CN102829325A - 压缩气体分配系统中的压力循环管理 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及压缩气体分配系统中的压力循环管理。具体而言，一种用于将压缩气体从两个或更多压缩气体储存体分配至收纳容器如车辆燃料箱的方法。控制指令提供为以滚动旋转级联方式使压缩气体储存体通过压力循环来循环，使得各压缩气体储存体从上压力极限循环至下压力极限。

Description

压缩气体分配系统中的压力循环管理
技术领域
将压缩气体从压缩气体储存系统分配至低压收纳容器在本领域中公知用于各种应用，例如将燃料供给至压缩天然气(CNG)动力或氢动力车辆。压缩气体储存系统通常包括多个高压气体储存体(volume)，其具有用以将气体从各个高压气体储存体依序地分配至低压收纳容器的管路和阀系统以及用以在分配完成之后再填充气体储存体的气体供给系统。储存体可包括单一容器或成组容器。
背景技术
将气体从各个压缩气体储存体依序地传送至低压收纳容器的典型分配工艺在本领域中公知为级联分配工艺。在美国专利No. 5,406,988、5,673,735、6,779,568B2和7,128,103 B2以及美国专利申请公布No. 2003/0175564 A1、2006/0260950A1和2007/0125441 A1中公开了级联分配工艺的实例。
在级联工艺中，低压收纳容器按顺序地从多个压缩气体储存体中的各个中在升高的压力下填充，其中各个气体储存体对于各填充步骤均在给定压力范围内操作。例如，在具有分别包含处于高气体储存压力的气体的三个压缩气体储存体的系统中，第一气体储存体从初始压力至第一中间压力将气体分配至收纳容器，第二储存体从第一中间压力至第二中间压力将气体分配至收纳容器，以及第三储存体从第二中间压力至最终填充压力将气体分配至收纳容器。储存体从气源再填充至高气体储存压力，且气体随后以相同方式分配至另一低压收纳容器。因此，在各个随后的分配步骤中，第一气体储存体总是在较低压力范围中分配气体，第二储存体总是在中间压力范围中分配气体，而第三储存体总是在较高压力范围中分配气体。
级联气体分配系统的使用将大致随来年压缩气体燃料的机动车辆数量的预期增长而增长。将需要的是，改进级联气体分配系统的设计和操作来确保未来级联气体分配系统的有效操作和较长操作寿命。这种需求通过下文所述且由所附权利要求限定的本发明的方面而得以解决。
发明内容
存在如下文强调的本发明方法的若干方面。
第1方面。一种用于从多个压缩气体储存体分配压缩气体的方法，其中该多个压缩气体储存体在范围从低气体储存压力PLOWER至高气体储存压力PUPPER的压力范围内(包括端点)操作，该方法包括：
提供控制指令，由此多个压缩气体储存体中的各个中的压力通过压力循环而循环，在压力循环期间，从多个压缩气体储存体中的各个取出压缩气体以及将压缩气体引导进入多个压缩气体储存体中的各个中，对于多个压缩气体储存体中的各个的压力循环彼此独立，对于多个压缩气体储存体中的各个的压力循环具有压力下降部分和在压力下降部分之后的压力升高部分，其中在压力下降部分期间的压力从PUPPER的7.5MPa以内进展至PLOWER的7.5MPa以内(或从PUPPER的5MPa以内进展至PLOWER的5MPa以内)，而压力升高部分从PLOWER的7.5MPa以内进展至PUPPER的7.5MPa以内(或从PLOWER的5MPa以内进展至PUPPER的5MPa以内)，其中在压缩气体储存体中的各个中的压力在压力循环的压力下降部分期间的任何时候都不增大，以及在压缩气体储存体中的各个中的压力在压力循环的压力升高部分期间的任何时候都不减小。
第2方面。第1方面的方法还包括：
(a)从多个压缩气体储存体中的第一个分配至第一收纳容器，该多个压缩气体储存体中的第一个最初处于第一压力P1，其中PLOWER＜P1≤PUPPER，
(b)当该多个压缩气体储存体中的第一个中的压力处于PLOWER的7.5MPa以内(或PLOWER的5MPa以内)时，终止从该多个压缩气体储存体中的第一个分配；
(c)在步骤(b)之后，从多个压缩气体储存体中的第二个分配至第一容纳容器，该多个压缩气体储存体中的第二个最初处于第二压力P2，其中PLOWER<P2≤PUPPER；以及
(d)当第一收纳容器填充至对于第一收纳容器的期望水平时，终止从该多个压力气体储存体中的第二个分配。
第3方面。第2方面的方法，其中分配终止于步骤(b)而与第一压缩气体储存体与第二收纳容器之间的压差无关。
第4方面。第2方面或第3方面的方法，其中分配终止于步骤(b)而与压缩气体从第一压缩气体储存体至第一收纳容器的瞬时流速无关。
第5方面。第2方面至第4方面中的任一个的方法还包括：
在步骤(b)之后，从多个压缩气体储存体中的另一个分配至第一收纳容器，该多个压缩气体储存体中的另一个最初具有PUPPER的7.5MPa以内(或PUPPER的5MPa以内)的压力，以及
当该另一个压缩气体储存体中的压力处于PLOWER的7.5MPa以内(或PLOWER的5MPa以内)时，终止从该多个压缩气体储存体中的另一个分配。
第6方面。第2方面至第5方面中任一个的方法，其中该多个压缩气体储存体中的第二个在步骤(d)中终止分配时具有压力P3，该方法还包括：
(e)从该多个压缩气体储存体中的第二个分配至第二收纳容器，该多个压缩气体储存体中的第二个最初处于压力P3；
(f)当该多个压缩气体中的第二个中的压力处于PLOWER的7.5MPa以内(或PLOWER的5MPa以内)时，终止从该多个压缩气体储存体中的第二个分配；
(g)在步骤(f)之后，从该多个压缩气体储存体中的第三个分配至第二容纳容器，该多个压缩气体储存体中的第三个最初处于第四压力P4，其中PLOWER<P4≤PUPPER；以及
(h)当第二收纳容器填充至对于第二收纳容器的期望水平时，终止从该多个压缩气体储存体中的第三个分配。
第7方面。第2方面至第5方面中的任一个的方法，其中该多个压缩气体储存体中的第二个在步骤(d)中终止分配时具有压力P3，该方法还包括：
(e)从该多个压缩气体储存体中的第二个分配至第二收纳容器，该多个压缩气体储存体中的第二个最初处于压力P3；
(f)当该多个压缩气体储存体中的第二个中的压力处于PLOWER的7.5MPa以内(或PLOWER的5MPa以内)时，终止从该多个压缩气体储存体中的第二个分配；
(g')在步骤(f)之后，从该多个压缩气体储存体的第一个分配至第二收纳容器，该多个压缩气体储存体中的第一个最初处于PUPPER的7.5MPa以内(或PUPPER的5MPa以内)，以及
(h')当第二收纳容器填充至对于第二收纳容器的期望水平时，终止从该多个压缩气体储存体中的第一个分配。
第8方面。第7方面的方法，其中，附加的压缩气体在步骤(b)之后且在步骤(g)之前加至该多个压缩气体储存体中的第一个，以便将该多个压缩气体储存体中的第一个中的压力从PLOWER的7.5MPa以内增大至PUPPER的7.5MPa以内(或从PLOWER的5MPa以内增大至PUPPER的5MPa以内)。
第9方面。第2方面至第8方面中任一个的方法，其中在步骤(a)期间，压缩气体从压缩气源引入该多个压缩气体储存体中的第一个。
第10方面。第2方面至第8方面中任一个的方法，其中在步骤(c)期间，压缩气体从压缩气源引入该多个压缩气体储存体中的第二个。
第11方面。第2方面至第8方面中任一个的方法，其中在步骤(a)期间，压缩气体还从压缩机引入第一收纳容器中。
第12方面。第2方面至第8方面中任一个的方法，其中在步骤(c)期间，压缩气体从压缩机引入第一收纳容器中。
第13方面。前述权利要求中的任一项的方法还包括：
提供次级控制指令以将压缩气体引入该多个压缩气体储存体中的各个中，直到该多个压缩气体储存体中的各个中的压力处于PUPPER的7.5MPa以内(或PUPPER的5MPa以内)，其中在提供控制指令以引导压缩气体的该步骤之前，次级控制指令独立于该多个压缩气体储存体中的各个中的压力而提供。
附图说明
图1为压缩气体储存和分配系统的示意性工艺流程图。
图2为使用图1中的压缩气体储存和分配系统的滚动旋转级联分配工艺的压力对耗时的概括图。
图3为使用具有两个压缩气体储存体的压缩气体储存和分配系统的滚动旋转级联分配工艺的压力对耗时的概括图。
图4为用于压缩气体储存和分配系统的工艺的示例性分配部分的工艺逻辑图。
图5为用于压缩气体储存和分配系统的工艺的示例性储存填充部分的工艺逻辑图。
图6为具有再填充的现有技术的旋转级联分配工艺的压力对耗时的示图。
图7为使用图1中的压缩气体储存和分配系统的具有再填充和压缩的滚动旋转级联分配工艺的压力对耗时的示图。
具体实施方式
本发明涉及用于在一系列压缩气体分配步骤中从具有两个或更多压缩气体储存体的压缩气体分配系统分配压缩气体的方法。
压缩天然气(CNG)和氢为从这些压缩气体分配系统分配的典型成分。这些系统经受宽范围的环境温度，其远高于氢(-240℃(-400℉))和甲烷(-83℃(-117℉))的临界温度，使得这些成分通常作为根据严格热力学定义的超临界流体而非气体来储存和分配。然而，用语"气体"和"压缩气体"通常在本领域中用作气体和超临界流体这二者的总称。在本公开内容中，用语"气体"和"压缩气体"可互换地使用且意指包括处于气体和超临界流体这两种热力学状态的组成部分和化合物。
用语"压缩气体储存体"或"气体储存体"是等同的，且限定为包括单个气体储存容器和/或连接在一起作为单个的组合气体储存体来共同操作的多个气体储存容器。当气体从包括多个气体储存容器的气体储存体中取出时，气体在分配步骤期间同时地从该多个气体储存体中的各个中取出。以此种方式连接和操作的多个容器可限定为成组容器。
用语"压缩气体收纳容器"和"气体收纳容器"是等同的，且限定为在气体分配循环的分配步骤期间填充有来自于压缩气体储存体的气体的气体储存体。压缩气体收纳容器可为车辆例如汽车、卡车、铲车或公共汽车的燃料箱。
如本文所用的用词"一个"和"一种"当应用于说明书和权利要求中描述的本发明实施例中的任何特征时意思是一个或更多。使用"一个"和"一种"并未限制含义为单个的特征，但明确地声明这种限制除外。单数或复数名词或名词短语之前的用词"该"表示具体指定的特征或具体指定的多个特征，且可根据采用其的上下文而具有单数含义或复数内涵。形容词"任何"意思是不论多少数量中的一个、一些或不加区分的全部。置于第一实体与第二实体之间的用语"和/或"意思是(1)第一实体、(2)第二实体和(3)第一实体和第二实体中的一种。置于一列3个或更多实体中的后两个实体之间的用语"和/或"意思是该列实体中的至少一个。
如本文所用，"多个"意思是两个或更多。
如本文所用，"成流体流动连通"意思是由一个或更多导管、歧管、阀等可操作地连接以便传输流体。导管为流体可经由其传送的任何管路、管、通路等。除非明确地另外声明，中间装置如泵、压缩机、热交换器或容器可存在于成流体流动连通的第一装置与第二装置之间。
应用于第一和第二区或体的用语"成流体流动连通"意思是流体可经由连接管路和/或中间区或体从第一区或体流动至第二区或体。应用于第一和第二区或体的用语"连接"和"连接至"意思是流体可经由连接管路从第一区或体流动至第二区或体。用语"成流体流动连通"应用于如下系统，在其中阀安装在第一和第二区或体之间，使得(1)气体流动实际发生，也即当阀开启时，或(2)气体流动可能发生，也即当阀关闭且可能开启时。
形容词"开启"在应用于流动控制阀时意思是容许气体流过阀的阀流动控制部件例如阀杆、隔板、蝶形阀板、旋转球等的任何位置。因此，形容词"开启"可应用于部分开启或完全开启的流动控制阀。动词"开启"和"打开"意思是将阀流动控制部件从关闭位置移动至部分开启位置或完全开启位置的动作。用语"关闭"具有在其中由于流动控制部件处于关闭位置而没有气体流动发生的阀的一般含义。
下游和上游表示传输的工艺流体的预计流动方向。如果工艺流体的预计流动方向是从第一装置至第二装置，则第二装置在第一装置下游成流体流动连通。
图1中示出了示例性压缩气体储存和分配系统且具有分别由参考标号1,3和5标识的三个压缩气体储存体A,B和C。这些压缩气体储存体中的各个均可为如图所示的单个气体储存容器，或作为备选可为以串接和/或并行布置的多个气体储存容器，其中对于各气体储存体的多个气体储存容器彼此成流体流动连通以作为单个的组合气体储存体共同地操作。三个压缩气体储存体1,3和5的入口经由歧管9和相应的入口流动控制阀11,13和15连接至压缩机7，而气体储存体的出口经由相应的流动控制阀17,19和21连接至分配歧管23。压缩机7经由导管25连接至气源27，其中，气源27可为管线、大型气体储存容器、多个气体储存容器以及液化气体储存和蒸发系统中的至少一个。
尽管图1中示出了三个压缩气体储存体，但本发明方法适用于具有两个或更多压缩气体储存体的压缩气体储存和分配系统。
分配歧管23经由分配导管29、分配流动控制阀31和可选的热交换器33连接至联接件35。可选的热交换器33可用于刚好在将压缩气体引入收纳容器中之前冷却该压缩气体。联接件35适用于将压缩气体储存和分配系统连接至由参考标号37所示的压缩气体收纳容器R上。
用语"气体分配压力"可表示在分配步骤期间于联接件35处或压缩气体收纳容器R的入口处的压力。
阀11,13,15,17,19,21和31由控制器39通过它们的相应控制信号线路来控制。控制器39可为计算机、可编程序逻辑控制器(PLC)或本领域中公知为用于在气体分配步骤和再填充压缩气体储存体A,B和C的步骤期间适当操作阀11,13,15,17,19,21和31的任何其它类型的控制器。控制器39还可控制压缩机7的操作。控制器39可接收来自于测量环境温度的温度测量元件41的输入。环境温度测量值可用于影响正在分配的气体的压力升高速率或流速。
参照图2描述了本发明的用于从多个压缩气体储存体分配压缩气体的方法。图2描绘了具有三个压缩气体储存体的分配系统的示例性概括的压力对耗时的示图，然而也可使用多于一个的任何数目的压缩气体储存体。
多个压缩气体储存体中的各个均在范围从低气体储存压力PLOWER至高气体储存压力PUPPER(包括端点)的压力范围内操作。压缩气体储存体通常具有设计压力循环极限。例如，图2中的压缩气体储存体示为具有60MPa的低气体储存压力PLOWER和90MPa的高气体储存压力PUPPER。高气体储存压力PUPPER可为最大可容许的工作压力或小于最大可容许工作压力的一定值。ASME标准指出，对于容器的最大可容许工作压力是指针对该压力指定的一致温度下在容器于其正常操作位置的顶部处可允许的最大压力。低气体储存压力PLOWER通常大于零，这既归因于容器上的循环应力针对低气体储存压力PLOWER与高气体储存压力PUPPER之间的差异越大而增大，又归因于储存容器提供压缩气体至收纳容器的能力随着低气体储存压力PLOWER接近零而不适合地降低。
该方法包括提供特定的初级控制指令。该方法还可包括提供一组或多组次级控制指令。
多个压缩气体储存体中的各个中的压力通过压力循环而循环。在压缩气体储存体的压力循环期间，将压缩气体取出以分配至一个或多个收纳容器从而减小压缩气体储存体中的压力，且随后引入压缩气体到压缩气体储存体中从而增大压缩气体储存体中的压力。对于多个压缩气体储存体中的各个中的压力循环彼此独立，也即它们暂时彼此置换。如图2中所示，各压缩气体储存体的压缩循环在示图中并未彼此覆盖。各压缩气体储存体中的压力独立于其它压缩气体储存体而增大和减小。
各压力循环均具有压力下降部分和在压力下降部分之后的压力升高部分。例如，参看图2，储存体A具有压力下降部分201，随后是压力升高部分203。储存体B具有压力下降部分205，随后是压力升高部分207。储存体C具有压力下降部分209，随后是压力升高部分211。
根据本发明方法的初级控制指令，在压力下降部分期间压力从PUPPER的7.5MPa以内进展至PLOWER的7.5MPa以内。在一个或多个实施例中，在压力下降部分期间压力从PUPPER的5MPa以内进展至PLOWER的5MPa以内。在一个或多个实施例中，在压力下降部分期间压力从PUPPER的2MPa以内进展至PLOWER的1MPa以内。在图2中，PUPPER与5MPa容限之间的裕度表示为PUPPER, MARGIN，而PLOWER与5MPa的容限之间的裕度表示为PLOWER, MARGIN。
根据本发明方法的初级控制指令，在压力升高部分期间压力从PLOWER的7.5MPa以内进展至PUPPER的7.5MPa以内。在一个或多个实施例中，在压力升高部分期间压力从PLOWER的5MPa以内进展至PUPPER的5MPa以内。在一个或多个实施例中，在压力升高部分期间压力从PLOWER的1MPa以内进展至PUPPER的2MPa以内。
初级控制指令的特征在于：压缩气体储存体中的各个中的压力不在压力循环的压力下降部分期间的任何时候都增大并且压缩气体储存体中的各个中的压力不在压力循环的压力升高部分期间的任何时候都减小。
这些特征在图2中示出，其意在示出而非意图限制本方法。
为了简单起见，图中将压力对耗时的绘制轮廓线示为线性的，这是针对图示目的的简化。在实际操作中，这些轮廓线可为非线性的；另外，轮廓线可为不连续的，因为在对于如由国家消防协会(NFPA)所要求的那样进行软管检查的分配循环期间可能存在一个或多个间断。
为了图示的目的，图2中PUPPER为90MPa而PLOWER为60MPa。
对应于点221的最初处于90MPa(PUPPER)的储存体A用于将压缩气体分配至最初处于20MPa的收纳容器A。储存体A中的压力沿对应于压力循环的压力下降部分的路径201减小，而同时压力在收纳容器A中增大。在图2中的示图上的5分钟处，来自储存体A的分配停止，这对应于点223。在点223处储存体A中的压力为63MPa，且如由本发明方法所要求那样处于PLOWER的7.5MPa以内。
对应于点231的最初处于88MPa(处于PUPPER的7.5MPa以内)的储存体B然后用于完成对收纳容器A的填充。压缩气体从储存体B分配至收纳容器A。储存体B中的压力沿对应于针对储存体B的压力循环的压力下降部分的路径205减小，而同时压力在收纳容器A中增大，直到其达到70MPa的对于收纳容器A的最终填充压力。储存体B中的压力在收纳容器A达到其最终填充压力(这里是70MPa)时减小至80MPa。
在压力下降部分201之后，压缩气体已排空的储存体A然后沿路径203经历压力升高部分，在此情况下压缩气体引入储存体A中，直到其达到88MPa的压力。压缩气体引入储存体A中，至少直到储存体A中的压力处于PUPPER的7.5MPa以内。
如图2中所示，储存体A中的压力在压力下降部分路径201期间的任何时候都不增大，并且储存体A中的压力在压力升高部分路径203期间的任何时候都不减小。
在图2中的示图上的10分钟处，对应于点235的处于80MPa的储存体B用于将压缩气体分配至最初处于20MPa的收纳容器B中。储存体B中的压力还沿对应于针对储存体B的压力循环的压力下降部分的路径205减小，而同时压力在收纳容器B中增大。在图2中的示图上的13分钟处，来自储存体B的分配停止，这对应于点237。在点237处储存体B中的压力为60MPa(PLOWER)，且因此如由本发明方法所要求那样处于PLOWER的7.5MPa以内。
对应于点241的最初处于89MPa(处于PUPPER的7.5MPa以内)的储存体C然后用于完成对收纳容器B的填充。压缩气体从储存体C分配至收纳容器B。储存体C中的压力沿对应于针对储存体C的压力循环的压力下降部分的路径209减小，而同时压力在收纳容器B中增大，直到其达到70MPa的对于收纳容器B的最终填充压力。储存体C中的压力在收纳容器B达到其最终填充压力时在点243减小至75MPa。
在压力下降部分205之后，压缩气体已排空的储存体B然后沿路径207经历压力升高部分，在此情况下压缩气体引入储存体B中，直到其达到90MPa的压力(PUPPER)。压缩气体引入储存体B中，至少直到储存体B中的压力处于PUPPER的7.5MPa以内。
如图2中所示，储存体B中的压力在压力下降部分路径205期间的任何时候都不增大，并且储存体B中的压力在压力升高部分路径207期间的任何时候都不减小。如图2中所示，压力下降部分可包括压力恒定的时段。同样，压力升高部分可包括压力恒定的时段。
在图2中的示图上的19分钟处，对应于点245的处于75MPa的储存体C用于将压缩气体分配至最初处于20MPa的收纳容器C。储存体C中的压力也沿对应于针对储存体C的压力循环的压力下降部分的路径209减小，而同时压力在收纳容器C中增大。在图2中的示图上的21分钟处，来自储存体C的分配停止，这对应于点247。在点247处储存体C中的压力为61MPa，且因此如由本发明方法所要求那样处于PLOWER的7.5MPa以内。
对应于点251的已再填充至88MPa(PUPPER的7.5MPa以内)的储存体A然后用于完成对收纳容器C的填充。压缩气体从储存体A分配至收纳容器C。储存体A中的压力沿对应于针对储存体A的另一压力循环的压力下降部分的路径202减小，而同时压力在收纳容器C中增大，直到其达到70MPa的对于收纳容器B的最终填充压力。储存体A中的压力在收纳容器C达到其最终填充压力时在点253减小至70MPa。
在压力下降部分209之后，压缩气体已排空的储存体C然后沿路径211经历压力升高部分，在此情况下压缩气体引入储存体C中，直到其达到85.5MPa的压力。压缩气体引入储存体C中，至少直到储存体C中的压力处于90MPa(PUPPER)的7.5MPa以内。
如图2中所示，储存体C中的压力在压力下降部分路径209期间的任何时候都不增大，并且储存体C中的压力在压力升高部分路径211期间的任何时候都不减小。如图2中所示，压力下降部分可包括压力恒定的时段。同样，压力升高部分可包括压力恒定的时段。
在图2中的示图上的28分钟处，对应于点255的处于70MPa的储存体A用于将压缩气体分配至最初处于20MPa的收纳容器D。储存体A中的压力也沿对应于针对储存体A的压力循环的压力下降部分的路径202减小，而同时压力在收纳容器D中增大。在图2中的示图上的29分钟处，来自储存体A的分配停止，这对应于点257。在点257处储存体A中的压力为60MPa(PLOWER)，且因此如由本发明方法所要求那样处于PLOWER的7.5MPa以内。
对应于点261的已再填充至90MPa(PUPPER的7.5MPa以内)的储存体B然后用于完成对收纳容器D的填充。压缩气体从储存体B分配至收纳容器D。储存体B中的压力沿对应于针对储存体B的另一压力循环的压力下降部分的路径206减小，而同时压力在收纳容器D中增大，直到储存体B和收纳容器D在点263处于65MPa下平衡。
对应于点271的已再填充至85.5MPa(PUPPER的7.5MPa以内)的储存体C然后用于完成对收纳容器D的填充。压缩气体从储存体C分配至收纳容器D。储存体C中的压力沿对应于针对储存体C的另一压力循环的压力下降部分的路径208减小，而同时压力在收纳容器D中增大，直到其达到70MPa的对于收纳容器D的最终填充压力。储存体C中的压力在收纳容器D达到其最终填充压力时在点273处减小至81MPa。
当收纳容器D和储存体B在65MPa下平衡时，这在PLOWER的7.5MPa以内，储存体B中的压力在点263处减小至65MPa。
在压力下降部分202之后，压缩气体已排空的储存体A然后沿路径204经历压力升高部分，在此情况下压缩气体引入储存体A中，直到其达到90MPB的压力(PUPPER)。压缩气体引入储存体A中，至少直到储存体A中的压力处于90MPa(PUPPER)的7.5Mpa以内。
如图2中所示，储存体A中的压力在压力下降部分路径202期间的任何时候都不增大，并且储存体A中的压力在压力升高部分路径204期间的任何时候都不减小。如图2中所示，压力下降部分可包括压力恒定的时段。同样，压力升高部分可包括压力恒定的时段。
在压力下降部分206之后，压缩气体已排空的储存体B然后沿路径210经历压力升高部分，在此情况下压缩气体引入储存体B中，直到其达到89MPa的压力。压缩气体引入储存体B中，至少直到储存体B中的压力处于90MPa(PUPPER)的7.5Mpa以内。
如图2中所示，储存体B中的压力在压力下降部分路径206期间的任何时候都不增大，并且储存体B中的压力在压力升高部分路径210期间的任何时候都不减小。如图2中所示，压力下降部分和压力升高部分可包括压力恒定的一个或多个时段。
储存体的使用随着PUPPER与PUPPER, MARGIN之间的差异减小和随着PLOWER与PLOWER, MARGIN之间的差异减小而增加，其中，“使用”限定为在系统寿命内每一压力循环所分配的压缩气体的平均量。
该方法还可包括：
(a)从多个压缩气体储存体中的第一个分配至第一收纳容器中，该多个压缩气体储存体中的第一个最初(即，在该步骤中启动分配时)处于第一压力P1，其中PLOEWR<P1≤PUPPER；
(b)当多个压缩气体储存体中的第一个中的压力处于PLOWER的7.5MPa以内(或PLOWER的5MPa以内)时，终止从该多个压缩气体储存体中的第一个分配；
(c)在步骤(b)之后，从多个压缩气体储存体中的第二个分配至第一容纳容器中，该多个压缩气体储存体中的第二个最初(即，在该步骤中启动从第二压缩气体储存体分配时)处于第二压力P2，其中PLOWER<P2≤PUPPER；以及
(d)当第一收纳容器填充至对于第一收纳容器的期望水平时，终止从多个压缩气体储存体中的第二个分配。 
在本方法的一个或多个实施例中，从多个压缩气体储存体中的第一个分配可在该多个压缩气体储存体中的第一个中的压力处于PLOWER的5MPa以内(或PLOWER的1MPa以内)时终止。
由于压缩气体储存体中的压力保持在PLOWER与PUPPER(包括端点)之间，则步骤(b)中的分配可不考虑第一压缩气体储存体与第一收纳容器之间的压差而终止，和/或不考虑压缩气体从第一压缩气体储存体至第一收纳容器的瞬时流速而终止。
在步骤(a)期间，当压缩气体从第一压缩气体储存体分配时，压缩气体可同时从压缩气源引入该多个压缩气体储存体中的第一个中。假如第一压缩气体储存体中的压力在压力循环的压力下降部分期间的任何时候都不增大，则压缩气体可引入第一压缩气体储存体中。
在步骤(a)期间，当压缩气体从第一压缩气体储存体分配时，压缩气体可同时从压缩机引入第一收纳容器中。假如第一压缩气体储存体中的压力在压力循环的压力下降部分期间的任何时候都不增大，则压缩气体可引入第一收纳体中。
图1中的分配系统可通过增加管线43来改变，该管线43将压缩机7的出口设置为与分配管线29成流体流动连通。管线43包括由可编程序逻辑控制器39所控制的流动控制阀45。该实施例的特征在于，气体收纳容器在一系列气体分配循环中的各个气体分配循环中从相应的气体储存体接收气体，同时附加的气体在该气体分配循环的至少一部分期间从压缩机7提供至储存体和/或气体收纳容器。
在步骤(c)期间，当压缩气体从第二压缩气体储存体分配时，压缩气体可同时从压缩气源引入第二压缩气体储存体中。假如第二压缩气体储存体中的压力在针对第二压缩气体储存体的压力循环的压力下降部分期间的任何时候都不增大，则压缩气体可引入第二压缩气体储存体中。
在步骤(c)期间，当压缩气体从第二压缩气体储存体分配时，压缩气体可同时从压缩机引入第一收纳容器中。假如第二压缩气体储存体中的压力在针对第二压缩气体储存体的压力循环的压力下降部分期间的任何时候都不增大，则压缩气体可引入收纳容器中。
当压缩气体储存体在进行分配的同时引入压缩气体所提供的益处在于增大了来自于储存体的压缩气体的吞吐量，同时并未增加对于压缩气体储存体的压力循环数目的计数。
参照图2示出了步骤(a)-(d)。储存体A视作为多个压缩气体储存体中的第一个，储存体B视作为多个压缩气体储存体中的第二个，以及收纳容器A视作为第一收纳容器。与步骤(a)一致，储存体A最初处于90MPa的第一压力P1，其中PLOWER<P1≤PUPPER。在图2中，对于分配至收纳容器A的储存体A而言P1=PUPPER。
与步骤(b)一致，当储存体A中的压力为63MPa时，也即压力处于PLOWER的7.5MPa以内，终止从储存体A分配。
与步骤(c)一致，在终止从储存体A分配之后，压缩气体从储存体B分配至收纳容器A，在此情况下储存体B最初处于88MPa的压力，也即大于PLOWER且小于或等于PUPPER的压力。
与步骤(d)一致，当收纳容器A填充至70MPa的对于收纳容器A的期望水平时，终止从储存体B分配。"期望水平"可基于本领域中公知的任何适合的标准。例如，期望水平可为收纳容器中的期望压力，或期望水平可为收纳容器中的期望密度。
在步骤(c)，短语"在步骤(b)之后"并不表示在从多个压缩气体储存体中的第二个分配之前不允许从其它储存体分配。
图2中分配至收纳体D示出了三个储存体分配至一个收纳容器的情况，这与步骤(a)-(d)一致。储存体A视作为多个压缩气体储存体中的第一个，储存体C视作为多个压缩气体储存体中的第二个，以及收纳容器D视作为第一个收纳容器。与步骤(a)一致，储存体A最初处于70MPa(点255)，也即压力大于PLOWER且小于或等于PUPPER。与步骤(b)一致，当储存体A中的压力为60MPa(点257)时，也即压力处于PLOWER的7.5MPa以内，终止从储存体A分配。与步骤(c)一致，在终止分配储存体A之后，压缩气体从储存体C分配至收纳容器D中，在此情况下储存体C最初处于85.5MPa的压力(点271)，也即大于PLOWER且小于或等于PUPPER的压力。与步骤(d)一致，当收纳容器D填充至70MPa的对于收纳容器D的期望水平时，终止从储存体C分配。
该方法可包括在步骤(b)与步骤(c)之间的附加步骤。例如，该方法还可包括：
在步骤(b)之后，从多个压缩气体储存体中的另一个分配至第一收纳容器中，该多个压缩气体储存体中的另一个最初具有PUPPER的7.5MPa以内的压力，以及
当该另一个压缩气体储存体中的压力在PLOWER的7.5MPa以内时，终止从该多个压缩气体储存体中的另一个分配。
在该方法的一个或多个实施例中，从该多个压缩气体储存体中的另一个分配可最初具有PUPPER的5MPa以内或PUPPER的2MPa以内的压力。
在本发明的一个或多个实施例中，从该多个压缩气体储存体中的另一个分配可在该多个压缩气体储存体中的另一个中的压力处于PLOWER的5MPa以内或PLOWER的1MPa以内时终止。
对于分配至收纳体D的情况，图2示出了在从储存体A分配的步骤与从储存体C分配的步骤之间储存体B分配至收纳容器D。储存体B为分配至收纳容器D中的另一压缩气体储存体，且储存体B最初具有90MPa(点261)的压力，其处于PUPPER的7.5MPa以内。当储存体B中的压力处于65MPa(点263)时，也即处于PLOWER的7.5MPa以内，则终止从储存体B分配。
当在步骤(d)中终止分配时，第二压缩气体储存体具有压力P3。该方法还可包括：
(e)从多个压缩气体储存体中的第二个分配至第二收纳容器中，该多个压缩气体储存体中的第二个最初(即，在该步骤中启动分配时)处于压力P3；
(f)当多个压缩气体中的第二个中的压力处于PLOWER的7.5MPa以内时，终止从该多个压缩气体储存体中的第二个分配；
(g)在步骤(f)之后，从多个压缩气体储存体中的第三个分配至第二容纳容器中，该多个压缩气体储存体中的第三个最初(即，在该步骤中启动分配时)处于第四压力P4，其中PLOWER<P4≤PUPPER；以及
(h)当第二收纳容器填充至对于第二收纳容器的期望水平时，终止从该多个压缩气体储存体中的第三个分配。
在本方法的一个或多个实施例中，从多个压缩气体储存体中的第二个分配可在该多个压缩气体储存体中的第二个中的压力处于PLOWER的5MPa以内或PLOWER的1MPa以内时终止。
参照图2示出了步骤(e)-(h)。储存体B视作为多个压缩气体储存体中的第二个，储存体C视作为多个压缩气体储存体中的第三个，以及收纳容器B视作为第二收纳容器。
与步骤(e)一致，储存体B最初处于80MPa(点235)的第三压力P3，这是在步骤(d)中终止分配时第二压缩气体储存体中的相同压力(点233)。
与步骤(f)一致，当储存体B中的压力为60MPa(点237)时，即，压力处于PLOWER的7.5MPa以内，终止从储存体B分配。
与步骤(g)一致，在终止从储存体B分配之后，压缩气体从储存体C分配至收纳容器B中，在此情况下储存体C最初处于89MPa(点241)的压力，也即大于PLOWER且小于或等于PUPPER的压力(第四压力P4)。
与步骤(h)一致，当收纳容器B填充至70MPa的对于收纳容器B的期望水平时，终止从储存体C分配。对于收纳容器B的期望水平可与收纳容器A的期望水平相同，或其可与收纳容器A的期望水平不同。另外，"期望水平"可基于本领域中公知的任何适合标准。
在步骤(g)中，短语"在步骤(b)之后"并不表示在从多个压缩气体储存体中的第二个分配之前不允许从其它储存体分配。
该方法可包括具体用于使用两个压缩气体储存体的系统的步骤。当在步骤(d)中终止分配时，第二压缩气体储存体具有压力P3。该方法还可包括：
(e)从多个压缩气体储存体中的第二个分配至第二收纳容器中，该多个压缩气体储存体中的第二个最初(即，在该步骤中启动分配时)处于压力P3；
(f)当多个压缩气体中的第二个中的压力处于PLOWER的7.5MPa以内时，终止从该多个压缩气体储存体中的第二个分配；
(g')在步骤(f)之后，从多个压缩气体储存体的第一个分配至第二收纳容器中，该多个压缩气体储存体中的第一个最初(即，在该步骤中启动分配时)处于PUPPER的7.5MPa以内；以及
(h')当第二收纳容器填充至对于第二收纳容器的期望水平时，终止从该多个压缩气体储存体中的第一个分配。
在本方法的一个或多个实施例中，从多个压缩气体储存体中的第二个分配可在该多个压缩气体储存体中的第二个中的压力处于PLOWER的5MPa以内或PLOWER的1MPa以内时终止。
该方法还可包括在步骤(b)之后且在步骤(g)之前将压缩气体加至第一压缩气体储存体中，以便将第一压缩气体储存体中的压力从PLOWER的7.5MPa以内增大至PUPPER的7.5MPa以内。在该方法的一个或多个实施例中，第一压缩气体储存体中的压力可从PLOWER的5MPa以内增大至PUPPER的5MPa以内。在该方法的一个或多个实施例中，第一压缩气体储存体中的压力可从PLOWER的1MPa以内增大至PUPPER的2MPa以内。
参看图3示出了步骤(a)-(f)、(g')和(h')。储存体A视作为多个压缩气体储存体中的第一个，储存体B视作为多个压缩气体储存体中的第二个，收纳容器A视作为第一收纳容器，以及收纳容器B视作为第二收纳容器。
与步骤(a)一致，储存体A最初处于89MPa(点321)的第一压力P1，其中PLOWER<P1≤PUPPER。
与步骤(b)一致，当储存体A中的压力为61MPa(点323)时，也即压力处于PLOWER的7.5MPa以内，终止从储存体A分配。
与步骤(c)一致，在终止从储存体A分配之后，压缩气体从储存体B分配至收纳容器A中，在此情况下储存体B最初处于89MPa(点331)的压力，也即大于PLOWER且小于或等于PUPPER的压力。
与步骤(d)一致，当收纳容器A填充至70MPa的对于收纳容器A的期望水平时，终止从储存体B分配。"期望水平"可基于本领域中公知的任何适合标准。
在步骤(c)，短语"在步骤(b)之后"并不表示在从多个压缩气体储存体中的第二个分配之前不允许从其它储存体分配。
与步骤(e)一致，储存体B最初处于80MPa(点335)的第三压力P3，这是在步骤(d)中终止分配时第二压缩气体储存体中的相同压力(点333)。
与步骤(f)一致，当储存体B中的压力为61MPa(点337)时，也即压力处于PLOWER的7.5MPa以内，终止从储存体B分配。
与步骤(g')一致，在终止从储存体B分配之后，压缩气体从储存体A分配至收纳容器B中，在此情况下储存体A最初处于89MPa(点351)的压力，也即压力处于PUPPER的7.5MPa以内。
与步骤(h')一致，当收纳容器B填充至70MPa的对于收纳容器B的期望水平时，终止从储存体A分配。对于收纳容器B的期望水平可与对于收纳容器A的期望水平相同，或其可与对于收纳容器A的期望水平不同。另外，"期望水平"可基于本领域中公知的任何适合标准。
在步骤(g')中，短语"在步骤(f)之后"并不表示在从多个压缩气体储存体中的第一个分配到第二收纳容器中之前不允许从其它储存体分配。
上述方法并非意图受限于由图示中所用的具体参数；许多工艺变化也是可能的。例如，在分配循环中的步骤之间的时间间隔可变化，以及在相继的分配循环之间的耗时可以任意方式不同。各种压力参数也可变化。例如，气体收纳容器中的初始压力可根据在前一次收容器填充之后的气体使用而变化。高气体储存压力和低气体储存压力、中间分配压力和高分配压力可不同于实例以满足各种具体工艺要求。尽管图2中所示的方法使用了三个气体储存体，但可使用如图3中所示的仅两个储存体，并且可使用多于三个的储存体。还可使用各种填充速率，且相对的体积大小也可不同。
图4示出了适合的计算机程序或PLC程序可由其简洁表达的方法的分配步骤的示例性工艺逻辑图。
在收纳容器连接在连接器35处之后，开始系统的分配部分。 程序搜索并选择此前已填充最久的储存体，其具有的压力大于PLOWER且还大于所连接的收纳容器中的压力。为了图示的目的，参看图1，储存体A为此前已填充最久的选定储存体，其具有的压力大于PLOWER且还大于所连接的收纳容器中的压力。
该程序继续询问系统是否在分配。如果没有，则不发生变化。如果是，则开启用于上述选定储存体的阀(例如，阀17开启)。
然后，程序询问收纳容器中的压力是否小于压缩气体正从其中分配的储存体中的压力。如果否，则关闭用于与收纳容器成敞开流体流动连通的储存体的阀(例如，阀17关闭)。如果是，则程序询问储存容器中的压力是否大于或等于PLOWER。如果否，则关闭用于与收纳容器成敞开流体流动连通的储存体的阀(例如，阀17关闭)。如果是，则程序询问收纳容器是否填充至期望水平。如果收纳容器填充至期望水平，则用于储存体的阀关闭(例如，阀17关闭)并且循环的分配部分停止。
如果收纳容器未填充至期望水平，则程序返回搜索并选择此前已填充最久且具有的压力大于PLOWER而且还大于所连接的收纳容器中的压力的另一储存体。该过程如在工艺逻辑图中所示那样继续。
与任何分配同时或在分配至收纳容器之间，程序执行以便再填充储存体。
图5示出了适合的计算机程序或PLC程序可由其简洁表达的方法的再填充步骤的示例性工艺逻辑图。
在系统开始之后，程序询问压缩气体储存体的压力是否小于PLOWER, MARGIN。如果否，则程序询问系统是否正从压缩气体储存体分配压缩气体。如果否，则系统等待，直到压缩气体储存体中的压力小于PLOWER, MARGIN。
如果压缩气体储存体中的压力小于PLOWER, MARGIN，则系统询问压缩机是否正用于填充不同的压缩气体储存体。如果压缩机正用于填充另一压缩气体储存体，则当前的压缩气体储存体等待，直到压缩机完成对该另一压缩气体储存体的填充。如果压缩机未用于填充另一压缩气体储存体，则程序启动经由压缩机(图1中的7)从压缩气源(图1中的27)传送压缩气体至压缩气体储存体。
然后，程序询问压缩气体储存体是否填充至期望水平(例如，PUPPER, MARGIN)。如果压缩气体储存体中的压力小于PUPPER, MARGIN，则压缩气体储存体继续接收压缩气体。如果压缩气体储存体中的压力大于或等于PUPPER, MARGIN,则终止对压缩气体储存体的填充。程序返回至开始以搜索另一压缩气体储存体来填充。
当系统正从压缩气体储存体分配压缩气体时，程序询问从压缩气体储存容器的流速是否大于压缩机的输出。如果否，则不发生什么。如果是，则将压缩气体引入压缩气体储存体中。该步骤确保压缩气体储存体中的压力在压力循环的压力下降部分期间的任何时候都不增大。
程序询问系统是否正从压缩气体储存体分配且压缩气体储存体中的压力是否正在减小。如果是，则继续经由压缩机填充压缩气体储存体。如果否，则终止经由压缩机填充压缩气体储存体，且程序返回至开始以搜索另一压缩气体储存体来填充。
图4和图5中的工艺逻辑图为示例性的。在仍保持在如由权利要求所限定的本发明方法的范围内的同时可进行各种变化和修改。
例如，当系统未从压缩气体储存体分配气体时，且系统对于选定时段为空闲时，以及系统并不具有足量的压缩气体来填充所选数目的收纳容器时，并且处于黑夜时，则即使压力不小于PLOWER, MARGIN，程序也可填充压缩气体储存体。另外，系统可包括各种超驰(override)特征。
该方法可包括提供一个或多个次级控制指令。次级控制指令可提供为用以将压缩气体引入多个压缩气体储存体中的各个中，直到该多个压缩气体储存体中的各个中的压力处于PUPPER的7.5MPa以内，其中在提供控制指令以引入压缩气体的该步骤之前，次级控制指令独立于多个压缩气体储存体中的各个中的压力来提供。
次级控制指令可按不同规则执行，按这些规则，压缩气体储存体基于基站能力的改善来填充而不是最大限度地减小循环计数。例如，在2:00 a.m.，基站可使用次级控制指令来完全再填充所有压缩气体储存体，使得它们在早晨当基站开放时开始充满。这样每天增加一次循环计数，但这可能是为基站更好运营的一种可接受的折衷方案。
可执行次级控制指令时的其它情形包括：即使压缩气体储存体不处于PLOWER的7.5MPa以内也填充该压缩气体储存体，例如当任一压缩气体储存体中没有留下足够的压缩气体来完成对另一收纳容器的填充时。例如，如果系统具有两个高压供送源，且一个处于65MPa，刚好高于再填充点，而第二存储体(bank)处于72MPa，任一存储体都不应由初级控制指令再填充。但如果消费者到来，他们将不能接受完全填充，可能仅为70MPa的最大压力，这会引起消费者的不满。可执行次级控制指令来再填充压缩气体储存体而"过早"浪费部分循环，但避免了让消费者不满。
实例
实例1-比较性实例
图1中所示的分配系统可以常规旋转级联分配工艺操作，在此情况下气体从气体储存体A,B和C中的各个以升高的压力依序地传递至压缩气体收纳容器R中，其中各气体储存体在对于各个填充步骤的给定压力范围内操作。气体储存体A从初始压力至第一中间压力将气体分配至压缩气体收纳容器R，储存体B从第一中间压力至第二中间压力将气体分配至收容器，以及储存体C从第二中间压力至最终填充压力将气体分配至收容器。在完成分配之后，压缩气体收纳容器R，其可为车辆中的压缩气体储存箱，在联接件35处与分配系统脱离连接。
随后，储存体由压缩机7从气源27再填充至高气体储存压力。在随后的分配步骤中，另一压缩气体收纳容器R在联接件35处连接，且气体以上文刚刚描述的相同方式分配。这定期地重复，在其中气体分配系统提供压缩气体至一系列附加的压缩气体收纳容器。在该示例性分配方法中，气体储存体A总是在较低压力范围中分配气体，气体储存体B总是在中间压力范围中分配气体，以及气体储存体C总是在较高压力范围中分配气体。因此在一系列分配循环期间，气体储存体总是以旋转顺序ABC,ABC等分配。
在分配至各个收纳容器期间，各个压缩气体储存体均对于压力循环数目接收累加的另一计数。
实例2-比较性实例
非级联分配工艺的示范性实例在表1中示出，其中气体储存体A,B和C最初填充至41.5MPa(6000psig)且并行地分配气体以从7.0MPa(1000psig)的初始压力填充压缩气体收纳容器R。各气体储存体均具有2m3的典型容积且压缩气体收纳容器R具有5m3的典型容积；因此，气体收纳容器R的容积为各气体收纳体容积的2.5倍。在该工艺中，气体收纳容器R在单个步骤中填充，在其中阀17,19,21和31同时打开，且气体收纳容器R在储存体与收纳容器之间压力平衡之后填充至25.8MPa(3727psig)的最终压力。
表1
非级联分配工艺的实例
  初始压力(MPa) 最终压力(MPa)
储存体A 41.5 25.8
储存体B 41.5 25.8
储存体C 41.5 25.8
收容器R 7.0 25.8
实例3-比较性实例
旋转级联分配工艺的示范性实例在表2中示出，在其中气体储存体A,B和C最初填充至41.5MPa(6000psig)且分配气体从7.0MPa(1000psig)的初始压力填充压缩气体收纳容器R。各气体储存体均具有2m3的典型容积，且压缩气体收纳容器R具有5m3的典型容积，使得气体收纳容器R的容积为各气体储存体容积的2.5倍。在该过程中，气体收纳容器R在一系列步骤中填充，在其中各阀17,19和21按顺序开启和关闭而阀31保持开启。在第一步骤中，阀17开启，气体从储存体A流入气体收纳容器R中，直到压力在储存体与收容器之间平衡于16.8(2430psig)的第一中间压力，且阀17关闭。在第二步骤中，阀19开启，气体从储存体B流入气体收纳容器R中，直到压力在23.9MPa(3450psig)的第二中间压力下平衡，且阀19关闭。在第三步骤中，阀21开启，气体从储存体C流入气体收纳容器R中，直到压力在28.9MPa(4180psig)的最终填充压力下平衡，且阀21关闭。
表2
旋转级联分配工艺的实例
  初始压力(MPa) 第一步骤之后的压力(MPa) 第二步骤之后的压力(MPa) 最终压力(MPa)
储存体A 41.5 16.8 16.8 16.8
储存体B 41.5 41.5 23.9 23.9
储存体C 41.5 41.5 41.5 28.9
收容器R 7.0 16.8 23.9 28.9
表1中的非级联工艺与表2中的旋转级联工艺的比较示出了级联分配工艺的益处，其中，气体收纳容器R中的较高最终填充压力可在级联工艺中以收纳容器和储存体的给定容积以及储存体和收纳容器中的给定初始压力来获得。该益处在压缩气体分配技术中是广为公知的。
实例4-比较性实例
图6中给出了现有技术中公知的对于旋转级联分配工艺的示例性压力-耗时轮廓线。在该过程中，气体储存体A,B和C最初填充至40MPa的压力，且压缩气体收纳容器R最初处于5MPa的压力。在该实例中，气体储存体A,B和C和压缩气体收纳容器R都具有相同容积。阀31(图1)开启，且第一填充步骤通过开启阀17而在1分钟的耗时处开始。气体储存体A中的压力从点401处的初始压力沿路径403减小，而收纳容器R中的压力从点405处的初始压力沿路径407增大，且压力在点409的5分钟耗时处在22.5MPa的第一中间压力下平衡。阀17关闭，而阀31保持开启。
然后阀19开启以开始第二填充步骤。气体储存体B中的压力从点411处的初始压力沿路径413减小，而收容器R中的压力沿路径415增大，且压力在点417的7分钟耗时处在31.25MPa的第二中间压力下平衡。阀17关闭，而阀31保持开启。
然后阀21开启以开始最终填充步骤。气体储存体C中的压力从点419处的初始压力沿路径421减小，而收纳容器R中的压力沿路径423增大，且压力在点425的8分钟耗时处在35.625MPa的最终填充压力下平衡。阀21关闭且阀31关闭以终止最终填充步骤。收纳容器R可在最终填充步骤完成之后的任何耗时处在联接件35处断开。
气体储存体C通过开启阀11和启动压缩机7而在9分钟处开始从点427沿路径429再填充，从而从气源27再填充储存体C。该再填充步骤在点431处通过在10分钟处和40Mpa压力下关闭阀11而终止。气体储存体B通过开启阀13而在10分钟处开始从点433沿路径435再填充，同时压缩机7继续操作，从而从气源27再填充储存体B。该再填充步骤在点437处通过在12分钟处和40MPa压力下关闭阀13而终止。气体储存体A通过开启阀15而在12分钟处开始从点439沿路径441再填充，同时压缩机7继续操作，从而从气源27再填充储存体A。该再填充步骤在点443处通过在16分钟处和40MPa压力下关闭阀15而终止。在再填充之后，系统准备将气体分配至连接在联接件35处的另一气体收纳容器。
在上文参照图6描述的实例中，压力对耗时的绘制轮廓线示为线性的，这是为图示目的的简化。在实际操作中，这些轮廓线可为非线性的；另外，轮廓线可为不连续的，因为在对于如由国家消防协会(NFPA)所要求的软管检查的分配循环期间可能存在一个或多个间断。
在该实例的气体分配循环中，在各分配步骤结束时的压力在将分配切换至另一气体储存体之前在各个相应气体储存体与气体收纳容器之间大致平衡。用于将分配从一个气体储存体切换至另一气体储存体的其它标准也是可能的。例如，切换可在气体储存体与气体收纳容器之间的压差达到预定值时开始。在另一实例中，当气体储存体与气体收纳容器之间的气体流速达到预定值时可开始切换。
在上文参照图6描述的示例性旋转级联气体分配循环中，气体储存体A总是在较高储存压力(例如，40MPa)与较低分配压力(例如，22.5MPa)之间的压力范围中分配气体；气体储存体B总是在较高储存压力与中间分配压力(例如，31.25MPa)之间的压力范围中分配气体；以及气体总是在较高储存压力与最终分配压力(例如，35.625MPa)之间的压力范围中从气体储存体C分配。因此，三个储存体循环中的各个中的压力在每一分配循环期间处于相应的分配压力与较高储存压力之间，且每一气体分配循环都需要三个气体储存容器中的各个的加压和减压。在分配至各个收纳容器期间，各压缩气体储存体均接收对于压力循环数目累加的另一计数。
实例5
本发明方法可描述为具有再填充的滚动旋转级联分配程序，且在下文参照图1和图7示出，其中图7示出了在一系列的四个气体分配循环内用于三个气体储存体和四个气体收纳容器的压力对耗时的轮廓线。在该实例中，气体储存体A,B和C和压缩气体收纳容器R都具有相同容积。
图7中的系列气体分配循环始于包含处于高气体储存压力的压缩气体的各个气体储存体，其中该高气体储存压力在该图中为80MPa。各气体收纳容器均处于初始压力(在该图中为10MPa)且在分配循环期间填充至较高分配压力(在该图中为35Mpa)。所有阀最初都关闭。
第一气体收纳容器R在联接件35处连接到分配系统上，且阀31开启。图7中的系列分配循环中的第一个始于1分钟的耗时处，其中储存体A中的压力在点501a处为80MPa，而第一气体收纳容器中的压力在点501处为10MPa。阀17开启且气体从储存体A流动，同时压力沿路径503a减小，在点505a处终止于5分钟和60MPa压力。低气体储存压力在该图中为60MPa，且这可视作为第一中间气体储存压力。在该时段期间，气体流经歧管23和管线29进入第一气体收纳容器R中，同时其中的压力沿路径503增大，在点505处终止于5分钟和30MPa压力。阀17关闭。
接下来，阀19开启且从储存体B的气体流动在点507b处始于5分钟、80MPa处；气体从储存体B流动，同时其中的压力沿路径509b减小，在点511b处终止于6分钟和75MPa的第二中间压力。在该时段期间，气体流经歧管23和管线29进入第一气体收纳容器R中，同时其中的压力沿路径509增大，在点511处终止于6分钟和35MPa压力。阀19关闭。现在，第一气体收纳容器R充满且可在联接件35处断开连接。储存体A在6分钟的点507a处通过开启阀11并启动压缩机7以压缩和传输来自于源27的气体而开始再填充。随着再填充的进行，储存体A中的压力沿路径509a增大且在9分钟的点511a处终止于80MPa的高气体储存压力。阀11关闭且压缩机7停止。
最初处于10MPa压力的第二气体收纳容器R在联接件35处连接至分配系统。接下来，阀19开启且从储存体B的气体流动在点513b处始于10分钟、75MPa；气体从储存体B流动，同时其中的压力沿路径515b减小，在点517b处终止于6分钟和60MPa的低气体储存压力。在该时段期间，气体流经歧管23和管线29进入第二气体收纳容器R中，同时其中的压力沿路径515从点513增大，在点517处终止于13分钟和25MPa的第二中间气体储存压力。阀19关闭。
接下来，阀21开启且从气体储存体C的气体流动在点517c处始于13分钟和80MPa；气体从储存体C流动，同时其中的压力沿路径519c减小，在点521c处终止于15分钟和70MPa的第二中间压力。在该时段期间，气体流经歧管23和管线29进入第二气体收纳容器R中，同时其中的压力沿路径319增大，在点521处终止于15分钟和35MPa压力。阀21关闭。现在，第二气体收纳容器R充满且可在联接件35处断开连接。储存体B在15分钟的点519b处通过开启阀13并启动压缩机7以压缩和传输来自于源27的气体而开始再填充。随着再填充的进行，储存体B中的压力沿路径521b增大，且在18分钟的点523b处终止于80MPa的高气体储存压力。阀11关闭，且压缩机7停止。
最初处于10MPa压力的第三气体收纳容器R在联接件35处连接至分配系统。阀21开启且从储存体C的气体流动在点523c处始于18分钟、70MPa；气体从储存体C流动，同时其中的压力沿路径525c减小，在点527c处终止于21分钟和60MPa的低气体储存压力。在该时段期间，气体流经歧管23和管线29进入第三气体收纳容器R中，同时其中的压力沿路径525从点523增大，在点527处终止于21分钟和20MPa的第三中间气体储存压力。阀21关闭。
接下来，阀17开启且从气体储存体A的气体流动在点527a处始于21分钟和80MPa；气体从储存体A流动，同时其中的压力沿路径529a减小，在点531a处终止于24分钟和65MPa的第二中间压力。在该时段期间，气体流经歧管23和管线29进入第三气体收纳容器R中，同时其中的压力沿路径529增大，在点531处终止于24分钟和35MPa压力。阀17关闭。现在，第三气体收纳容器R充满且可在联接件35处断开连接。储存体C在24分钟的点529c处通过开启阀15和启动压缩机7以压缩和传输来自于源27的气体而开始再填充。随着再填充的进行，储存体C中的压力沿路径531c增大并在27分钟的点533c处终止于80MPa的高气体储存压力。阀15关闭且压缩机7停止。
最初处于10MPa压力的第四气体收纳容器R在联接件35处连接至分配系统。阀17开启且从储存体A的气体流动在点535a处始于28分钟、65MPa；气体从储存体A流动，同时其中的压力沿路径537a减小，在点539a处终止于29分钟和60MPa的低气体储存压力。在该时段期间，气体流经歧管23和管线29进入第四气体收纳容器R中，同时其中的压力沿路径537从点535增大，在点539处终止于29分钟和15MPa的第四中间气体储存压力。阀17关闭。
接下来，阀19开启且从气体储存体B的气体流动在点527a处始于29分钟和80MPa；气体从储存体B流动，同时其中的压力沿路径541b减小，在点543b处终止于33分钟和在该图中为60MPa的低气体储存压力，其可视作为60MPa的第五中间气体储存压力。在该时段期间，气体流经歧管23和管线29进入第四气体收纳容器R中，同时其中的压力沿路径341增大，在点531处终止于33分钟和35MPa压力。阀19关闭。现在，第四气体收纳容器R充满且可在联接件35处断开连接。储存体A在33分钟的点543b处通过开启阀11和启动压缩机7以压缩和传输来自于源27的气体而开始再填充。随着再填充的进行，储存体A中的压力沿路径543a增大，且在36分钟的点545a处终止于80MPa的高气体储存压力。
阀11关闭且阀13开启，同时压缩机7继续运转。储存体B在36分钟的点545b处开始再填充，同时压缩机7压缩和传输来自于源27的气体。随着再填充的进行，储存体B中的压力沿路径547b增大，且在39分钟的点549b处终止于80MPa的高气体储存压力。这里，分配系统准备好类似于上文所述的另一系列的分配循环。
上文所述的实例示出了三个气体储存体用于在一系列分配循环中填充相继的气体收纳容器，其中各收容器均填充有来自于两个不同的相应气体储存体的气体。在各个分配循环中，填充在处于气体收纳容器中的初始压力与最终压力之间的中间压力下从一个气体储存体切换至另一气体储存体。
实例5示出了其中填充四个收纳容器需要五个压力循环的本发明方法的益处。这相比于上文参照图4描述的现有技术的方法为显著的改善，在现有技术的方法中每次填充收纳容器都需要三个压力循环。相比于图4中描述的方法，在实例5中使用本发明方法，压缩气体储存体经历大致1/3的压力循环。
在上文所述的具有再填充的系列滚动旋转级联分配循环中，气体储存体以滚动旋转级联顺序AB,BC,CA,AB,BC等来分配。这不同于前文所述的其中旋转顺序为ABC,ABC,ABC等的现有技术的旋转级联。
在上文参照图7描述的实例中，压力对耗时的绘制轮廓线示为线性的，这是为图示目的的简化。在实际操作中，这些轮廓线可为非线性的；另外，轮廓线可为不连续的，因为在对于如由国家消防协会(NFPA)所要求那样的软管检查的分配循环期间可存在一个或多个间断。
实例6
如上文所述，气体分配系统的容器中的最大操作循环数目可限制为用于某种类型的容器设计和制造材料，以便消除容器故障的可能性。例如，由复合材料制成的容器中的加压-减压循环数目可由美国机械工程师学会(ASME)的压力容器规范限制，且该规范可由授予对这些容器的操作许可的州或当地管制部门应用。本发明方法及其各种实施例用于减少如现有技术中描述的相继分配步骤中的加压-减压循环数目。
下文描述了具有最大可容许数目的加压-减压循环的压力容器的实例。该容器安装为氢分配系统的一部分且可在根据上文所述的方法的分配循环中操作。
复合压力容器提供为用于储存氢，其中容器为圆柱形的水平无缝容器，0.337m(14.5ft)长，直径为44.5cm(17.5in)，且容积为0.343m3(12.11ft3)。该容器根据适用的ASME VIII节的第3部分(2007年版本，2009年增补)以及ASME X节来制造。该容器由按SA 372 Grade J Class 70的4147钢制成，具有旋压封头和碳纤维塑料层合包覆层。一个头部具有用于气体填充和取出的颈部和凸缘；头部未包覆。设计压力为103.5MPa(15,000 psig)，且容器在地面上安装在户外，设计环境温度范围为-40℃至66℃(-40℉至150℉)。
根据上文所列的ASME规范的认证的操作条件如下：
(a)最大可容许工作压力：103.5MPa(15,000psig)
(b)标称操作温度：21℃(70℉)
(c)循环操作数据：
       (1)61.45MPa(8,900psig)与93.15 MPa(13,500psig)之间的37,540最大寿命填充循环
       (2)20年的最长寿命
       (3)在低于-1℃(30℉)的操作下的最大寿命填充循环的5%
       (4)高于43℃(110℉)的操作下的最大寿命填充循环的5%
       (5)在环境温度的操作下的最大寿命填充循环的90%
       (6)在20年寿命内在-40℃(-40℉)至66℃(150℉)的范围内的每天50℃(90℉)增量的一个温度循环
       (7)从93.2MPa(13,500 psig)至0.101MPa(0psig)的最大40个循环
如上文使用的加压循环限定为在一个步骤或没有介入减压步骤的相继步骤中将容器从较低压力至较高压力加压。在加压步骤之间的减压步骤数不受限制。
为了最大限度地增加在该最大可容许的加压循环数内的气体分配循环数，具有其在上文所述各种实施例的本发明方法可用于最大限度地减小用于给定数目的分配循环的循环数。
当具有上文参照图7所述的再填充的滚动旋转级联分配程序用于氢的分配时，看到的是每四个气体分配循环需要五个加压步骤。在图7中，气体储存体的五个加压步骤由压力轮廓线路径509a,521b,531c,543a和547b限定，且四个分配循环由收纳容器中的压力轮廓线路径503+509, 515+519, 525+529和537+541限定。
当上文参照图6所述的现有技术的旋转级联循环用于氢分配时，看到的是每一气体分配循环需要三个加压步骤。在图6中，气体储存体的三个加压步骤由压力轮廓线路径429,435和441限定，而分配循环由收纳容器中的压力轮廓线路径407+415+423限定。
该实例示出了根据本发明方法的滚动旋转级联分配循环提供了优于现有技术的级联分配循环的显著改进，以便以最大可容许的加压循环数用于具有压力容器的气体分配系统。
如果在气体分配系统的操作中期望没有容器加压循环数的限制，则也可使用根据本发明的方面的气体分配循环。
当气体储存体A,B和C包括复合容器且系统根据本发明方法操作时，图1中的分配系统可用于记录加压循环的数目。可编程序逻辑控制器39可编程为使用由温度测量元件41所提供的环境温度信息来识别和记录上文所述的具体类型的循环的数目。控制器还可提供与相应温度范围中的各个中存在的加压循环数目相关的系统状态的规则输出，以及在这些数目接近可容许最大值时发出警告。如果已达到最大循环数目，则控制器还可编程为防止随后的填充储存填充步骤。由可编程序逻辑控制器39记录的循环信息可通过公知的传输方法如电话线、国际互联网连接或无线调制解调器而传输至场外的操作人员。
在耗时的延长时段内的气体储存容器的循环操作中，各容器均经历较大数目的加压-减压循环，且因此容器的壁和头部均在该耗时的延长时段内受到循环应力。对于某些类型的容器设计和制造材料，可限制操作循环的最大数目，以便消除容器故障的可能性。例如，由复合材料制成的容器中的加压-减压循环数目可由美国机械工程师学会(ASME)的压力容器规范限制，且该规范可由授予对于这些容器的操作许可的州或当地管制部门应用。
鉴于对于气体储存容器的加压-减压循环的较大可容许数目方面的潜在限制，期望的是将气体分配系统设计和操作成以便对各个分配循环最大限度地减小对于各储存容器的加压-减压循环的数目，以便最大限度地延长容器的操作寿命。在根据现有技术的用于操作具有三个气体储存体的气体分配系统的上述实例中，看到的是三个储存体中的各个在每一分配循环期间，在相应分配压力与较高储存压力之间循环，且每一气体分配循环都要求三个气体储存容器中的各个均进行加压和减压。
本文所述的本发明方法提供了改进的分配循环，在其中对于气体储存容器的加压-减压循环的数目减少，从而最大限度地延长了对较高操作循环数目受到限制的容器的操作寿命。

Claims (14)

1. 一种用于从多个压缩气体储存体分配压缩气体的方法，其中所述多个压缩气体储存体在范围从低气体储存压力PLOWER至高气体储存压力PUPPER的压力范围内(包括端点)操作，所述方法包括：
提供控制指令，由此所述多个压缩气体储存体中的各个中的压力通过压力循环来循环，在所述压力循环期间，从所述多个压缩气体储存体中的各个取出压缩气体以及将压缩气体引入所述多个压缩气体储存体中的各个中，对于所述多个压缩气体储存体中的各个的压力循环彼此独立，对于所述多个压缩气体储存体中的各个的压力循环具有压力下降部分和在所述压力下降部分之后的压力升高部分，其中在所述压力下降部分期间所述压力从PUPPER的7.5MPa以内进展至PLOWER的7.5MPa以内，以及在所述压力升高部分期间所述压力从PLOWER的7.5MPa以内进展至PUPPER的7.5MPa以内，其中在所述压缩气体储存体中的各个中的压力在所述压力循环的压力下降部分期间的任何时候都不增大，以及在所述压缩气体储存体中的各个中的压力在所述压力循环的压力升高部分期间的任何时候都不减小。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述压力在所述压力下降部分期间从PUPPER的5MPa以内进展至PLOWER的5MPa以内，以及在所述压力升高部分期间从PLOWER的5MPa以内进展至PUPPER的5MPa以内。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
(a)从所述多个压缩气体储存体中的第一个分配至第一收纳容器中，所述多个压缩气体储存体中的第一个最初处于第一压力P1，其中PLOWER<P1≤PUPPER；
(b)当所述多个压缩气体储存体中的第一个中的压力处于PLOWER的7.5MPa以内时，终止从所述多个压缩气体储存体中的第一个分配；
(c)在步骤(b)之后，从所述多个压缩气体储存体中的第二个分配至所述第一容纳容器中，所述多个压缩气体储存体中的第二个最初处于第二压力P2，其中PLOWER<P2≤PUPPER；以及
(d)当所述第一收纳容器填充至对于所述第一收纳容器的期望水平时，终止从所述多个压缩气体储存体中的第二个分配。
4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述分配终止于步骤(b)而与所述第一压缩气体储存体与所述第一收纳容器之间的压差无关。
5. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述分配终止于步骤(b)而与所述压缩气体从所述第一压缩气体储存体至所述第一收纳容器的流速无关。
6. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在步骤(b)之后，从所述多个压缩气体储存体中的另一个压缩气体储存体分配至所述第一收纳容器中，所述多个压缩气体储存体中的另一个压缩气体储存体最初具有PUPPER的7.5MPa以内的压力，以及
当所述另一个压缩气体储存体中的压力处于PLOWER的7.5MPa以内时，终止从所述多个压缩气体储存体中的另一个压缩气体储存体分配。
7. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述多个压缩气体储存体中的第二个在步骤(d)中终止分配时具有压力P3，所述方法还包括：
(e)从所述多个压缩气体储存体中的第二个分配至第二收纳容器中，所述多个压缩气体储存体中的第二个最初处于所述压力P3；
(f)当所述多个压缩气体中的第二个中的压力处于PLOWER的7.5MPa以内时，终止从所述多个压缩气体储存体中的第二个分配；
(g)在步骤(f)之后，从所述多个压缩气体储存体中的第三个分配至所述第二容纳容器中，所述多个压缩气体储存体中的第三个最初处于第四压力P4，其中PLOWER<P4≤PUPPER；以及
(h)当所述第二收纳容器填充至对于所述第二收纳容器的期望水平时，终止从所述多个压缩气体储存体中的第三个分配。
8. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述多个压缩气体储存体中的第二个在步骤(d)中终止分配时具有压力P3，所述方法还包括：
(e)从所述多个压缩气体储存体中的第二个分配至第二收纳容器中，所述多个压缩气体储存体中的第二个最初处于所述压力P3；
(f)当所述多个压缩气体储存体中的第二个中的压力处于PLOWER的7.5MPa以内时，终止从所述多个压缩气体储存体中的第二个分配；
(g')在步骤(f)之后，从所述多个压缩气体储存体中的第一个分配至所述第二收纳容器，所述多个压缩气体储存体中的第一个最初处于PUPPER的7.5MPa以内，以及
(h')当所述第二收纳容器填充至对于所述第二收纳容器的期望水平时，终止从所述多个压缩气体储存体中的第一个分配。
9. 根据权利要求8所述的方法，其特征在于，附加的压缩气体在步骤(b)之后且在步骤(g)之前加至所述多个压缩气体储存体中的第一个，以便将所述多个压缩气体储存体中的第一个中的压力从PLOWER的7.5MPa以内增大至PUPPER的7.5MPa以内。
10. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在步骤(a)期间，压缩气体从压缩气源引入所述多个压缩气体储存体中的第一个中。
11. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在步骤(c)期间，压缩气体从压缩气源引入所述多个压缩气体储存体中的第二个中。
12. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在步骤(a)期间，压缩气体还从压缩机引入所述第一收纳容器中。
13. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在步骤(c)期间，压缩气体从压缩机引入所述第一收纳容器中。
14. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
提供次级控制指令以将压缩气体引入所述多个压缩气体储存体中的各个中，直到所述多个压缩气体储存体中的各个中的压力处于PUPPER的7.5MPa以内，其中在提供所述控制指令以引入压缩气体的该步骤之前，所述次级控制指令独立于所述多个压缩气体储存体中的各个中的压力提供。
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