專利名稱：用于汽車甲烷壓縮的高能效設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及汽車應(yīng)用中天然氣的壓縮過程，尤其涉及一種高能效汽車甲烷壓縮設(shè) 備。
背景技術(shù)：
汽車甲烷壓縮設(shè)備領(lǐng)域中的現(xiàn)有技術(shù)面臨從管線中的壓力(其從4巴至約40巴 變化)至280巴的壓力增量，這是使用帶有中間冷卻器的多級壓縮機(jī)的供給操作所需求的。系統(tǒng)需要構(gòu)造具有合適容積的壓縮機(jī)以滿足設(shè)備的需要，其與一旦運行通常需要 的分配容積有關(guān)。各級間需要冷卻階段，用以降低每一級中壓縮氣體的初始溫度，從而減少 能量消耗，保護(hù)壓縮機(jī)的密封部件。因此這些系統(tǒng)需要單作用或雙作用的多缸壓縮機(jī)，壓縮機(jī)如此設(shè)計以使各自的體 積適合于容積中的密度變化，而每個單獨級中的容積必須相同。需要大且因而昂貴的系統(tǒng)進(jìn)行冷卻，該系統(tǒng)顯著影響了最終的設(shè)備成本。事實上 主要采用空氣或水回路來冷卻氣體。此外，相對于每個用戶使用中的排氣，壓縮機(jī)進(jìn)行連續(xù) 啟停。這是影響可靠性的主要因素之一，并且在設(shè)計階段時需要適當(dāng)加大尺寸。由于影響中間冷卻器系統(tǒng)，這些設(shè)備的運行問題在高溫環(huán)境下(例如熱帶地區(qū)) 會增加。上述的類型的現(xiàn)有設(shè)備在圖1中示意性地示出。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是通過提供一種以顯著的更高能效運行的設(shè)備來克服已知設(shè) 備的缺點。本發(fā)明的第二個目的是提供一種這樣的設(shè)備，即，能達(dá)到已知設(shè)備所能實現(xiàn)的壓 力變化，使用簡單了許多并因而便宜了許多的設(shè)計；以及與相似的已知設(shè)計相比更加可靠 的一種設(shè)備。本發(fā)明的另一個目的是具有較小壓縮機(jī)的設(shè)備。本發(fā)明的進(jìn)一步的目的是提供具有這樣的壓縮機(jī)的設(shè)備，即，該壓縮機(jī)被設(shè)計成 連續(xù)運行，比間歇運行的現(xiàn)有壓縮機(jī)更可靠。與本發(fā)明一致，可由根據(jù)權(quán)利要求1和/或任一直接或間接的從屬權(quán)利要求的設(shè) 備滿足這些目的，該設(shè)備采用單級壓縮機(jī)和不同壓力下置于冷卻環(huán)境中的合適的中間存儲 系統(tǒng)。通過單一壓縮階段使氣體從管線壓力變?yōu)榈蛪毫Γ浔粌Υ?，變?yōu)橹虚g壓力，最后變 為最終壓力。壓力變化是由同一壓縮機(jī)利用抽吸通過供給轉(zhuǎn)換(switch of delivery)實現(xiàn)的。 壓縮機(jī)依據(jù)儲存在氣缸中的氣體量，通過不同的供給階段獲得不同的壓力。在汽車加油站，用戶的車輛首先被供給低壓甲烷，然后供給中壓氣體并最后供給 最大壓力的氣體。這將提供為了獲得輸送到車輛油箱或氣缸中的最大壓力所需的氣體總量，因此節(jié)省了使總量達(dá)到最大壓力時所需的能量。


接下來在優(yōu)選實施例的詳細(xì)描述中闡明根據(jù)所披露的本發(fā)明構(gòu)造的設(shè)備的優(yōu)點， 優(yōu)選實施例僅僅是示意性的，并非對設(shè)備進(jìn)行限定，其中-附圖1是現(xiàn)有壓縮設(shè)備的基本視圖；-附圖2是以大約20巴供給的設(shè)備的功能圖，示出了不同的壓力極；-附圖3a是一階段的功能圖，在該階段低壓氣缸由來自管線的氣體供給；-附圖3b是一階段的功能圖，在該階段，中壓氣缸由來自低壓氣缸的氣體供給；-附圖3c是一階段的功能圖，在該階段，高壓氣缸由來自中壓氣缸的氣體供給；-附圖4是用戶分配階段的功能圖，具有來自三個不同氣缸的多個連續(xù)供給；-附圖5是根據(jù)披露的發(fā)明構(gòu)造的設(shè)備的基本視圖，具有管線吸入壓力的調(diào)整階 段。
具體實施例方式在所附附圖中，1代表具有氣體壓縮機(jī)2和氣缸套3的這類氣體壓縮設(shè)備。壓縮機(jī)2是通過吸入管道9從管線供給天然氣的單級設(shè)備，吸入管道9引導(dǎo)壓縮 氣體至供給管道10。管線氣體以大約20巴的初始壓力進(jìn)入壓縮機(jī)2的吸入管道9，并以大 約290巴的最大壓力從供給管道10中排出。從初始壓力到最終壓力的壓力變化是由壓縮機(jī)2經(jīng)過三個連續(xù)壓縮階段實現(xiàn)的， 總壓力差在三個壓縮階段中適當(dāng)?shù)胤峙?。氣缸?包含與壓縮步驟或階段的數(shù)量相同的氣缸4，每個氣缸4儲存基本上在每 一階段中達(dá)到最大壓力的壓縮氣體，總壓力差已經(jīng)細(xì)分到每一階段中。設(shè)備1還包括在執(zhí)行每個所述連續(xù)階段之前，將來自最后供給的氣缸4的氣體供 給到壓縮機(jī)2的裝置。這在附圖3a，3b和3c中更詳細(xì)地示出，其中圖示了壓縮和儲存的三 個階段的功能圖。如圖3a中所示，將來自供給線14的氣體從初始的管線壓力(大約20巴)被壓縮 到大約49巴的低壓LP。這通過以下方式實現(xiàn)從供給線14吸入天然氣，同時設(shè)置在所述供給線上的進(jìn)氣 閥11、設(shè)置在第一低壓LP氣缸4的上游的閥12以及設(shè)置在連接供給管道10和第一低壓 LP氣缸4的第一支管15上的閥13都開啟。如附圖3b所示，氣體被壓縮至大約120巴的中壓MP。壓縮機(jī)2中天然氣的壓縮是 通過以下方式實現(xiàn)的從低壓LP氣缸4吸入氣體，保持閥12和閥17開啟，閥17設(shè)置在連 接LP氣缸4和壓縮機(jī)2的吸入管道9的管道的管20上。中壓MP氣缸4的進(jìn)口閥18，以及 設(shè)置在連接供給管道10和中壓MP氣缸4的第二支管21上的閥19也同樣開啟。如圖3c所示，氣體被壓縮至最大壓力(大約290巴)。壓縮通過以下方式實現(xiàn) 從中壓MP氣缸4吸入氣體，閥17和18開啟。設(shè)置在通過管20連接中壓MP氣缸4和壓縮 機(jī)2的吸入管道9的管道的管23上的閥22以及位于供給管道10的第三支管25上的高壓 HP氣缸4的進(jìn)口閥24也同樣開啟。
附圖4中示出了車輛儲氣缸的填充過程。通過保持分配軟管28的截止閥 (interception valve) 26和低壓LP氣缸4的出口閥27開啟，操作過程開始于以略大于其 內(nèi)部壓力的壓力填充車輛儲氣缸。一旦獲得低壓，就由中壓MP氣缸4填充車輛的氣缸，閥26和中壓MP氣缸4的出 口閥29開啟。一旦這個步驟完成，最后由來自高壓HP氣缸4的氣體填充車輛的氣缸，閥26和高 壓HP氣缸4的出口閥30開啟。在描述設(shè)備1的工作過程中，天然氣的儲存和輸送是相互獨立描述的。明顯地，儲 存和輸送可以同時進(jìn)行。設(shè)備1包括儲存在氣缸4中的氣體的冷卻裝置5。該系統(tǒng)可以具體表示成帶有壓 縮機(jī)31的現(xiàn)有冷卻系統(tǒng)，其功能可由壓縮天然氣的同一壓縮機(jī)2來實現(xiàn)。該冷卻系統(tǒng)配有為壓縮機(jī)31提供動力的馬達(dá)。馬達(dá)既可以是單獨的，也可以是與 為天然氣壓縮機(jī)2提供動力的馬達(dá)6相同的。馬達(dá)是電力的或者熱力的都無關(guān)緊要。可選擇地，可以采用與氣缸套3中的氣缸4相結(jié)合的高熱容流體噴射系統(tǒng)進(jìn)行冷 卻。特別地，堆放在支架上的氣缸s可以通過噴嘴系統(tǒng)從上方噴灑冷凍水和乙醇溶 液；而后收集在槽中的溶液可由泵抽送返回到冷卻系統(tǒng)再次被冷卻。該系統(tǒng)需要一個箱體 來容納支架和槽。可選擇的實施例是，可以通過裝有高熱容流體的槽來冷卻，氣缸4浸入高熱容流 體。更特別地，盡管被封裝起來，氣缸4應(yīng)該被放在大的不透水的鋼容器中，該容器充 滿來自于冷卻系統(tǒng)的水和乙醇溶液正如上面所提到實施例，流體可以返回到冷卻箱中被 再次冷卻?？蓪崿F(xiàn)的情況下(where available)，定期循環(huán)的過濾井水可用作該冷卻系統(tǒng)的 替換方式。在任一實施例中，氣缸作為熱交換器工作。因此，如果需要可以增加例如散熱片的 增加熱交換的設(shè)備。根據(jù)所公開的發(fā)明，設(shè)備1裝配有與壓縮機(jī)2和氣缸4可操作地相聯(lián)的傳感器裝 置8。當(dāng)檢測到在每個氣缸4中達(dá)到最大壓力時，所述傳感器裝置8通過實現(xiàn)與下游氣缸4 的連接來切斷壓縮機(jī)2的氣體進(jìn)口，并通過實現(xiàn)與在前一壓縮階段中填充的上游氣缸4的 連接來接通壓縮機(jī)2的吸入。單個壓縮階段的壓力根據(jù)用戶的習(xí)慣限定。在汽車加油站，車輛的儲氣缸中的最 小壓力為大約30巴。這指定了低壓值，合理的低壓值應(yīng)該超過30巴，大約50巴的值被認(rèn) 為是合適的。由于最大的允許充氣壓力通常在300巴左右，中間壓力大概為120巴。由于使用單級壓縮機(jī)，通過等于2. 45的恒定壓縮比從20巴的管線壓力開始獲得 合適的49-120-294級數(shù)(progression)。對于較高的管線壓力，要計算合適的壓縮比并調(diào) 整壓力級數(shù)。對于較低的管線壓力，要經(jīng)過壓力調(diào)整階段達(dá)到20巴，該階段包括儲氣和冷 卻階段。
此種設(shè)備的基本視圖在附圖5中示出；其闡述了在意大利通常為4巴的管線壓力， 并且需要一個具有壓縮比為5的輔助壓縮機(jī)。公開的設(shè)計完全滿足上述的要求同時具有額外的優(yōu)點。一個額外的優(yōu)點是，僅僅通過對各級之間的壓差起作用和作用于有限量的氣體 (即輸送到氣缸套3中的氣體量)，單個壓縮機(jī)2和單獨的壓縮階段對中間壓力氣體的儲存 是有幫助的。這導(dǎo)致相當(dāng)可觀的節(jié)能。此外，由于壓縮機(jī)2需要較小的總壓縮比，使得可以使用小型壓縮機(jī)2，從而減小 設(shè)備和運行成本。壓縮機(jī)2連續(xù)運行的設(shè)計具有提高大型設(shè)備1的可靠性的額外優(yōu)點。進(jìn)一步的優(yōu)點是氣缸4也可以用作冷卻器。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明做出改變和變型，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)應(yīng)用類 型選擇更合適的尺寸和構(gòu)造材料。這些改變應(yīng)當(dāng)被看作是本發(fā)明所固有的，且包含在以下 的權(quán)利要求書中。
權(quán)利要求
一種類型的氣體壓縮設(shè)備，所述氣體壓縮設(shè)備包括至少一個氣體壓縮機(jī)(2)和至少一個氣缸套(3)，其特征在于，所述壓縮機(jī)(2)通過至少兩個連續(xù)的壓縮階段實現(xiàn)氣體的完全壓縮，所述氣缸套(3)包括與壓縮階段數(shù)量相等的氣缸(4)，所述氣缸(4)儲存基本上壓縮到在每一所述階段中達(dá)到的最大壓力的氣體，并且所述氣缸(4)設(shè)置有一裝置，所述裝置在執(zhí)行每一連續(xù)階段前向所述壓縮機(jī)(2)供給來自前一壓縮階段的、儲存在相應(yīng)氣缸(4)中的氣體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備包括冷卻儲存在所述氣缸(4)中 的氣體的冷卻裝置(5)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，所述冷卻裝置(5)包括冷卻系統(tǒng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，所述冷卻裝置(5)包括高熱容流體噴射系 統(tǒng)，所述高熱容流體噴射系統(tǒng)與布置在所述氣缸套(3)中的氣缸(4)相關(guān)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，所述冷卻裝置(5)包括容納高熱容流體的 槽，所述氣缸(4)浸入所述槽。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其特征在于，所述冷卻系統(tǒng)包括壓縮機(jī)(2)，所述氣體 壓縮機(jī)(2)是為所述冷卻系統(tǒng)提供動力的壓縮機(jī)(2)。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其特征在于，所述冷卻系統(tǒng)包括馬達(dá)(6)，所述氣體壓 縮機(jī)(2)由馬達(dá)(6)提供動力，馬達(dá)(6)還為所述冷卻系統(tǒng)提供動力。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述壓縮機(jī)(2)是由電動機(jī)(6)提供動力的。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述壓縮機(jī)(2)是由馬達(dá)熱力馬達(dá)(6)提 供動力的。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述的氣缸(4)供給輸送裝置(7)，以向 用戶分配壓縮氣體。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其特征在于，所述氣缸(4)同時儲存和輸送壓縮氣體。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述完全壓縮是通過三個連續(xù)的壓縮階 段實現(xiàn)的。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備包含傳感器裝置(8)，所述傳感 器裝置(8)與所述壓縮機(jī)(2)和所述氣缸(4)可操作地相關(guān)，當(dāng)檢測到在不同氣缸(4)中 達(dá)到最大壓力時，所述傳感器裝置(8)通過觸發(fā)與下游的氣缸(4)的連接來切斷進(jìn)入壓縮 機(jī)2的氣體入口，并通過觸發(fā)與最后填充的上游的氣缸(4)的連接來接通壓縮機(jī)(2)的吸 入。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述壓縮氣體是用于機(jī)動車輛的天然氣。
全文摘要
公開了一種氣體壓縮設(shè)備(1)，該設(shè)備包括至少一個氣體壓縮機(jī)(2)和至少一個氣缸套(3)。壓縮機(jī)(2)通過至少兩個連續(xù)的壓縮階段來完全壓縮氣體。氣缸套(3)包含與壓縮階段數(shù)量相等的氣缸(4)，在每一壓縮階段中獲得的基本達(dá)到最大壓力的壓縮氣體儲存在氣缸(4)中。該氣體壓縮設(shè)備(1)包含一裝置，該裝置在每一壓縮階段開始前向所述壓縮機(jī)(2)供給來自前一壓縮階段的儲存在相應(yīng)氣缸(4)中的氣體。
文檔編號F04D29/58GK101889142SQ200880119326
公開日2010年11月17日 申請日期2008年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月4日
發(fā)明者C·M·巴爾托利尼, M·馬爾坎托尼, R·烏斯茨 申請人:S.Tra.Te.G.I.E.有限責(zé)任公司