CN112066246B - 用于低温流体系统的智能压力管理系统 - Google Patents

Abstract

一种智能压力管理系统，其基于从测量加压容器内部的压力的压力传感器接收的信号如下述地将低温容器内部的压力控制在根据系统运行条件设定的可变的目标蒸汽压力值和/或范围之间：通过致动设置在气体流体蒸汽导管上的主动可控阀；以及在一些实施方式中，附加地通过致动液化气体流体导管上的主动可控阀。所述可变的目标蒸汽压力值和/或范围根据至少两个系统运行条件确定，所述至少两个系统运行条件可以包括储存空间中的蒸汽体积；使用装置所要求的流体流量；以及与离开加热器的流体的温度相关的测得的温度参数。

Description

用于低温流体系统的智能压力管理系统

本申请是申请日为2016年4月29日、申请号为201680024687X（国际申请号为PCT/CA2016/050505）、发明名称为“用于低温流体系统的智能压力管理系统”的中国发明专利申请的分案申请。

技术领域

本公开内容总体上涉及用于气体流体供应系统的电子控制的蒸汽压力管理系统，更具体地涉及管理低温流体蒸汽压力，这在向至少部分地使用气体燃料运行的使用装置——诸如发动机系统——供应流体时特别有用。

背景技术

为了减小储存体积，当被用作例如用于内燃机的燃料时，气体流体可以在低温温度下以液化形式储存。包括气体燃料的气体流体被定义为在标准温度和压力下处于气态的任何流体，在本文中，所述标准温度和压力被定义为1个大气压以及介于20和25摄氏度之间。气体燃料通常接近其沸点储存在储存容器中。例如，对于储存压力为约1个大气压的甲烷，其可以在约-161摄氏度的温度下以液化形式储存。天然气是气体与通常构成最大份额的甲烷的混合物；储存温度可以变化，但通常接近甲烷的储存温度。气体流体可以以液化状态或蒸汽状态从储存容器供应到加热器，在加热器处，气体流体的温度增加以在期望的压力和温度下输送供使用，例如用于喷射到发动机中。

在已知的系统中，当气体燃料被输送到发动机时，加热器使液化的气体燃料蒸发。加热器可以是将热能从较暖的发动机冷却剂传递到较冷的液化气体的热交换器。在蒸发器中蒸发之后，燃料喷射系统接收蒸发的气体燃料，并将其直接或间接地引入发动机中的一个或多个燃烧室。如本文所使用的，蒸发指的是在气体流体经过加热器时至少增加气体流体的焓（即温度），并且取决于气体流体的压力和温度，其也可以指使气体流体的状态从液化或超临界状态改变到气态。虽然液化天然气（LNG）是示例性的液化气体流体，但是其它气体流体同样可适用于本文所描述的技术。

重要的是控制气体流体在其低温供应容器（tank，罐）内的蒸汽压力以及将其供应到包括气体燃料发动机系统在内的某些使用装置系统的蒸汽压力和温度。压力和温度必须在预定的最小值以上，使得气体流体可以在所需的压力下被输送到使用装置，同时保护部件免受可能导致部件失效的过冷的温度。另外，重要的是将容器内的压力保持在会导致排放到大气和/或在更极端情况下导致容器失效的压力以下。该压力和温度控制通过与容器流体连通的流体供应回路来管理，使得压力和温度保持在预定的系统阈值之间。流体可以从通常与容器的液化部分流体连通的导管或通常与容器的蒸汽部分流体连通的导管或其组合通过两个单独的流体输送管线上的主动受控阀被从容器输送到蒸发器。

用于计量到发动机的气体燃料的现有技术系统通常是机械性质的，其使用工业上被称为“节油器”的，节油器是具有固定压力设置的机械阀。当容器压力高于设定压力时，节油器将蒸汽从容器传送到蒸发器，当容器压力低于设定压力时，节油器阀关闭，液体被输送到蒸发器。在于加燃料时装满容器后或在搁置多天没有使用后，低温燃料容器通常具有高的容器压力。当容器压力较高时，节油器使用容器压力，以防止任何蒸汽从容器中排出。然而，机械系统——诸如使用节油器阀的机械系统——无法对变化的使用装置要求作出反应；这些系统被设计为在容器压力下降到设定点以下时首先仅不继续消耗来自容器的蒸汽，这样的系统将切换到液体燃料输送。

Bowen等人的美国专利6,058,713中描述了电子控制的压力管理系统，其公开了气体燃料控制输送系统，该气体燃料控制输送系统通过使用CPU用以基于发动机要求确定何时打开单独的液体燃料输送阀或蒸汽燃料输送阀，而在维持燃料容器内的安全压力的同时根据发动机要求从低温储存容器输送燃料。然而，虽然该系统考虑了发动机要求，但是已经发现，由于压力设定点仍然是固定的，这种系统仍然低效地管理发动机的运行和低温燃料的流体处理；例如，这导致蒸汽压力有时减小，而保持蒸汽压力较高是有利的。

需要一种用于在储存燃料以及将燃料供应到气体燃料发动机系统方面管理使用低温流体的燃料供给系统的蒸汽压力的改进的控制策略。本文公开了一种方案，其使用压力传感器、电子控制的电磁阀以及编程的电子控制器以形成智能预测系统，用于管理低温流体系统的压力以及在一些示例性系统中附加地管理低温流体系统的温度，并且用于确定对诸如发动机的使用装置的流体输送模式，以实现改进的高效的系统运行。蒸汽压力用作系统的泵，并且维持期望的压力和温度是使流体输送系统稳固、反应灵敏且有效同时避免现有技术系统的问题的核心。

发明内容

公开了一种用于储存流体以及将流体输送到使用装置的压力管理系统和方法。流体在环境温度和压力下为气体形式，但是以液化和蒸汽形式储存在低温储存容器中供输送到使用装置诸如内燃机。系统包括：容器，所述容器限定隔热储存空间，所述隔热储存空间能够保持在所述流体能够以液化和蒸汽形式储存的温度和压力下；第一导管，所述流体能够通过所述第一导管从所述隔热储存空间被输送到所述使用装置。其还包括：加热器，所述加热器与所述第一导管相关联并且可操作成在流过所述第一导管的流体被输送到所述使用装置之前将热量传递到流过所述第一导管的流体；以及第二导管，所述第二导管将所述隔热储存空间中的蒸汽空间与所述第一导管流体地连接。主动可控蒸汽阀与所述第二导管相关联，可操作成阻止或允许通过所述第二导管的流体流。压力传感器测量所述系统中一点处的流体压力，根据所述流体压力能够确定所述隔热储存空间内部的压力。被连接为接收来自所述系统和所述使用装置的数据输入的控制器被编程为响应于所述隔热储存空间内部的所确定的压力发送信号以致动所述蒸汽阀，以维持预设压力目标，所述预设压力目标是根据预定运行条件可变化的，所述预定运行条件包括以下中的至少两个：所述隔热储存空间中的蒸汽体积；所述使用装置所要求的流体流量；以及与离开所述加热器的流体的温度相关的测得的温度参数。系统还可以包括第一流体阀，所述第一流体阀与所述第一导管相关联，可操作成阻止或允许通过所述第一导管的流体流。另外，取决于所确定的系统运行条件，所述预设容器蒸汽压力目标可以为单个值和/或一范围。

在一些示例性系统中，控制器被编程为响应于存储空间内部的所确定的压力发送信号，以致动与第二导管相关联的蒸汽阀和与第一导管相关联的第一流体阀二者，以维持预设容器蒸汽压力目标。在其它的示例性系统中，所述第一流体阀是止回阀，当所述蒸汽阀被致动到打开位置时，所述止回阀禁止通过所述第一导管流至所述容器的流。在一些示例性系统中，所述第二导管在所述加热器的下游流体地连接到所述第一导管，在其它示例性系统中，所述第二导管在所述加热器的上游或在所述加热器内流体地连接到所述第一导管。

还公开了用于控制低温储存容器内部的压力以及将所储存的流体从低温空间输送到使用装置的方法。所述方法包括确定所述低温空间内部的压力；将压力传送到电子控制器；将所确定的压力与预设容器蒸汽压力目标进行比较，所述预设容器蒸汽压力目标是根据预定运行条件可变化的，所述预定运行条件包括以下中的至少两个：所述储存空间中的蒸汽体积；所述使用装置所要求的流体流量；以及与离开加热器的流体的温度相关的测得的温度参数。控制器响应于测得的压力与所述预设容器蒸汽压力目标之间的确定的差致动蒸汽阀，以调节所述低温空间中的蒸汽压力，以维持预设目标。如果预设目标与所测得的压力之间确定没有差别，则所述控制器维持所述阀的位置。如果预设目标与所测得的压力之间确定存在正差值，因为所测得的压力大于预设目标，则所述控制器将所述蒸汽阀致动到打开位置或维持打开位置。如果预设目标与所测得的压力之间确定存在负差值，因为所测得的压力小于预设目标，则所述控制器将所述蒸汽阀致动到关闭位置或维持该阀处于关闭位置，并且致动以打开液体流体阀或引起液体流体阀打开，以将流体从液体流体导管输送到加热器。取决于所确定的系统运行条件，预设容器蒸汽压力目标可以是单个值和/或一范围。

在控制器可以致动主动受控的第一流体阀以及蒸汽流体阀的示例性系统中，容器中的压力通过致动一个或两个阀以调节容器内部的压力以及从容器到使用装置的流量来管理。当容器中的压力处于预设蒸汽压力目标时，控制器不致动阀。另外，可以使用在加热器的下游设置在第一导管上的可选的第二流体阀，并且控制器可以被编程为致动第二流体阀，以允许或阻止至使用装置的流体流。

在一些示例性系统中，控制器以预测模式运行，以基于以下至少之一调节预设压力目标：学习过的（learned，训练过的）操作者使用方式（use pattern，使用模式）、学习过的系统使用方式、可以指示例如即将加燃料（距加燃料的距离和/或时间）、即将返回到基地、即将停放、即将关停以及即将来临的高负荷模式要求的用户输入以及基于地理位置的输入。预设压力目标可以在距以下至少之一预定距离和/或时间处降低：系统加燃料、系统返回到基地、系统停放以及系统关停。预设压力目标可以在距使用装置的高负荷要求预定距离和/或时间处提高。

附图说明

图1是用于使用装置的气体流体供应系统的示意图，其具有在经过加热器/蒸发器之前流体地连接到液化气体流体导管的蒸汽导管。

图2是用于使用装置的气体流体供应系统的示意图，其具有设置在储存容器与加热器之间的液化气体流体导管上的主动可控阀。

图3是用于使用装置的气体流体供应系统的示意图，其具有用于液化气体流体导管和蒸汽导管二者经过的多管线加热器/蒸发器。

图4是用于使用装置的气体流体供应系统的示意图，其具有单管线加热器，液化气体流体导管经过所述单管线加热器而蒸汽导管绕过加热器，以先于使用装置与液体流体导管流体地连接。

图5是描绘了用于在根据两个系统运行条件——即低温容器内的液体流体液位以及使用装置的气体流量要求——限定的可变的压力范围值之间管理蒸汽压力的方法的步骤的流程图。

图6a-图6d是示出了如下区域的图示：在所述区域中使用示例性发动机运行模式来确定发送到主动可控蒸汽阀（另外地，在一些系统中发送到液化气体流体阀）的控制器命令以维持低温燃料容器中期望的目标容器蒸汽压力值或范围。

图6e和图6f是示出了低温容器内测得的液体燃料液位的图示。液位用于确定由控制器用来命令控制阀以维持低温燃料容器中期望的目标压力值或范围的可变的目标容器蒸汽压力值以及可变的目标容器蒸汽压力范围。

具体实施方式

本文公开了将低温容器内部的压力控制在根据系统运行条件设定的可变的目标蒸汽压力值和/或范围之间的智能压力管理系统。系统被设计成基于从测量加压容器内部的压力的压力传感器接收的信号致动设置在气体流体蒸汽导管上的主动可控蒸汽阀（并且在一些示例性系统中，附加地致动液化气体流体导管上的主动可控阀）。可变的目标蒸汽压力值和/或范围根据至少两个系统运行条件确定，所述至少两个系统运行条件可以包括：储存空间中的蒸汽体积；使用装置所要求的流体流量；以及与离开加热器的流体的温度相关的测得的温度参数，所述加热器在气体流体被输送到使用装置之前加热气体流体。在一个优选的示例性系统中，气体流体蒸汽导管（在本文中也被称为“蒸汽导管”和/或“第二导管”）流体地连接到液化气体流体导管（在本文中也被称为“液体流体导管”和/或“第一导管”），液化气体流体导管之后在将气体流体输送到使用装置之前经过加热器。在另一个优选的示例性系统中，液体流体导管和蒸汽导管二者经过同一加热器，然后可以流体地连接到单个导管或保持分离，以将气体流体输送到使用装置。在另一个示例性系统中，在液体流体导管经过加热器之后但在将气体流体输送到使用装置之前，蒸汽导管流体地连接到液体流体导管。替代地，蒸汽导管可以直接连接到使用装置、与液体流体导管分离。

加热器，有时也被称为蒸发器，可以是例如电加热器或热交换器。在其中蒸汽导管于液化气体流体导管经过加热器之前与液化气体流体导管流体地连接的一优选的示例性系统中，加热器可以是单管线热交换器。在其中液体流体导管和蒸汽导管二者经过同一加热器的另一个优选的示例性系统中，加热器可以是多管线热交换器。“多管线”热交换器具有与较高温度的传递流体进行热交换的多个流体源。在“单管线”热交换器中，仅一个流体源与较高温度的热传递流体进行热交换。

在本文所描述的所有示例性系统中，加热器设置在调节通过输送导管到达使用装置的流的主动可控阀90的上游。然而，取决于系统需求，加热器可以根据流体的类型、在低温容器中保持流体的温度以及所使用的阀的额定温度而设置在主动可控蒸汽阀的下游或上游。例如，如果主动可控蒸汽阀设置在加热器的上游，则在低温温度下保持可操作的低温额定阀是可取的。对于设置在低温容器和加热器之间的任何其它阀情况也是如此。所公开的系统上的每个主动可控阀可以被单独地并且独立地致动，使得容器中的压力可以更快或更慢地降低，如本文进一步描述的。液体流体导管和蒸汽导管上的主动可控阀可以是流量控制阀，更具体地是电致动阀，例如电磁阀。

在所示的示例性系统中，容器储存被供应给使用装置的低温流体，所述使用装置可以是气体燃料内燃机、诊断装置、医疗装置、加工装置、烧蚀装置以及切割装置，或得益于对以液化和蒸汽形式储存在绝热的储存容器中的气体流体的智能管理的任何其它装置。当使用装置是内燃机时，优选的气体流体是天然气，但其可以是在发动机中可燃的任何其它气体流体，诸如丙烷、乙烷、甲烷、丁烷、氢气、生物气或其混合物。

低温流体在预定压力限度内储存在容器中，并且可以被输送到低压或高压使用装置。如果使用装置是气体燃料内燃机，则低压使用装置的一个示例是其中燃料在压缩循环期间在初期被引入进气歧管、进气口或燃烧室中的发动机。这种发动机的一个示例是火花点火奥托循环内燃机。对于高压使用装置，燃料可以从加压容器通过泵被输送到高压系统，诸如高压天然气燃料直喷式发动机；在这种发动机中，燃料通常在压缩循环中在后期被直接引入燃烧室，并且通过压缩点火被点燃，如在狄塞尔循环内燃机中。

图1示意性地示出了智能容器压力控制系统10，其具有用于保持液化气体的储存容器20和控制容器内部的压力以调节蒸汽压力保持在目标预设容器蒸汽压力值和/或范围内的电子控制器110，所述目标预设容器蒸汽压力值和/或范围基于从压力传感器120接收的信号根据系统运行条件而设定，该压力传感器确定与容器内部的压力相关的压力。可变的目标蒸汽压力值和/或范围根据至少两个系统运行条件而确定，所述至少两个系统运行条件可以包括：储存空间中的蒸汽体积；使用装置所要求的流体流量；以及与离开加热器的流体的温度相关的测得的温度参数。另外，用户输入和/或基于地理的输入可以作为系统运行条件用于目标预设容器蒸汽压力值和/或范围的预测性确定。

当用于低温液体的储存容器被填充时，通常保留容器内部的一部分低温空间用于蒸汽。用液体完全填充低温空间可以导致非常短的保持时间之后蒸汽就会排出以释放容器内部的压力。这是因为即使少量的热量泄漏到低温空间中也会导致液体膨胀和/或一些液体的蒸发，并且在很少的空间或没有空间被留下用于蒸汽和液体膨胀进入其中的情况下，容器内部的蒸汽压力将迅速上升到打开压力释放阀的水平，导致蒸汽从低温空间排出。容器的低温空间的上部空间22通常被蒸汽占据，并且在本文中被称为蒸汽空间，即使一些容器可能没有与其余低温空间的任何物理分隔。液体通常占据容器的低温空间的下部部分24。蒸汽导管40具有设置在蒸汽空间22中的第一端，并且提供从蒸汽空间到使用装置100的通道。系统10还包括液化气体流体导管30，该液化气体流体导管的第一端设置在液体空间24中，并且其还提供将容器连接到使用装置100的通道。

如上所述，热量不可避免地泄漏到低温空间中，这可以引起容器内部的压力升高超过预定的高阈值压力值。为了确保容器内部的压力保持在根据储存容器设计参数的安全高压限度内（例如，在一些示例性系统中在300 psi以下），可以在系统中设置一个或多个压力释放阀，蒸汽通过所述压力释放阀排出，以释放容器内部的压力。为此，压力释放阀26设置在蒸汽导管40上。总体优选的是，仅在紧急情况下打开安全阀，并且通过使用本文所描述的系统和方法将容器内部的压力维持在高阈值以下（优选地在250 psi以下，更优选地在230 psi以下）。

在本文示出和描述的所有示例性系统中，液化气体流体导管30在连接到使用装置100之前经过加热器。加热器可以是如图1、图2和图4中示出的示例性系统中所示的单管线热交换器80、480；或如图3中示出的示例性系统中所示的多管线热交换器380。参照图3中示出的示例性系统，液化气体流体导管30和气体流体蒸汽导管40二者均在连接到使用装置100之前经过加热器380。可替代地，在图4中示出的示例性系统中，液化气体流体导管30在连接到使用装置100之前经过加热器480，而蒸汽导管440绕过加热器480。

使用装置100可以是使用以液化和蒸汽形式储存的蒸发气体的任何装置。在优选的系统中，使用装置100是天然气燃料内燃机。在其它系统中，使用装置100是诊断装置、医疗装置、加工装置、烧蚀装置、切割装置或得益于对以液化和蒸汽形式储存在绝热的储存容器中的气体流体的智能管理以及得益于对被供应的低温流体的压力和在一些系统中对被供应的低温流体的温度的智能控制的任何其它装置。在所示的示例性系统中，加热器中所使用的用以蒸发液化气体流体的热传递流体130可以是从使用装置100离开的暖的冷却剂；例如，热传递流体130可以是来自内燃机的发动机冷却剂。如图1至图4中所示，蒸汽导管和液体导管可以通过单独的路径流体地连接到使用装置100，或者可以流体地连接到将气体流体输送到使用装置的公共导管。

为了调节容器20中的压力，如下面进一步描述的，主动可控蒸汽阀60设置在蒸汽导管40上。主动可控蒸汽阀60可以是允许在两个方向上流动的流量控制阀，例如电磁致动阀（solenoid actuated valve，螺线管致动阀），其操作可以由控制器110控制。示例性系统中示出的流量控制阀优选地是可以逐渐打开或关闭的类型，和/或可以被控制到介于完全打开和关闭之间的中间打开位置的类型，以允许更好地控制通过其相应导管的流体流量。尽管如此，虽然不太优选，但是所公开的系统和方法也可以使用在打开位置和关闭位置之间提供更少的操作可调节性的更简单的流量控制阀。

本文结合图1中示出的系统说明用于智能地控制由容器20限定的低温空间内部的压力的系统的操作。容器20内部的压力由压力传感器120确定，并且压力传感器120测得的压力被传送到控制器110。电子控制器110具有安装在其中的程序，用于基于系统运行条件确定目标容器蒸汽压力和目标容器蒸汽压力范围。例如，程序可以根据特定参数使用算法和/或查找表中的用于目标值的参考数据。通常，当容器内部的压力处于或低于第一确定的目标容器蒸汽压力时，控制器110关闭蒸汽导管上的流量控制蒸汽阀60，这又允许液体流体导管上的止回阀70打开并且从容器移走仅液体流体并将其输送到使用装置。确定的值通常小于储存容器20的高压限度一个量，该量包括储存容器将被使用的管辖区域的设计规范所要求的安全系数。低温液体通常以相对较低的压力被储存，并且第一确定的预设值可以是例如125 psi。通过以对应于根据不同运行模式对于发动机而言所必需的燃料流量的速率从容器移走仅液体，容器内部的压力保持相对稳定或略微降低。取决于从容器中移走的低温液体的质量和热量以及从外部元件进入容器的泄漏热量，容器内部的压力可以略微增加或降低。目标容器蒸汽压力范围可被确定，并由控制器110用来根据所监测的系统参数加强或放松对蒸汽阀60的控制。例如，在容器蒸汽压力的严格控制可能可取的瞬态系统运行模式中，可以使用小的目标容器蒸汽压力范围或只是单个目标容器蒸汽压力值，而不使用设定的容器蒸汽压力范围，使得控制器不断地调节蒸汽阀60的阀开度，以维持期望的目标容器蒸汽压力。可替代地，在恒态系统运行模式中，对容器蒸汽压力的更宽松控制可能是可接受的，并且可以使用更大的目标容器蒸汽压力范围。

如果容器在较高的压力——在第一确定的目标容器蒸汽压力值以上但小于第二确定的目标容器蒸汽压力值，这描述了目标容器蒸汽压力范围——下运行，例如在125 psi以上且在200 psi以下的压力下运行，控制器110保持主动可控蒸汽阀60关闭，并且维持通过液体流体导管30到使用装置100的液化气体流体的流动。如果容器在更高的压力——在第二确定的目标容器蒸汽压力值以上，这在确定的目标容器蒸汽压力范围以上——下运行，例如在200 psi以上的压力下运行，控制器110发送信号以致动蒸汽阀60——该蒸汽阀打开，并且转而关闭止回阀70，直到测得的容器蒸汽压力下降到第一确定的目标容器蒸汽压力值或基于当前或预测的系统运行条件新确定的目标值以下。

在优选的系统中，流量控制阀60和90可以逐渐打开或关闭，以更好地控制容器内部的压力以及到使用装置100的压力。当一个或两个流量控制阀60和90是仅在打开位置或关闭位置之间交替的类型时，两个流量控制阀保持打开的时间决定了压力降低多少。容器内部的压力由压力传感器120持续地测量，并且蒸汽控制阀60的操作以及可选地蒸汽控制阀90的操作由控制器110相应地控制。

图2示出了另一示例性的智能地控制的可变容器压力管理系统200。这里的示例性系统具有多个部件等同于图1中呈现的示例性系统的相似部件，并且相似的部件由相似的附图标记标识。在本公开内容中，每个示例性系统中编号相似的部件以基本相同的方式起作用。因此，如果已经关于一个示例性系统对相似的部件进行了描述，同时在其它示例性系统的附图中也标识出该相似的部件，可能不针对每一个示出的示例性系统重复对相似部件的目的和功能的描述。另外，除非另有规定，本文描述为耦接或连接的元件具有通过直接连接可实现的或通过一个或多个其它中间元件间接地可实现的有效关系。

现在将结合图2中示出的示例性系统来说明用于智能地控制由容器20限定的低温空间内部的压力的系统的操作。图1中示出的第一示例性系统与图2中示出的可变容器蒸汽压力控制系统之间的主要区别在于，主动可控阀250取代了液化气体流体导管30上的手动切断阀50和止回阀70。容器20内部的压力由压力传感器120测量，然后其被传送到控制器110。电子控制器110具有安装在其中的程序用于基于系统运行条件确定目标容器蒸汽压力和目标容器蒸汽压力范围。总体而言，当容器内部的压力处于或低于第一确定的目标容器蒸汽压力（例如125 psi）时，控制器110关闭蒸汽导管40上的流量控制蒸汽阀60，并打开液体流体导管30上的流量控制液体流体阀250，从而允许液体流体从容器中流出供输送到使用装置100。通过以对应于根据不同运行模式使用装置所必需的流体流量的速率从容器中移走仅液体，容器内部的压力保持相对稳定或略微降低。取决于从容器中移走的低温液体的质量和热量以及从外部元件进入容器内的泄漏热量，容器内部的压力可以略微增加或降低。目标容器蒸汽压力范围可被确定，并由控制器110用来根据所监测的系统参数加强或放松对阀60和250的控制。例如，在容器蒸汽压力的严格控制可能可取的瞬态系统运行模式中，可以使用小的目标容器蒸汽压力范围或只是单个目标容器蒸汽压力值，而不使用设定的容器蒸汽压力范围，使得控制器110不断地调节蒸汽阀60和液体流体阀250的阀开度，以维持期望的目标容器蒸汽压力。可替代地，在恒态系统运行模式中，对容器蒸汽压力的更宽松控制可能是可接受的，并且可以使用更大的目标容器蒸汽压力范围。

如果容器在较高的压力——在第一确定的目标容器蒸汽压力值以上但小于第二确定的目标容器蒸汽压力值，这描述了目标容器蒸汽压力范围——下运行，例如在125 psi以上且在200 psi以下的压力下运行，控制器110打开在相应的蒸汽和液体流体导管上的主动可控阀60和250。主动可控阀60和250由控制器110致动，使得当低温空间内部的压力更接近于第一确定的容器蒸汽压力值时，更多的气体通过液体导管输送，并且当低温空间内部的压力更接近于第二确定的容器蒸汽压力值时，更多的气体通过蒸汽导管输送。在优选的系统中，流量控制阀60和250可以逐渐打开或关闭，因此可以更好地控制容器内部的压力。当流量控制阀60、90和250是仅在打开位置或关闭位置之间交替的类型时，流量控制阀保持打开的时间决定了压力降低多少。容器内部的压力由压力传感器120持续地测量，并且两个流量控制阀的操作由控制器110相应地控制。

如果容器20在第二确定的目标容器蒸汽压力值以上（例如200 psi以上）并且接近会触发压力释放阀26的开启的压力（其可以为约230 psi）的过压下运行，为了尽可能快地降低容器内部的压力，控制器110关闭液体流体导管上的主动可控阀250，并且打开蒸汽导管40上的主动可控蒸汽阀60，使得仅来自容器20的蒸汽空间的蒸汽被供应到使用装置100，并且容器20内部的压力迅速降低。仅将蒸汽供应到使用装置100诸如发动机可能会因由供应到使用装置100的流体的密度减小导致的压降而在短时间段内限制性能。这种效应可以通过液体流体导管30上的流量控制阀保持关闭的时长缓解。

在使用装置关停并且容器内部的压力降低到设定低压限度以下（例如70 psi以下）的时期期间，主动可控液体流体阀250和蒸汽导管上的主动可控蒸汽阀60保持打开，以允许蒸汽和液体从容器中移出。由于系统部件处于环境温度，因此从容器中移走的液体蒸发。因为在液体填充的导管中存在背压（backpressure，反压力），所以蒸发的液体通过蒸汽导管返回到容器中，这引起容器内部的压力增加。当启用时，该过程被谨慎地管理，以避免对容器过度加压。

图3示出了所公开的智能地控制的可变容器压力管理系统300的另一个示例性系统。图3公开了用于液化气体流体导管30和蒸汽导管40两者经过的多管线加热器380。主动可控阀60设置在加热器380的下游，使得离开蒸发器的暖的蒸汽经过流量控制阀并防止其冻结。

图4示出了所公开的智能地控制的可变容器压力管理系统400的另一个示例性系统。图4示出了单管线加热器480，液化气体流体导管30经过所述单管线加热器，而蒸汽导管440绕过该加热器——其可以是蒸发器——以先于主动可控阀90和使用装置100与液体流体导管流体地连接。

图1至图4中示出的示例性系统都包括在使用装置100的上游设置在流体输送导管上的主动可控阀90用于切断至使用装置100的流体流。示例性系统还可以包括其它元件，例如液化气体流体导管30上的手动切断阀50（图1、图3和图4中示出）可以用于隔离容器20，但是在正常系统操作中，手动切断阀打开以允许液化气体流体从低温容器20流出。伴随手动切断阀50的是止回阀70，如所说明的，该止回阀允许液化气体流体向下游流动到加热器/蒸发器，但是防止气体流体通过液体导管30回流到容器20。当主动可控蒸汽阀60被致动到打开位置时，止回阀70禁止沿着液体流体导管30到容器20的流。

另外，系统可以包括在使用装置100处的压力和温度传感器140用于确定输送到使用装置的流体的压力和温度。用于确定热传递流体温度的温度传感器（未示出）也可以由控制器110用作系统运行参数来确定容器压力目标和容器压力目标范围。当使用装置100是发动机时，用于蒸发器的热传递流体130可以是发动机冷却剂，发动机冷却剂的温度可以如本领域中已知的无线地或通过有线装备（wired harness，线束）从发动机控制器（未示出）传输到控制器110。以此方式，控制器110可以根据测得的热传递流体温度确定目标容器蒸汽压力值和/或目标容器蒸汽压力范围。

在一些系统中，被供应到使用装置的流体的组成，相应地蒸汽流体与液体流体之间的比例，影响装置的运行。例如，在火花点火的内燃机中，当发动机在高负荷下工作时，较高的甲烷含量是优选的。在这样的示例性系统中，可以致动主动可控阀以根据使用装置的运行略微改变输送到使用装置的流体中的比例含量（ratio content），同时将容器内部的压力保持在预定限度内。另外，例如当车辆空转时，优选的是向其发动机供应仅蒸汽燃料，但是当车辆以满负荷运行时，在具有蒸汽导管40上的主动可控蒸汽阀60和液体流体导管30上的主动可控液体流体阀250二者的系统中，蒸汽燃料和液体燃料的混合物是优选的。在这种系统中，控制器可以调节主动可控阀的开度，以确保将优选比例的液体燃料/蒸汽燃料输送到发动机。

将在使用装置是内燃机系统的系统中对图1至图4中的用于智能地控制由容器20限定的低温空间内部的压力的系统的操作进行进一步说明。关于图1至图4中示出的示例性系统对特定的系统运行模式以及由控制器实施的示例性控制策略进行描述。确定的目标容器蒸汽压力值和确定的目标容器蒸汽压力范围是两个或更多个系统参数输入的函数，所述两个或更多个系统参数输入包括低温容器内的液体燃料液位、使用装置所要求的气体流量、热传递流体温度、用户输入和基于位置的输入。

图5是说明用于在随两个系统运行参数——即低温容器中的液体燃料液位和使用装置的气体流量要求——而变的目标容器压力范围之间管理蒸汽压力的方法的流程图。在步骤500处开始，在步骤510处控制器确定容器20中的液体燃料液位是否在预定液位——例如大于2/3满的优选液化燃料阈值以上。如果是、液体燃料液位高于阈值，则控制器进行到步骤520，在步骤520处控制器确定气体流量要求是否在预定阈值以上，例如处于为最大要求的60％的阈值。如果控制器确定为否、气体流量要求不在预定阈值以上，则它将在步骤522处执行打开蒸汽阀60并关闭液体阀70、250或引起液体阀70、250关闭的命令。如果控制器确定为是、气体流量要求在预定阈值以上，则它将在步骤524处执行关闭蒸汽阀60并打开液体阀70、250或引起液体阀70、250打开的命令。在图1、图3和图4的示例性系统中，不存在如图2中的阀250的主动可控阀，但是因为止回阀70上存在压力降，所以这影响通过电控蒸汽阀60的流量。

如果在步骤510处控制器确定为否、液体燃料液位不高于阈值，则控制器进行到步骤530，在步骤530处控制器确定气体流量要求是否在预定阈值以上，例如处于为最大要求的60%的阈值。如果控制器确定为否、气体流量要求不在预定阈值以上，则它将在步骤534处执行以下命令：打开蒸汽阀60——如果容器蒸汽压力高于喷射压力的话，以及关闭液体阀70、250或引起液体阀70、250关闭。如果控制器确定为是、气体流量要求在预定阈值以上，则它将在步骤532处执行关闭蒸汽阀60并且打开液体阀70、250或引起液体阀70、250打开的命令。

在使用图1至图4中示出的系统设计的气体燃料发动机系统中，存在多种运行模式，其中可以使用系统运行条件诸如容器中的液体燃料液位来改变目标容器蒸汽压力，然后控制器使用所述目标容器蒸汽压力来智能控制容器20中的蒸汽压力。在图6a-图6c中，运行区域的图示被针对三种不同的发动机运行模式示出为速度（rpm）和负荷（扭矩）需求的要求的函数。为了简化起见，以下所述的主动可控阀的操作是就一目标容器蒸汽压力值进行论述的；然而，本领域技术人员将理解并能将本文教导的相同方法应用于一个以上的目标容器蒸汽压力值——例如当使用利用目标容器蒸汽压力范围的、本文先前描述的宽松控制策略时的情况。

在图6a中，阴影区域表示简化的二维燃料供给要求图上的可被称为经济模式运行的区域，当系统在阴影区域中运行时，可以设置例如150 psi的确定的目标容器蒸汽压力。控制器通过例如命令蒸汽阀60在容器压力超过150 psi的目标容器蒸汽压力时打开（或保持打开）来调节容器20中的压力，以使容器压力在目标容器蒸汽压力以下。

在图6b中，阴影区域表示简化的2D燃料供给图上的可被称为动力模式运行的区域。当系统在阴影区域中运行时，目标容器蒸汽压力可被设定为一范围，该范围的上目标压力被设定为刚好低于压力释放阀26的排气阈值压力。在该模式中，控制器命令蒸汽阀60关闭（或保持关闭），并打开液体阀70、250或引起液体阀70、250打开（或保持打开）。较高的蒸汽压力有助于推动更多的液体通过液化气体流体导管30，以更好地响应于与高负荷运行条件相关联的较高的流体流速。

在图6c中，阴影区域表示简化的2D燃料供给图上的可被称为空转模式运行的区域。在系统在阴影区域中以低速（rpm）和低负荷（扭矩）运行时，对于例如150 psi的确定的目标容器蒸汽压力，控制器通过在容器压力超过150 psi的目标容器蒸汽压力时例如命令蒸汽阀60打开（或保持打开）并关闭液体流体阀70、250或引起液体流体阀70、250关闭（或保持关闭）来调节容器20中的压力，以使容器压力降至目标容器蒸汽压力。当容器压力下降至150 psi的目标容器蒸汽压力以下时，控制器命令蒸汽阀60关闭并打开液体流体阀70、250或引起液体流体阀70、250打开，以使容器压力升至目标容器蒸汽压力。

在图6d中，阴影区域表示冷启动模式区域，其中环境温度在设定值（例如0摄氏度）以下，并且传递流体温度在设定值（例如20摄氏度）以下。这激活冷启动逻辑模式，并且控制器110命令蒸汽阀60打开或保持打开并关闭液体流体阀70、250或引起液体流体阀70、250关闭（或保持关闭），直到传递流体温度（在图6d中被示出为冷却剂温度）大于设定温度值，使得从低温容器20出来的液体流体不会使热交换器内部的热传递流体冻结。

图6e和图6f示出了随液化燃料容器液位变化的目标容器蒸汽压力值的图示。液化燃料容器液位可以用于确定并设定用于发动机运行模式——诸如经济模式、动力模式和空转模式——的目标容器蒸汽压力。在图6e中，图形线表示目标容器蒸汽压力，高于所述目标容器蒸汽压力时，控制器110命令蒸汽阀60打开或保持打开。在满容器模式下，例如在加燃料之后，控制器使用更高的容器蒸汽压力目标，以在加燃料之后或者在容器中的液位传感器指示容器中存在多于半满的液化燃料时允许容器中更高的蒸汽压力。这是因为在容器中没有太多的容器蒸汽体积，所以当抽出容器蒸汽时，容器压力迅速下降。当液体燃料容器液位介于空与半满之间时，存在大量的蒸汽体积，因此容器蒸汽压力不会下降得一样快，因此蒸汽阀可以处于打开位置。图6f示出了图6e的下燃料液位区域，并且描绘了当容器20中的液体液位较低时的目标容器蒸汽压力。在该示例中，当容器20的液体液位低于容器容量的10％时，目标容器蒸汽压力下降，控制器110命令蒸汽阀60打开，以拉低容器中的蒸汽压力，为加燃料操作做准备。

在一些系统中，控制器110可以基于学习过的操作者或使用方式或用户及地理输入以预测模式运行，举几个示例，所述用户及地理输入会指示例如即将加燃料（距加燃料的距离和/或时间）、即将返回基地、即将停放、即将关停以及即将来临的高负荷模式要求。当确定——例如通过低的液体液位测量值或者例如要求加燃料模式优先的用户和/或地理输入确定——即将加燃料时，控制器110切换到加燃料模式，因此容器20中的蒸汽被拉低到低的目标蒸汽压力值为加燃料做准备。当发动机将要关闭、车辆将要停放一延长的时间段时，或当推荐使用系统服务时，可以使用相同的步骤。当确定——例如通过使用来自全球定位系统（GPS）单元的基于位置的定路线输入的地理输入、测得的坡度、发动机或车辆的速率变化（“爬山”）、测得的节气门位置和/或节气门位置变化率确定——即将要求高负荷时，控制器110切换到高负荷要求模式，其中控制器110维持较高的容器压力目标。控制器命令蒸汽阀60关闭或保持关闭并命令液体流体阀70打开或保持打开。在具有主动可控液体流体阀250的系统中，控制器可以控制蒸汽阀60到打开位置或保持在打开位置，并且控制液体流体阀250到打开位置或更开放的（开度较大的）位置，以维持容器20中的目标蒸汽压力同时增加使用装置100的可用气体供应。

虽然已经示出并描述了本发明的具体元件、实施方案和应用，但是应当理解的是，本发明不限于此，因为本领域技术人员可以在不脱离本公开内容的范围的情况下，特别是根据前述教导，作出改型。另外，虽然本文的许多示例已经描述了用于供应内燃机系统的低温流体系统的智能压力管理系统，但是本文中相同的实施方案和教导可用于管理供应其它使用装置的以液化状态储存的气体流体的压力，所述其它使用装置包括在医疗、制造、建筑、能源、测试和诊断领域中使用的使用装置。

Claims (32)

1.一种用于控制由储存容器限定的低温空间内部的压力以及将流体从所述低温空间输送到使用装置的方法，所述方法包括：

a）确定所述低温空间内部的压力；

b）将所确定的压力传送到电子控制器；

c）将所确定的压力与目标蒸汽压力进行比较，所述目标蒸汽压力是根据运行条件可变化的，所述运行条件包括：所述低温空间中的蒸汽体积；以及所述使用装置所要求的流体流量；以及

d）响应于所述所确定的压力与所述目标蒸汽压力之间的确定的差致动阀，以调节所述低温空间中的蒸汽压力至所述目标蒸汽压力，

所述方法还包括基于预测运行模式调节所述目标蒸汽压力。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述蒸汽体积是由所述容器中的液体燃料液位确定的。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述预测运行模式包括来自以下一个或多个的输入：

a. 距系统加燃料的距离,

b. 距地理位置的距离，

c. 距系统停放的距离，

d. 距系统关停的距离，或者

e. 距高负荷要求的距离。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述预测运行模式包括来自以下一个或多个的输入：

a. 距系统加燃料的时间，

b. 距地理位置的时间，

c. 距系统停放的时间，

d. 距系统关停的时间，或者

e. 距高负荷要求的时间。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述预测运行模式还包括来自以下一个或多个的输入：

a. 距系统加燃料的时间，

b. 距地理位置的时间，

c. 距系统停放的时间，

d. 距系统关停的时间，或者

e. 距高负荷要求的时间。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，还包括基于学习过的操作者使用方式调节所述目标蒸汽压力。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，还包括基于学习过的系统使用方式调节所述目标蒸汽压力。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，还包括基于用户输入调节所述目标蒸汽压力。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述目标蒸汽压力是基于用户输入指示系统关停、系统服务或加燃料降低的。

10.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，还包括基于一个基于地理位置的输入调节所述目标蒸汽压力。

11.根据权利要求10所述的方法，其中基于所述基于地理位置的输入指示高负荷条件来提高所述目标蒸汽压力。

12.根据权利要求10所述的方法，其中基于所述基于地理位置的输入指示低负荷条件来降低所述目标蒸汽压力。

13.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，还包括基于以下降低所述目标蒸汽压力：距系统加燃料的距离和/或时间、距系统返回到基地的距离和/或时间、距系统停放的距离和/或时间或者距系统关停的距离和/或时间。

14.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，还包括在距所述使用装置的高负荷要求一段距离和/或时间处提高所述目标蒸汽压力。

15.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其中所述阀设置在与所述容器的蒸汽部分流体连通的蒸汽导管上并且还包括当所述目标蒸汽压力与所述所确定的压力之间的所述确定的差为正差值时，将所述阀致动到打开位置或维持打开位置。

16.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其中所述阀设置在与所述容器的蒸汽部分流体连通的蒸汽导管上并且还包括当所述目标蒸汽压力与所述所确定的压力之间的所述确定的差为负差值时，因为所述所确定的压力小于所述目标蒸汽压力，将所述阀致动到关闭位置或维持关闭位置。

17.根据权利要求16所述的方法，还包括打开与所述容器的液化部分流体连通的第二阀从而增强流体到所述使用装置的输送。

18.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其中所述目标蒸汽压力是压力范围，并且还包括致动所述阀以将压力值维持在所述范围内。

19.一种用于储存流体以及将流体输送到使用装置的压力管理系统，所述流体在标准温度和压力下为气体形式，但是以液化和蒸汽形式储存，所述系统包括：

容器，所述容器限定隔热储存空间，所述隔热储存空间能够保持在所述流体能够以液化和蒸汽形式储存的温度和压力下；

第一导管，液化的流体能够通过所述第一导管从所述隔热储存空间被输送到所述使用装置；

第一流体阀，所述第一流体阀与所述第一导管相关联，可操作成阻止或允许通过所述第一导管的流体流；

加热器，所述加热器在所述第一流体阀的下游与所述第一导管相关联并且可操作成在流过所述第一导管的所述液化的流体被输送到所述使用装置之前将热量传递到流过所述第一导管的所述液化的流体；

第二导管，所述第二导管将所述隔热储存空间中的蒸汽空间与所述第一导管流体地连接；

蒸汽阀，所述蒸汽阀与所述第二导管相关联，可操作成阻止或允许通过所述第二导管的流体流；

压力传感器，所述压力传感器测量所述系统中一点处的流体压力，根据所述流体压力能够确定所述隔热储存空间内部的压力；以及

控制器，所述控制器被连接为接收来自所述系统和所述使用装置的数据输入，并且被编程为响应于所述隔热储存空间内部的所确定的压力而发送信号以致动所述蒸汽阀，以维持压力目标，所述压力目标是根据运行条件可变化的，所述运行条件包括：

（a）所述隔热储存空间中的蒸汽体积；以及

（b）所述使用装置所要求的流体流量，

其中，所述控制器以预测模式运行。

20.根据权利要求19所述的压力管理系统，其中，所述第一流体阀是止回阀。

21.根据权利要求20所述的压力管理系统，其中，当所述蒸汽阀被致动到打开位置时，所述第一流体阀禁止通过所述第一导管到所述容器的流体流。

22.根据权利要求19所述的压力管理系统，其中，所述控制器还被编程为响应于所述隔热储存空间内部的所述所确定的压力而发送信号以致动所述第一流体阀，以维持所述压力目标。

23.根据权利要求19至22中任一项所述的压力管理系统，其中，所述蒸汽阀可操作成阻止或允许所述容器与所述加热器之间的流体流。

24.根据权利要求19至22中任一项所述的压力管理系统，其中，所述第二导管在所述加热器的下游流体地连接到所述第一导管。

25.根据权利要求19至22中任一项所述的压力管理系统，还包括在所述加热器的下游设置在所述第一导管上的第二流体阀，其中，所述控制器被编程为致动所述第二流体阀，以允许或阻止至所述使用装置的流体流。

26.根据权利要求25所述的压力管理系统，其中，所述蒸汽阀、所述第一流体阀和所述第二流体阀中的至少一个具有可变开度以控制从所述容器到所述使用装置的流体流。

27.根据权利要求19至22中任一项所述的压力管理系统，其中，所述使用装置是内燃机。

28.根据权利要求19至22中任一项所述的压力管理系统，其中，所述流体包括甲烷、乙烷、氢气、丁烷、丙烷及其混合物中的至少一种。

29.根据权利要求19至22中任一项所述的压力管理系统，其中，所述控制器以预测模式运行，所述预测模式的输入包括以下中的一个或多个：

a. 距系统加燃料的距离和/或时间,

b. 距地理位置的距离和/或时间，

c. 距系统停放的距离和/或时间，

d. 距系统关停的距离和/或时间，或者

e. 距高负荷要求的距离和/或时间。

30.根据权利要求19至22中任一项所述的压力管理系统，其中，所述压力目标在距以下至少之一一段距离和/或时间处降低：系统加燃料、系统返回到基地、系统停放以及系统关停。

31.根据权利要求19至22中任一项所述的压力管理系统，其中所述压力目标在距所述使用装置的高负荷要求一段距离和/或时间处提高。

32.根据权利要求19所述的压力管理系统，其中所述控制器还被编程为响应于距所述使用装置的高负荷要求一段距离和/或时间而发送信号，以将所述第一流体阀和所述蒸汽阀中的每个致动到打开位置。

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