[发明专利]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

说明书

一种能够使极大的气体容积用作有效容积并增加气体存储效率的压力容器平衡补给燃料系统。系统包括多个压力容器，每个容器具有用于液体的进入和退出的液体转移开口，其中液体用于置换每个容器内部的气体。液体平衡线通过液体转移开口从多个压力容器中每个容器的外部延伸至内部，并且将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。因而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，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近似相等。

技术领域

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

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，Liquefied Natural Gas)以及被称为液化石油气(LPG，Liquefied PetroleumGas)的天然气衍生物。

由于以天然气为燃料的车辆排放SO₂(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CO₂(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。

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。

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。

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。

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。

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。