先前吸附的氧气被释出，并与空隙空间气 体一起通过管路347、阀321、管路349、管路351、管路352 和静音器353流动，并且废气通过管路355排放到大气中。
2) 吸附容器317的产品端被置于与吸附容器319的产品端流动连 通，该吸附容器319刚好完成它的泄料或再生步骤，并且加压 气体从吸附容器317流向吸附容器319，从而使容器内的压力 增加到中级水平。在该步骤期间，系统产生无氮产品气体。
3) 吸附容器317以泄料或再生步骤运行，其中，先前吸附的氧气 被释出，并与空隙空间气体一起通过管^各345、阀321、管3各 349、管路351、管路352和静音器353流动，并且废气通过 管路355排放到大气中。在这期间，原料气通过阀321和管路 347流入到吸附容器319的进料端，在该吸附容器319中，氧 气被可选择地吸附，并且产品氮通过管^各359和阀323被取回。
4) 吸附容器317的产品端被置于与吸附容器319的产品端流动连通，该吸附容器319刚好完成它的加压/再生步骤，并且再增 压气体从吸附容器319流向吸附容器317,从而使容器内的压 力增压到中级水平。在该步骤期间，系统产生无氮产品气体。
步骤(1)到(4)以循环方式重复。在各步骤之间可插入短暂的非流 动时期，以留出将阀321， 323和325改变到下一位置的时间。在一 个示例性实施例中，各步骤的持续时间可能如下(1)增压/制造产品步 骤，55.5秒；(2)通过容器到容器气体传输的降压，4.5秒；(3)泄料或 再生的短暂非流动时期，55.5秒；(4)通过容器到容器气体传输的增压， 4.5秒；并且在各步骤之间的短暂的非流动周期为大约0.5秒。该示例 中的一个循环的总持续时间为122秒。
如果需要，可使用其它数目的吸附容器和其它的PSA循环。例 如，可使用单容器系统，但是由于在泄料/再生步骤期间无产品气体产 生，将需要更大的可变体积气体存储系统。备选地是，可使用两个以 上的吸附容器，这将使不中断的产品输送成为可能，但是所需的管道 系统和阀系统将更为复杂。
上面所描述的PSA系统可与可变体积气体存储系统和补偿气系 统集成以为终端用户IC供需要的产品气流。再次参考图3，管^各313 中的加压原料气的主要部分经管路371流向阀373,且其次要部分经 管路375为操作阀373提供先导气流。根据经信号线377从逻辑控制 器343传递来的信号，阀373以两种模式中的一种模式运行在第一 模式中，空气经管路379供应给补偿气，而在第二模式中，当补偿空 气回路中的残余补偿空气通过阀373、孔381、管路383、通风管路 351和352、静音器353抽回时，来自管路371的空气流纟皮切断。
当阀373在第一模式下运行时，补偿空气经管路379、孔385和 管路387流向可变体积气体存储系统15的第二可变体积23。当对于 用户通过产品流体分配管路11的产品气体需求超过PSA系统315的 容量时，该气流补偿从嚢状袋或弹性容器17流出的产品氮气。流出 孔385的气体的一部分经管路389流向孔391，并经管路392、 352、静音器353和管路355从那里排出。孔的流动横截面面积选择成使得 (l)补偿气到第二可变体积23的摩尔流率足够补偿经管路13流出嚢状 袋或第一可变体积21的产品气体的摩尔流率；并且(2)管路387和第 二可变体积23内的压力基本上等于嚢状袋或第一可变体积21内的压 力。
当阀373在第二模式下运行时，来自管路371的空气流被切断， 并且补偿气回路中的残余补偿气通过阀373、孔381、管路383、通风 管路351和352和静音器353流回。另外，补偿气通过管路389、孔 391、管路392、管路352、静音器353和通风管路355流回。通风气 体通过管路13补偿进入嚢状袋或第一可变体积21的产品气体。当嚢 状袋或第一可变体积21充满时，所有的补偿气都已一皮排出，并且补 偿气管路内的压力接近大气压。
流量4金测开关393 一企测流量，并当产品流体分配管^各11内的流 率超过预定流率时，通过信号线394将信号传递到逻辑控制器343。 在低于预定流率时，流量检测开关393常开，并在等于或高于该流率 时，流量^f企测开关393关闭。
压力检测开关395检测补偿气管路387内的压力，并当管路387 内的压力超过第一预定压力时，通过信号线396将信号传递给逻辑控 制器343。在低于第一预定压力时，压力检测开关395打开，且在等 于或高于此压力时，压力检测开关395关闭。
压力检测开关397检测管路13内的压力(基本上等于嚢状袋或第 一可变体积17内的压力)，并当管路13内的压力超过第二预定压力时， 通过信号线398将信号传递给逻辑控制器343。在低于第二预定压力 时，压力检测开关397关闭，且在等于或高于此压力时，压力检测开 关395打开。
可对典型的操作顺序进行描述以说明本发明的实施例。该顺序从 第一模式开始，在该模式中图3中的系统处于待机，没有由终端用户 通过产品流体分配管路11要求的流量，在终端用户所需的标准压力下，嚢状袋或第一可变体积21是满的，并且PSA系统315不活动。 在该第一模式中，流量开关393打开，压力检测开关395打开，压力 检测开关397关闭。逻辑控制器343将阀373保持在第一位置，其中 通过管路371的补偿气流被切断，而补偿气通风管路通过管路352、 静音器353以及通风管路355与大气流动连通。逻辑控制器343也指 示PSA逻辑控制器33阻止阀321、 323和325活动。
当终端用户通过产品流体分配管路11要求产品时，开始第二运 行模式。到终端用户的气流立即由嚢状袋或第一可变体积21通过管 路13提供，流量检测开关393迅速关闭，并且来自开关的信号经信 号线394传到逻辑控制器343。该逻辑控制器通过信号线377发送信 号，该信号激活阀373，以将来自管路371的补偿气通过管路379、 孔385和管路387送入第二可变体积23,从而补偿自嚢状袋或第一可 变体积21取回的产品气体。与先前描述的一样，为了维持第二可变 体积23内的需求压力基本上等于嚢状袋或第一可变体积21内的产品 气体压力， 一些补偿气流通过孔391排出。
当压力感应器395关闭，且来自开关的信号通过信号线396传递 到逻辑控制器343后，马上开始第三运行模式。逻辑控制器通过信号 线341将信号送到PSA逻辑控制器333,该逻辑控制器激活PSA系统 315的运行。来自PSA系统的产品氮通过管路365、流量控制孔367、 单向阀369和管路371开始流动。当终端用户产品需求少于PSA系统 的设计输出时，来自管路371的产品气体的一部分通过管路11流向 终端用户，并且其剩余部分通过管路13流动以再充填嚢状袋或第一 可变体积21。这个过程持续到嚢状袋充满为止。当终端用户产品需求 大于PSA系统的设计输出时，所有来自管路371的产品气体通过管路 11流到终端用户，并且由嚢状袋或第一可变体积21通过管路13提供 剩余产品气体。这个过程可能持续到嚢状袋变空为止，但是集成系统 典型地设计成以使PSA系统315的容量和嚢状袋或第一可变体积21 的体积足以满足最大的终端用户产品需求。当终端用户产品需求终止时，开始第四运4亍模式。流量开关393 打开，并且来自开关的信号通过信号线394传到逻辑控制器343。该 逻辑控制器通过信号线377发送使阀373停止活动的信号，这切断来 自管路371的补偿气。该PSA系统在预定时间段内保持活动，并且如 果必要的话，在该时间段的初始部分期间，运行以填满嚢状袋或第一 可变体积21。对于该时间段的剩余部分，PSA系统保持激活，使得即 使没有气流通过管路365，阀321、 323和325依然继续运行。在该预 定时间段(例如可能约为5分钟)末，系统恢复到如上描述的第一模式 且阀321 、 323和325停止运行。
在产品气体正流入嚢状袋或第一可变体积21的任一运行时期， 补偿气通过孔385的摩尔流率和补偿气通过孔391的摩尔流率之间的 差的平均绝对值，基本上等于产品流体供应管路371内的产品气体摩 尔流率和产品气体分配管路11内的产品气体摩尔流率之间的差的平 均绝对值。同样地，在产品气体流出嚢状袋或第一可变体积21的任 一运行时期，补偿气通过孔385的摩尔流率和补偿气通过孔391的摩 尔流率之间的差的平均绝对值，基本上等于产品流体供应管路371内 的产品气体摩尔流率和产品气体分配管路11内的产品气体摩尔流率 之间的差的平均绝对值。
尽管在上面对用于提供氮气产品的流体产生、存储和分配系统作 了举例说明，但是该系统可用来提供任何气体、超临界流体或者与PSA 系统、嚢状袋、管道和仪器部件的材料相容的液体。
示例
运行图3中的系统以将氮气产品供给用于胎圈密合(bead seating)、轮胎安装和轮胎充气步骤的汽车轮胎服务系统。通过产品流 体分配管路ll,以约为140psig的输送压力和周围环境温度，供应99.5 %体积纯度的氮。流率通常在0至8 SCFM(标准立方英尺/分钟)之间， 并且偶尔在胎圈密合步骤期间达到25 SCFM的最大流率。气体产品需求随机地变化，并且依赖于轮胎安装系统操作员的活动。
如上面所描述的，PSA系统315利用吸附剂容器，该吸附剂容器 具有5.9英寸的内直径、39英寸的长度，且各个容器包含26.5磅的碳 分子滤网。该PSA系统根据上面所描述的以持续122秒的周期运行， 并设计成在生产速率高达4 SCFM时提供至少99%体积的产品纯度。 产品流率超过4 SCFM时，产品纯度降低，并在生产速率为7SCFM 时，降至96%体积的纯度。
终端用户设备通过管路301以150psig的压力供应空气。管路371 内的PSA产品压力、嚢状袋或第一可变体积21内的产品气体压力以 及第二可变体积23内的补偿气压力平均为140psig。嚢状袋或第一可 变体积21由丁基橡胶制成，并且当其被充满并与压力容器19的内表 面接触时，具有4.7立方英尺的体积。
流量检测开关393在1.2 SCFM下常开，并在等于或大于该流率 时关闭。压力检测开关395在80psig下常开，并在等于或大于该压力 时关闭。压力^^测开关397在95psig下常开，并在等于或大于该压力 时关闭。孔直径如下363, 0.100英寸；367, 0.100英寸；381, 0.021 英寸；385, 0.050英寸;391， 0.018英寸。
上面所描述的存储和分配系统的实施例可用来为任何类型的应 用以可变和断续流量提供加压气体。 一些代表性的应用包括但不限 于惰性罐和惰性容器、产品包装、管道清洗以及在汽牟轮胎店的操 作设备。在汽车轮胎店的操作设备的应用中，例如，气体可用于轮胎 安装和拆卸机械、轮胎充气、柠紧扳手以及其它气动工具。
权利要求
1.一种流体存储和分配系统，包括(a)压力容器，其具有内表面、内部、外部以及所述内部和所述外部之间的刚性壁；(b)可移动的分隔件，其置于所述压力容器的内部，其中，所述分隔件将所述内部分为第一可变体积和第二可变体积，并且其中所述第一可变体积不与所述第二可变体积流动连通；(c)第一通道，其穿过所述压力容器的所述刚性壁并进入所述第一可变体积，其中，所述第一通道适于将产品流体引入所述第一可变体积，和将所述产品流体自第二可变体积取回；(d)第二通道，其穿过所述压力容器的所述刚性壁并进入所述第二可变体积，其中，所述第二通道适于将补偿气引入所述第二可变体积，和将所述补偿气自第一第二可变体积取回；以及(e)补偿气供应系统，其包括(1)补偿气管路，其将所述第二通道置于与补偿气源流动连通；(2)第一孔，其安置在所述补偿气管路内并具有上游侧和下游侧；(3)补偿气通风管路，其与所述补偿气管路在所述第二通道和所述第一孔的下游侧之间的位置处成流动连通，其中，所述补偿气通风管路适于将补偿气自补偿气管路排放到大气中；以及(4)第二孔，其安置在所述补偿气通风管路内，其中，所述第二孔的横断面流动面积小于所述第一孔的横断面流动面积。
2. 如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述压力容器的内 部的所述第 一可变体积和所述笫二可变体积由可移动的分隔件限定，所述可移动的分隔件选自包括下列部件的组嚢状袋、伸缩管、弹性 隔膜以及与所述压力容器的内表面形成可滑动密封的活塞。
3. —种流体存^f诸和分配系统，包括(a) 压力容器，其具有内表面、内部、外部以及所述内部和所 述外部之间的刚性壁；(b) 置于所述压力容器的内部的弹性的流体容器，其中，所述 弹性的流体容器具有内部、外表面以及穿过所述压力容器的所述 刚性壁将该容器的内部和笫 一通道连接起来的开口 ；(c) 由所述弹性的流体容器的内部限定的第 一可变体积，其 中，所述第一通道与产品流体供应管路以及产品流体分配管路流 动连通，并适于将产品流体引入所述第一可变体积和将所述产品 流体自所述第 一可变体积取回；(d) 由所述压力容器的内表面和所述弹性的流体容器的外表 面限定的第二可变体积，其中，所述第二可变体积与第二通道流 动连通，所述第二通道适于将补偿气引入第二可变体积和将所述 补偿气自所述第二可变体积取回；以及(e) 补偿气供应系统，其包括(1) 补偿气管路，其将所述第二通道与补偿气源置于 流动连通；(2) 第一孔，其安置在补偿气管路内并具有上游侧和下游侧；(3) 补偿气通风管路，其与所述补偿气管路在所述第 二通道和所述笫一孔的下游侧之间的位置处成流动连通，其 中，所述补偿气通风管路适于将补偿气自所述补偿气管路排 放到大气中；以及(4) 第二孔，其安置在所述补偿气通风管路内，其中， 所述第二孔的横断面流动面积小于所述第一孔的横断面流动面积、。
4. 如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述产品流体为氮
5. 如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述补偿气为空气。
6. 如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述弹性的流体容 器为由聚合材料制成的嚢状袋。
7. 如权利要求6所述的系统，其特征在于，当所述嚢状袋的外 表面与刚性压力容器的内表面接触时，使得所述第二可变体积基本上 为零，并且所述嚢状袋的聚合材料处于非拉伸状态。
8. 如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述系统包括压力 吸附系统，所述压力吸附系统适于回收来自加压空气进给流的氮气。
9. 如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述系统包括隔膜 分离系统，所述隔膜分离系统适于回收来自加压空气进给流的氮气。
10. 如权利要求3所述的系统，所述系统包括三通阀，所述三通 阀具有第一端口、第二端口和第三端口，其中，所述第一端口连4妻到 补偿气源，所述第二端口连接到所述第 一孔的上游侧的所述补偿气管 路，所述第三端口连接到附加的通风管路，并且在附加通风管路内第 三孔，其特征在于，所述三通阀适于在第一位置和第二位置运行，该 笫一位置将补偿气源与所述第一孔的上游侧的所述补偿气管路置于 流动连通，同时关闭所述附加通风管路；该第二位置将第三通风管3各 与所述第一孔的上游侧的所述补偿气管路置于流动连通，同时关闭补 偿气源。
11. 一种存储和分配流体的方法，包括(a)提供流体存储和分配系统，该系统包括(1) 压力容器，其具有内表面、内部、外部以及所述 内部和所述外部之间的刚性壁；(2) 置于所述压力容器的内部的弹性的流体容器，其 中，所述弹性的流体容器具有内部、外表面以及穿过所述压 力容器的刚性壁将容器的内部和第一通道连接起来的开口 ；(3) 由所述弹性的流体容器的内部限定的第 一可变体 积，其中，所述第一通道与产品流体供应管路以及产品流体 分配管路流动连通，并适于将产品流体引入所述第一可变体积和将所述产品流体自所述第一可变体积取回；(4) 由所述压力容器的内表面和所述弹性的流体容器 的外表面限定的第二可变体积，其中，所述第二可变体积与 第二通道流动连通，所述第二通道适于将补偿气纟1入所述第二可变体积和将所述补偿气自所述第二可变体积:取回；以及(5) 补偿气供应系统，其包括(i) 补偿气管路，其将所述第二通道与补偿气源 置于流动连通；(ii) 第一孔，其安置在所述补偿气管路内并具有 上游侧和下游侧；(iii) 补偿气通风管路，其与所述补偿气管路在所 述第二通道和所述第一孔的下游侧之间的位置处成 流动连通，其中，所述补偿气通风管路用于将补偿 气自所述补偿气管路排放到大气中；以及(iv) 第二孔，其安置在所述补偿气通风管路内， 其中，所述第二孔的横断面流动面积小于所述第一 孔的一黄断面流动面积；(b) 在第一时间间隔期间，将产品流体自所述第一可变体积取 回，将所述产品流体与来自产品流体供应管路的产品流体混合以 提供混合产品流体，将所述混合产品流体引入到产品流体分配管 路，并将补偿气通过所述第一孔和所述补偿气管路引入到所述第 二可变体积；以及(c) 在第二时间间隔期间，将来自产品流体供应管路的所述产 品流体的第一部分引入到产品流体分配管路，将来自产品流体供 应管路的所述产品流体的第二部分引入到所述第 一可变体积，并将来自所述第二可变体积的补偿气通过所述第二孔和所述补偿 气通风管路自所述第二可变体积取回。
12. 如权利要求11所述的方法，其特征在于，在第三时间间隔 期间，来自产品流体供应管路的所有产品流体被引入到产品流体分配 管路，并且没有补偿气被引入到所述第二可变体积或从所述第二可变 体积取回。
13. 如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述产品流体为 氮气，并且所述补偿气为空气。
14. 一种气体产生、存储和分配系统，包括(a) 压力容器，其具有内表面、内部、外部以及所述内部和所 述外部之间的刚性壁；(b) 置于所述压力容器的内部的弹性的气体容器，其中，所述 弹性的气体容器具有内部、外表面以及穿过所述压力容器的刚性 壁将容器的内部和第一通道连接起来的开口 ；(c) 由所述弹性的气体容器的内部限定的第一可变体积，其 中，所述第一通道与产品气体供应管路和产品气体分配管^^成直 接流动连通，并适于将产品气体引入所述第一可变体积和将产品 气体自所述第 一可变体积取回；(d) 由所述压力容器的内表面和所述弹性的流体容器的外表 面限定的第二可变体积，其中，所述第二可变体积与第二通道成 流动连通，所述第二通道适于将补偿气引入所述第二可变体积和 将所述补偿气自所述第二可变体积取回；以及(e) 变压吸附系统，其包括包含吸附材料的至少一个容器，所 述吸附材料适于自气体混合物优先地吸附更强可吸附成分，所述 气体混合物包括更强可吸附成分和次强可吸附成分，以在所述次 强可吸附成分中才是供加浓的排出气，其中，所述变压吸附系统包 括出口管道，所述出口管道适于将排出气通过产品气体供应管路 和所述第 一通道直接提供给所述第 一可变体积。
15. 如权利要求14所述的系统，其特征在于，所述弹性的流体容器为由聚合材料制成的嚢状袋。
16. 如权利要求15所述的系统，其特征在于，当所述嚢状袋的 外表面与刚性压力容器的内表面接触时，使得所述第二可变体积基本 上为零，并且所述嚢状袋的聚合材料处于非拉伸状态。
17. —种产生、存储和分配气体的方法，包括(a) 提供气体存储和分配系统，其包括(1) 压力容器，其具有内表面、内部、外部以及所述 内部和所述外部之间的刚性壁；(2) 置于所述压力容器的内部的弹性的气体容器，其 中，所述弹性的气体容器具有内部、外表面以及穿过所述压 力容器的刚性壁将容器的内部和第一通道连接起来的开口；(3) 由所述弹性的气体容器的内部限定的第 一可变体 积，其中，所述第一通道与产品气体供应管路和产品气体分 配管路成直接流动连通，并适于将产品气体引入第一可变体 积和将所述产品气体自所述第一可变体积取回；(4) 由所述压力容器的内表面和所述弹性的流体容器 的外表面限定的第二可变体积，其中，所述第二可变体积与 第二通道成流动连通，所述第二通道适于通过补偿气管路将 补偿气？ 1入所述第二可变体积，和通过补偿气管路将所述补 偿气自所述第二可变体积取回；以及(b) 将原料气混合物引入到包含吸附剂材料的吸附容器，所述 原料气混合物包括更强可吸附成分和次强可吸附成分，优先地在 吸附剂材料上吸附所述更强可吸附成分中的一部分，自所述吸附 容器取回在所述次强可吸附成分中加浓的排出气以提供产品气 体，并将所述产品气体直接引入产品气体供应管路。
18. 如权利要17所述的方法，其特征在于(c)在第 一时间间隔期间，将产品气体自所述第 一可变体积取回，将所述产品气体与来自产品气体供应管路的产品气体组合以提供混 合产品气体，将所述混合产品气体引入到产品气体分配管路，并将补偿气通过第一孔和所述补偿气管路引入到所述第二可变体积；以及(d)在第二时间间隔期间，将来自产品气体供应管路的产品气体的 第 一部分引入到产品气体分配管路，将来自产品气体供应管路的产品 气体的第二部分引入到所述第一可变体积，并将来自所述第二可变体积的补偿气通过第二孔和补偿气通风管路自所述第二可变体积取回。
19. 如权利要求18所述的方法，其特征在于，在所述第一时间 间隔或所述第二时间间隔期间，所述补偿气通过所述第一孔的摩尔流 率和所述补偿气通过所述第二孔的摩尔流率之间的差的平均绝对值， 基本上等于产品流体供应管路内的所述产品气体的摩尔流率和产品 气体分配管路内的所述产品气体的摩尔流率之间的差的平均绝对值。
20. 如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述原料气混合 物为空气，并且所述次强吸附成分为氮气。
21. 如权利要求20所述的方法，其特征在于，所述补偿气为空
22. 如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述原料气混合 物和所述补偿气由共同的加压空气供应源提供。
23. 如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述方法包括检 测所述第 一可变体积内的产品气体压力、检测所述第二可变体积内的 补偿气压力以及检测产品气体分配管路中的产品气体流率。
24. 如权利要求23所述的方法，其特征在于，当所述第二可变 体积内的所述^卜偿气压力大于第 一指定压力时，当所述第 一可变体积 内的所述产品气体压力小于第二指定压力时，以及当所述产品气体分 配管路内的所述产品气体流率大于指定流率时，(i)将原料气混合物流 引入到吸附容器中，将产品气体流自吸附容器中取回，并将所述产品气体直接卩1入到产品气体供应管路中；以及(ii)将补偿气流S)入到所述 第二可变体积或将补偿气流自所述笫二可变体积取回。
25.如权利要求24所述的方法，其特征在于，当所述第二可变 体积内的所述#卜偿气压力小于第 一指定压力时，当所述第 一可变体积 内的所述产品气体压力小于笫二指定压力时，以及当所述产品气体分 配管路内的所述产品气体流率小于指定流率时，(i)终止进入吸附容器的原料气混合物流，终止从吸附容器取回的产品气体流，以及(ii)终止 进入所述第二可变体积的补偿气流或终止从所述第二可变体积耳又回 的补偿气流。
全文摘要
流体存储和分配系统包括压力容器，该压力容器具有将其内部分成第一可变体积和第二可变体积的可移动的分隔件。该第一可变体积具有适于产品流体流入和流出的第一通道，以及用于补偿气的流入和流出的第二通道。该系统包括(1)用于提供补偿气的补偿气管路，(2)安置在该补偿气管路上的第一孔，其具有上游侧和下游侧，(3)连接到第二通道和第一孔下游侧之间的补偿气管路上的补偿气通风管路，以及(4)安置在补偿气通风管路上的第二孔，其中第二孔的横断面流动面积小于第一孔的横断面流动面积。
文档编号B01D53/053GK101528323SQ200780019013
公开日2009年9月9日 申请日期2007年5月23日 优先权日2006年5月25日
发明者A·N·梅瑟尔, D·R·鲁普雷希特, S·J·德梅奥, S·R·麦考尔 申请人:气体产品与化学公司