输送压缩气体的方法和装置的制作方法

专利名称：输送压缩气体的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用来输送高压气体的装置。
背景技术：
输送压缩气体可以通过首先将其在液相泵压或加压而易于实现，液相时该物质比其在气相时更稠密。当然，当终端用户需要气体时，这种方法需要一个附加工艺步骤来将加压流体转换成气体。例如，在将液化气体加压以后，可以使用加热器来加温或沸腾该加压流体，以便将其转换成气体。然而，许多应用，包括压力较低的系统，不允许利用上述工艺所需的附加设备和工艺步骤，使得这种方法在这些情况下行不通。
在气体输送系统遇到单独由泵无法满足的骤然需求的场合，在输送系统中往往包括一个积贮器(accumulator)。通常，传统的输送系统包括一个积贮器，该积贮器处在允许直接供给压缩气体的供应点之前并通常是处在与其邻近之处。然而，对积贮器的一个重要的限制是这样一个事实，即作为贮存容器，它们需要空间。在许多应用中，无法获得用于传统积贮器的足够的空间，或者在靠近供应点处提供足够的空间不切实际。作为例子，高压气体燃料或燃烧催化剂的终端用户，如独立发电机(stand alonegenerator)或天然气作动力的车辆，一般使用多个燃料喷射阀，于是具有多个供应点来将燃料注入发动机。在紧挨着每个喷射阀处一般没有用于传统积贮器的空间。无论如何，在许多情况下，特别是在这种空间实际上必须与车辆一起运输而减少用来储存或其它用途的空间场合，空间被限制在这些发动机内或在其周围。这种燃料或燃烧催化剂的例子包括甲烷、丙烷、乙烷以及这些碳氢化合物的衍生物，以及氢和氧。
为了这种应用的目的，当然，任何时候提及流体都要包括液体以及被加压到所关心的气体的超临界点以上的液体。类似地，对气体的任何提及包括加压到那些气体的超临界点以上的气体。更一般地说，如果将要输送的所需物质在该物质的超临界点以上的压力下输送，那么该物质通常也被包括在任何对气体的提及之中，在这种情况下，在气体输送系统中的某一点，相应的流体在被输送之前处在较低温度和压力下。

发明内容
本发明是这样一种装置，该装置包括一个泵，该泵具有一个吸入口，使得它能够接受一定量的低温流体，将其加压到一个高于其储存压力的压力，并将其输送到一个处在低温空间之内的积贮器中。积贮器包括一贮存容积以便容纳该加压流体，使得该流体可以根据终端用户的需求而得到。除积贮器之外，本发明还包括一个加热器，加热器从积贮器接受加压流体，并在高于该流体储存的初始温度的一温度下输送该加压气体。
在又一个实施例中，本发明所包含的加热器可包括一种加热物质和用来容纳该加热物质的至少一个通道。该加热物质应当能够加热低温流体，以便使其从流体转换成所需的气体。所包含的加热物质可以是一种能够在该加热器内的一个或多个通道中循环的加热流体。本发明的一个实施例的意图在于不但从加热器的输送出口输送燃料供发动机使用，而且利用发动机冷却剂作加热流体。
装置的又一个实施例包括一个具有流体通路的加热器，该流体通路用来引导该流体从上述通道通过并送往一输送出口。所述流体通道可以由一根管形成。
本发明的又一个实施例包括一个或多个用来输送加压流体的往复式泵。
本发明的又一个实施例包括一个或多个能够驱动泵的驱动单元。该驱动单元可通过在驱动单元与泵之间运行的活塞杆与泵相连。
本发明又一个实施例包括一个积贮器，该积贮器包括一根形成积贮器空间的套管以及一个形成贮存容积的贮存容器。贮存容器可以是一根盘管。另外，套管也可以是一种抑制进入低温空间的热传导热绝缘体。积贮器空间还可包括绝热体，绝热体包括热对流抑制器以及热传导抑制器和/或该积贮器空间内的真空空间。
被设计用于降低热传递的处积贮器空间内或者积贮器与加热器之间的任何材料可以如此地选取，使得该热传递下降到15W/m×K之下。
在本发明的又一个实施例中，该装置可以将泵、积贮器和加热器一起集成在，作为例子，一个单独的外壳或壳体组件中，其中积贮器将被集成到泵和加热器之间。单独壳体组件内的每个部件之间的集成连接有助于消除作为整体来看的装置内的潜在破裂点。
本发明的意图还在于提供一种方法，该方法包括接受处于初始压力的一定量的流体，将该流体加压并将该流体储存在一个容易实现在预定压力范围内输送的积贮器内，并且加热和输送来自该积贮器贮存的作为加压气体的流体。
在本发明中所研究的流体可处在该流体的超临界点之上或之下的压力下，该气体也可在被输送的气体的超临界点之上或之下。然而，被输送的气体必须处于比其在被泵送和被输送到积贮器之前的存储时的压力更高的压力。并且，输送气体的温度必须处于在被泵送和被输送到积贮器并向前到加热器之前的存储器中所具有的的流体的温度之上的一温度。
本发明包括在泵送前抽取存储流体的实施例，被存储的流体包括在室温和大气压力下是气体的甲烷、甲醇、乙烷、丙烷、氢、氧、丁烷、甲烷、乙烷或其他碳氢化合物衍生物中的至少一种，通常还包括具有一种作为气体可以燃烧的元素的流体。


图1是本发明装置的一个实施例的横截面侧视图。
图2是本发明装置的一个实施例的透视图。
图3是本发明装置的四个部分的分解图。
图4是本发明装置将在其中运行的典型的工作环境的例子的横截面侧视图。
图5是活塞完成内缩行程的主题装置的优选实施例的横截面侧视图。
图6是活塞完成外伸行程的主题装置的优选实施例的横截面侧视图。
图7是主题装置的加热器部分的横截面侧视图。
具体实施例方式
为了提供对本发明更彻底的理解，在整个下面的描述中，阐述了具体细节。然而没有这些细节本发明也可以实行。在其他情况下，众所周知的元件没有详细地示出或描述，以便避免不必要地使本发明模糊。因此，说明书和附图应被看作是示例性的，而不是限制性的。
通常，主题发明涉及一种包括一个泵、一个积贮器和一个加热器的用来加压和输送气体的整体装置。一种流体在该装置中被加压，并从该装置以气体的方式输送。
参照图2和3，装置12采用四个不同的部分冷端14、积贮器16、加热器部18以及驱动部20。参照图1所示的横截面侧视图，通常，流体加压手段，如泵，容纳于冷端14中或被冷端14包含。在这里，积贮器16被定义为包括积贮器盘管24以及使积贮器盘管24能够起到积贮器作用的在总的标识为积贮器16的部分中显示的部件。一个加热器被容纳在加热器部分18中或被其包含，以及一个泵驱动器被容纳在驱动部20中或被其包含。参照图4，在使用中，装置12可以延伸到，作为一个例子，能够在容器13中储存流体的流体接受罐(holding tank)组件31内。
作为例子，泵的一个优选形式是一种如图所示的往复活塞泵。该泵包括活塞38设置于其中的压缩缸42，将压缩缸42分成吸入室(intake chamber)40和压力室46。吸入室40进一步由密封压缩缸42一端的端板41形成。压缩缸42的相对端由中间板96密封，该中间板进一步形成了压力室46。在一种优选的装置中，利用杆102来将压缩缸42保持在端板41和中间板96之间。
流体可通过进口管34、然后通过进口止回阀36流入吸入室40，优选地，进口管和进口止回阀都和端板41连接在一起。正如本领域普通技术人员所知道的，活塞38与压缩缸42的内壁动力密封(dynamically seal)。在通过活塞轴80而连接到活塞38上的容纳于驱动部20中的泵驱动器的影响下，活塞38可以在压缩缸42内移动。活塞轴80与中间板96之间的密封防止了流体从其间漏出。
活塞止回阀44允许流体从吸入室40到压力室46的单向流动。泵排放止回阀48设置于从压力室46引出的排放通道之中。泵排放止回阀48允许流体从压力室46到积贮器盘管24的单向流动。
在一个优选实施例中，积贮器贮存容积的至少一部分由积贮器盘管24形成，积贮器盘管是呈螺旋管形状的一根管。所接收的来自于泵的加压流体可以储存在积贮器贮存容积内。如所示出的实施例所示，积贮器盘管24可方便地环绕活塞轴80而设置。积贮器16将中间板96与边界法兰(boundary flange)63之间的积贮器盘管24封住(enclose)。平行于活塞轴80的至少一个拉杆104可被利用来将积贮器16保持在中间板96与边界法兰63之间。一个具有盘绕的贮存容积的积贮器，尽管仅仅是一个可能的实施例，由于其能很好地适应系统内温度和压力而很有利。然而，可以利用许多可选的积贮器设计方案中的任何一种。这些方案包括积贮器缸或其他贮存容器。
在图示的实施例中，流体从积贮器盘管24通过流体出口25流到加热器部18。由边界法兰63将积贮器与加热器部18分开，该边界法兰优选地由被选取用于减小从加热器部18到积贮器的传热的材料制成。例如，边界法兰63可以由导热系数约2.1W/m×k的G10玻璃纤维复合材料制成。
类似地，积贮器套管84从中间板96通过延伸到边界法兰63，容纳积贮器盘管24并在积贮器内形成积贮器空间59，有助于防止由加热器部分到积贮器和泵的传热。绝缘材料可以包含在积贮器空间内，如防止对流热流穿过积贮器的对流障碍物(convection barrier)、导热绝热体、真空空间、或者这些热绝缘措施的组合。
由于加热加压流体会降低其密度，并甚至会使其转化成气体，从而使将流体在更稠密的状态下储存比同样流体以气相储存所具有的的好处消失，因此，更可取的是将积贮器内的流体保持在较冷的温度。因此，最好是防止热从加热器部分18传递到积贮器，以使可储存在积贮器中的流体量最大。
作为例子，在天然气的情况下，加压液化天然气，根据运行条件，可以比相同量的气体形式的加压天然气稠密约三倍。通过将流体保持在积贮器盘管24内，利用上面的例子，在积贮器内的积贮器盘管容积的每个递增量相当于等效三倍的气体形式的相同流体的相应体积增量。换句话说，通过将积贮器放置在加热器的上游并与其热绝缘，每单位积贮器容积可储存更大的密度。利用同样的例子，约0.3升的积贮器盘管容积的天然气等于约0.90升的处在被设计用于在与所描述的实施例中的气体出口装置12相同的压力下储存燃料的现有技术积贮器中的天然气。
参照图2和7描述加热器部18。在一个优选装置中，一热交换器被用来将热量从容纳于热交换器中的、能够加热加压流体的热交换流体传递给加压流体。加压流体顺序从流体出口25、通过加热器引入管54、内侧盘管(tubular coil)56、外侧盘管58、然后最后通过输送喷嘴68流过。传递给加压流体的热量足以使加压流体转换成气体。
引入管54和内侧盘管56设置于内侧热浴通道60内，外侧盘管58设置于外侧热浴通道64内。内侧通道60与热交换流体入口70连通(如图2所示)。通道通路72允许热交换流体从内侧通道60流到外侧通道64。外侧通道64与热交换流体出口76连通(如图2所示)。
杆套管(rod sleeve)85从中间板96一直延伸到驱动装置法兰(drive headflange)82，防止了热交换流体经过与活塞轴80有关的密封和轴承而泄漏。加热器套管19在驱动装置法兰82与边界法兰63之间延伸，进一步形成了外侧通道64。
所示的优选装置的一个特征是泵、积贮器盘管24以及加热器串联地结合成一个整体。这与将积贮器定位成最接近终端用户并处在加热器下游的传统系统相反。另一个优点是泵可以直接与积贮器盘管24耦连，积贮器盘管又可与加热器直接耦连，而不需要连通管系和与其相关的附加接头。
下面描述该装置的操作方法。在运转中，活塞38静止或者在内缩行程或外伸行程(extension stroke)中被起动。首先描述在内缩(retraction stroke)行程期间发生的事件。
参见图5，活塞38通过沿着箭头120的方向从最接近端板41的位置移动到最接近中间板96的位置而刚完成一个内缩行程。进口止回阀36打开，流体通过进口管34流入吸入室40。同时，在压力室46(如图6所示)中的流体被加压到保持活塞止回阀44关闭的压力。活塞38的内缩也使得压力室46的容积减小，由此在内缩行程的早期，压力室46内的流体压力升高到一个高于积贮器盘管24内的加压流体的压力的压力，使得泵排放阀48打开，导致有些加压流体从压力室46流到积贮器盘管24。
当然，对于本领域普通技术人员来说，显然有可能从压力室46将流体直接供入积贮器盘管24，而不使其首先通过止回阀，然而，装置和气体输送系统作为一个整体的运行通过包含了泵排放止回阀48而得到了增强。尤其是泵排放止回阀48的包含有助于减小泵下游的压力变化。
将加压流体从压力室46引入到积贮器盘管24来代替已经在积贮器盘管24内的加压流体，使得加压流体通过积贮器流体出口25流入加热器部18(见图7)。
加热器部18的运行将参照图7进行描述。加压流体从积贮器流体出口25通过加热器引入管54进入加热器部18。进入加热器部18的加压流体可能仍处于可能比热交换流体的冰点温度还低的低温温度。为了减小热交换流体冻结的可能性，加热器引入管54将加压流体送往与热交换流体最先引入该加热器的部位最接近的部位。在所示的实施例中，热交换流体首先在靠近驱动装置法兰82处引入内侧热浴通道60。因此，内侧盘管56的最冷的部分暴露于热浴的最热的部分中。
热交换流体在与加压流体流过内侧盘管56并接着流过外侧盘管58的相同的总方向上流过内侧通道60和外侧通道64。根据使用该装置的具体应用的运行条件，并且特别是，加压流体的温度和热交换流体的温度、热浴内加压流体盘管的长度被确定，使得加压流体作为已被加热到在预定温度范围之内的温度的气体流出加热器部18。当然，气体也以在所需的预定压力范围内的温度从该装置输出。
当该装置被用来向发动机输送气体燃料时，发动机冷却剂是一个可供给该装置的合适的和方便的热交换流体的例子。在这样一种装置中，可将在通过发动机冷却套之后已被加热的发动机冷却剂输送到加热器部18的热浴，在其中，他在返回发动机冷却系统之前得到冷却。
一个完整的泵循环包括一个内缩行程和一个外伸行程。外伸行程将参照图6来描述，该示出通过沿箭头122的方向从最接近中间板96的位置移动到最接近端板41的位置而刚刚完成外伸行程的活塞38。
在外伸行程期间，活塞38沿箭头122方向的移动是在给吸入室40内的流体加压(如图5所示)，使得进口止回阀36关闭，而活塞止回阀44打开。在吸入室40内被加压的流体流过打开的活塞止回阀44进入压力室46。在外伸行程的开始，压力室46内的压力低于积贮器盘管24内流体的压力。因此，压差使泵排放止回阀48保持关闭。在外伸行程的稍后阶段，由于吸入室40的容积比压力室46的容积大很多，流体进入压力室46使得其中的压力升高。最后，压力室46内的压力超过积贮器盘管24内流体的压力，并且泵排放止回阀48打开，允许压力室46内的一些流体流入积贮器盘管24中。
这样，该泵作为双作用泵运行。在优选的装置中，吸入室40的可置换容积(displaceable volume)的尺寸确定为比压力室46的可置换容积大约两倍。优选地，对于每个外伸和内缩行程来说，由泵排放的流体的量大约相等。
加压流体通过积贮器盘管24的流动和加热器部18的运行与相对于内缩行程所进行的描述基本上相同，因而，不再针对外伸行程进行重复描述。
这一点是本领域所公知的，即该装置可以运行来维持一定的参数，如，举例来说，积贮器内的压力、或者由装置输送的流体的压力和温度。可以使用输送系统或装置12内的一个或多个传感器来使控制器启动容纳于驱动部中的泵驱动器。该泵驱动器又启动活塞轴80，以便按照上面所述的泵循环驱动活塞38。在需求低的时候，控制器也可使泵活塞38保持静止。
在如上所述的优选装置中，加热器部使用了热交换器的一种特定的实施例来使热从热交换流体传递给加压流体。当然，对于本领域普通技术人员来说，显然可以利用上面论述的实施例中的加热器的可供选择的变更方案。例如，可以使用单盘管来代替用来输送加压流体的内侧和外侧盘管。对所述实施例的其他变更包括但不限于如下替换构造，该替换构造利用加压流体在其中循环、加热并转换成气体的一个加热了的通道或通道组。
然而，一般地说，可以将传统加热器容纳在加热器部中，而不影响本发明的精神。如上面所谈到的，在允许积贮器内容积最大化的空间内加热器在装置内起作用的情况下，本发明的利益得以实现。这种加热器包括用来向流体传热从而使该流体的温度在一个时间范围内升高到操作温度以达到主题系统的运行参数的元件。这些传统的加热器可以包括电热器，如使用一根热丝元件、散热片、板和框架、以及本领域普通技术人员所熟知的其他装置的加热器。
参照图4所示的该装置的实施例，该操作环境中的装置从罐组件3 1中吸入低压流体，并将该流体作为加压气体而输送。通常，在这种系统中，引入温度梯度·沿着与活塞轴80平行运转的轴；以及·与活塞轴80成直角，沿着该轴的长度从在加热器部18内的部分中的最大值变化到在冷部或积贮器16的其他上游部分中的标称梯度(nominalgradient)。
保持该轴向温度梯度，即，平行于活塞轴80轴线的温度梯度，很重要，因为从加热器到积贮器盘管的任何热漏泄都会减小该流体的密度，并使通过在较冷的流体环境存在的加热器上游设置积贮器而获得的优点无效。轴向温度梯度可通过在装置12的四部分之间设置导热障碍物而得以保持。所示实施例设置了边界法兰63和驱动装置法兰82。这些法兰将显示为积贮器16的积贮器和加热器部18、以及将加热器部18与驱动部20分别隔开。如上所述，加热器部18与积贮器盘管24之间的热分离特别重要。
在这些法兰有助于将装置的这些部分热绝缘的同时，流过装置12的流体也有助于将热从冷端14带走在较热的加热器部18的方向上传送，并带出系统。并且，与积贮器贮存容器的另一种形式相反的积贮器盘管24的使用延长了从加热器部18到冷端14的传导热路径。
其他穿过积贮器的热路径包括通过围绕积贮器盘管24的空间的对流热路径。如上所述，绝缘材料可以包含在该积贮器空间内，以便帮助使加热器部18和积贮器和冷端14热绝缘。又，隔绝材料(barrier material)也可以用来减小由于在该积贮器空间内的气体循环而引起的热对流。可选地，围绕积贮器盘管24的积贮器空间可以抽真空。
从加热器部18到积贮器的又一个热路径沿着积贮器套管84延伸。本领域普通技术人员已知的合适的绝缘材料可用来帮助使加热器部18与积贮器16及冷端14热绝缘。在所示的实施例中，积贮器盘管24含有加压流体，从而积贮器套管84不必设计成包含加压低温流体。因此，用于套管84的所选材料的选取应优先考虑导热特性，而不是结构特性。
在将装置12定位，例如，于罐组件31内时，横向温度梯度，即，总地与活塞轴80垂直的温度梯度，也是一个潜在的问题。罐内空间88被保持在比加热器部18内的温度冷得多的温度。当流体沿着其路径穿过积贮器盘管24并进入加热器部18中的内侧和外侧盘管(56、58)而被加热时，在加压流体与罐内空间88之间建立了横向温度梯度。随着流体流入并通过流体在此最终转换成气体的加热器部18时，横向温度梯度增大。积贮器套管84和加热器套管19用适合于帮助装置与罐内部绝热的材料构造。在这种情况下，套管起到抑制从装置12直到任何外部环境的横向热流的作用。
参见图1和2，在所示的实施例中，装置12由拉杆连接在一起。如上所述，冷端14和积贮器16由压缩汽缸拉杆102结合在一起，积贮器拉杆104延伸积贮器16的长度，将积贮器保持在加热器部18和冷端14之间。尽管已发现拉杆可提供成本和维护上的好处，本领域普通技术人员应知道该装置也可利用许多其他手段来结合。作为例子，加热器、积贮器和泵可以通过螺纹连接、螺栓连接、焊接而集成一体，或者利用已知的用来将一个设备与另一个设备连在一起以制得整体装置的各种手段的任何一种或组合来结合。
用作积贮器盘管24、加热器部18中的内侧和外侧盘管(56、58)、缸体42、拉杆(102、104)、进口管34、积贮器套管84、边界法兰63和驱动装置法兰82以及该装置其他部件的材料被选取是由于在其他情况之中尤其是它们的对温度梯度反应、耐高压和对热传导绝缘的能力。这种材料是本领域普通技术人员已知的。
尽管所讨论的实施例设想一个具有两个室，即吸入室40和压力室46，的单活塞泵，然而也可使用其他的泵装置来将从一个容器抽取的流体加压到高压。例如，不用说，具有一个以上的活塞或者不同数目的室的活塞泵可以用来代替所示的实施例。
作为例子，说明书公开了一种装置，其可被用来利用在较稠密状态的气体的特性来输送高压气体以便提高有效的积贮器能力并更容易地压缩气体。然而，不用说，当装置·以初始温度T1和初始压力P1吸入流体；·将该流体的压力升高到属于预定压力范围内的压力P2，此处P2＞P1；·将流体以在预定压力范围内的压力，约P2，下储存在积贮器中；·在加热器中将流体加热至在预定的将流体转换成气体的温度范围内的温度T2，此处T2＞T1；以及·以在预定的温度和压力范围内的温度和压力，约T2和P2，输送气体时，可以在普通意义(in general sense)上获得这些特性。
因而，不用说，流体将以流体的形式而被吸入并以具有比初始温度和压力更高的温度和压力的气体的形式而被输送。在一个优选实施例中，液体可以被吸入该装置，而气体可由该装置输出。然而，根据储存流体的运行条件和将要输送气体的所需特性，可以吸入液体或超临界流体或者单相流体，并且可以输送超临界点或超临界点以上的气体。这种气体也可被认为是超临界流体或单相流体。本发明打算以这些状态来输送气体和储存流体。
因此，正如前面所指出的，“流体”，在该应用中被理解为是液体和超临界压力之下的液体。“气体”，在该应用中被理解为气体和在超临界压力之下的气体。这些术语互斥(mutually exclusive)。另外，尽管在所示的实施例中在驱动部16中包括一个液压泵驱动器，然而对本领域普通技术人员来说显然许多其他驱动器也能满足需求而不显著背离本发明的精神。作为例子，这些可以包括电动机、机械或发动机驱动器、风动驱动器等等。驱动器是潜在的热源，从而优选地将其布置成远离较冷的泵和积贮器，以便减小向储存的冷流体的传热。所示的实施例将加热器和/或积贮器定位于泵和驱动器之间，以便帮助控制装置12内的轴向温度梯度，同时允许泵、积贮器和加热器之间的直接流体连接，由此消除了对这些部件之间的管线的需求，并减少了可能是泄漏和/或破裂点的来源的连接的数量。该示出的实施例还提供了一种用来定位活塞轴80的方便装置。
作为例子而决不是限制该公开的发明的范围，下面对于一个适合于将可燃气体(例如，天然气、甲烷、丙烷、乙烷、诸如甲醇、乙醇、氢这样的气态可燃碳氢化合物的衍生物)或者助燃气体(例如，氧)输送至内燃机的装置，列出了一个特定实施例的下列系统特征和预定参数。下面是针对接受液化天然气并向发动机输送高压天然气的装置而设计的燃料储存温度＜200K积贮器工作压力 5000-5600psig工作热浴温度283-343K内侧和外侧盘管容积 1.65×105mm3内侧盘管的内部管径 3.86mm外侧盘管的内部管径 3.86mm积贮器盘管容积 3.32×105mm3积贮器盘管内部管径 6.22mm压力室容积(外伸时) 3.74×105mm3压力室容积(内缩时) 3.44×105mm3鉴于前述公开，本领域普通技术人员显然会明白，在不背离本发明的精神和范围的前提下，在本发明的实施中可能有许多变化与改进。因此本发明的范围应根据由所附权利要求书限定的实质内容来确立。
权利要求
1.一种装置，用来对一流体加压并输送一气体，该装置包括a.一泵，包括i.一吸入口，用来接受一数量的处于一初始压力和一初始温度的所述流体；ii.一加压装置，与所述吸入口连通，所述加压装置能够将所述量的所述流体加压至一预定压力，其中所述预定压力大于所述初始压力；以及iii.一高压排放通道，与所述加压装置连通，用来从所述加压装置排放所述量的所述流体；b.一积贮器，用来在存储压力范围内接收并贮存所述量的所述流体，所述积贮器包括i.一入口，与所述高压排放通道连通，用来接受所述量的所述流体；ii.一贮存容积，与所述入口连通；以及iii.一出口，与所述贮存容积连通，用来将所述量的所述流体从其中输送，c.一加热器，能够将所述量的所述流体加热至预定温度，并使所述流体转换成所述气体，所述加热器包括i.一加热器入口，与所述出口连通，用来接受所述量的所述流体；以及ii.一输送出口，与所述加热器入口连通，其中所述输送出口从所述装置输送所述气体。
2.如权利要求1所述的装置，其中还包括使所述加热器、所述积贮器和所述泵成为整体的一壳体组件。
3.如权利要求2所述的装置，其中所述壳体组件包括一偶接器，以便将所述高压排放通道直接连接到所述入口。
4.如权利要求2或3所述的装置，其中所述壳体组件包括一偶接器，以便将所述出口直接连接到所述加热器入口。
5.如权利要求2到4任意一项所述的装置，其中所述壳体组件包括至少一根拉杆。
6.如权利要求1至5任意一项所述的装置，其中所述加热器还包括一加热物质和至少一个用来容纳所述加热物质的通道，其中所述加热物质能够将所述量的所述流体加热到所述预定温度。
7.如权利要求6所述的装置，其中所述加热器还包括一流体通道，用来将所述量的所述流体从所述加热器入口通过所述至少一个通道引导至所述输送出口。
8.如权利要求6所述的装置，其中所述加热器还包括一热导体，所述热导体设置在所述加热器内，用来从所述加热物质向所述流体传热。
9.如权利要求6或7任意一项所述的装置，其中所述加热物质包括能够在所述至少一个通道中循环的一加热流体。
10.如权利要求7所述的装置，其中所述加热器还包括设置于所述至少一个通道内的一加热器管，所述加热器管形成所述流体通道。
11.如权利要求1至10任意一项所述的装置，其特征还在于所述加热器还包括能够在所述加热器与所述积贮器之间提供热绝缘的一加热器绝热体。
12.如权利要求1至11任意一项所述的装置，其中所述泵是一往复式泵，其进一步包括至少一个设置于一缸体内的活塞，所述活塞将所述缸体分成一吸入室和一压力室。
13.如权利要求12所述的装置，其中所述吸入室通过一吸入阀与所述吸入口连通，所述吸入阀允许所述量的所述流体通过所述吸入阀单向流入所述吸入室。
14.如权利要求12或13任意一项所述的装置，其中所述吸入室与所述压力室通过能够允许所述量的所述流体从所述吸入室单向流入所述压力室的一活塞阀相连通。
15.如权利要求14所述的装置，其中所述活塞阀设置于所述活塞内。
16.如权利要求12至15任意一项所述的装置，其中所述压力室与所述高压排放通道相连通，从而一旦所述流体处于所述预定压力，所述量的所述流体可以流入所述高压排放通道。
17.一种如权利要求16所述的低温贮罐组件，其中所述压力室与所述高压排放通道通过一高压阀相连通，所述高压阀能够允许所述量的所述流体单向流入所述高压排放通道。
18.如权利要求17所述的装置，其中所述高压阀防止所述量的所述流体从所述压力室流入所述高压排放通道，直到所述量的所述流体达到或超过所述预定压力为止。
19.如权利要求1至18任意一项所述的装置，其中所述积贮器还包括一套管，所述套管形成一积贮器空间，所述贮存容积设置于所述积贮器空间内。
20.如权利要求1至19任意一项所述的装置，其中所述贮存容积由一盘管形成。
21.如权利要求19所述的装置，其中所述积贮器还包括设置于所述积贮器空间内并围绕所述贮存容积的一热绝缘体。
22.如权利要求21所述的装置，其中所述热绝缘体是设置于所述积贮器空间内的一对流障碍物。
23.如权利要求21或22所述的装置，其中所述热绝缘体包括在所述积贮器空间之内的一真空容积。
24.如权利要求21或22所述的装置，其中所述热绝缘体包括设置于所述积贮器空间之内的一绝热材料。
25.如权利要求24所述的装置，其中所述绝热材料具有小于15W/m×K的导热系数。
26.如权利要求19所述的装置，其中所述套管由热绝缘材料制成。
27.如权利要求26所述的装置，其中所述热绝缘材料具有小于15W/m×K的导热系数。
28.如权利要求1所述的装置，其中还包括形成一绝热空间的一外壳，所述绝热空间围绕所述加热器。
29.如权利要求28所述的装置，其中所述绝热空间包括一真空空间。
30.如权利要求1至29任意一项所述的装置，其中所述气体在不小于2500psig的压力下下进行输送。
31.如权利要求1至30任意一项所述的装置，其中所述气体以超临界流体的方式进行输送。
32.如权利要求1至31任意一项所述的装置，其中所述流体包括甲烷、甲醇、乙烷、丙烷、氢、氧或丁烷中的至少一种。
33.如权利要求1至31任意一项所述的装置，其中所述流体包括可以作为气体而燃烧的元素。
34.如权利要求1至33任意一项所述的装置，其中所述流体包括甲烷或乙烷衍生物中的至少一种，其中所述甲烷或乙烷衍生物中的至少一种在室温和大气压力下是气体。
35.一种用来加压一种流体并将所述流体以一气体形式输送的方法，顺序包括a.在一初始压力和一初始温度下将一数量的一流体接受入一装置；b.将所述量的所述流体加压至一预定压力范围之内，其中所述初始压力落在所述预定压力范围之外，并在所述预定压力范围之下；c.储存所述量的所述流体；d.将所述量的所述流体加热至一预定温度范围之内，并将所述流体转换成所述气体，其中所述初始温度落在所述预定温度范围之外，并在所述预定温度范围之下；e.从所述装置输送压力在所述预定压力范围之内并且温度在所述预定温度范围之内的气体。
36.如权利要求35所述的方法，其中所述预定压力范围包括当所述流体处于所述初始低温温度时的所述流体的超临界点以上的压力。
37.如权利要求35所述的方法，其中所述预定压力范围包括当所述气体在所述预定温度范围之内时的所述气体的超临界点之上的压力。
38.如权利要求35所述的方法，其中所述初始压力高于当所述流体处于所述初始温度时所述流体的超临界点。
39.一种用来对一流体加压并输送一气体的装置，包括a.泵，包括i.一吸入口，用来接受一数量的处于初始压力和初始温度下的一流体；ii.一加压装置，与所述吸入口连通，所述加压装置能够将所述量的所述流体加压至一预定压力，其中所述预定压力大于所述初始压力；以及iii.一高压排放通道，与所述加压装置连通，用来从所述加压装置排放所述量的所述流体；b.一加热器，能够将所述量的所述流体加热至一预定温度，并使所述流体转换成所述气体，所述加热器包括i.一加热器入口，用来接受所述量的所述流体；以及ii.一输送出口，与所述加热器入口连通，其中所述输送出口从所述装置输送所述气体。c.一导管，从所述高压排放通道接收所述量的所述流体并将其输送至所述加热器入口，其中所述加热器与所述泵热绝缘。
40.如权利要求39所述的装置，其中所述导管的长度导致所述加热器与所述泵之间的热流路径，这有助于使所述加热器与所述泵热绝缘。
41.如权利要求40所述的装置，其中所述导管形成了一贮存容积。
42.如权利要求39所述的装置，其中还包括使所述加热器、所述导管和所述泵成为一个整体的一壳体组件。
43.如权利要求39所述的装置，其中所述加热器还包括一加热物质和至少一个用来容纳所述加热物质的通道，其中所述加热物质能够将所述量的所述流体加热到所述预定温度。
44.如权利要求43所述的装置，其中所述加热器还包括一流体通道，用来将所述量的所述流体从所述加热器入口通过所述至少一个通道引导至所述输送出口。
45.如权利要求44所述的装置，其中所述加热器还包括一热导体，所述热导体设置在所述加热器内，用来从所述加热物质向所述流体传热。
46.如权利要求39所述的装置，其中所述导管被一个套管围绕，所述套管形成了一导管空间。
47.如权利要求46所述的装置，其中所述套管进一步围绕设置在所述导管空间之内的一热绝缘体，所述热绝缘体围绕所述贮存容积。
48.如权利要求46所述的装置，其中所述套管由绝热材料制成。
49.如权利要求48所述的装置，其中所述绝热材料具有小于15W/m×K的导热系数。
50.如权利要求46所述的装置，其中所述套管的长度导致所述加热器与所述泵之间的热流路径，这有助于所述加热器与所述泵热绝缘。
51.如权利要求39所述的装置，其中所述气体在高于2500psig的一压力下被输送。
52.如权利要求39、41或51任意一项所述的装置，其中所述流体包括甲烷、乙烷、丙烷、氢、氧或丁烷中的至少一种。
53.如权利要求39、41或51任意一项所述的装置，其中所述流体包括一可燃气体。
54.一种用来加压一流体并将所述流体以一气体形式输送的方法，顺序包括a.从在一初始压力和一初始温度下储存所述流体的一贮存容器接受一数量的一流体进入一装置；b.将所述量的所述流体加压至一预定压力范围之内，其中所述初始压力落在所述预定压力范围之外，并在所述预定压力范围之下；c.输送所述量的所述流体离开所述贮存容器，此处所述流体与所述贮存容器热绝缘；d.将所述量的所述流体加热至一预定温度范围之内，并将所述流体转换成所述气体，其中所述初始温度落在所述预定温度范围之外，并在所述预定温度范围之下；e.从所述装置输送压力在所述预定压力范围之内和温度在所述预定温度范围之内的所述气体。
55.权利要求54所述的方法，其中所述预定压力范围包括在当所述流体处于初始低温温度时所述流体的超临界点之上的压力。
全文摘要
本发明涉及一种用来加压流体并输送气体的装置，该装置包括一个泵、一个积贮器和一个加热器，使得该泵将从一个流体贮存容器接受的一定量流体加压，并将该加压流体输送至积贮器。然后，积贮器将一定量的加压流体输送到加热器，加热器又将流体加热成所需的要输送给终端用户的在预定温度和压力范围之内的气体。本发明还涉及一种输送处于所需压力和温度的气体的方法，其中一定量的流体以所需的压力作为流体被接收、加压和储存在积贮器贮存容器内。该流体接着从积贮器送往加热器，在加热器处流体被加热并以处于预定温度和压力的气体输送给终端用户。
文档编号F02M21/06GK1599837SQ02823986
公开日2005年3月23日 申请日期2002年11月27日 优先权日2001年11月30日
发明者托马斯·C·布鲁克, 丹尼尔·J·H·布伦南, 瓦莱丽·N·勒布兰克, 斯蒂芬·D·诺布尔 申请人:韦斯特波特研究公司