CN1571883A - 用于从贮存罐泵送低温流体的方法和设备 - Google Patents

Abstract

在本发明的方法和设备中，从贮存罐抽吸低温液体和蒸气，控制所述液体和蒸气的比例，从而影响通过设备的流速。在吸入冲程内，往复泵的活塞回缩，将低温流体从贮存罐抽吸到与所述活塞相关联的活塞腔内。在吸入冲程期间，通过在吸入冲程的某一部分期间仅向所述泵供应蒸气，控制供应到泵的液体和蒸气的比例，可以控制所述流速。在压缩冲程内，泵将蒸气压缩和凝结成为液体，然后压缩活塞腔内的任何液体；压缩后的低温流体最终被从所述泵内排出。所述设备最好包括：泵；将所述泵入口与所述贮存罐相连的液体供应管路；将泵入口与贮存罐内液面上方空间相连的蒸气供应管路；自动致动阀，其打开和关闭以控制到达泵入口的蒸气流；控制器，其控制所述阀，以便得到所希望的流速。

Description

用于从贮存罐泵送低温流体的方法和设备

技术领域

本发明涉及一种从贮存罐泵送低温流体的设备和方法。所述设备包括往复泵，所述方法包括通过在吸入冲程期间控制被供应到泵内的低温液体和蒸气的比例而控制泵流量和贮存罐内的蒸气压力。

背景技术

所述低温流体被定义为在大气压力下绝对温度低于大约200°时沸腾的液体，例如氢、氦、氮、氧、天然气或甲烷。

为了容纳低温流体，真空绝缘的贮存罐是公知的。例如压力大约为15～200psig(大约204～1580kPa)的液化天然气(LNG)可以在绝对温度大约120°K～158°K下存储在真空绝缘贮存罐内。

这种贮存罐公知的问题是热泄漏可以导致贮存罐内的一些低温液体蒸发从而减少了低温液体可以保持在贮存罐内的时间。为了阻止蒸气压力升高到不希望的压力，低温贮存罐通常配备有减压安全阀。当蒸气压力升高到所述安全阀的设定值之上时，贮存罐放气。由于所述放气不希望将一些低温流体释放到大气内并且浪费低温流体，因而需要一种减少上述放气需求的系统。

一些诸如氢气、天然气和甲烷的低温流体被用作内燃机的燃料。在一些发动机内，如果在活塞的压缩冲程结束时燃料在高压下被直接喷射到汽缸内，可以获得改进的效率和发射。根据发动机的设计，采用这种方式将燃料直接喷到发动机汽缸内所需的燃料压力可能以是3000psig(大约23700kPa)或更高。因而，低温燃料不能从普通贮存罐中被直接输送，并且需要一种在上述高压下将低温流体输送到发动机的设备。需要泵将压力从贮存罐压力升高到喷射压力并从贮存罐清除蒸气以便减少排气的需求。

美国专利5,411,374和其两个分案(divisional)的美国专利5,477,690、5,551,488公开了低温流体泵系统和泵送低温流体方法的实施方式。在一个实施例中，所公开的双作用活塞泵可以被用作机动车辆燃料泵。在该实施例中，采用这种方式使用所述泵从贮存罐排出低温蒸气和液体两者，当稳压罐内(surge tank)的压力低时，仅仅排出液体，当稳压罐内的压力高到足以满足发动机需求时并且车辆贮存罐内的压力高于设定值时，开始排出蒸气。通过贮存罐和泵入口之间连通的不同管路从贮存罐供应低温液体和蒸气。液体控制阀与液体供应管路相关联，蒸气供应阀与蒸气供应管路相关联。根据燃料需求和所测量的贮存罐内的蒸气压力，控制液体和蒸气控制阀。

共有的美国专利5,884,488的全部内容在此被引用作为参考，其公开了一种从贮存罐向发动机供应低温流体的高压燃料供应系统。另外，该专利公开还了一种能够泵送液体或液体和蒸气混合物的多级LNG泵。计量阀是可调整的，以便控制被抽进泵吸入口(pump suction)内的蒸气量。在另一个实施例中，在蒸气供应管路内设置喷嘴，以便调节被引入LNG泵的机油盘(sump)内的蒸气数量。通过提供一种从贮存罐排出蒸气的方法和设备，公开在这里的技术使得可以增加贮存罐内的保存时间。

发明内容

在本发明的方法中，用往复活塞泵从贮存罐泵送低温液体和蒸气。所述方法包括：

(a)在吸入冲程内，

使活塞在所述往复泵内回缩，从贮存罐将低温流体抽吸到与所述活塞相关联的活塞腔内；

通过在所述吸入冲程的所选择部分期间仅仅基本上供应蒸气，控制被供应到所述泵的液体和蒸气的比例，从而控制通过所述泵的流速；

(b)在压缩冲程内，在所述活塞腔内压缩和凝结任何蒸气以及压缩任何液体，并将压缩后的低温流体从所述泵内排出。

在优选方法中，通过泵的流速被控制，以便将泵下游某一预定点的压力维持在预定范围内。例如，泵下游的某点可以在累积容器(accumulator)内、管内或通向发动机的燃料系统的歧管内。

所述方法还包括监视贮存罐内的蒸气压力以及进一步控制被供应到所述泵的液体和蒸气的比例以将贮存罐内蒸气压力维持得低于一预定值。例如，通过改变泵速，可以维持恒定的流速，同时改变被供应到所述泵的液体和蒸气的比例。类似地，当泵下游某一点的压力在预定压力范围内时，供应到泵内的蒸气比例可以增加，以便更快速地减少贮存罐内的蒸气压力。

在吸入冲程期间，可以通过以下方式控制供应到所述泵的液体和蒸气的比例：首先供应液体直至活塞到达吸入冲程内的某一位置，该位置对应于所希望的液体比例；然后基本上仅供应蒸气以填充活塞腔，直至吸入冲程完成为止。

在一优选实施例中，对于每个泵周期，通过在所述压缩冲程期间使所述蒸气在所述活塞腔内凝结所需液体的最小比例，可以确定经过泵的最小可抽吸流速。

液化气比同样的流体在气态下所占据的空间少，从而通过使用低温系统供应气体可以实现存储空间的优点。对于高压应用，可以使用低温泵。在液化气从低温泵中排出后，将流体引导至加热器，以便将其转换成气体。

在所述方法的一个优选实施例中，在每次泵循环中，按照体积衡量的所希望的液体比例是恒定的。为了实现液体的恒定比例，在所述吸入冲程的预定部分中，将蒸气供应到所述泵内。例如流体可以在吸入冲程初始阶段首先被供应给泵，一旦活塞到达一预定位置，在所述吸入冲程的剩余部分将蒸气供应至泵。通过在任何吸入冲程的预定恒定部分期间仅供应蒸气、并在所述吸入冲程的剩余部分基本上仅供应液体，可以获得相同效果。

当所述低温流体是易燃燃料时，本方法可以用于向发动机提供燃料。

在一个实施例中，通过控制与蒸气供应管相关联的自动致动阀(automatically actuated valve)，控制在吸入冲程期间向所述活塞腔供应的蒸气，所述蒸气供应管将所述贮存罐内液面上方空间与所述泵相连。所述方法还包括：打开所述阀，向所述泵基本上仅供应蒸气；以及，关闭所述阀，向所述泵基本上仅供应液体。通过控制参考所述活塞位置何时打开阀门，可以控制流过所述泵的流速，并且通过在所述吸入冲程的一小部分打开所述阀，可以增加所述流速。通过向电子控制器发送电子信号的传感器确定所述泵活塞的位置。所述传感器包括与所述活塞相关联的线性位置转换器(transducer)。用于自动致动所述阀的适合装置是公知的。例如，致动器可以是电子、机械、气动、液压或上述的组合。可以对机械致动器进行设定，以便在所述吸入冲程的恒定部分自动致动所述阀。

在一个优选实施例中，阀致动器是电控的，并且对于不同的吸入冲程，供应到泵的液体和蒸气比例是可变的。例如，可以使用电子控制器打开和关闭螺线管致动阀(solenoid actuated valve)，以便将蒸气引导到泵内并得到所希望的泵流速。通过从贮存罐内液面上方的空间向泵提供蒸气，可以减小所述贮存罐内的蒸气压力。

本发明的一项优点是无需使用计量阀(metering valve)或喷孔来控制流经所述蒸气供应管的蒸气量。相反，根据本发明的方法，在每个吸入冲程内，可以控制蒸气比例。

在一个优选方法中，线性液压马达驱动所述泵。与机械曲柄轴驱动相比，由于线性液压马达可以以恒速操作所述泵，减少了排出管内的压力波动，所以优选线性液压马达。当使用该方法向发动机供应燃料时，来自发动机的机械能可以被有效地用来为液压马达的液压泵供应能量。

当线性液压马达驱动所述泵时，通过监视所述液压马达，可以确定所述泵活塞的位置。在另一个实施例中，通过监视与设置在所述泵活塞和所述线性液压马达之间的活塞杆相关联的基准点，可以确定所述泵活塞的位置。

当该方法使用单级泵时，在给定的泵速下，通过在吸入冲程期间仅向所述泵供应液体，可以对所述设备进行控制，使之以最大流速工作。当所述泵配备有进口段(inducer)时，当泵以最大流速工作时，由于蒸气在进口段内凝结，仍然可以将一定数量的蒸气供应给所述泵。利用所述进口段，对于每个周期，通过向进口段提供一定比例的液体和蒸气，以使所有供应到所述进口段的蒸气都在进口段内凝结并且从进口段排出的液体充满活塞腔，可以得到最大流速。

在另一个实施例中，通过控制供应到所述泵的液体的流速，可以控制供应到所述泵的液体和蒸气的比例。例如，当没有向泵供应蒸气时，可以操作与液体供应管相关联的流动控制阀，以便控制从所述贮存罐流向所述泵的液体的流速。因而，对于被配置成为在吸入冲程的恒定部分向泵供应蒸气的泵来说，通过控制供应到泵的液体的流速，供应到泵的液体和蒸气的比例是可控制的。

除了通过控制供应到所述泵的液体和蒸气的比例来控制流速之外，通过使用位移可变泵(variable displacement pump)或改变泵速度，可以进一步影响通过所述泵的流速。例如，当泵由液压马达驱动时，可以使用速度可变控制器改变泵的速度。在液压泵或低温泵自身被利用该低温泵供应燃料的发动机驱动的设置中，发动机速度通常与燃料需求相互对应，泵速度可以受控，以便随着发动机速度的增加而自动增加。然而，在这种设置中，带有被发动机驱动的液压泵的液压马达相比被发动机直接驱动的低温泵具有优势，因为液压马达允许泵速度受控以减少排出管内的压力波动。

当使用位移可变低温泵时，通过改变泵位移可以进一步控制流经所述泵的流速，例如，当希望低流速时限制冲程的长度。本领域技术人员应该明白，多种控制通过所述泵流速的方法可以与上述通过控制供应到泵的低温蒸气和液体的比例来控制流速的方法相结合。

用往复活塞泵从贮存罐泵送低温流体的一种具体的优选方法包括：

(a)在吸入冲程内，

使活塞在所述往复泵内回缩，从所述贮存罐将低温流体抽吸到与所述活塞相关联的活塞腔内；

当与蒸气供应管相关联的阀打开时，从所述贮存罐通过蒸气供应管向所述泵供应蒸气；

当上述阀关闭时，从所述贮存罐通过液体供应管向所述泵供应液体；以及

通过控制所述吸入冲程期间开启所述阀的时间而减少贮存罐内的蒸气压力并控制泵流速；和

(b)在压缩冲程内，

反向所述活塞方向，以便在所述活塞腔内压缩和凝结蒸气并压缩低温液体；以及

将压缩后的低温流体从所述泵内排出。

当泵在下一个吸入冲程开始时抽吸液体时，在下一个吸入冲程之前，与蒸气供应管相关联的阀关闭。当压缩冲程完成时或在压缩冲程期间任何时刻，该阀可以关闭。很明显，当在吸入冲程初始或在进行期间供应蒸气时，所述阀在吸入冲程结束之前关闭。

本发明还进一步涉及一种用于实施从贮存罐泵送低温流体并减少所述贮存罐内蒸气压力的设备，在一优选实施例中所述设备包括：

(a)用于从所述贮存罐泵送所述低温流体的往复泵；

(b)流体连接所述贮存罐和所述泵入口的液体供应管；

(c)流体连接所述贮存罐内液面上方空间和所述入口的蒸气供应管；

(d)与所述蒸气供应管相关联的自动致动阀，所述阀可以在打开和关闭位置之间操作，当所述阀处于打开位置时，允许蒸气流过所述蒸气供应管；

(e)控制器，决定在所述泵的吸入冲程期间何时打开所述阀，所述控制器作出此种决定，以便得到所希望的流速。

所述设备还包括用于确定所述泵的活塞位置的位置传感器。所述位置传感器与所述控制器相连通，以便当所述活塞处于对应于所述吸入冲程的所希望液体的比例的位置时，所述控制器打开所述阀。在一优选设置中，所述位置传感器包括与所述活塞相关联的一线性位置转换器。

所述设备还包括一进口段。所述进口段被流体地设置在所述贮存罐和所述往复泵之间，所述进口段包括用于从所述贮存罐接收低温流体的入口、可在所述进口段活塞腔内往复运动以便压缩和凝结低温蒸气和压缩低温液体的入口段活塞、用于排出压缩后的低温流体的出口。然后，被进口段压缩后的低温流体供应到泵的入口，以便对低温流体进行进一步的压缩。

在一优选设置中，所述进口段活塞将所述进口段活塞腔分成两个辅助腔，使得进口段按照两级操作。通过单向流动管路，低温流体从第一活塞腔传送到泵活塞腔内，所述单向流动管路通常是止回阀。当进口段的第二级内的压力超过一预定值时，压力驱动阀允许低温流体从进口段的第二级流到第一级。也就是在第二级的压缩冲程期间，低温流体从第二级辅助腔传送到泵活塞腔内，当活塞腔充满时，第二级辅助腔内的压力升高，直到所述压力驱动阀打开，使过量的流体返回进口段的第一级辅助腔内。这种两级进口段结构允许过量的低温流体在进口段内循环，而不是返回到贮存罐。

包含进口段的低温泵在共有的美国专利5,884,488中详细介绍，其内容被在此引用作为参考。所述泵活塞腔的体积优选地比进口段活塞腔的体积小。更具体地说，所述进口段活塞腔的体积最好至少比所述泵活塞腔的体积大两倍，在一优选实施例中，所述进口段活塞腔的体积比所述泵活塞腔的体积大大约4至7倍。

附图说明

附图示出了本发明的具体实施例，但是这些附图并不限制本发明的精神和范围，附图中：

图1示意性示出了将低温流体从贮存容器泵送到累积容器内的设备；

图2A、2B和2C是往复泵的示意性截面视图，示出了在吸入冲程期间同一个泵的活塞所处的顺序位置；

图3是绘出了压力相对于活塞位置的图表，示出了在压缩冲程期间活塞腔内的压力变化；

图4是具有分开的蒸气和液体供应管的泵的端部的横截面视图，其示出了在每个吸入冲程内用于引入体积比例为固定比例的蒸气和液体。

具体实施方式

参考图1，其示意性示出了从贮存容器10向累积容器40泵送低温流体的优选设备。压力传感器12测量贮存罐10内的压力，压力传感器42测量累积容器40内的压力。在另一个未示的实施例中，所述设备不需要使用累积容器40，压力传感器42简单地测量排出管路44内的压力。

下文将结合单动作往复活塞泵20介绍本发明的设备，单动作往复活塞泵20包括活塞22、活塞腔24、活塞杆26和线性致动器(actuator)28，用于将低温流体泵送到更高的压力，应该理解，具有进口段的泵或多级泵可以替代泵20，或分开的二级泵可以与泵20串联使用。在图1中泵20可以用如共有的美国专利5,884,488所述泵中的一种来替代。在优选实施例中，线性致动器28是一种线性液压马达。

液体从贮存罐10通过液体供应管30、泵抽吸管31和泵入口被泵送到活塞腔24内。蒸气从贮存罐10内液面上方的空间通过分开的蒸气供应管32供应到相同的泵抽吸管31和泵入口内。图中示出，阀34沿蒸气供应管32设置以控制蒸气通过蒸气供应管32的流动。阀34是自动致动阀。在优选实施例中，阀34是一个电磁阀(solenoid valve)，但是阀34也可以利用另一种类型的自动致动器，例如气动致动器或机械致动器(例如由凸轮驱动的轴)。当阀34被开启时，与液体流动相比，对蒸气流动的较低阻力导致基本上仅有蒸气通过泵抽吸管31被供应到活塞腔24。因而，当阀34被开启时，不需要控制阀阻止液体流过液体供应管30，虽然可以在所有流体管上使用人工关闭阀(未示)，以便在拆卸和维修时帮助隔离不同元件。当希望使用其它设备控制被供应到泵20的液体和蒸气的比例，以便实现通过泵20的流速具有较宽范围时，可以在系统中(用虚线示出)使用可选的控制阀35。也就是说，可选的控制阀35可以独自或与其它设备组合使用，以控制供应到泵20的液体和蒸气的比例。

在优选实施例中，当阀34是电磁阀时，其被控制器36电控制。可以使用控制器36控制线性致动器28的速度。速度可变控制的线性致动器28可以用作控制通过所述设备的流速的设备。控制器36可以是一种控制泵流速、贮存罐10和累积容器40内压力的控制器。在另一种实施例中，控制器36是多功能控制器的一部分，除了图1所示设备以外，它还控制着其它的系统元件。例如当使用设备向发动机供应燃料时，控制器36可以是控制其它工程系统的一部分或全部的、较大设备中的一部分。在另一个实施例中，不需要电子控制器，并且操纵此设备可使液体和蒸气在体积上的比例基本恒定；也就是在吸入冲程的恒定部分，使用阀34或另一机械元件向泵供应蒸气。

图4示出了一种泵设置的示例，所述泵设置用于不使用控制器地向泵供应比例恒定(以体积计算)的液体和蒸气。在图4中，泵120具有包括延伸部分123的活塞122。活塞122由活塞杆126驱动，从而使活塞122在活塞腔124内往复运动。延伸部分123可插入形成在泵120的抽吸端内的插孔125内。紧公差装配可以与一密封件组合(未示)，以便在延伸部分123的平行表面和插孔125之间提供密封，以使当延伸部分123被插入插孔125内时，通过蒸气供应管132的蒸气流动基本上被阻挡。

液体供应管130通过单向阀131在吸入冲程的初始时将液体供应到活塞腔124内。随着吸入冲程的进行，延伸部分123从插孔125中被抽出，蒸气基本上充满活塞腔124的扩张体积。

在压缩冲程期间，单向阀131和133分别阻止流体被迫进入液体供应管130和蒸气供应管132。在通过单向阀127和129从活塞腔124排出之前，活塞腔124内的蒸气被压缩和凝结，液体也可以被压缩，以便增加流体的压力。当排出的流体被引导到具有较小活塞腔的另一阶段时，过量的流体可以通过压力安全阀128返回活塞腔124。

本领域普通技术人员应理解的是，在不背离本发明精神的前提下，其它设置是可能的。例如，蒸气入口可以设置在活塞腔的壁内，随着活塞穿过它们，它们暴露出来，与使用在双冲程发动机中的入口设置非常相似。

图4的泵不需要使用诸如图1所示的控制器。然而，在其它实施例中，可以使用控制器用来调整液体和蒸气的比例以对控制经过泵的流速提供更大的灵活性。再次参考图1，使用电子控制器36接收来自压力传感器42、位置传感器50和可选的压力传感器12的输入信号。可以使用控制器36控制至少一个设备，以便在每一吸入冲程期间调整通过设备的流速和/或被引入泵内的液体和蒸气的比例。

适用于检测活塞22位置的位置传感器是本领域公知的。在优选实施例中，位置传感器50是一种线性位置转换器，其检测活塞22的位置并向控制器36输送指示信号。位置传感器50可以与泵20或泵的驱动系统的任意一个元件相关联。例如，传感器50可以检测活塞杆上基准点的位置，所述活塞杆将活塞22与线性致动器28相连，或传感器50可以监视和活塞22的位置相应的线性致动器28的状态。例如，当线性致动器28是线性液压马达时，位置传感器50可以监视液压流体的流动或液压活塞的位置。

在吸入冲程期间，传感器50确定活塞22的位置，从而当活塞22处于适合位置时控制器36打开阀34，以便在每个吸入冲程时实现所希望的液体和蒸气比例。

控制器36决定所希望的流速和泵速度，其表示每个吸入冲程时被供应到活塞腔124内的液体和蒸气比例。根据基于输入信号的预定操作标准，控制器36优选地作出决定，例如，控制通过泵20的流速，以便将泵20下游的压力保持在预定的压力范围内，可选地，保持贮存罐10内的压力低于预定压力。对于给定的操作条件，控制器36确定向泵20供应蒸气的适合的活塞位置。在每次泵循环中需要最小量的液体，确保几乎所有被抽进泵内的蒸气都可凝结，且在压缩冲程结束时流体的温度和压力不太高。每个吸入冲程中的液体的实际最小量取决于一系列可变的操作条件，例如，已经发现当保持足够低的压力和温度时，体积低至10～20％的液体也足以使已经被吸入剩余体积内的蒸气凝结。控制器36可以结合查阅表或使用一种算法作出其决定。

在简化系统内，代替电子控制器，可以使用机械控制器，在吸入冲程期间，无论何时活塞22到达预定位置，通过向泵20供应蒸气可以提供按照体积测量在比例上基本恒定的液体和蒸气。

图2A、2B和2C示出了图1的泵20。在优选方法中，通过控制流量，控制器36控制通过泵20的流速。流量受操纵阀34控制，以便在每个吸入冲程期间，控制被供应到活塞腔21内的液体和蒸气的比例。在图2A内，吸入冲程刚刚开始，活塞22便沿箭头60所示方向移动。阀34(如图1所示)关闭，仅仅液体通过抽吸管31被从贮存罐10中抽取，以充满活塞腔24。

在图2B中，活塞22处于吸入冲程期间的中间位置。也就是活塞22可以处于活塞开始位置和结束位置之间任何一个位置。控制器36根据泵20下游一点处的压力确定所希望的液体和蒸气比例。图2B表示吸入冲程内的一点，此时控制器36确定所希望数量的液体已经被抽入活塞腔24内，控制器36打开阀34，这样，对于吸入冲程的剩余部分，基本上仅仅蒸气通过抽吸管31被抽入到活塞腔24内。

在图2C中示出活塞22刚到达吸入冲程结束的位置。线62表示基于控制器36打开阀34时活塞22位置的液体和蒸气的相对体积。在其它吸入冲程内，根据控制器36打开阀34时活塞22的位置，液体和蒸气的比例会发生变化。为了使给定吸入冲程的流量最大化，阀34在整个吸入冲程内保持关闭。为了减少给定吸入冲程的流量，控制器36在吸入冲程的较早阶段打开阀34。

在图2中，为了简化对如何控制液体和蒸气比例的介绍，示出的吸入冲程以抽吸液体开始，并且当已经抽吸了所希望数量的液体时，仅仅抽吸蒸气。本领域技术人员应该理解，只要对于各个相同的活塞行程抽吸液体或蒸气，可以在无需改变液体和蒸气的体积比例的条件下改变抽吸蒸气或液体的时间。

完成吸入冲程之后，活塞22反向且压缩冲程开始。在压缩冲程开始时，随着活塞腔23体积的缩小，活塞腔24内的蒸气被压缩和凝结。液体也被压缩，如图3所示，一旦所有蒸气基本上凝结成液体，活塞腔24内的压力急剧增加。图3是示出压缩冲程期间压力和活塞位置之间的关系的图表。在图表的左侧，活塞22在点A处于压缩冲程的开始阶段，在图表的右侧，活塞22在点D处于压缩冲程的结束阶段。在点B，基本上所有蒸气已经凝结，压力开始急剧升高。在点C，流体被压缩到所希望的压力并以该压力排出。如果在吸入冲程期间，抽吸更大比例的蒸气，对应于点B和C的活塞位置将进一步向右偏移；相反，如果在吸入冲程期间，抽吸更大比例的液体，对应于点B和C的活塞位置将进一步向左偏移。

低温流体最终从活塞腔24通过泵出口和排出管44被排出，该排出管将压缩后的流体引导到加热器48，然后引导到累积容器40。对于具体比例的液体和蒸气，泵20将被抽吸到活塞腔24内的流体压缩到所希望的高压，然后从泵20内将流体排出。

再次参考图1，低温流体可以从累积容器40和排出管44被引导至一种应用场合或到终端用户46。例如，当低温流体是诸如天然气的易燃燃料时，终端用户46可以是使用低温流体为燃料的内燃机。当低温流体从高压泵中排出时，它是超临界的低温流体，在将该流体引导到内燃机内之前，希望将流体转换成气体。加热器48可用来对流体进行加热，并将流体转化成气体。

简单起见，图中所示的泵20是单动作单级泵。使用单级泵，可以将液体泵压到高压。当使用单级泵泵送液体和蒸气的混合物时，通常可以获得大约500psig(大约3950kPa)的排出压力，同时从贮存罐排出蒸气，因而减小了贮存罐内的压力，并增加了保存时间。然而，本领域技术人员应该认识到，如果使用多于一级，可以获得更高的排出压力，或获得与单级泵相同的压力，但是设备可以更轻更适用。利用多级泵，可以使用相同的控制程序，通过调节在每个吸入冲程期间被抽吸到泵内的液体和蒸气的比例，而控制泵流量。已经指出，所述泵可以是共有美国专利5,884,488所述类型中的一种。

可以间歇地操作泵20，以便将累积容器40内的压力维持在预定值之间，并将贮存罐10内的压力维持在低于一预定蒸气压力。在一优选方法中，随着活塞22以恒速运动，泵20连续操纵，通过控制每个吸入冲程期间被抽吸的液体和蒸气的比例，控制通过泵20的流速。以恒速操纵泵20的优点是不需要用于改变泵速的额外控制装置和元件，从而简化了液压系统和控制程序，可靠性得以改善。在该方法的另一个实施例中，当使用所述设备向发动机供应燃料时，发动机所产生的机械能可用于驱动液压马达的液压泵，从而使液压马达的速度和泵的速度与发动机速度相对应。由于发动机速度通常对应于燃料需求，利用这种设置，泵容量自动改变，以便与燃料需求匹配。因而，通过自动改变作为发动机速度函数的泵速以及控制液体和蒸气的比例，可以获得贮存罐10和累积容器40之间的、更宽范围的流速。

如上述公开对本领域技术人员是显而易见的一样，在没有背离本发明精神和范围的前提下，在本发明的实践中许多改变和修改都是可能的，因此本发明的范围将会与由权利要求所定义的本质相一致。

Claims (44)

1、一种用往复活塞泵从贮存罐泵送低温液体和蒸气的方法，所述方法包括：

(a)在吸入冲程内，

使设置在所述往复泵内的活塞回缩，从贮存罐将低温流体抽吸到与所述活塞相关联的活塞腔内；

通过在所述吸入冲程的所选择部分期间仅仅基本上供应蒸气，控制供应到所述泵的液体和蒸气的比例，从而控制通过所述泵的流速；以及

(b)在压缩冲程内，在所述活塞腔内压缩和凝结蒸气并压缩任何液体，并将压缩后的低温流体从所述泵内排出。

2、如权利要求1所述的方法，其中，对于每个泵周期，通过使在所述压缩冲程期间所需的液体比例最小化以允许所述蒸气在所述活塞腔内凝结，从而确定通过所述泵的可抽吸最小流速。

3、如权利要求1所述的方法，其中，所述泵是单级泵，对于每个泵周期，通过仅向所述泵供应低温液体，可获得流过所述泵的可抽吸最大流速。

4、如权利要求1所述的方法，其中，还包括在进口段内凝结从所述贮存罐供应的蒸气，通过向所述进口段供应一定比例的液体和蒸气，可以获得通过所述泵的最大流率，这样，当所述进口段完成压缩冲程时，所述泵活塞腔基本充满液体。

5、如权利要求1所述的方法，其中，控制通过所述泵的流率，以便在所述泵下游的某一点将压力维持在预定范围内。

6、如权利要求5所述的方法，其中，还包括监视所述贮存罐内的蒸气压力，以及控制供应到所述泵的液体和蒸气的比例，从而将所述贮存罐内的蒸气压力维持在一预定值以下。

7、如权利要求1所述的方法，其中：在所述吸入冲程期间，通过首先供应液体直至所述活塞在所述吸入冲程期间到达对应于所希望的液体比例的某一位置为止，然后基本上仅供应蒸气填充所述活塞腔直至所述吸入冲程结束，来控制供应到所述泵的液体和蒸气的比例。

8、如权利要求1所述的方法，其中，从所述泵排出的低温流体被引到加热器，用于将所述低温流体转变成气体。

9、如权利要求1所述的方法，其中，以体积测量的、所希望的液体比例是恒定的，因而在所述吸入冲程的预定部分，将蒸气供应到所述泵内。

10、如权利要求1所述的方法，其中，所述低温流体是易燃燃料，并且所述方法还包括向发动机提供所述易燃燃料。

11、如权利要求1所述的方法，其中，通过操作与蒸气供应管相关联的自动致动阀控制在吸入冲程期间向所述活塞腔供应的蒸气，所述蒸气供应管将所述贮存罐内液面上方空间与所述泵相连，所述方法包括打开所述阀、向所述泵基本上仅供应蒸气，和关闭所述阀、基本上向所述泵仅供应液体。

12、如权利要求11所述的方法，其中，通过控制参考所述活塞位置打开所述阀的时间，可以控制流过所述泵的流速，通过在所述吸入冲程的一较小部分打开所述阀，增加流速。

13、如权利要求12所述的方法，其中，通过向电子控制器发送电信号的传感器确定所述泵活塞的位置。

14、如权利要求13所述的方法，其中，所述传感器包括与所述活塞相关联的线性位置转换器。

15、如权利要求11所述的方法，其中，所述阀是电磁阀。

16、如权利要求15所述的方法，其中，所述电子控制器控制所述电磁阀，以便在减少所述贮存罐内的蒸气压力的同时实现所希望的泵流速。

17、如权利要求12所述的方法，其中，还包括用线性液压马达驱动所述泵。

18、如权利要求17所述的方法，其中，通过监视所述线性液压马达确定所述泵活塞的位置。

19、如权利要求17所述的方法，其中，通过监视设置在所述泵活塞和所述线性液压马达之间的活塞杆确定所述泵活塞的位置。

20、如权利要求1所述的方法，其中：除了通过控制供应到所述泵的液体和蒸气的比例来控制流速之外，还可以通过改变泵速度进一步控制所述低温流体的流速。

21、如权利要求1所述的方法，其中，在所述吸入冲程的一固定部分，从所述贮存罐向所述泵供应蒸气，当不从贮存罐供应蒸气时，通过控制供应到泵的液体的流速，控制供应到所述泵的液体和蒸气的比例。

22、如权利要求1所述的方法，其中，除了通过控制供应到所述泵的液体和蒸气的比例来控制所述流速之外，当所述泵是位移可变泵且可以通过改变位移来影响通过所述泵的流速时，可以进一步控制所述流速。

23、一种用往复活塞泵从贮存罐抽吸低温流体的方法，所述方法包括：

(a)在吸入冲程内，

使活塞在所述往复泵内回缩，从所述贮存罐将低温流体抽吸到与所述活塞相关联的活塞腔内；

当与蒸气供应管相关联的阀打开时，从所述贮存罐通过蒸气供应管向所述泵供应蒸气；

当上述阀关闭时，从所述贮存罐通过液体供应管向所述泵供应低温液体；

通过控制在所述吸入冲程期间开启所述阀的时间来减少贮存罐内的蒸气压力并控制泵流速；以及

(b)在压缩冲程内，

反向所述活塞，以便在所述活塞腔内压缩和凝结蒸气并压缩低温液体；

将压缩后的低温流体从所述泵内排出。

24、如权利要求23所述的方法，其中，当所述阀关闭时，所述泵基本上仅将低温液体抽吸到所述活塞腔内，当所述阀打开时，基本上仅抽吸蒸气。

25、如权利要求23所述的方法，其中，通过控制器、参考在所述泵下游引入压缩后的低温流体的某一点所测量的压力确定所述阀的开启时刻。

26、一种从贮存罐泵送低温流体并减少所述贮存罐内蒸气压力的设备，所述设备包括：

(a)用于从所述贮存罐泵送所述低温流体的往复泵；

(b)流体连接所述贮存罐和所述泵入口的液体供应管；

(c)流体连接所述贮存罐内液面上方空间和所述入口的蒸气供应管；

(d)与所述蒸气供应管相关联的自动致动阀，所述阀可以在打开和关闭位置之间操作，当所述阀处于所述打开位置时，允许蒸气流过所述蒸气供应管；

(e)控制器，决定在所述泵的吸入冲程期间何时打开所述阀，所述控制器作出上述决定以得到所希望的流速。

27、如权利要求26所述的设备，其中，还包括用于确定所述泵的活塞位置的位置传感器，所述位置传感器与所述控制器相连通，这样，当所述活塞处于对应于所述吸入冲程的所希望液体比例的位置时，所述控制器打开所述阀。

28、如权利要求27所述的设备，其中，所述位置传感器包括与所述活塞相关联的线性位置转换器。

29、如权利要求26所述的设备，其中，所述阀是电磁阀。

30、如权利要求26所述的设备，其中，还包括用于驱动所述泵的线性液压马达。

31、如权利要求26所述的设备，其中，还包括与所述泵的排出口流体连接的累积容器。

32、如权利要求31所述的设备，其中，所述低温流体是易燃燃料。

33、如权利要求31所述的设备，其中，还包括对从所述泵排出的低温流体进行加热的加热器。

34、如权利要求26所述的设备，其中，还包括与所述泵的排出口流体连接的内燃机，所述易燃燃料用作所述内燃机的燃料。

35、如权利要求26所述的设备，其中，所述往复泵是单动作泵，其包括在单独一个活塞腔内可往复运动的单个活塞。

36、如权利要求26所述的设备，其中，所述设备还包括：

进口段，其设置在所述贮存罐和所述往复泵之间，所述进口段包括用于从所述贮存罐接收低温流体的入口和可在所述进口段活塞腔内往复运动的进口段活塞，该进口段活塞用于压缩和凝结低温流体和压缩低温液体；以及

所述泵包括入口和泵活塞，所述入口用于从所述进口段接收经压缩的低温流体，所述泵活塞可以在所述活塞腔内往复运动，用于进一步压缩所述低温流体。

37、如权利要求36所述的设备，其中，还包括单向流动管路，用于将低温流体从所述进口段活塞腔转移到所述泵活塞腔。

38、如权利要求36所述的设备，其中，当所述泵活塞腔被从所述进口段活塞腔转移的低温流体充满时，多余的流体可以在所述进口段内循环。

39、如权利要求36所述的设备，其中，所述进口段活塞腔的体积比所述泵活塞腔的体积大。

40、如权利要求39所述的设备，其中，所述进口段活塞腔的体积至少比所述泵活塞腔的体积大两倍。

41、如权利要求39所述的设备，其中，所述进口段活塞腔的体积比所述泵活塞腔的体积大大约4～7倍。

42、如权利要求36所述的设备，其中，还包括驱动所述进口段活塞和所述泵活塞的线性液压马达。

43、如权利要求42所述的设备，其中，还包括将所述液压马达与所述进口段活塞、所述泵活塞相连的活塞杆。

44、如权利要求36所述的设备，其中，所述进口段活塞将所述进口段活塞腔分成与所述进口段入口相连通的第一级、与所述泵活塞腔相通的第二级，并且，一单向流动管路允许低温流体从所述第一级流到所述第二级，另一单向流动管路允许低温流体从所述第二级流到所述泵活塞腔，当所述贮存罐内的蒸气压力超过一预定值时，一压力控制阀允许低温流体从所述第二级流到所述第一级。

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