壓縮系統(tǒng)中具有用于熱交換的分級介質(zhì)的壓力容器的制造方法
【專利說明】壓縮系統(tǒng)中具有用于熱交換的分級介質(zhì)的壓力容器
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請于2014年4月10日作為PCT國際專利申請?zhí)岢?，并要?013年4月12日提交的美國專利申請61/811，571和2013年7月12日提交的美國專利申請61/845，687的優(yōu)先權，它們的全部公開通過參考合并在這里。
【背景技術】
[0003]高度加壓氣體的需要在增長。隨著依靠高壓的天然氣代替化石燃料用于運轉的天然氣車輛的出現(xiàn)，這種需要尤其真實。在壓縮這樣的氣體時，通常會遇到大概200: 1或更高的高壓縮比率。這樣的高壓縮比率需要帶有中間冷卻的多級壓縮機，或者如果在單級中完成，將導致顯著的熱量產(chǎn)生，這可以經(jīng)常成倍地減少壓縮過程的效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]在一個實施方案中，描述了用于壓縮氣體的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括氣源，氣體輸出位置，第一和第二壓力容器，用于將從氣源來的氣體分別引導到第一和第二壓力容器的第一和第二氣體輸入管線，用于將第一和第二壓力容器的氣體分別引導到氣體輸出位置的第一和第二氣體輸出管線，用于移動液壓流體在第一和第二壓力容器之間來回流動的液壓系統(tǒng)，該液壓系統(tǒng)以交替的方式壓縮第一和第二壓力容器中的氣體，其中通過將來自氣源的第一充入氣體通過第一氣體輸入管線引導到第一壓力容器并且將液壓流體從第二壓力罐移動到第一壓力罐以在第一壓力容器內(nèi)壓縮第一充入氣體，在第一壓力容器中加壓氣體，并且其中通過將來自氣源的第二充入氣體通過第二氣體輸入管線引導到第二壓力容器并且將液壓流體從第一壓力罐移動到第二壓力罐以在第二壓力容器內(nèi)壓縮第二充入氣體，在第二壓力容器中加壓氣體；并且其中在第一和第二壓力容器內(nèi)設置有吸熱介質(zhì)用于控制氣體在壓縮過程中的溫度升高值。
[0005]在另一個實施方案中，公開了用于壓縮氣體的方法。該方法包括:將充入的氣體引導到具有吸熱介質(zhì)床的壓力容器；將液壓流體移動到該壓力容器以壓縮氣體；并且當氣體壓縮時，用吸熱介質(zhì)吸收壓縮熱。壓力傳感器可以設置在壓縮氣體罐和/或第一和第二壓力容器。閥、栗和其它結構可用于控制系統(tǒng)內(nèi)的液壓流體流量和氣流量。
[0006]在某一個實例中，分級介質(zhì)在較高的壓縮區(qū)域提供相對大的表面面積，因此在壓縮過程中提供蓄熱物質(zhì)，該蓄熱物質(zhì)可促進從壓縮氣體到介質(zhì)的有效傳熱。用這種方法，在氣體壓縮過程中，分級介質(zhì)具有如同吸熱器吸收熱量的功能，從而限制壓縮過程中氣體的溫升。理想地，由分級介質(zhì)提供的吸熱功能允許以更等溫的方式進行壓縮過程，從而改善了壓縮效率。由分級介質(zhì)吸收的熱量可以從介質(zhì)傳遞到液壓流體。當液壓流體在第一和第二壓力容器之間移動時，換熱器可用于從液壓流體移出熱量。
[0007]在另一個實施方案中，公開了壓力容器。該壓力容器包括容納在該壓力容器內(nèi)的吸熱介質(zhì)。該壓力容器可布置和配置為接收充入的氣體和一定體積的液壓流體，其中一定體積的液壓流體壓縮該充入的氣體從而產(chǎn)生熱量輸出，且吸熱介質(zhì)吸收一部分熱量，并將所述一部分熱量釋放到液壓流體。
[0008]通過閱讀下列詳細說明和觀察相聯(lián)的附圖，在這里描述的系統(tǒng)和方法的這些和其它的不同特征、優(yōu)點將變得明顯。附加的特征將在接著的說明中闡明，在某種程度上從該說明中變得明顯，或可通過技術實踐學習。尤其通過此處撰寫的說明書、權利要求和附圖中指出的結構，該技術的益處和特征將實現(xiàn)和獲得。
[0009]應當理解，之前的一般說明和之后的詳細說明是示意性的和解釋性的，并用來提供對附加權利要求的進一步的說明。
[0010]附圖的簡要說明
[0011]圖1是氣體壓縮系統(tǒng)的實施方案的示意圖。
[0012]圖2A是具有氣體壓縮回路的氣體壓縮系統(tǒng)的實施方案的示意圖。該氣體壓縮系統(tǒng)顯示了將液壓流體從第一壓力容器傳遞到第二壓力容器，促使充入的天然氣在第二壓力容器內(nèi)部被壓縮。
[0013]圖2B顯示了圖2A中的氣體壓縮系統(tǒng)中液壓流體從第二壓力容器傳遞到第一壓力容器，促使充入的天然氣在第一壓力容器內(nèi)部被壓縮。
[0014]圖3是顯示了示例性的壓縮系統(tǒng)中時間和氣體溫度之間的示例性關系的圖表。
[0015]圖4是裝填分級介質(zhì)的壓力容器的一個實施方案的示意圖。
[0016]圖5是裝填分級介質(zhì)的壓力容器的另一個實施方案的示意圖。
[0017]圖6A和6B是分級介質(zhì)的替代性的實施方案的示意圖。
[0018]圖7是用于壓縮氣體的方法的實施方案的流程圖。
[0019]詳細說明
[0020]通常地，實施方案在此描述了氣體壓縮的方法和系統(tǒng)。在一些實施方案中，此處描述的氣體壓縮系統(tǒng)可用于和天然氣車輛連接，其中壓縮天然氣(CNG)被用作化石燃料的替代品。例如，該氣體壓縮系統(tǒng)包括液壓系統(tǒng)，該液壓系統(tǒng)可以選擇性地(例如由軟管接頭)連接到用于給天然氣車輛提供動力的CNG罐。由于在這種或其它情況下需要高壓(有時大于1500Psi或在1500-5000Psi范圍)氣體，此處描述的氣體壓縮系統(tǒng)使用一個或更多的壓縮室，每個壓縮室都包括具有較高的表面面積和熱容量的分級介質(zhì)。由該分級介質(zhì)提供的較高的表面面積和熱容量起到了吸熱器的作用，用于吸收壓縮過程中天然氣的熱量。這樣允許壓縮過程以更等溫的方式運行，從而提供了可實現(xiàn)的更好的壓縮效率。被該介質(zhì)吸收的熱量可以通過中間的工作流體向外部環(huán)境傳遞。
[0021]分級允許該介質(zhì)在壓縮天然氣受到最高程度壓縮和溫度有最顯著升高的區(qū)域具有較高的表面面積和熱容量。分級允許該系統(tǒng)解決溫度升高，同時還將使用的熱介質(zhì)的總量和壓力容器的總容積最小化。應當理解，雖然此處使用了"分級"和"梯度"的措詞，介質(zhì)尺寸的逐漸的線性變化不是必需的。在一些實施方案中，該分級介質(zhì)可以以逐步的方式或其它非線性的方式改變。
[0022]現(xiàn)在參考圖1，顯示了氣體壓縮系統(tǒng)100的實施方案。該系統(tǒng)100包括壓縮裝置102和天然氣車輛104。該車輛104包括CNG罐106。通常，圖1說明了該系統(tǒng)100的一個實施方案，其中為了壓縮天然氣并將壓縮的天然氣供給到車輛104的目的，壓縮裝置102選擇性地連接到該CNG罐106。在一個實例中，壓縮裝置102可以提供在罐充氣的位置(例如，車主的車庫，天然氣加氣站等)。為了減小該壓縮裝置占據(jù)的空間，以及該壓縮裝置的成本，希望該壓縮裝置的總尺寸達到最小化。使用時，該車輛可以停放在充氣位置，此時壓縮裝置102連接到CNG罐106并在CNG罐106中填充壓縮天然氣。在某些實例中，該填充/壓縮過程可以超過延長的時間進行(例如，超過一個或多個小時或整夜)。當該CNG罐106填充具有預定壓力水平的壓縮天然氣之后，該壓縮裝置102從該CNG罐106斷開，車輛準備就緒可以使用。在某些實施方案中，該系統(tǒng)能夠輸出小于或等于4500psi的最高氣體壓力。然而在進一步的實施方案中，該系統(tǒng)能夠輸出小于或等于4000psi的最高氣體壓力。
[0023]該車輛104是包括CNG罐106的天然氣車輛。該車輛104的動力源自壓縮天然氣。如某些實施方案所示，CNG罐106固定在車輛104內(nèi)部，或者與之相反，該CNG罐106由車輛104攜帶。應當理解，在某些實例中，車輛104可以包括多于一個的CNG罐106，每一個CNG罐106都配置為與壓縮裝置102連接在一起。在其它的實施方案中，壓縮裝置102可填充中間CNG罐，該罐然后用于填充由車輛104攜帶的CNG罐106。
[0024]壓縮裝置102安排和設置為壓縮大量的氣體到比較高的壓力，例如壓力大于2000ps1在某些實例中，壓縮比可以大于