以减少的热泄漏保持制冷流体和从其中除去制冷流体的设备和方法技术

本设备包括双壁真空绝缘容器，其形成了保持制冷流体的制冷剂空间，泵组件，其包括带有设置在制冷剂空间内的吸入口的泵和从泵延伸到设置在制冷剂空间外的驱动单元的至少一个细长构件。细长构件包括细长的非金属部分，该非金属部分具有低于相同长度的结构等同的细长不锈钢构件的热导率。在优选实施例中，细长构件可以是驱动轴或者用于支撑泵并保持泵与驱动单元固定关系的刚性结构构件中的其中一个或二者都是。本方法利用该设备通过减少向制冷剂空间的热泄漏增加保持制冷流体的保持时间。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种以减少的热泄漏和改善的保持时间保持制冷流体和从其中除去制冷流体的设备和方法。尤其是，该设备包括带有设置在其中的泵的热绝缘容器和用来减少通过泵和驱动单元组件向制冷剂空间热泄漏的装置。
技术介绍
在制冷温度，气体可以液化形式存储在存储容器中，这样与以气态存储的相同气体相比，可得到更高的存储密度。例如，当气体用作车辆燃料时，更高的存储密度是期望得到的，因为车辆上存储燃料的可用空间是有限的。以液化形式存储气体的另一个好处是容器的制造成本和运行成本较低。例如，存储容器可以设计成在制冷温度和小于2MPa(大约300psig)的饱和压力下存储液化气体。压缩气体通常在超过20MPa(大约3000psig)的压力下存储，但是额定容纳如此高压气体的容器需要的结构强度会给容器增加重量和成本。此外，由于以气态存储的气体的较低存储密度，所以为了保持同样摩尔量的气体，容器尺寸和/或数量必需更大，并且如果气体以气态存储的话，这增加了存储容器的重量。如果容器用于可移动应用、或者用来保持液化气体以运输它、或者将气体保持在车辆上用作车辆引擎消耗的燃料的话，额外的重量增加了运行成本。对于同样摩尔量的气体，在高压下以气态保持这些气体的存储容器的重量是在低压下以液化形式保持相同气体的存储容器质量的二到五倍大。存储液化气体的期望温度取决于特定气体。例如，在大气压下，天然气可以在约113K的温度下以液化形式存储，较轻的气体如氢可以在约20K的温度下在大气压下以液化形式存储。对于任何一种液体，通过在更高的压力下保持液化气体，该液化气体的沸点温度将升高。在这里，术语“制冷温度”用来描述低于175K的温度，在该温度下，给定流体可在小于2MPa(大约300psig)的压力下以液化形式存储。为了在制冷温度保持液化气体，存储容器限定了热绝缘的制冷剂空间。在制冷温度下存储液化气体的问题是要提供充分的热绝缘以阻止热量传递到制冷剂空间。传统容器利用若干技术来为制冷剂空间提供热绝缘。例如，双壁容器典型地在外壁和内壁之间的空间中提供真空绝缘以减少热对流传递。内壁和外壁的外表面也可以覆盖绝缘材料以减少热辐射传递。用于将内壁悬置在外壁内的支架可设计有拉长的热传递路径以减少热对流传递。泵可以用来从制冷剂空间除去液化气体。当气体需要用于高压应用时，与采用压缩机在气体蒸发后对气加压的情况相比，在气体蒸发前使用泵对气体加压更有效。设计用来泵送液化气体的泵可以设置在制冷剂空间内部或外部。将泵定位在制冷剂空间外部的其中一个问题是从制冷剂空间通向泵的吸入管需要良好绝缘以防止液化气体在到达泵之前被加热和蒸发。吸入管内任何剂量的液化气体的蒸发都会导致泵的效率降低或不能运行和/或气蚀现象，这可能损坏泵本身。当泵定位在制冷剂空间内部时，其中一个问题是热量可通过泵结构传递到制冷剂空间。在工业应用中，存储容器是有一定体积的典型地固定设施，它的数量级大于通常用于车辆燃料箱的体积。利用这样大的固定存储容器，通过泵结构产生的热泄漏效果不明显。在较小的可移动存储容器例如在车上载运燃料的容器中，相同量的热泄漏对保持时间具有较大的影响，因为热泄漏对于较小量的液化气体具有较大比例的影响。在大型工业存储容器中，也可能加长泵组件以通过提供更长的热传递路径而减少热泄漏。对于较小的存储容器来说，这种方法被容器的尺寸所限制。还有另一种减少热泄漏到存储容器中的方法是使用更高速度运转的更小的泵，这样，与较大的泵相比，具有较小的贯穿泵的横截面积，这减少了热传导的传递量。以更高速度运转的泵通常需要更大的净吸入压头(“NPSH”)以防止在泵抽吸时和在泵内发生蒸发和气蚀。在固定工业设施中，因为存储容器通常十分大，不被移动容器面临的相同尺寸的约束所限制，所以固定存储容器可以设计有能提供更高NPSH的深度，允许泵以更高的速度运转。例如，固定存储容器可以垂直纵轴为方向以增加可用的NPSH。较小的容器，尤其是可移动容器，容器尺寸和方向可能限制可用的NPSH，因此限制了泵可运转的速度。给定足够的时间，向制冷剂空间的热传递将最终导致保持在制冷剂空间内的某些液化气体蒸发，这依次导致制冷剂空间内的压力上升。为了减轻该压力，传统存储容器典型地采用减压阀以从存储容器排出某些蒸汽。在任何设计中，发生一些热传递到制冷剂空间的情况是可接受的。然而，期望减少热传递量以延长“保持时间”，在这里，保持时间定义为在发生排气之前液化气体可被保持的时间长度。较长的保持时间使得较少的气体被排出和可能的浪费，能量被更有效利用(因为能量消耗在液化气体上)，并且对于像天然气之类的燃料气体，这还使得向环境排放的未燃烧热量降低。
技术实现思路
提供了一种用于保持制冷流体和从中除去制冷流体的设备和方法。所述设备包括(a)双壁真空绝缘容器，其形成了保持所述制冷流体的制冷剂空间；(b)泵组件，其包括带有设置在所述制冷剂空间内的吸入口的泵和从所述泵延伸到设置在所述制冷剂空间外的驱动单元的至少一个细长构件，其中所述细长构件包括细长的非金属部分，该非金属部分具有低于相同长度的结构等同的细长不锈钢构件的热导率。非金属构件的结构要求由细长构件的功能确定。特别指出，细长非金属部分与细长金属构件结构等同，这里等同定义为通过细长构件的功能性必需的结构要求被确定。结构性质可包括拉伸屈服强度和压缩屈服强度以及刚度，这里“结构强度”定义为包括细长构件功能性所需要的所有这样的结构性质。在细长非金属部分作为整体和结构等同的金属部分之间来确定“结构等同”。也就是说，非金属部分可由结构性质与不锈钢不同的材料制成，只要细长非金属部分的结构性质与相同长度的细长金属构件功能等同即可，并且细长非金属构件具有较低的热导率。泵组件的吸入口包括与覆盖活塞气缸远端的端板相连的单向吸入阀和与所述泵的与所述远端相反的近端相连的排出口。泵优选为双动两级泵，包括可在气缸内往复并且操作连接到驱动轴的活塞；由所述活塞和覆盖所述远端的所述端板之间的空间限定的第一工作室； 由所述活塞和所述驱动轴可延伸穿过的端壁之间的环形空间限定的第二工作室；和设置在流体通道内允许流体从所述第一工作室流向所述第二工作室的单向通过阀。所述方法增加了将液化气体保持在由容器限定的制冷剂空间内部的保持时间，所述容器包括设置在所述制冷剂空间内的泵。所述方法包括(a)真空绝缘所述容器；(b)通过用包括细长非金属部分的细长构件将所述泵连接到所述容器外部的驱动单元，从而热绝缘所述泵以减少向所述制冷剂空间的热泄漏，其中所述细长非金属部分具有小于相同长度的结构等同的细长不锈钢构件的热导率。依据本方法，细长构件可以是驱动泵的驱动轴或者用于支撑泵并保持泵与驱动单元固定关系的刚性结构支撑中的其中一个或二者都是。附图说明图1是带有设置在制冷剂空间内的泵的液化气体储存罐的示意图。图2是泵和驱动轴一端的放大图。图2A和2B是从图2的剖面线2A观察的沿驱动轴纵轴的横截面图。图2A和2B图示了用于支撑泵和将泵保持为与驱动单元固定关系的结构布置的两个实施例。图3是内燃机的燃料供给系统的示意图，其中，这种系统特别适用于本方法和设备的应用。具体实施例方式图1是横截面图，示出了设备100的一部分的通常布置，设备100包括热绝缘存储容器和安置在存储容器内的泵。示出的存储容器具有双壁本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于保持制冷流体和从中除去制冷流体的设备，所述设备包括：（ａ）双壁真空绝缘容器，其形成了保持所述制冷流体的制冷剂空间；（ｂ）泵组件，其包括带有设置在所述制冷剂空间内的吸入口的泵和从所述泵延伸到设置在所述制冷剂空间外的驱动单元的至少一个细长构件，其中所述细长构件包括细长的非金属部分，该非金属部分具有低于相同长度的结构等同的细长不锈钢构件的热导率；和（ｃ）管，其包括设置在所述制冷剂空间内并连接到所述泵组件排出口的一端和位于所述制冷剂空间外部的另一端。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：托马斯C布鲁克，格雷戈里C哈珀，瓦莱丽N勒布兰克，
申请(专利权)人：韦斯特波特动力股份有限公司，
类型：发明
国别省市：CA[加拿大]