CN103003153A - 具有为cng站减压和为机动车加燃料的高压存储容器的往复式压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有高压存储容器的往复式压缩机，该高压存储容器为CNG站减压，用于为机动车加燃料，其中CNC站设计利用来自本地燃气公司的进气。通过利用压力排放来补充进气以便将来自高压存储容器的气体减压，CNG站有能力增加和调节其流容量。

Description

具有为CNG站减压和为机动车加燃料的高压存储容器的往复式压缩机

相关申请的参考

本申请要求2010年6月10日申请的美国临时专利申请61/353625的权益，且其全部内容通过引用包括在此。

技术领域

本发明一般涉及用于给机动车加燃料的压缩天然气（CNG）站的压缩机，且更具体地，涉及具有高压存储容器的往复式压缩机，该高压存储容器为CNG站减压用于给机动车加燃料。

背景技术

大多数传统CNG站是为特定的场所条件定制设计的，且必须在预定的进气压力和流量范围内操作。这些气站通常花费长时间来建造，且因为它们被设计成符合特定场所条件，所以流容量受本地燃气公司可用的进气压力限制。根据其他已知CNG设计，利用进气调节器改变场所条件从而符合设备设计规范。由于压缩机设计限制，这些气站通常不得不通过穿过进气调节器来牺牲气压。气体在由进气调节器减压后，再在压缩机中被重新增压。该设计的能效非常低，因为气压在压缩机中的再次加压之前被降低。定制设计的系统和场所改变的系统通常都是固定速度的，且不允许流容量控制。

发明内容

本发明提供具有高压存储容器的往复式压缩机，该高压存储容器为CNG站减压用于给机动车加燃料，其中CNG站设计利用来自本地燃气公司的进气。通过用来自高压存储容器的压力排放（减压）气体（压气体）补充进气，CNG站具有增加和调节其流容量的能力。本发明的不同实施例涉及接受来自高压存储容器的压力排放（减压）气体，因而提高往复式压缩机的进气压力并为CNG燃料补充站提供更高且可调节的流容量的系统和方法。

本发明的某些实施例针对天然气压缩系统，其具有利用来自高压存储容器的压力排放（减压）气体使来自本地燃气公司供给气体的进气压力提高到较高气压的能力，因此提供增加的可调节气流容量从而满足不同负载要求并优化能量利用。换句话说，来自高压存储容器的压力排放可为压缩机提供更高的进气压力，和控制及增加气流容量的能力。在不同实施例中，压力排放部件可包括但不限于：截止阀（自动和/或手动）、多级减压调节器、压力换能器以及计量仪，以监视其操作。

作为例子，高压压缩机可包括旋转的、单螺杆正位移压缩机，其包括驱动轴、具有六个螺旋槽的主螺杆和两个平面门转子（gaterotor）。对于某些CNG应用，压缩机可包括正位移压缩机，其可以包括或不包括在压缩机前部的单螺杆升压机（booster）。在这样的压缩机中，驱动轴施加旋转运动到主螺杆，这驱动相互啮合的门转子，因而通过啮合两个门转子和主螺杆中的螺旋槽实现气体压缩。当每个门转子的各指形件随着螺杆旋转扫过主螺杆的槽时发生气体压缩。采用其他类型的高压压缩机不偏离本发明的保护范围。

本发明的一个实施例提供具有高压存储容器的往复式压缩机，该高压存储容器为CNG站减压用于给机动车加燃料，该往复式压缩机包括：（i）气体进口部件，其包括计量来自高压存储容器的进气的进气表；（ii）压缩机部件；（iii）阀门控制面板和存储部件；（iv）压力排放部件，其将来自高压存储容器的高压气体减压到压缩机部件的进口；以及（v）分配部件，其中CNG站设计利用来自本地燃气公司的进气，且其中由本地燃气公司提供气体进口部件，并交付到现场位置。

通过利用压力排放补充进气以便将来自高压存储容器的气体减压，CNG站有能力增加和调节其流容量。压缩机部件可包括单个高压往复式压缩机，如旋转、单螺杆、正位移压缩机，其包括驱动轴、具有六个螺旋槽的主螺杆以及两个平面门转子。在某些实施例中，压缩机部件可包括多个并行配置的往复式压缩机的组合。阀门控制面板和存储部件可包括一系列控制阀门，其引导气流从压缩机到本地存储容器或分配部件。阀门面板设计可根据气站应用改变。在某些实施中，阀门控制面板和存储部件包括自动和手动阀门、压力换能器和计量仪，从而引导气体从压缩机到存储容器或分配器/车辆。分配部件可包括一个或更多分配器，如快速填充分配器或时间填充分配器。

在本发明的某些实施例中，往复式压缩机的压力排放部件能够在气体进入压缩机部件之前，将来自高压容器的压强在3600psig（磅/平方英寸）到4500psig的气体下拉到20psig到200psig之间的压强。类似地，压力排放部件允许往复式压缩机在峰值时段以高流容量工作。此外，压力排放部件允许往复式压缩机从本地燃气公司抽取气体，并在非峰值时段以较慢的流容量和较低功率水平再填充高压存储容器。在峰值时段提供较高流量和非峰值时段提供较慢流量的能力为CNG站提供主动管理气体供应和需求水平以及控制CNG站的功率抽取要求的能力。

本发明的另一个实施例旨在用往复式压缩机为机动车加燃料的方法，该往复式压缩机具有为CNG站减压的高压存储容器，该方法包括：计量来自高压存储容器的进气，将从高压存储容器到压缩机部件进气口的高压气体减压以及分配气体。在某些情形中，CNG站设计利用来自本地燃气公司的进气，且本地燃气公司提供计量来自高压存储容器的进气的气体进口部件并将其交付给现场位置。

在上述方法中，将高压气体减压可包括利用压力排放补充进气，以便减压来自高压存储容器的气体，因而CNG站具有增加和调节其流容量的能力。该步骤可由压力排放部件执行，该压力排放部件在来自高压容器的气体进入压缩机部件之前将处在3600psig到4500psig压强的该气体下拉到20psig到200psig的压强。在某些实施例中，压力排放部件允许往复式压缩机在峰值时间段以高流容量工作，其中压力排放部件允许往复式压缩机从本地燃气公司抽取气体，并在非峰值时间段以较慢的流容量和较低的功率水平再填充高压存储容器。在峰值时间段提供较高流量和在非峰值时间段提供较慢流量的能力为CNG站提供主动管理气体供应和需求水平以及控制CNG站的功率抽取要求的能力。

本发明的其他特征和优点可结合附图从优选实施例的下面描述中显然看出，附图以示例方式示出本发明的原理。

附图说明

根据一个或更多个不同实施例，参考附图详细描述本发明。提供的附图仅用于说明和仅仅描述本发明的典型或示例实施例。提供这些示图是为了促进读者对本发明的理解，且不能当作限制本发明的宽度、范围或适用性。应该指出，为了图示清楚和简易，不必按比例制作附图。

包括在此的某些附图从不同视角示出本发明的不同实施例。虽然伴随的描述性文本可称这些视图为“俯视图”、“仰视图”或“侧视图”，但这些指示仅是描述性的，并且不暗示或要求本发明以特定空间取向实施或使用，除非另外明确指出。

下面参考附图仅以例子的形式描述本发明的实施例，其中：

图1是示意图，其示出根据本发明的原理的具有进口升压机设计的往复式压缩机系统。

图2是根据本发明的原理的示图，其示出使用具有为CNG站减压的高压存储容器的往复式压缩机为机动车加燃料的方法。

具体实施方式

在下面的段落中，参考附图以例子的形式详细描述本发明。在整个说明书中，所示的优选实施例和例子应当作范例，而非对本发明的限制。如这里所用，“本发明”是指这里所述的本发明的任何一个实施例，及其任何等价物。而且，整个文本中提及的“本发明”的各种（若干）特征不意味着所有要求保护的实施例或方法必须包括提及的（若干）特征。

本发明的实施例针对具有高压存储容器的往复式压缩机，该高压存储容器为CNG站减压用于给机动车加燃料，其中CNG站设计利用来自本地燃气公司的进气。通过利用压力排放补充进气以便将来自高压存储容器的气体减压，CNG站具有增加和调节其流容量的能力。

参考图1，根据本发明的实施例，具有压力排放设计的往复式压缩机10包括气体进口部件20，其包括用于计量来自高压存储容器的进气的进气表、压缩机部件30、阀门控制面板和存储部件40、将来自高压存储容器的高压气体减压到压缩机部件30的进口的压力排放部件50以及分配部件60。在大多数情形中，气体进口部件20由本地燃气公司提供并交付到现场位置。然而，气体进口部件20可由其他装置提供而不偏离本发明的范围。

在某些实施例中，压缩机部件30包括单个高压往复式压缩机。作为例子，高压压缩机可包括旋转的单螺杆、正位移压缩机，其包括驱动轴、具有六个螺旋槽的主螺杆和两个平面门转子。对于某些CNG应用，压缩机可包括正位移压缩机，其可包括或不包括在压缩机前面的单螺杆升压机。在这种压缩机中，驱动轴施加旋转运动到主螺杆，这驱动相互啮合的门转子，因而通过啮合两个门转子和主螺杆中的螺旋槽实现气体的压缩。当每个门转子的各指形件随着螺杆旋转而扫过主螺杆的所述槽时发生气体压缩。可采用其他类型的高压压缩机而不偏离本发明的范围。例如，压缩机部件30可包括平行配置的多个往复式压缩机的组合。

继续参考图1，阀门控制面板和存储部件40可包括一系列控制阀门，其引导气流从压缩机到本地存储容器或分配部件60的（多个）分配组件。阀门面板设计可根据站应用变化。作为例子，在一个实施例中，阀门控制面板和存储部件40包括自动和手动阀门、压力换能器和计量仪，以引导气体从压缩机到存储容器或分配器/车辆。压力排放部件50将来自高压存储容器的高压进气减压到压缩机部件30的进口。在不同实施例中，压力排放部件50可包括但不限于：截止阀（自动和/或手动）、多级减压调节器、压力换能器以及计量仪，以监视其操作。在某些实施例中，压力排放部件50将来自多个高压存储容器的组合的高压进气减压。分配部件60可包括一个或更多分配器，如快速填充分配器或时间填充分配器。

传统CNG站设计不提供压力排放部件。由于压缩机设计限制，这类气站通常必须通过穿过进气调节器来牺牲气压。在气体被进气调节器减压后，再在压缩机中被再加压。这样的传统CNG站设计能量效率非常低，因为气压在压缩机中加压前被降低。相反，本发明的实施例以压力排放部件50为特征，其将来自高压存储容器的高压气体减压到往复式压缩机10的进口。

如上所述，往复式压缩机10的压力排放部件50通过允许较高压力气体进入往复式压缩机10的进口提供增加气体流容量的能力，并提供控制往复式压缩机10的气体流量的能力。此外，使用压力排放部件50增加高压存储容器的利用率。在传统CNG站设计中，高压存储容器通常被填充到约3600psig到4500psig的压强，且然后被下拉以填充车辆到约2000psig到3000psig的压强。通过采用压力排放部件50，本发明的往复式压缩机10能够在气体进入压缩机部件30之前，将来自高压容器的气体（即，从约3600psig到4500psig）下拉到约20psig到200psig。

本发明的往复式压缩机10的实施例可在有高强度的填充需求的白天时间（即峰值时段）提供高流容量。此外，在非峰值时段，往复式压缩机10可经配置从本地燃气公司抽出气体，并以较慢的流容量和较低的功率水平重新填充（若干）高压存储容器。在峰值时间段提供较高流量和在非峰值时段提供较慢流量的能力为CNG站提供主动管理气体供应和需求水平以及控制CNG站的功率抽取要求的能力。而且，在白天的不同时间期间，气体供应和需求水平可与本地燃气公司的不同需求和能量成本之间实现平衡，因而减少整体运营成本。而且，往复式压缩机10也为CNG站操作提供灵活性，例如，当本地燃气公司由于维护或其他原因改变进气压力时。

参考图2，现在说明使用具有为CNG站减压的高压存储容器的往复式压缩机给机动车加燃料的方法200。具体地，方法200包括计量来自高压存储容器的进气（步骤210），将来自高压存储容器的高压气体减压到压缩机进口（步骤220），引导来自压缩机的气流到本地存储容器或分配气体的分配部件（步骤230），以及分配气体（步骤240）。在某些情形中，CNG站设计利用来自本地燃气公司的进气，且计量来自高压存储容器的进气的气体进口部件由本地燃气公司提供并交付到现场位置。

在上述方法中，将高压气体减压（步骤220）可包括利用压力排放补充进气，以便减压来自高压存储容器的气体，因而CNG站有能力增加和调节其流容量。该步骤可由压力排放部件执行，该压力排放部件能够在气体进入压缩机部件之前，将压强在3600psig到4500psig的来自高压容器的气体下拉到20psig到200psig之间的压强。在某些实施例中，压力排放部件允许往复式压缩机在峰值时段以高流容量工作，其中压力排放部件允许往复式压缩机从本地燃气公司抽取气体，并在非峰值时段以较慢的流容量和较低功率水平重新填充高压存储容器。在峰值时段提供较高流量和非峰值时段提供较慢流量的能力为CNG站提供主动管理气体供应和需求水平以及控制CNG站的功率抽取要求的能力。

因此，可以看出本发明提供具有为CNG站减压用于为机动车加燃料的高压存储容器的往复式压缩机。本领域技术人员可以理解，本发明可以由不同于本说明书中为例示而非限制目的给出的各种实施例和优选实施例的实施例实施，且本发明仅由权利要求限制。应该指出，本说明书中讨论的特定实施例的等价物也可实施本发明。

虽然上面描述了本发明的不同实施例，但应该理解这些实施例仅是作为例子给出的，且不是为了限制。类似地，不同示图可描绘本发明的示例架构或其他配置，其用于辅助理解可包括在本发明内的特征和功能性。本发明不限于示例架构或配置，而是所期望特征可用多种替换架构和配置实施。实际上，如何实施替换功能、逻辑或物理分隔和配置以实施本发明所期望的特征对于本领域技术人员是显而易见的。而且，与这里所述不同的多种不同构成模块名称可被用于不同分隔。此外，关于流程图，操作描述和方法权利要求，这里给出步骤的顺序不应该强制实施的不同实施例以相同顺序执行所述功能性，除非说明书另外指出。

虽然是根据不同示例性实施例和实施描述本发明的，但应该理解，一个或更多个单独实施例中描述的不同特征、方面和功能性的适用性不限于对其描述的特定实施例，而是可单独或以不同组合应用于本发明的一个或更多个其他实施例，无论这样的实施例是否被描述，或是否这类特征作为所述实施例的一部分提供。因此，本发明的宽度和范围不受任何上述示例性实施例限制。

除非另外明确指出，否则本说明书中使用的术语和短语及其变体应解读为开放性的，而非限制性的。作为前述例子：术语“包括”应解读意味着“包括但不限于”等；术语“例子”用于提供所讨论项的示例性实例，而非穷举或限于其列表；术语“一个”应解读为“至少一个”、“一个或更多个”等等；且形容词如“传统的”、“惯例的”、“正常的”、“标准的”、“已知的”和具有类似意义的术语不能解读为将所述项限于给定时段或给定时间可用的项，而应解读为包括现在或未来任何时间可用或已知的传统的、惯例的、正常的或标准的技术。类似地，本说明书提到对本领域技术人员明显或已知的技术的地方，这类技术包括现在或未来任何时间对本领域技术人员明显或已知的技术。

一组与连词“和”关联的项不能解读为要求每一项且这些项中每个都出现在该分组中，而是应解读为“和/或”，除非另外明确指出。类似地，一组与连词“或”关联的项不能解读为要求该组中的相互排除，而是应解读为“和/或”，除非另外明确指出。而且，虽然本发明的项、元素或组件可以以单数描述或要求，但也考虑复数在本发明的保护范围内，除非明确指出限于单数。

所出现的扩展性词语，如某些情形中“一个或更多个”、“至少”、“但不限于”或其他类似短语，不能解读为意味着在没有出现扩展词语的情形中意图或要求较窄的情况。使用术语“模块”不暗示作为模块一部分描述或要求的组件或功能性都配置在共同包内。实际上，模块的任何或所有不同组件，无论控制逻辑或其他组件都可组合在单个包中，或分开保持，并可进一步跨多个位置分布。

此外，这里给出的不同实施例是根据示例性框图、流程图和其他视图描述的。本领域技术人员在阅读了本说明书后可显然看出，可实施所示实施例及其不同替换，而不限于所示例子。例如，框图及其说明不能解读为决定特定架构或配置。

Claims (23)

1.一种具有为CNG站减压的给机动车加燃料的高压存储容器的往复式压缩机，所述往复式压缩机包括：

气体进口部件，其包括用于计量来自高压存储容器的进气的进气表；

压缩机部件；

阀门控制面板和存储部件；

压力排放部件，其将来自所述高压存储容器的高压气体减压到所述压缩机部件的进口；以及

分配部件。

2.根据权利要求1所述的往复式压缩机，其中所述CNC站设计利用来自本地燃气公司的进气。

3.根据权利要求1所述的往复式压缩机，其中所述气体进口部件是由本地燃气公司提供并交付到现场位置的。

4.根据权利要求1所述的往复式压缩机，其中通过利用压力排放补充进气以便将来自所述高压存储容器的气体减压，所述CNG站有增加和调节其流容量的能力。

5.根据权利要求1所述的往复式压缩机，其中所述压缩机部件包括单个高压往复式压缩机。

6.根据权利要求5所述的往复式压缩机，其中所述高压压缩机包括旋转的单螺杆、正位移压缩机，所述压缩机包括驱动轴、具有六个螺旋槽的主螺杆和两个平面门转子。

7.根据权利要求1所述的往复式压缩机，其中所述压缩机部件包括平行配置的多个往复式压缩机的组合。

8.根据权利要求1所述的往复式压缩机，其中所述阀门控制面板和存储部件包括一系列控制阀门，所述控制阀门引导气流从所述压缩机到本地存储容器或所述分配部件。

9.根据权利要求1所述的往复式压缩机，其中所述分配部件包括从由快填充分配器和时间填充分配器组成的组中选择的一个或更多个分配器。

10.根据权利要求1所述的往复式压缩机，其中所述压力排放部件能够在所述气体进入所述压缩机部件之前，将在3600psig到4500psig压强的来自所述高压容器的气体下拉到20psig到200psig的压强。

11.根据权利要求1所述的往复式压缩机，其中所述压力排放部件允许所述往复式压缩机在峰值时段以高流容量操作，且其中所述压力排放部件允许所述往复式压缩机从本地燃气公司抽出气体并在非峰值时段以较低流容量和较低功率水平再填充所述高压存储容器。

12.根据权利要求11所述的往复式压缩机，其中在峰值时段提供较高流量和在非峰值时段提供较慢流量的能力为所述CNG站提供主动管理气体供应和需求水平以及控制所述CNG站的功率抽取要求的能力。

13.一种使用具有为CNG站减压的高压存储容器的往复式压缩机给机动车加燃料的方法，所述方法包括：

计量来自高压存储容器的进气；

将来自所述高压存储容器的高压气体减压到压缩机的进口；以及

分配所述气体。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述CNG站设计利用来自本地燃气公司的进气。

15.根据权利要求13所述的方法，其中计量来自所述高压存储容器的进气的气体进口部件是由本地燃气公司提供和交付到现场位置的。

16.根据权利要求13所述的方法，其中将高压气体减压包括利用压力排放来补充所述进气，以便减压来自所述高压存储容器的所述气体，因而所述CNG站具有增加和调节其流容量的能力。

17.根据权利要求13所述的方法，其中所述压缩机包括单个高压往复式压缩机。

18.根据权利要求17所述的方法，其中所述高压压缩机包括旋转的单螺杆、正位移压缩机，该压缩机包括驱动轴、具有六个螺旋槽的主螺杆和两个平面门转子。

19.根据权利要求13所述的方法，其中所述压缩机包括平行配置的多个往复式压缩机的组合。

20.根据权利要求13所述的方法，其进一步包括引导来自所述压缩机的气流到本地存储容器或分配所述气体的分配部件。

21.根据权利要求13所述的方法，其中将所述高压气体减压是由压力排放部件执行的，该压力排放部件在所述气体进入所述压缩机部件之前将在3600psig到4500psig压强的来自所述高压容器的所述气体下拉到20psig到2000psig的压强。

22.根据权利要求21所述的方法，其中所述压力排放部件允许所述往复式压缩机在峰值时段以高流容量工作，且其中所述压力排放部件允许所述往复式压缩机从本地燃气公司抽取气体，并在非峰值时段以较低流容量和较低功率水平再填充所述高压存储容器。

23.根据权利要求22所述的方法，其中在峰值时段提供较高流量和非峰值时段提供较慢流量的所述能力为所述CNG站提供主动管理气体供应和需求水平以及控制所述CNG站的功率抽取要求的能力。

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