液化气和压缩气组合加燃料站及其操作方法技术

本发明专利技术提供一种用于选择分配燃料的加燃料站，所述燃料采用液化气或压缩气的形式，所述加燃料站包括：其中可以存储液化气的存储罐；分配系统，其包括：（ａ）用于分配压缩气的第一分配器，（ｂ）用于分配液化气的第二分配器，（ｃ）可操作用于将热量传递给燃料的热交换器，（ｄ）可操作用于通过入口接收燃料和通过第一或第二出口其中之一有选择地引导燃料的分流器，（ｅ）管道，通过所述管道燃料可以从所述第一出口流向所述热交换器，然后流向所述第一分配器，或从所述第二出口流向所述第二分配器，以及（ｆ）容积式燃料泵，其可操作用于从所述存贮罐吸入燃料和将燃料排放到所述分流器的所述入口。一种操作加燃料站以便有选择地供给液化气或压缩气的方法，其包括将燃料引至所述第一分配器以供给压缩气时，以低速模式运转所述燃料泵，和将燃料引至第二分配器以供给液化气时，以高速模式运转燃料泵。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于车辆的加燃料站。尤其，本专利技术涉及一种能够根据车辆的需求提供液化气或压缩气的加燃料站，以及操作该加燃料站的方法。虽然不希望限于任何特殊的燃料气体，但是天然气会被用作适宜的示例，以下提及的燃料是液化天然气(LNG)和压缩天然气(CNG)。所属领域的技术人员将会理解的是，不脱离所公开的专利技术的精神，不同的液化燃料气体，例如氢可以替代天然气。
技术介绍
使用天然气作为活塞发动机驱动的车辆的燃料已超过五十年。提高效率和减少污染的要求引起现有技术的不断变化和改进。某些公司也开发其它气体燃料，例如氢用作液体燃料的替代品。某些车辆设计有将压缩气存储在压力容器中的燃料系统。例如，CNG通常以高达3600磅每平方英寸(24,925kPa)的压力存储于室温下。CNG能存储在较高压力下，但是这增加了存储罐的重量，因为它们需要设计并保证这种较高压力。因为液化气的能量密度远大于压缩气，设计用于长途的汽车有时使用在特殊绝热罐中低温存储液化气的燃料系统。例如，LNG通常存储在约-240°F和-175°F(约-150℃和-115℃)之间的温度，以下基本称为“低温”，并且处在约15和200psig(204和1477kPa)之间的压力下。安装在车辆上的LNG存储罐能存储普通操作条件下几天用的燃料。对于正常使用的车辆来说，在低温下存储燃料不是问题。尽管天然气燃料车辆长时间使用，这些车辆仅代表目前使用车辆总数的一小部分，并且相对于巨大数量的汽油和柴油加燃料站，只有相当少量的液化气加燃料站。常规的天然气加燃料站典型地被设计为仅提供LNG或CNG中的一种。当预期让加燃料站为一个车队服务时，可以使车队标准化为仅使用LNG或仅使用CNG。然而，对于打算为公众或许多商业车队服务的加燃料站来说，需要能提供LNG或CNG中任意一种的加燃料站。因为LNG相对于CNG存储在低压下，LNG加燃料站以相对低的压力输送燃料。对于低温液体，离心泵适合在特有压力范围内操作，并且能以高流速运转。设计用于低温液体的离心泵提供除比较便宜之外的合理效率。离心泵典型地需要以净吸入扬程的正值将燃料供给到泵吸入口，所述净吸引高度(NSH)的正值被定义为泵入口压力和入口饱和压力(根据吸引高度确定)之间的差值。只根泵入口压力大于入口饱和压力时，NSH是正值。相反，当入口压力小于入口饱和压力时，NSH可以是负值。其它LNG加燃料站使用压力转换系统，在那里控制LNG存储罐中的蒸气压力由此提供用于从存储罐排出LNG的装置。然而，该压力转换系统导致引入存储罐中的额外热量，并且可能需要附加设备防止LNG存储罐超压。例如，一些压力转换系统进一步包括用于冷却和/或再冷凝蒸气的设备，和/或依靠通过压力缓冲系统排出较高数量的气体。压力转换系统的另一缺点是可能延迟燃料传输，因为在存储罐中形成压力需要时间。另一方面，CNG加燃料站典型地使用容积式压缩机和级串联CNG存储系统以便输送相对高压的气体。即使常规的CNG压缩机以相对高速运转，流速通常也比较低。典型地，使用级串联CNG存储系统以确保高压气体充分供给，由此在可以接受的时间内填满平均尺寸的车辆燃料箱。LNG(低压和高质量流速)和CNG(高压和低质量流速)的加燃料站之间不同的工作条件提出了一个挑战，设计LNG和CNG都能够输送的简单加燃料站，尤其当理想的是拥有一种仅有一个快速配给LNC或CNG的燃料泵或压缩机系统时。1994年5月21日发布的美国专利No.5,315,831(’831专利)披露了一种LNG和CNG组合加燃料站。利用低温罐中的蒸气压力输送LNG到分配器以及使用天然气燃料的内燃机驱动燃料泵，同时将热量供给热交换器以产生CNG。在某些实施方案中，通过从存储罐将气体排放到内燃机的燃料供给系统来减小低温存储罐中的压力。因此，’831专利公开从加燃料站用于输送LNG的压力转换系统。然而，如同已经注意到的是，存在与压力转换系统相关的缺陷，例如当存储罐中的压力超过预定最大压力时，更频繁地从LNG存储罐排气。从LNG存储罐的排气导致天然气浪费。在其它配置中，为了避免频繁排气，可以使用冷却设备用于再冷凝天然气或至少使气体降温以使LNG存储罐中的压力下降一些。然而，这种配置增加了系统的复杂性以及增加资产和运作成本。
技术实现思路
提供一种液化气和压缩气的组合加燃料站，用于有选择地分配采用液化气或压缩气形式的燃料，以及提供成本效益和相对于常规加燃料站的多功能性。液化气和压缩气的组合加燃料站包括(a)其中可以存储液化气的存储罐；(b)分配系统，其包括用于分配压缩气的第一分配器；用于分配液化气的第二分配器；可操作用于将热量传递给燃料的热交换器；可操作用于通过入口接收燃料和通过第一和第二出口其中之一有选择地引导燃料的分流器；管道，通过所述管道燃料可以从所述第一出口流向所述热交换器，然后流向所述第一分配器，或从所述第二出口流向所述第二分配器；以及(c)容积式燃料泵，其可操作用于从所述存贮罐抽吸燃料以及将燃料排放到所述分流器的所述入口。容积式燃料泵优选是往复式活塞泵，其能够泵送液化气、蒸气或液化气和蒸气的混合物。在申请人的美国专利No.5,884,488中公开了往复式活塞燃料泵的优选实施方案的一个示例。这种类型的燃料泵可以用负的净吸入扬程工作，在相对于存储罐设置燃料泵方面，其允许更大的弹性，并且这有利于存储罐埋在地下的加燃料站配置。所述燃料泵优选是双作用燃料泵。在一种优选配置中，在燃料流体被引至所述第一分配器以输送压缩气时，所述往复式活塞泵可选择地工作于低速模式；以及当燃料流体被引至所述第二分配器以输送液化气时，所述往复式活塞泵可选择地工作于高速模式，因此与所述燃料泵在所述低速模式下运转时相比，所述燃料泵以更高的每分钟循环数运转。所述泵由至少一个液压缸驱动。例如，在一优选实施方案中，分别具有不同直径的两个分开的液压缸的其中之一被选作驱动所述泵。采用该实施方案，单个液压泵能够有效地满足高速和低速运转模式。例如，具有较小变化容积的小液压缸能用于以较快速度操作燃料泵以便输送液化气，所述液化气被输送至相对低压的容器，以及具有较大变化容积的大液压缸能用于以较慢速度操作燃料泵以便输送压缩气，所述压缩气被输送至相对较高压力的容器。当小液压缸驱动燃料泵时，大液压缸不工作，反之亦然。因为燃料泵的动力需求与流体压力和流体质量流速的乘积相关，所以单个液压泵能用于满足两种运转模式，即用于以高压和低质量流速输送压缩气的低速模式和用于以低压和高质量流速输送压缩气的高速模式。有利地，使用一个将液压液体供给两个液压缸其中之一的液压泵，可以改变燃料泵的速度以便有选择地在高速模式或低速模式中运转，另一个液压缸不工作。为了附加的多功能性，液压泵可以是变速泵。通过控制液压泵的速度，燃料泵速度的进一步调整是可能的。其可能有优势的一个示例是加燃料站具有许多液化气或压缩气分配器，其可能或不可能在同时全部启动。往复式活塞燃料泵优选包括与燃料泵入口连接的第一压缩室；位于所述燃料泵入口用于允许流体流入所述第一压缩室的单向入口阀；与燃料泵排出口连接的第二压缩室；往复式活塞组件，其包括连接驱动机构的轴和分隔所述第一压缩室和第二压缩室的活塞头；以及单向输送阀，其位于在所述第一和第二压缩室之间连通的流体通本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于选择分配燃料的加燃料站，所述燃料采用液化气或压缩气的形式，所述加燃料站包括：　（ａ）其中可以存储液化气的存储罐；（ｂ）分配系统，其包括：用于分配压缩气的第一分配器；用于分配液化气的第二分配器；可操作用于将热量传递给燃料的热交换器；可操作用于通过入口接收燃料和通过第一或第二出口其中之一有选择地引导燃料的分流器；管道，通过所述管道燃料可以从所述第一出口流向所述热交换器，然后流向所述第一分配器，或从所述第二出口流向所述第二分配器；以及（ｃ）容积式燃料泵，其可操作用于从所述存贮罐吸入燃料和将燃料排放到所述分流器的所述入口。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：安克格拉姆，米海厄森，
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]