[發明專利]使用熱耦合管口為壓縮氣體壓力容器補給燃料的系統及方法

有效

• 申請號: 201380067576.3
• 申請日: 2013-12-20
• 公開（公告）號: CN104919196B
• 公開（公告）日: 2019-05-31
• 發明（設計）人: 保羅·安東尼·惠特曼;德里克·謝恩·費科特
• 申請（專利權）人: 馬賽克科技發展有限公司
• 主分類號: F16C7/02
• 分類號: F16C7/02;F17C5/06;F17C13/00;F17B1/12;B67D7/42
• 代理公司: 北京英賽嘉華知識產權代理有限責任公司 11204
• 代理人: 王達佐;王艷春

壓力容器燃料補給系統能實現恒定的質量流率并且減少由壓縮熱(由于將液體注入儲箱)導致的儲箱內的溫度升高。該系統包括具有第一氣體進入口/排出口和內部腔體的壓力容器，以及與該氣體進入口/排出口流體連通的管口。該管口與該壓力容器熱耦合使得流過該管口的氣體的焦耳?湯姆遜膨脹冷卻該壓力容器的內部腔體以及容納物。

技術領域

本發明總體涉及壓縮氣體傳輸系統。具體地，本發明涉及壓縮天然氣(CNG)傳輸系統，該系統包括與CNG缸體熱耦合的以及可選地位于CNG缸體內部的管口以降低所述缸體中的溫度上升。

背景技術

天然氣燃料是供車輛使用的對環境相對無害的燃料，因此天然氣燃料在車輛應用中的使用得到環保機構和政府的支持?；谔烊粴獾娜剂弦话惆l現有三種形式：壓縮天然氣(CNG)、液化天然氣(LNG)以及稱作液化石油氣(LPG)的天然氣衍生物。

以天然氣為燃料的車輛由于通常排放極低水平的SO₂(二氧化硫)、煙塵以及其它顆粒物質，因而具有可觀的環境認證。由于在天然氣中發現更有利的碳氫比，與汽油和柴油動力車輛相比較，以天然氣為燃料的車輛的CO₂(二氧化碳)排放通常很低。天然氣車輛具有多種形式，從小汽車到公共汽車，并且逐漸發展到各種形式的卡車。天然氣燃料也向發動機提供更長的使用壽命和更低的保養費用。此外，當比較等量燃料的能量時，CNG是最便宜的替代燃料。此外，天然氣燃料可以與其它燃料(例如柴油)結合，以提供上述類似的益處。

限制天然氣在車輛中應用的關鍵因素是天然氣燃料的存儲。在CNG和LNG的情況下，其燃料箱相對于傳統液體燃料所需的儲箱，一般較為昂貴、大且笨重。另外，CNG和LNG燃料補給設備的廣泛適用性的相對缺乏以及LNG的成本，進一步地增加了天然氣作為機動車燃料來使用的限制。此外，在LNG的情況下，生產LNG的成本和復雜性以及與在車輛上存儲低溫液體相關的問題進一步地限制這種燃料的廣泛采用。

雖然LNG在世界的一些地區作為液體燃料替代品已經取得一些成就，但是LNG的適用性的缺乏以及其高成本意味著在世界的許多地區它不是可行的替代燃料。在CNG的情況下，其作為液體燃料替代品也已經取得一些成就，然而幾乎專用于利用低壓增碳端口注入感應技術的火花點火發動機中。該應用在全世界的政府公共汽車隊中普及，在政府公共汽車中燃燒天然燃料的清潔器被用于在傳統柴油機的位置中安裝的火花點火發動機。

當使用LPG時上述問題中的一些也得以緩和，并且這種燃料廣泛地用于高里程數機動車中，例如出租車。然而，在私人機動車的情況下，成本與受益的比值通常是不理想的。與燃料箱的尺寸以及形狀相關的問題、LPG的成本可變性以及有時限制的供給意味著LPG也具有限制其廣泛采用的顯著的缺點。總之，除非在圍繞主要交通樞紐的液化天然氣廠的網絡中有大規模的投資，否則CNG是近期可能被廣泛使用的天然氣的唯一可行的形式。

然而，一些技術問題仍然限制CNG燃料系統的效率。例如，在典型的CNG加油站中用于填充復合CNG缸體的壓力是受限制的，因為壓縮熱可引起正在填充的缸體的過熱。這通常意味著在21攝氏度處的(設定溫度)標稱250巴是復合CNG缸體設計的極限，并且成為世界上許多地方(包括美國)采用的標準。

在美國，法規通常允許填充至CNG缸體設置的壓力額定值的1.25倍的過剩壓力，如果降溫至21攝氏度該壓力將隨之降至標稱的250巴。法規也認同缸體中的熱量具有引起瞬間溫度偏移量超過缸體設計參數的可能性，并且這些高溫也引起更高的內部缸體壓力，使得缸體的“標牌”額定值的70％至80％之間的填充通常都是可以完成的。這在CNG車輛的行程、以及還在經常難以理解CNG缸體填充變化性的消費者方面具有顯著的不利影響，并且影響到車輛行程。

此外，完全填充CNG缸體的變化性以及不可能性對CNG缸體在批量氣體運輸的應用上具有主要的影響，其中不充足的CNG缸體填充在氣體輸送的成本上具有顯著的商業影響。