用于以温度受控制的方式进行气体分配的方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及用于以温度受控制的方式进行气体分配的方法和系统。一种用于将压缩气体分配到接收容器中的系统和方法，其中，提供接收容器在分配期间的目标温度分布，并且控制进入到接收容器中的压缩气体的流率，以使接收容器在分配期间的温度分布符合目标温度分布。

【技术实现步骤摘要】
用于以温度受控制的方式进行气体分配的方法和系统
本专利技术涉及用于将压缩气体分配到接收容器中的方法和系统，并且更特别地，涉及用于快速但安全地将压缩气体(特别是氢)分配到接收容器(诸如车辆燃料箱)中的方法和系统。
技术介绍
当将压缩气体分配到接收容器中时，必须小心使接收容器不过热。由于对气体进行绝热压缩，可发生过热。如果气体是氢或氦，则逆Joule-Thompson效应也将导致容器被加热。在选择合适的填充速率时，最常用的气体填充协议(特别是氢加燃料协议)基于最糟糕的假设。由于接收容器很少具有最糟糕的属性，而且容器状况很少是最糟糕的状况，并且因此常用协议往往过于保守，而且使得分配压缩气体的时间延长。美国专利No.6,619,336(Cohen等人)改进了分配操作，因为确定了压力和温度，并且根据压力和温度计算出了接收容器中的气体的密度。比较这个实际密度与容器额定密度，以响应于该比较结果来控制压缩气体的流量。如果接收容器中的实际密度大于或等于额定密度减公差，则气体流中断，如果实际密度在预定时段内下降到低于额定密度，则气体流恢复，否则终止。美国专利No.7,178,565(Eichelberger等人)结合了环境温度来减轻接收容器的过热。取决于环境温度，选择接收容器中的几个预定压力升高速率中的一个，即，压力斜升速率。此外，在填充期间测量指示接收容器中的气体的温度的温度。使斜升速率保持为选定值，直到测得温度达到预先设定的上限。在达到这个温度极限之后，电子控制器命令压力控制阀暂时在瞬时压力水平处暂停。暂时保持有效，直到接收容器处的瞬时温度下降到低于设定温度的预定值为止，此时，压力斜升速率升高到其之前的高分配速率。但是，开始/停止方法每次会使顾客在分配过程停止和开始时弄错。US2007/0079892A1(Cohen等人)公开了借助于管风琴式流控制装置来控制压缩气体的流率，管风琴式流控制装置包括多个流体输送管线，流体输送管线彼此并行，并且具有不同的孔口系数，以便在不同流率下将气体传输通过其中。可借助于受可编程的流控制器的命令(包括期望斜升速率)的相应的控制阀来打开和关闭各个流体输送管线。在流体输送管线下游的压力监测器测量被引导到接收容器中的气体的压力。流控制器比较期望压力斜升速率与测得压力，并且响应于比较来控制气体通过流体输送管线的流率。未公开监测温度。本专利技术的目标是提供一种用于以安全且时间高效的方式将气体分配到接收容器中的方法和系统。尽可能快速地将气体分配到接收容器中，而不违反容器温度极限(对于车辆燃料箱，典型地是85℃)是合乎需要的。另一个目标是使分配过程平滑，即，以比传统方法和系统更稳定的分配速率将气体分配到接收容器中，使得顾客在分配过程期间经历一致的流率和声音。还需要一种用于以时间高效的方式将压缩气体(特别是氢)分配到燃烧发动机或燃料电池车辆的燃料箱中，而不使燃料箱过热的方法和系统。
技术实现思路
本专利技术通过规定接收容器的目标温度分布，以及调整压缩气体的流率，使得接收容器在分配期间经历的温度分布符合规定的目标温度分布，来实现快速地将压缩气体分配到接收容器中。安全地防止接收容器过热，因为通过符合或匹配温度分布，避免了最高温度极限。与已知的分配方法和系统相反，本专利技术集中于关键过程变量，即，温度，并且按照这个变量来规定温度分布，以及调整压缩气体的分配，以实现符合或匹配，即，接近或实现期望目标温度分布。基本主题(主题1)是一种用于将压缩气体分配到接收容器中的方法，该方法采用这样的系统，该系统包括压缩气体供应、操作性地将压缩气体供应连接到接收容器上的流体输送装置、能够改变通过流体输送装置的压缩气体的流率的流控制装置，以及用于控制流控制装置的流控制器。方法至少包括以下步骤：(a)通过流体输送装置将压缩气体从供应传送到接收容器中，(b)根据接收容器的目标温度分布提供目标温度，接收容器的目标温度分布提供在分配期间的目标温度，(c)在分配期间，借助于流控制装置来改变压缩气体的流率，以使接收容器的温度分布符合目标温度分布，以及(d)在分配过程期间，即，在将压缩气体分配到接收容器中时，重复步骤(b)和(c)。另一个基本主题(主题2)是一种用于将压缩气体分配到接收容器中的系统，该系统包括：(a)压缩气体供应，(b)接收容器，(c)操作性地将供应连接到接收容器上的流体输送装置，(d)能够改变通过流体输送装置的压缩气体的流率的流控制装置，以及(e)用于控制流控制装置的流控制器，(f)其中，流控制器构造成存储接收容器的目标温度分布，接收容器的目标温度分布提供在分配期间的目标温度，以及(g)其中，流控制器构造成命令流控制装置改变压缩气体的流率，使得接收容器的温度分布符合目标温度分布。在基本实施例中，本专利技术使用前馈控制，目标温度分布的目标温度设置为基准变量。在基本实施例中，流控制器基于硬接线式或编程式控制例程来命令流控制装置或构造成/适于基于硬接线式或编程式控制例程来命令流控制装置，该控制例程试图符合和/或匹配目标温度分布，从而减小接收容器的温度分布和接收容器的目标温度分布之间的偏差。在进一步发展的实施例中，本专利技术提供反馈控制，其中，目标温度分布的目标温度是基准变量，并且表示接收容器的瞬时温度的表观(apparent)温度是受控制的过程变量，而且流控制器确定基准变量和受控变量之间的偏差，并且对流控制装置产生促动或修正变量，以便减小偏差。因此更特定的主题是一种用于将压缩气体分配到接收容器中的方法，该方法采用这样的系统，该系统包括压缩气体供应、用于操作性地将压缩气体供应连接到接收容器上的流体输送装置、能够改变通过流体输送装置的压缩气体的流率的流控制装置，以及用于控制流控制装置的流控制器。方法至少包括以下步骤：(a)通过流体输送装置将压缩气体从供应传送到接收容器中，(b)根据接收容器的目标温度分布提供目标温度，接收容器的目标温度分布提供在分配期间的目标温度，(c)确定表示接收容器的瞬时温度的表观温度，(d)确定表观温度和来自目标温度分布的目标温度之间的偏差，(e)在分配期间，借助于流控制装置，响应于该偏差来改变压缩气体的流率，以使接收容器的表观温度分布符合目标温度分布，以及(f)在分配期间，即，在将压缩气体传送到接收容器中时，重复步骤(b)至(e)，其中，根据表观温度产生表观温度分布。还有进一步发展类型的主题是一种用于将压缩气体分配到接收容器中的系统，该系统包括：(a)压缩气体供应，(b)接收容器，(c)用于操作性地将供应连接到接收容器上的流体输送装置，(d)能够改变通过流体输送装置的压缩气体的流率的流控制装置，(e)温度传感器，其用于确定接收容器的表观温度，以及基于表观温度来产生温度信号，以及(f)流控制器，其用于响应于来自号温度传感器的温度信来控制流控制装置，(g)其中，流控制器构造成存储接收容器的目标温度分布，接收容器的目标温度分布提供在分配期间的目标温度，(h)其中，流控制器构造成在分配期间，连续地计算表观温度和来自目标温度分布的相关联的目标温度之间的偏差，(i)以及其中，流控制器构造成命令流控制装置响应于该偏差来改变压缩气体的流率，以基于表观温度使接收容器的表观温度分布符合目标温度分布。接收容器的目标温度分布包括一系列目标温度。目标本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于将压缩气体分配到接收容器中的方法，所述方法采用压缩气体供应、操作性地将所述供应连接到所述接收容器上的流体输送装置、能够改变通过所述流体输送装置的压缩气体的流率的流控制装置，以及用于控制所述流控制装置的流控制器，所述方法包括以下步骤：(a)通过所述流体输送装置将压缩气体从所述供应传送到所述接收容器中；(b)根据所述接收容器的目标温度分布提供目标温度，所述接收容器的目标温度分布提供在分配期间的目标温度；以及(c)借助于所述流控制装置来改变在分配期间的压缩气体的流率，以使所述接收容器在分配期间经历的温度分布符合所述目标温度分布；以及(d)在分配过程期间重复步骤(b)和(c)。

【技术特征摘要】
2013.04.22 US 13/8672081.一种用于将压缩气体分配到接收容器中的方法，所述方法采用压缩气体供应、操作性地将所述供应连接到所述接收容器上的流体输送装置、能够改变通过所述流体输送装置的压缩气体的流率的流控制装置，以及用于控制所述流控制装置的流控制器，所述方法包括以下步骤：(a)通过所述流体输送装置将压缩气体从所述供应传送到所述接收容器中；(b)根据所述接收容器的目标温度分布提供目标温度，所述接收容器的目标温度分布提供在分配期间的目标温度；(c)确定表示所述接收容器的瞬时温度的表观温度；(d)确定所述表观温度和来自所述目标温度分布的目标温度之间的偏差；和(e)借助于所述流控制装置来改变在分配期间的压缩气体的流率，以使所述接收容器在分配期间经历的温度分布符合所述目标温度分布；和(f)在分配过程期间重复步骤(b)、(c)、(d)和(e)；以及(g)其中，在步骤(e)中，响应于所述偏差而改变压缩气体的流率，以使所述接收容器的表观温度分布符合所述目标温度分布，其中，根据所述表观温度产生所述表观温度分布。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标温度设置成表示所述接收容器中的压缩气体的瞬时压力的压力的函数。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(b)包括确定表示所述接收容器中的压缩气体的瞬时压力的表观压力，以及通过作为所述表观压力的函数而产生所述目标温度，来确定所述目标温度。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括以下步骤：在将压缩气体传送到所述接收容器中之前，确定表示所述接收容器中的压缩气体的初始压力的初始表观压力，其中，取决于所述初始表观压力来确定所述目标温度分布。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括以下步骤：在将压缩气体传送到所述接收容器中之前，确定表示所述接收容器的初始温度的初始表观温度，其中，取决于所述初始表观温度来确定所述目标温度分布。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括以下步骤：提供表示所述接收容器的最高容许温度的最高温度，其中，取决于所述最高温度来确定所述目标温度分布。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述压缩气体在压力升高速率下分配到接收容器中，并且所述压力升高速率被改变，以使所述接收容器的温度分布符合所述目标温度分布。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述压缩气体在压力升高速率下分配到所述接收容器中，并且，所述压力升高速率被改变，以减小所述表观温度和所述目标温度之间的偏差。9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标温度分布是预先确定的且是线性的，或者基于接收容器加热模型。10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述目标温度分布设置成作为表示所述接收容器中的压缩气体的瞬时压力的表观压力和/或经过的分配时间的函数的温度路径。11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，取决于在分配结束时在所述接收容器中的压缩气体的期望最终目标温度和期望最终目标压力中的至少一个来确定所述目标温度分布。12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标温度分布设置成函数：Ttarget=Ttarget(p110,Tmax,P0,T0,Ttarget,final,Ptarget,final)，其中p110是表示所述接收容器中的气体的瞬时压力的表观压力，Tmax是表示所述接收容器的最高容许温度的最高温度，P0是初始表观压力，它表示在将压缩气体传送到所述接收容器中之前在所述接收容器中的压缩气体的初始压力，T0是初始表观温度，它表示在将压缩气体传送到所述接收容器中之前的所述接收容器的初始温度，Ttarget,final是当分配结束时的期望最终目标温度，以及Ptarget,final是当分配结束时的期望最终目标压力。13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标温度分布如下设置成所述接收容器中的压缩气体的表观压力的函数：Ttarget=Ttarget(p110)=Tmax-X*p110Y，其中p110是表示所述接收容器中的气体的瞬时压力的表观压力，Tmax是表示所述接收容器的最高容许温度的最高温度，以及X、Y是根据下者计算出的系数：所述最高温度；所述接收容器中的初始表观压力，它表示在将压缩气体传送到所...

【专利技术属性】
技术研发人员：JP科亨，
申请(专利权)人：气体产品与化学公司，
类型：发明
国别省市：美国;US