深冷流體輸送系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】深冷流體輸送系統(tǒng)
[0001]相關(guān)參考交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求對(duì)提交于2014年5月29日的共同未決的第62/004,477號(hào)，名稱為“LNGDelivery System with Saturated Fuel Reserve”的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)。在此要求對(duì)前述提交日期的優(yōu)先權(quán)并且結(jié)合該臨時(shí)申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容作為參考。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本揭示內(nèi)容涉及用于將液化天然氣(LNG)從貯罐輸送至應(yīng)用裝置(諸如天然氣驅(qū)動(dòng)的車輛發(fā)動(dòng)機(jī))的系統(tǒng)。所揭示的裝置和方法可被用在各種環(huán)境下并特別適于不執(zhí)行LNG燃料預(yù)飽和的市場(chǎng)。當(dāng)貯罐壓力降至預(yù)定義水平以下時(shí)，所揭示的裝置和方法可被用作“調(diào)節(jié)熱量(trim heat)”的源。
【背景技術(shù)】
[0004]許多重型負(fù)載的燃燒天然氣的車輛發(fā)動(dòng)機(jī)都要求天然氣的入口壓力設(shè)定成特定值，例如10psig(鎊/平方英寸)左右。在大多數(shù)市場(chǎng)中，使LNG飽和至或加入熱量至其蒸氣壓力達(dá)到大概等于應(yīng)用裝置(即，車輛)所要求的壓力的點(diǎn)。這種建立飽和壓力的處理一般在LNG燃料站進(jìn)行。但是，也存在一些市場(chǎng)，在將燃料傳送至車載貯罐之前并不執(zhí)行這種燃料飽和或者不執(zhí)行至加注燃料后在車輛罐內(nèi)的飽和液體程度足以達(dá)到10psig飽和液體的程度。因此，貯罐可最后在期望壓力以下通過LNG井進(jìn)行填充。此外，一些發(fā)動(dòng)機(jī)需要壓力在150psig左右，這并不實(shí)際可實(shí)現(xiàn)，即使是在輸送前使燃料飽和的燃料站里。
[0005]在一種推薦的方案中，在LNG上方使用壓縮天然氣(CNG)來增加蒸汽壓力以在上升壓力下輸送燃料。但是，這種方案需要將第二個(gè)用于CNG的罐體安裝在車輛上，這增加了在車架上的重量并占用了有價(jià)值的空間。在另一個(gè)推薦的方案中，特定的燃料站先將LNG填充入貯罐，然后使用天然氣蒸汽加入額外的熱量以使貯罐中的燃料達(dá)到飽和。車輛燃料系統(tǒng)配備有特定的溢流罐，在填充過程中，過量的LNG將進(jìn)入溢流罐。但是，這種方案需要特定的燃料站，車輛必須在那里進(jìn)行填充。
[0006]另一種推薦的方案不僅利用溢流罐，并且還使用特定的主罐，其被設(shè)計(jì)成無論液體飽和壓力如何均保持以液壓方式填充以維持足夠的壓力到達(dá)發(fā)動(dòng)機(jī)。但是，這種特殊的燃料罐對(duì)于系統(tǒng)增加了額外的成本和復(fù)雜性。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007]本實(shí)用新型所揭示的是一種深冷流體輸送系統(tǒng)，其克服了前述現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷。在一實(shí)施例中，本系統(tǒng)使用一個(gè)或多個(gè)主罐并使用儲(chǔ)備罐，其中罐體可被安裝在可移動(dòng)的車輛上。主罐可利用在固定的深冷瓶(cryogenic cylinder)中時(shí)而使用的類型的增壓回路(pressure building circuit)。這種增壓回路利用重力將液體冷凍劑饋入汽化器中。液體汽化時(shí)，其體積膨脹，并且逸出的氣體被引導(dǎo)至主罐中冷凍劑上方的蒸汽空間中，在罐體中液相的上方建立起蒸汽壓頭(head of vapor pressure)。備選地，來自燃料系統(tǒng)下游(熱交換器之后)的氣體可通過機(jī)械作用被推回至蒸汽空間。序列號(hào)第14/044,622號(hào)美國專利申請(qǐng)說明了用于這樣的機(jī)械增壓作用的相關(guān)的裝置和方法并結(jié)合在本文中作為參考。
[0008]車載IC罐上的傳統(tǒng)風(fēng)格的增壓回路和機(jī)械作用的增壓器(pressurebuilder)都不能單獨(dú)維持保持不變的供給加壓的LNG。由于LNG車載貯罐是被用在移動(dòng)的應(yīng)用中，一旦車輛處于運(yùn)動(dòng)中并且液相和汽相混合，在液相上方建立的任何蒸汽壓力都將很快坍塌。以這種方式加入足夠的熱量以使罐內(nèi)大量LNG完全飽和可花費(fèi)帶來不方便的時(shí)間量，例如I小時(shí)。
[0009]因此，除了使用增壓式的罐體以外，在本系統(tǒng)中還使用了儲(chǔ)備罐，其貯存飽和液體，當(dāng)主罐正在進(jìn)行飽和時(shí)，車輛可使用這些飽和液體來驅(qū)動(dòng)車輛。一旦主罐中的液體飽和，該主罐用它們的目前已飽和的液體給車輛加燃料并重新填充儲(chǔ)備罐，其將被貯存起來直到進(jìn)行下一次填充。
[0010]—方面，這里所解釋的深冷流體輸送系統(tǒng)包括:主罐系統(tǒng)，主罐系統(tǒng)包括適于包含深冷流體的第一供給的主罐，主罐包括頭空間，其適于包括在主罐中貯存的深冷流體之上的蒸汽;儲(chǔ)備罐系統(tǒng)，儲(chǔ)備罐系統(tǒng)包括適于包含深冷流體的第二供給的儲(chǔ)備罐，儲(chǔ)備罐包括頭空間，其適于包含在儲(chǔ)備罐中貯存的深冷流體之上的蒸汽;增壓回路，其適于將蒸汽輸送至主罐的頭空間以在主罐中增壓，增壓回路連接在燃料輸送管線或者主罐中的液體和主罐的頭空間之間;燃料輸送管線，其將深冷流體從主罐或儲(chǔ)備罐供給到應(yīng)用裝置，燃料輸送管線將主罐和儲(chǔ)備罐并行連接到應(yīng)用裝置;其中，儲(chǔ)備罐貯存飽和深冷流體，其在主罐中的深冷流體進(jìn)行飽和時(shí)經(jīng)由燃料輸送管線被輸送至應(yīng)用裝置，并且其中，當(dāng)主罐中的深冷流體飽和時(shí)，流體輸送系統(tǒng)轉(zhuǎn)換至將深冷流體從主罐經(jīng)由燃料輸送管線輸送至應(yīng)用裝置。
[0011 ]所述主罐系統(tǒng)進(jìn)一步包括:主液體提取管線，其適于與貯存在所述主罐中的深冷流體連通并將所述深冷流體輸送至與應(yīng)用裝置連通的輸送管線；主節(jié)熱器回路，其與所述主液體提取管線以及所述主罐的所述頭空間連通，所述主節(jié)熱器回路適于在所述主罐中的壓力升至預(yù)定最大壓力以上時(shí)，將蒸汽從所述頭空間引導(dǎo)至所述主液體提取管線。
[0012]所述儲(chǔ)備罐系統(tǒng)進(jìn)一步包括:儲(chǔ)備液體提取管線，其適于與在所述儲(chǔ)備罐中貯存的深冷流體連通并將所述深冷流體輸送至與應(yīng)用裝置連通的輸送管線；儲(chǔ)備節(jié)熱器回路，其與所述儲(chǔ)備液體提取管線和所述儲(chǔ)備罐的所述頭空間連通，所述儲(chǔ)備節(jié)熱器回路適于在所述儲(chǔ)備罐中的壓力升至預(yù)定最大壓力以上時(shí)將蒸汽從所述頭空間引導(dǎo)至所述儲(chǔ)備液體提取管線;儲(chǔ)備填充管線，其與所述儲(chǔ)備罐的所述頭空間以及所述主罐的液體提取管線連通。
[0013]所述增壓回路包括從所述主罐中貯存的深冷流體向下延伸的提取管線，以及在所述提取管線中的汽化器，其中，在所述主罐中貯存的所述深冷流體經(jīng)由重力流入所述提取管線。
[0014]所述增壓回路包括導(dǎo)流器，其使得汽化氣體從增壓回路的入口管線流到增壓回路的出口管線，引導(dǎo)回主罐。
[0015]深冷流體輸送系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括主液體提取管線中的閥和儲(chǔ)備液體提取管線中的閥，當(dāng)主液體提取管線中的閥打開并且儲(chǔ)備液體提取管線中的閥關(guān)閉時(shí)，深冷流體從所述主罐供應(yīng)到所述應(yīng)用裝置，當(dāng)主液體提取管線中的閥關(guān)閉并且儲(chǔ)備液體提取管線中的閥打開時(shí)，深冷流體從所述儲(chǔ)備罐供應(yīng)到所述應(yīng)用裝置。
[0016]所述主罐和所述儲(chǔ)備罐中的至少一個(gè)被構(gòu)造成具有單個(gè)外容器，其具有一個(gè)或多個(gè)隔熱的內(nèi)容器，在外容器和內(nèi)容器之間具有真空空間。
[0017]所述提取管線可以具有在所述主罐內(nèi)的第一端，和垂直位于所述主罐下方的第二端。
[0018]在所述主液體提取管線中可以包括偏置的安全閥，使得當(dāng)調(diào)節(jié)器打開時(shí)，所述主節(jié)熱器回路成為所述主罐外阻力最小的路徑。
[0019]在深冷流體輸送系統(tǒng)，與所述安全閥并行放置小孔口，以允許所述主罐中貯存的深冷流體在從高到低使用的瞬變期間流回主罐。
[0020]在所述儲(chǔ)備液體提取管線中可以包括偏置的安全閥，使得當(dāng)調(diào)節(jié)器打開時(shí)，所述儲(chǔ)備節(jié)熱器回路成為所述儲(chǔ)備罐外阻力最小的路徑。
[0021]在深冷流體輸送系統(tǒng)，與所述儲(chǔ)備液體提取管線中的所述安全閥并行放置小孔口，以允許所述儲(chǔ)備罐中貯存的深冷流體在從高到低使用的瞬變期間流回所述儲(chǔ)備罐中。
[0022]根據(jù)以下對(duì)各種實(shí)施例的說明，其它特征和優(yōu)點(diǎn)將是顯而易見的，在各種實(shí)施例中通過示例的方式示出了本揭示內(nèi)容的原理。
【附圖說明】
[0023]圖1示出了現(xiàn)有燃料輸送系統(tǒng)的示例；
[0024]圖2示出了具有儲(chǔ)備罐和主罐的燃料輸送系統(tǒng)的示例實(shí)施例；
[0025]圖3示出了具有使用傳統(tǒng)風(fēng)格增壓環(huán)路的主罐的燃料輸送系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施例。
【具體實(shí)施方式】
[0026]在進(jìn)一步說明本主題之前，應(yīng)理解在本文中所說明的本主題并不限于所說明的特定的實(shí)施例，當(dāng)然可變化。還應(yīng)理解的是，本文所使用的術(shù)語僅是為了說明特定實(shí)施例或多個(gè)實(shí)施例的目的，而非意圖進(jìn)行限制。除非另外定義，本文所說明的所有技術(shù)術(shù)語與本主題所屬的本領(lǐng)域技術(shù)人員的普遍理解的意思相同。
[0027]圖1示出了例如在序列號(hào)第14/044,622號(hào)美國專利申請(qǐng)中說明的這類燃油輸送系統(tǒng)的示例，在此結(jié)合其內(nèi)容作為參考。深冷罐22包含深冷產(chǎn)物，例如LNG，其包括深冷液體26，在深冷液體(液體冷凍劑)上方具有蒸汽空間36 ο液體管線24與主罐22的底部區(qū)域連通，在主罐22中包含深冷液體26ο如在本文中使用的，“管線”可以是流體可從其中流過的任意類型的管道或管子。產(chǎn)品提取管線28將液體管線24連接至例如車輛發(fā)動(dòng)機(jī)的氣體應(yīng)用裝置上。在提取管線28中放置有熱交換器或汽化器32以在冷凍劑被輸送至應(yīng)用裝置100之前使冷凍劑汽化。提取管線28中的控制閥10表示例如自動(dòng)閥。
[0028]仍然參考圖1，節(jié)熱回路34包括蒸汽管線或管40，其與蒸汽空間36連通。蒸汽管40包括節(jié)熱器調(diào)節(jié)器38，其被設(shè)定在預(yù)定的壓力閾值下。液體管線24與主罐22中的深冷液體26連通。當(dāng)主罐22中的壓力超過節(jié)熱器調(diào)節(jié)器38的壓力設(shè)定點(diǎn)時(shí)，蒸汽空間36中的蒸汽可通過蒸汽管線40被提取出來，并通過提取管線28到達(dá)應(yīng)用裝置100。這使得主罐22中的壓力降低。由于LNG車輛燃料罐水平放置的特性，其通常具有足夠的流體靜壓，以使得深冷液體26即使是在節(jié)熱器調(diào)節(jié)器38打開時(shí)也能被提取出來。因此，在液體管線24中包括偏置的安全閥42，以使得在節(jié)熱器調(diào)節(jié)器38打開時(shí)，節(jié)熱器回路34成為主罐22外阻力最小的路徑。小孔口(orifiCe)44與安全閥42并行放置，以允許深冷液體26在從高到低使用的瞬變期間流回主罐22中。
[0029]如圖1所示，主動(dòng)式增壓回路55可被用于增加主罐22中的頭壓。增壓回路55包括入口管線51，其分叉出在汽化器32下游的提取管線28。導(dǎo)流器52致使汽化氣體從入口管線51流至出口管線53，引導(dǎo)回主罐22。出口管線53使得氣體通過止回閥54返回蒸汽管線40。
[0030]圖2示出了具有儲(chǔ)備罐62和主罐22的燃料輸送系統(tǒng)的示例實(shí)施例。主罐22和儲(chǔ)備罐62可被構(gòu)造成例如具有單個(gè)外容器，其具有一個(gè)或多