EA032265B1 - Система и способ заправки сосуда высокого давления с компримированным газом с использованием теплового сопла - Google Patents

Система и способ заправки сосуда высокого давления с компримированным газом с использованием теплового сопла Download PDF

Info

Publication number
EA032265B1
EA032265B1 EA201590957A EA201590957A EA032265B1 EA 032265 B1 EA032265 B1 EA 032265B1 EA 201590957 A EA201590957 A EA 201590957A EA 201590957 A EA201590957 A EA 201590957A EA 032265 B1 EA032265 B1 EA 032265B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
gas
pressure vessel
cng
nozzle
pressure
Prior art date
Application number
EA201590957A
Other languages
English (en)
Other versions
EA201590957A1 (ru
Inventor
Пол Энтони Уайтмэн
Дэрек Шэйн Фекете
Original Assignee
Мозаик Текнолоджи Девелопмент Пти Лтд
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from AU2012905659A external-priority patent/AU2012905659A0/en
Application filed by Мозаик Текнолоджи Девелопмент Пти Лтд filed Critical Мозаик Текнолоджи Девелопмент Пти Лтд
Publication of EA201590957A1 publication Critical patent/EA201590957A1/ru
Publication of EA032265B1 publication Critical patent/EA032265B1/ru

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C5/00—Methods or apparatus for filling containers with liquefied, solidified, or compressed gases under pressures
    • F17C5/002—Automated filling apparatus
    • F17C5/007—Automated filling apparatus for individual gas tanks or containers, e.g. in vehicles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C5/00—Methods or apparatus for filling containers with liquefied, solidified, or compressed gases under pressures
    • F17C5/06—Methods or apparatus for filling containers with liquefied, solidified, or compressed gases under pressures for filling with compressed gases
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2201/00—Vessel construction, in particular geometry, arrangement or size
    • F17C2201/01—Shape
    • F17C2201/0104—Shape cylindrical
    • F17C2201/0109—Shape cylindrical with exteriorly curved end-piece
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2201/00—Vessel construction, in particular geometry, arrangement or size
    • F17C2201/03—Orientation
    • F17C2201/032—Orientation with substantially vertical main axis
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2201/00—Vessel construction, in particular geometry, arrangement or size
    • F17C2201/05—Size
    • F17C2201/054—Size medium (>1 m3)
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2205/00—Vessel construction, in particular mounting arrangements, attachments or identifications means
    • F17C2205/03—Fluid connections, filters, valves, closure means or other attachments
    • F17C2205/0302—Fittings, valves, filters, or components in connection with the gas storage device
    • F17C2205/0341—Filters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2205/00—Vessel construction, in particular mounting arrangements, attachments or identifications means
    • F17C2205/03—Fluid connections, filters, valves, closure means or other attachments
    • F17C2205/0302—Fittings, valves, filters, or components in connection with the gas storage device
    • F17C2205/035—Flow reducers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2205/00—Vessel construction, in particular mounting arrangements, attachments or identifications means
    • F17C2205/03—Fluid connections, filters, valves, closure means or other attachments
    • F17C2205/0302—Fittings, valves, filters, or components in connection with the gas storage device
    • F17C2205/0352—Pipes
    • F17C2205/0367—Arrangements in parallel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2205/00—Vessel construction, in particular mounting arrangements, attachments or identifications means
    • F17C2205/03—Fluid connections, filters, valves, closure means or other attachments
    • F17C2205/0388—Arrangement of valves, regulators, filters
    • F17C2205/0391—Arrangement of valves, regulators, filters inside the pressure vessel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2221/00—Handled fluid, in particular type of fluid
    • F17C2221/03—Mixtures
    • F17C2221/032—Hydrocarbons
    • F17C2221/033—Methane, e.g. natural gas, CNG, LNG, GNL, GNC, PLNG
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2223/00—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel
    • F17C2223/01—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel characterised by the phase
    • F17C2223/0107—Single phase
    • F17C2223/0123—Single phase gaseous, e.g. CNG, GNC
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2223/00—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel
    • F17C2223/03—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel characterised by the pressure level
    • F17C2223/033—Small pressure, e.g. for liquefied gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2225/00—Handled fluid after transfer, i.e. state of fluid after transfer from the vessel
    • F17C2225/01—Handled fluid after transfer, i.e. state of fluid after transfer from the vessel characterised by the phase
    • F17C2225/0107—Single phase
    • F17C2225/0123—Single phase gaseous, e.g. CNG, GNC
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2225/00—Handled fluid after transfer, i.e. state of fluid after transfer from the vessel
    • F17C2225/03—Handled fluid after transfer, i.e. state of fluid after transfer from the vessel characterised by the pressure level
    • F17C2225/036—Very high pressure, i.e. above 80 bars
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2225/00—Handled fluid after transfer, i.e. state of fluid after transfer from the vessel
    • F17C2225/04—Handled fluid after transfer, i.e. state of fluid after transfer from the vessel characterised by other properties of handled fluid after transfer
    • F17C2225/042—Localisation of the filling point
    • F17C2225/043—Localisation of the filling point in the gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2227/00—Transfer of fluids, i.e. method or means for transferring the fluid; Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/01—Propulsion of the fluid
    • F17C2227/0192—Propulsion of the fluid by using a working fluid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2227/00—Transfer of fluids, i.e. method or means for transferring the fluid; Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/03—Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/0337—Heat exchange with the fluid by cooling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2227/00—Transfer of fluids, i.e. method or means for transferring the fluid; Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/03—Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/0337—Heat exchange with the fluid by cooling
    • F17C2227/0358—Heat exchange with the fluid by cooling by expansion
    • F17C2227/036—"Joule-Thompson" effect
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2227/00—Transfer of fluids, i.e. method or means for transferring the fluid; Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/03—Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/0367—Localisation of heat exchange
    • F17C2227/0369—Localisation of heat exchange in or on a vessel
    • F17C2227/0372—Localisation of heat exchange in or on a vessel in the gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2227/00—Transfer of fluids, i.e. method or means for transferring the fluid; Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/03—Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/0367—Localisation of heat exchange
    • F17C2227/0388—Localisation of heat exchange separate
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2250/00—Accessories; Control means; Indicating, measuring or monitoring of parameters
    • F17C2250/01—Intermediate tanks
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2260/00—Purposes of gas storage and gas handling
    • F17C2260/02—Improving properties related to fluid or fluid transfer
    • F17C2260/023—Avoiding overheating
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2265/00—Effects achieved by gas storage or gas handling
    • F17C2265/06—Fluid distribution
    • F17C2265/065—Fluid distribution for refueling vehicle fuel tanks
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2270/00—Applications
    • F17C2270/01—Applications for fluid transport or storage
    • F17C2270/0134—Applications for fluid transport or storage placed above the ground
    • F17C2270/0139—Fuel stations
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2270/00—Applications
    • F17C2270/01—Applications for fluid transport or storage
    • F17C2270/0165—Applications for fluid transport or storage on the road
    • F17C2270/0168—Applications for fluid transport or storage on the road by vehicles
    • F17C2270/0171—Trucks
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2270/00—Applications
    • F17C2270/01—Applications for fluid transport or storage
    • F17C2270/0165—Applications for fluid transport or storage on the road
    • F17C2270/0168—Applications for fluid transport or storage on the road by vehicles
    • F17C2270/0176—Buses
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2270/00—Applications
    • F17C2270/01—Applications for fluid transport or storage
    • F17C2270/0165—Applications for fluid transport or storage on the road
    • F17C2270/0168—Applications for fluid transport or storage on the road by vehicles
    • F17C2270/0178—Cars

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)

Abstract

В изобретении описана система заправки сосуда высокого давления, обеспечивающая постоянный массовый расход и уменьшающая повышение температуры внутри сосуда, вызываемое теплотой сжатия по мере поступления газа в сосуд. В систему входит сосуд высокого давления, имеющий первое отверстие для впуска/выпуска газа и внутреннюю полость, и сопло с возможностью движения жидкотекучей среды, соединенное с первым отверстием для впуска/выпуска газа. Сопло и сосуд высокого давления соединены тепловой связью, в результате чего расширение по Джоулю-Томсону протекающего через сопло газа вызывает охлаждение внутренней полости и содержимого сосуда высокого давления.

Description

Изобретение относится в целом к системе транспортировки компримированного газа. В частности, изобретение относится к системе транспортировки компримированного природного газа (КПГ, ΟΝΟ), в которую входит тепловое сопло, соединенное с баллоном для КПГ и необязательно находящееся внутри него, для уменьшения повышения температуры в баллоне.
Предпосылки создания изобретения
Применение топлива на основе природного газа в транспортных средствах является относительно экологически приемлемым и пользуется поддержкой со стороны групп сторонников охраны окружающей среды и правительств. Топливо на основе природного газа обычно существует в трех формах: компримированного природного газа (КПГ, ΟΝΟ - Сотргеккеб Ναΐιιπιΐ Оа§), сжиженного природного газа (СПГ, ΤΝΟ - ЫсщеПеб Ναΐιπαΐ Оа§) и производного природного газа, называемого сжиженным нефтяным газом (СНГ, ЬрО - ЫсщеПеб Ре1го1еит Оа§).
Транспортные средства на природном газе обладают впечатляющими экологическими достоинствами, поскольку обычно они имеют очень низкие уровни выброса §О2 (двуокиси серы), сажи и других твердых частиц. За счет более благоприятного соотношения углерода и водорода в природном газе транспортные средства на природном газе часто имеют низкие уровни выброса СО2 (двуокиси углерода) по сравнению с работающими на бензине и дизельном топливе транспортными средствами. Существуют разнообразные транспортные средства на природном газе: от небольших легковых автомобилей до автобусов и все чаще грузовых автомобилей разнообразных размеров. Топливо на основе природного газа также продлевает срок службы двигателей и снижает затраты на техническое обслуживание. Кроме того, КПГ является наименее дорогостоящим альтернативным видом топлива, если сравнивать равные количества энергии, обеспечиваемой топливом. Помимо этого, топливо на основе природного газа может сочетаться с топливом других видов, таким как дизельное топливо, с целью обеспечения упомянутых выше преимуществ.
Ключевым фактором, ограничивающим применение природного газа в транспортных средствах, является хранение топлива на основе природного газа. Топливные баки для КПГ и СПГ обычно являются дорогостоящими, большими и громоздкими по сравнению с баками, которые требуются для традиционного жидкого топлива с эквивалентным энергосодержанием. Кроме того, относительная малодоступность станций заправки КПГ и СПГ, а также и стоимость СПГ накладывает дополнительные ограничения на применение природного газа в качестве автомобильного топлива. Помимо этого, дополнительные препятствием для широкого внедрения СПГ является его стоимость и сложность производства, а также вопросы, связанные с хранением низкотемпературной жидкости в автомобиле.
Хотя СПГ с определенным успехом применяется в качестве замены жидкого топлива в некоторых регионах мира, из-за малодоступности и высокой стоимости СПГ он не является возможным альтернативным топливом во многих регионах мира. Что касается КПГ, он также с определенным успехом применяется в качестве замены жидкого топлива, но почти исключительно в двигателях с искровым зажиганием с использованием индукционной технологии карбюрированного впрыска во впускные каналы под низким давлением. Она пользуется популярностью по всему миру в государственных автобусных парках, где в двигателях с искровым зажиганием, установленных вместо традиционных дизельных двигателей, применяется более полно сгорающее натуральное топливо.
Некоторые из перечисленных недостатков также ослабляются при использовании СНГ в качестве топлива, которое широко применяется в автомобилях с большим пробегом на единицу расхода горючего, таких как такси. Тем не менее, соотношение издержки-выгоды не всегда является благоприятным в случае находящихся в частной собственности автомобилей. Вопросы, возникающие в связи с размером и формой топливного бака, изменчивостью стоимости СНГ и иногда ограниченным снабжением, означают, что СНГ также присущи значительные недостатки, ограничивающие его широкое внедрение. Таким образом, без крупных инвестиций в создание сети предприятий по производству СПГ вокруг крупных транспортных узлов, КПГ остается единственной возможной формой природного газа, который, вероятно, будет широко применяться в ближайшем будущем.
Тем не менее, эффективность систем, использующих КПГ в качестве топлива, все еще ограничена некоторыми техническими проблемами. Например, давление, до которого могут заполняться композиционные баллоны для КПГ на типичной станции заправки КПГ, является ограниченным, поскольку теплота сжатия способна вызывать перегрев заполняемых баллонов. Обычно это означает, что предельным давлением заполнения композиционных баллонов для КПГ является номинальное давление 250 бар при температуре 21°С (установившейся температуре), которое принято в качестве стандарта во многих странах мира, включая США.
Правилами в США обычно разрешено заполнение баллонов до избыточного давления в 1,25 раза выше номинального давления баллона для КПГ, если затем оно устанавливается на номинальном уровне 250 бар при охлаждении до 21°С. Правилами также установлено, что внутренний нагрев баллона способен вызывать резкие переходные изменения температуры, выходящие за пределы расчетных параметров баллона, и эти высокие температуры также вызывают повышение давления внутри баллона, в результате чего баллон часто может быть заполняться лишь на 70-80% его паспортной емкости. Это значительно
- 1 032265 снижает пробег автомобилей на КПГ и вызывает вопросы у пользователей, которые часто с трудом понимают причины колебания заполнения баллонов для КПГ и их влияния на пробег автомобиля.
Кроме того, колебания заполнения и неспособность полного заполнения баллонов для КПГ значительно влияет на применение баллонов для КПГ для массовой транспортировки газа, поскольку плохое заполнение баллонов для КПГ оказывает значительное влияние на стоимость доставляемого газа.
Например, соответствующими правилами в Европе максимальное давление в композиционных баллонах для КПГ во время заправки ограничено 260 бар (изб.) во избежание превышения максимальных расчетных температур. Эти ограничения означают, что в традиционных системах заправки КПГ не могут применяться доступные в настоящее время композиционные баллоны, рассчитанные на рабочее давление 350 бар (изб.) и выше. Соответственно, невозможно применение баллонов для КПГ меньшего размера или увеличение пробега автомобилей или повышение эффективности транспортировки газа с использованием баллонов таких же размеров.
Одним из дополнительных недостатков существующих систем быстрой заправки крупных баллонов для КПГ, таких как применяются в автобусах и грузовых автомобиля, является то, что размер и вес заправочного разъема затрудняет обращение с ним по сравнению с меньшими разъемами, обычно применяемыми для заправки легковых автомобилей.
В публикации международной патентной заявки \УО 2008/074075 под названием А СОМРКЕ88ЕП СА8 ΤΚΑΝ8ΕΕΚ. 8Υ8ΤΕΜ впервые описана система противодавления жидкости, которая позволяет полностью заполнять автомобильные топливные баки для КПГ под полным давлением. Тем не менее, доставка жидкости в баллоны для КПГ и из них ограничивает применение этой системы и может снижать скорость транспортировки из-за ограничений при обращении с жидкостью.
Соответственно, существует потребность в усовершенствовании системы и способа заправки сосудов высокого давления с компримированным газом.
Задача изобретения
В основу некоторых вариантов осуществления изобретения положена задача обеспечения потребителей усовершенствованиями и преимуществами по сравнению с описанным уровнем техники и/или преодоления и ослабления одного или нескольких из описанных недостатков уровня техники и/или создания полезной промышленной альтернативы.
Краткое изложение сущности изобретения
В одной, необязательно единственной или наиболее широкой из форм изобретения предложена система заправки сосуда высокого давления, содержащая сосуд высокого давления, имеющий первое отверстие для впуска/выпуска газа и внутреннюю полость, и сопло, сообщающееся по текучей среде с первым отверстием для впуска/выпуска газа, при этом сопло и сосуд высокого давления соединены тепловой связью, в результате чего расширение по Джоулю-Томсону протекающего через сопло газа вызывает охлаждение внутренней полости и содержимого сосуда высокого давления.
Соплом предпочтительно является сужающееся-расширяющееся (СО) сопло.
Сопло предпочтительно находится во внутренней полости сосуда высокого давления.
Сопло предпочтительно находится во внутренней полости сосуда высокого давления и отстоит от первого отверстия для впуска/выпуска газа.
Сопло предпочтительно находится снаружи внутренней полости сосуда высокого давления и примыкает к первому отверстию для впуска/выпуска газа.
Сосудом высокого давления предпочтительно является сосуд для компримированного природного газа (КПГ).
На входе в сопло предпочтительно поддерживается на постоянное высокое давление с целью усиления охлаждения по Джоулю-Томсону.
В сопле предпочтительно поддерживается относительно постоянный интенсивный поток на протяжении цикла заправки сосуда.
Сосудом высокого давления предпочтительно является один из множества сосудов высокого давления, применяемых для хранения или транспортировки компримированного природного газа (КПГ).
Сосуд высокого давления предпочтительно дополнительно имеет вспомогательное отверстие для выпуска газа, которое сообщается по текучей среде с линией подачи газа, которая сообщается по текучей среде с первым отверстием для впуска/выпуска газа, за счет чего часть газа в системе заправки протекает через контур холодильного цикла, охлаждая внутреннюю полость и содержимое сосуда высокого давления.
Контур холодильного цикла предпочтительно содержит охладитель газа.
Контур холодильного цикла предпочтительно содержит вспомогательный газовый компрессор.
Контур холодильного цикла предпочтительно содержит регулятор потока, сообщающийся по текучей среде с вспомогательным отверстием для выпуска газа, за счет чего регулируется степень рециркуляции газа через сосуд высокого давления.
Контур холодильного цикла предпочтительно содержит рециркуляционный компрессор, сообщаю
- 2 032265 щийся по текучей среде с вспомогательным отверстием для выпуска газа, за счет чего регулируется степень рециркуляции газа через сосуд высокого давления.
Краткое описание чертежей
Для облегчения понимания изобретения и его практического осуществления специалистами в данной области техники далее лишь в качестве примера описаны предпочтительные варианты осуществления изобретения со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых на фиг. 1 проиллюстрирована система заправки сосудов высокого давления согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения путем подачи газа под высоким давлением в газораспределитель, который затем подает газ в топливные баки для КПГ;
на фиг. 2 показана диаграмма, иллюстрирующая один из примеров массового расхода в зависимости от времени при заполнении типичного резервуара для хранения КПГ, такого как топливный бак для КПГ, согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения, на фиг. 3 проиллюстрирована система заправки сосудов высокого давления согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения, содержащая контур холодильного цикла, для подачи газа под высоким давлением в сосуды для транспортировки или хранения КПГ.
Специалисты в данной области техники учтут, что незначительные отклонения от размещения компонентов, как это проиллюстрировано на чертежах, не влияют на должное функционирование описанных вариантов осуществления настоящего изобретения.
Подробное описание предпочтительного варианта осуществления
В вариантах осуществления настоящего изобретения предложены системы и способы заправки сосудов высокого давления с компримированным газом с использованием теплового сопла. Элементы изобретения в обобщенном контурном виде проиллюстрированы на чертежах, на которых представлены только конкретные подробности, которые необходимы для понимания вариантов осуществления настоящего изобретения, чтобы не перегружать изобретение излишними подробностями, очевидными для специалистов в данной области техники из настоящего описания.
В настоящем описании такие термины, как первый и второй, левый и правый, передний и задний, верхний и нижний и т.д. используются исключительно, чтобы отличать один элемент или стадию способа от другого элемента или стадии способа, при этом описываемое этим терминами конкретное относительное положение или последовательность является необязательной. Такие термины, как содержит или включает не имеют целью определение исключительного набора элементов или стадий способа. Напротив, они лишь определяют минимальный набор элементов или стадий способа, входящих в конкретный вариант осуществления настоящего изобретения.
Согласно одному варианту изобретения предложена система заправки сосудов высокого давления. В систему входит сосуд высокого давления, имеющий первое отверстие для впуска/выпуска газа и внутреннюю полость. Сопло сообщается по текучей среде с первым отверстием для впуска/выпуска газа. Сопло и сосуд высокого давления соединены тепловой связью, в результате чего расширение по ДжоулюТомсону протекающего через сопло газа вызывает охлаждение внутренней полости и содержимого сосуда высокого давления.
Преимущества настоящего изобретения включают обеспечение усовершенствованной быстрой заправки топливных баков для КПГ за счет уменьшения повышения температуры в баке, вызываемого теплотой сжатия при заполнении бака газом. Кроме того, за счет применения сопла внутри или вблизи топливного бака обеспечивается более высокий массовый расход газа, поступающего в бак во время заправки. Помимо этого, в некоторых вариантах осуществления за счет рециркуляции части газа во время заправки из бака в охладитель газа достигается дополнительное охлаждение бака. Тем самым обеспечивается быстрое заполнение бака до его номинального давления при нормальной рабочей температуре, такой как 21°С, что исключает частичное заполнение известными из техники способами заправки баков для КПГ, вызванное теплотой сжатия, значительно повышающей температуру в баке. Кроме того, за счет подвода линий подачи высокого давления непосредственно внутрь заправляемого бака могут применяться питающие линии меньшего диаметра, что позволяет уменьшать размеры соединений с баками для КПГ. Помимо этого, снижаются потери энергии на трение в питающих шлангах, поскольку для достижения эквивалентного массового расхода в соответствующей линии низкого давления газ протекает с меньшей скоростью по линии высокого давления. Кроме того, это обеспечивает возможность быстрой заправки автомобилей с большими резервуарами для КПГ, таких как автобусы и грузовые автомобили, с использованием стандартных удобных для пользователей сопел, используемых для заправки КПГ легковых машин. К тому же поддержание посредством системы охлаждения постоянного давления газа вплоть до поступления в резервуар обеспечивает охлаждение газа экономичным теплообменником. Плотность газа остается высокой, а скорость протекания через теплообменник - постоянной и оптимальной, что способствует высокой эффективности теплообмена на единицу площади поверхности.
В настоящем описании для обозначения баллонов для КПГ, в которых поставляется или хранится газообразное топливо, в качестве синонимов используются термины баки, сосуды, сосуды высокого давления, баллоны для КПГ и баллоны.
На фиг. 1 проиллюстрирована система 10 заправки сосудов высокого давления согласно одному из
- 3 032265 вариантов осуществления настоящего изобретения путем подачи газа под высоким давлением в газораспределитель 12, который затем подает газ в топливные баки 13, 15 для КПГ. В систему 10 входит КПГ главный резервуар-хранилище 14, который частично заполнен природным газом 16 и частично заполнен жидкой водной средой 18. На поверхности жидкой водной среды 18 плавает тонкий слой второй жидкости в виде масла 20. Поскольку масло 20 не смешивается с жидкой водной средой 18 и является менее плотным, чем жидкая водная среда 18, слой масла 20 действует как жидкий поршень, который поднимается и опускается внутри резервуара 14 по мере изменения объема жидкой водной средой 18 в резервуаре 14.
Плавающий слой масла 20 создает барьер, который предотвращает контакт жидкой водной среды 18 с природным газом 16 и ее испарение в природный газ 16. В некоторых случаях может происходить насыщение масла 20 природным газом 16. Тем не менее, поскольку масло 20 не выходит из резервуарахранилища 14, и требуется лишь тонкий слой масла 20 (которое насыщается природным газом при начальном заполнении), лишь незначительная часть природного газа 16 недоступна или теряется в хранилище.
В систему 10 дополнительно входит бак 22 для хранения жидкости и насос 24. В процессе эксплуатации, например при заправке из газораспределителя 12 работающего на КПГ автомобиля или множества работающих на КПГ автомобилей, насос 24 нагнетает жидкую водную среду 18 через контрольный клапан 26 и нижний поплавковый клапан 28 в нижнее впускное/выпускное отверстие и в резервуар 14. Природный газ 16 одновременно протекает через верхний поплавковый клапан 30 и поступает в верхнее впускное/выпускное отверстие через охладитель 32 газа и в распределитель 12.
Нижний поплавковый клапан 28 предотвращает выход газа 16 через дно резервуара 14, если него будет откачана вся жидкая водная среда 18. Аналогичным образом, верхний поплавковый клапан 30 предотвращает выход жидкой водной среды 18 через верх резервуара 14, если слой масла 20, поднимающийся до верха резервуара 14, вытолкнет из него весь газ 16. В качестве примера нижний поплавковый клапан 28 и верхний поплавковый клапан 30 могут действовать, как описано в международной патентной заявке РСТ/АИ 2012/000265 под названием Сотргеккеб №11ига1 Сак Тапк Р1оа! Уа1уе 8ук!еш аиб Ме11юб, опубликованной 20 сентября 2012 г. как международная патентная заявка \¥О 2012/122599, содержание которой во всей полноте в порядке ссылки включено в настоящую заявку.
В процессе заправки, например, топливного бака автомобиля, соединенного с распределителем 12, для удаления следов масла 20 из газа 16 прежде, чем такие следы достигнут распределителя 12, используется коалесцирующий фильтр 34. Такие способы фильтрации с целью удаления следов компрессорного масла являются обычными в случае КПГ. Тем не менее, в отличие от компрессорного масла граница масла и газа является преимущественно неподвижной, при этом масло не захватывается газом. Соответственно, слой масла 20 обеспечивает значительно более эффективную систему транспортировки газа, несмотря на возможную необходимость фильтрации следов масла 20 коалесцирующим фильтром 34. Принято считать допустимым перенос небольшого количества компрессорного масла вместе с компримированным газом. Соответственно, контроль переноса масла из хранилища мало чем отличается от контроля традиционного переноса масла с газом из газовых компрессоров.
При заполнении резервуара-хранилища 14 для КПГ природным газом 16 или при заправке автомобиля с использованием распределителя 12 может приводиться в действие газовый компрессор 36 для сжатия газа 16 и его подачи через контрольный клапан 38 из линии подачи природного газа (не показанной) в резервуар-хранилище 4 или непосредственно в распределитель 12.
При обнаружении падения давления в резервуаре-хранилище 14 регулятор 39 давления автоматически приводит в действие насос 24. Работающий одновременно с газовым компрессором 36 насос 24 обеспечивает высокую скорость потока газа для подачи в распределитель 12, который в свою очередь обеспечивает, например, одновременную заправку множества топливных баков для КПГ/автомобилей из распределителя 12 или множества распределителей.
За счет нагнетания под постоянным высоким давлением уже компримированного природного газа 16 из хранилища 14 в распределитель 12 для поддержания постоянного максимального выхода газа 16 из распределителя 12 системе 10 может требоваться установившаяся мощность на порядок величины меньшая, чем при традиционных давлениях в линии нагнетания промышленного природного газа с использованием сжатия КПГ в реальном времени для обеспечения требуемой скорости подачи. Это означает, что, например, при одновременной заправке нескольких работающих на КПГ автомобилей из распределителя 12 компрессор 36 может иметь значительно меньшие размеры, чем потребовались бы в сравнимой системе заправки без резервуара-хранилища для КПГ под постоянным давлением с вытеснением жидкостью хранящегося газа. Согласно настоящему изобретению весь хранящийся газ доступен и может доставляться со скоростью в несколько раз выше, чем было бы возможно с использованием эквивалентной мощности, подаваемой только на газовый компрессор.
За счет постоянного давления в системе подачи доводится до максимума доступный эффект охлаждения по Джоулю-Томсону в соплах 50, 52.
Во время заправки газом 16 резервуара 14 по мере сжатия газа 16 внутри резервуара 14 слой масла 20 оказывает давление на жидкую водную среду 18 и открывает обратный клапан 40. Затем жидкая вод
- 4 032265 ная среда 18 протекает через обратный клапан 40 и возвращается в бак 22 для хранения жидкости. С повышением уровня жидкости в баке 22 из него выпускается в атмосферу воздух через воздушный клапан 42.
В процессе заправки КПГ выходит из распределителя 2 еще под давлением хранения, таким как 6000 фунтов/кв. дюйм изб., и поступает в топливные баки 13, 15 для КПГ по линии 44 высокого давления. Специалисты в данной области техники учтут, что в стыковочном устройстве 46 между выходной линией 48 распределителя 2 и питающими линиями 44 обычно предусмотрены различные стандартные соединители, спускные клапаны и т.д. Давление хранения поддерживается до достижения потоком газа сопла 50, 52 внутри топливных баков 13, 15 соответственно.
В начале заправки порожнего топливного бака 13, 15 перепад давлений в линиях 44 высокого давления выше по потоку, чем сопла 50, 52, и внутри полостей топливных баков 13, 5 обычно является наибольшим, поскольку баки 13, 15 могут быть почти порожними. Специалисты в данной области техники поймут, что согласно базовым принципам динамики жидкостей и газов, касающимся сопел, через сопла 50, 52 инициируется сверхзвуковой поток, который дросселирует поток газа в соплах 50, 52. Поскольку сверхзвуковой поток вблизи горловины сопел 50, 52 предотвращает распространение волн сжатия выше по потоку, чем сопла 50, 52, массовый расход через сопла 50, 52 обычно не изменяется при изменениях давления ниже по потоку даже по мере устойчивого повышения давления в топливных баках 13, 15.
Кроме того, расширение газа в соплах 50, 52 по Джоулю-Томсону вызывает преимущественное охлаждение газа, поступающего в баки 13, 15. Тем не менее, одновременно теплота сжатия газа, уже находящегося внутри топливных баков 13, 15, стремится вызывать повышение температуры газа. Результатом этого является то, что в вариантах осуществления настоящего изобретения общее повышении температуры газа в баках 13, 15 в процессе заправки является преимущественно умеренным по сравнению с уровнем техники. Начальное охлаждение газа в охладителе 32 дополнительно способствует уменьшению повышения температуры газа в процессе заправки.
Сопла 50, 52 могут иметь различные конструкции, включая, например, традиционные сужающиесярасширяющиеся (СЭ) сопла. В качестве альтернативы, каждое сопло 50, 52 может быть заменено простым отверстием. Если отверстия являются достаточно небольшими, в линиях 44 высокого давления может поддерживаться давление на уровне давления хранения или близкое к нему, такое как 5000 фунтов/кв. дюйм изб. и, соответственно, расширение по Джоулю-Томсону и сопутствующее охлаждение по Джоулю-Томсону подаваемого газа будет происходить в основном внутри топливных баков 13, 15, а не в линия 44 высокого давления.
Сопла 50, 52 находятся внутри баков 13, 15 и на удалении от впускных/выпускных отверстий 54, 56 и от внутренних поверхностей баков 13, 15. Тем самым предотвращается локальное интенсивное охлаждение газа в результате расширения по Джоулю-Томсону, вызывающее сильное охлаждение и, возможно, нарушение структурной целостности сторон баков 13, 15. Лед или гидраты, которые образуются на сужающемся участке сопел 50, 52, просто сдуваются с сопел 50, 52 потоком газа и падают/испаряются во внутреннюю полость баков 13, 15.
Согласно другим альтернативным вариантам осуществления настоящего изобретения сопла 50, 52 могут находиться снаружи и вблизи баков 13, 15 и, соответственно, непосредственно перед впускными/выпускными отверстиями 54, 56. Если линия 44 высокого давления и сопла 50, 52 термически изолированы от внешней среды, сопла 50, 52 по-прежнему могут быть соответствующим образом соединены тепловой связью с баками 13, 15. Соответственно, при расширении газа в соплах 50, 52 по ДжоулюТомсону внутреннее пространство баков 50, 52 будет по-прежнему охлаждаться во время заправки.
На фиг. 2 показана диаграмма, иллюстрирующая один из примеров массового расхода (кг/мин) в зависимости от времени (мин) и соответствующей накопленной массы (кг) КПГ в типичном резервуарехранилище для КПГ, таком как топливный бак 13, 15 для КПГ в зависимости от времени (мин) в процессе заправки согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения. Кривая расход через отверстие иллюстрирует массовый расход газа, поступающего в резервуар в процессе заправки, когда на конце питающего шланга высокого давления внутри резервуара находится отверстие. Кривая расход через сопло иллюстрирует массовый расход газа, поступающего в такой же резервуар в процессе аналогичной заправки, когда на конце питающего шланга высокого давления внутри резервуара находится СО сопло. Кривые общий расход через отверстие и общий расход через сопло соответствуют общей накопленной массе, хранящейся в резервуаре в процессе заправки с использованием, соответственно, отверстия и сопла на конце питающего шланга.
Резервуаром, который использовался для сбора данных, представленных на фиг. 2, являлся 300литровый сосуд (с полимерным внутренним покрытием и композиционной оболочкой) высокого давления типа IV, начальное давление в резервуаре при заполнении через отверстие и сопло составляло приблизительно 1 атмосферу при комнатной температуре, а для подачи газа в резервуар использовалась питающая линия диаметром 3/8 дюйма под постоянным давлением приблизительно 6000 фунтов/кв. дюйм изб.
Как показано, отверстие обеспечивает достаточно устойчивый массовый расход газа около 7-8 кг/мин в течение первых шести минут заправки. Тем не менее, с повышением давления в баке и, соответ
- 5 032265 ственно, уменьшением перепада давлений в отверстии массовый расход также устойчиво снижается за период с 6- по 12-ю минуты после начала заправки.
Тем не менее, показано, что сопло обеспечивает значительно лучшие характеристики. Массовый расход в начале заправки несколько превосходит расход через отверстие и остается устойчивым в течение примерно первых 7 мин заправки. Поскольку на массовый расход дросселированного потока газа через сопло в целом не влияют изменения давления ниже по потоку, повышение давления в баке во время заправки не уменьшает массовый расход газа, поступающего в бак.
Примерно через 7 мин заправки массовый расход через сопло резко падает. Это объясняется тем, что по мере заполнения бака давление в баке приближается к давлению в питающей линии, и, соответственно, в сопле уменьшается перепад давлений, в результате чего поток газа через сопло становится дозвуковым и, соответственно, не дросселированным. При использовании сопла резервуар преимущественно заполняется за 7 мин, тогда как при использовании отверстия для заполнения резервуара требуется около 12 мин.
Как показано, сопло способно доставлять такую же массу газа в резервуар за меньше время, чем при использовании простого отверстия.
Соответственно, применение сопла согласно идеям настоящего изобретения позволяет дополнительно сокращать время, требуемое для заправки резервуара, такого как топливные баки 13, 15 для КПГ. Сопло, используемое в описанном примере, обеспечивает снижение приблизительно на 30% времени заправки по сравнению с простым отверстием за счет исключения длинной традиционной завершающей стадии заполнения доверху.
Конструкция сопла может быть оптимизирована с целью варьирования скорости потока и скорости ухудшения характеристик.
Кроме того, замечено, что постоянная скорость потока, обеспечиваемая соплами, позволяет упрощать управление при транспортировке КПГ с высокой скоростью по сравнению с отверстиями простой конструкции, когда для поддержания высокой скорости заправки по мере уменьшения потока через отверстия, например, могут использоваться отверстия увеличенного диаметра и дополнительные сосуды, что не требуется для поддержания скорости потока через сопла, поскольку на протяжении заправки поток через остается почти постоянным.
На фиг. 3 проиллюстрирована система 60 заправки сосудов высокого давления согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения, содержащая контур холодильного цикла, для подачи газа под высоким давлением в баллоны 62, 64 для транспортировки КПГ. Природный газ поступает в систему 60 по питающей линии 66 под давлением в трубопроводе, таким как 15-500 фунтов/кв. дюйм изб. Затем газ поступает в основной газовый компрессор 68, в котором он подвергается сжатию до давления хранения в буферном резервуаре, такого как 3600 фунтов/кв. дюйм изб. К выходу основного газового компрессора 68 подсоединена питающая линия 70, которая содержит контрольный клапан 72. Газ по питающей линии 70 поступает как в буферный резервуар-хранилище 74 для КПГ, так и во вспомогательный газовый компрессор 76 с более высокой пропускной способностью, чем у газового компрессора 68. К выходу вспомогательного газового компрессора 76 подсоединена питающая линия 78, в которой поддерживается конечное давление нагнетания, такое как 6000 фунтов/кв. дюйм изб.
Как и в описанной выше системе 10 заправки сосудов высокого давления, в системе 60 используется охладитель 80 газа для предварительного охлаждения газа до его подачи в баки 62, 62. Ниже по потоку, чем охладитель 80 газа, находится коагулятор 82 газа для извлечения избытка аэрозолей из газа, которые затем удаляются через отверстие 84 для конденсата.
Специалисты в данной области техники учтут, что в стыковочном устройстве 86 между питающими линиями 88 и питающими линиями 90, которые соединены непосредственно с баками 62, 64, обычно предусмотрены стандартные соединители, спускные клапаны и т.д. Как и в баках 13, 15 системы 10, питающие линии 90 соединены непосредственно с соплами 92, 94, находящимися во внутренней полости баков 62, 64. Соответственно, расширение газа по Джоулю-Томсону происходит почти исключительно внутри баков 62, 64, за счет чего уменьшается общее повышение температуры газа внутри баков 62, 64 вследствие теплоты сжатия, как описано выше.
Кроме того, баки 62, 64 имеют вспомогательные выпускные отверстия 96, 98, соединенные с линией 100 рециркуляции газа. Линия 100 рециркуляции соединена с питающей линией 70 и с входом вспомогательного газового компрессора 76 стыковочным устройством 102, содержащим, например, контрольный клапан, спускные клапаны и т.д. Регулятор 104 потока обеспечивает регулирование степени рециркуляции газа из баков 62, 64 во вспомогательный газовый компрессор 76. За счет подсоединения линии 100 рециркуляции к питающей линии 70, в которой поддерживается сниженное давление буферного резервуара-хранилища 74 для КПГ, уменьшается энергия сжатия, требуемая для циркуляции газа из баков 62, 64 и через контур охлаждения, образованный линией 100 рециркуляции.
Как показано пунктирными линиями на фиг. 3, для достижения регулируемой скорости рециркуляции вместо регулятора 104 потока может использоваться альтернативный способ рециркуляции с помощью отдельного рециркуляционного компрессора 110.
За счет постоянного давления в питающих линиях 90 усиливается эффект охлаждения по Джоулю
- 6 032265
Томсону, доступный в находящихся в баллонах соплах 92 и 94, и снижается потребность в рециркуляции газа.
Соответственно, в вариантах осуществления настоящего изобретения линия 100 рециркуляции газа перекрывает контур холодильного цикла через баки 62, 64. В процессе заправки массовый расход газа, поступающего в баки 62, 64 по питающим линиям 90, превышает массовый расход газа, выходящего из баков 62, 64 по линии 100 рециркуляции газа. Соответственно баки 62, 64 заполняются газом, при этом одновременно может значительно уменьшаться или исключаться повышение температуры газа под действием теплоты сжатия за счет использования цикла охлаждения, который отводит тепло от системы 60 через охладитель 80 газа.
Вариант осуществления, проиллюстрированный на фиг. 3, особо применим в случае виртуальных трубопроводов, когда блоки из множества резервуаров-хранилищ для КПГ установлены в контейнере или другом средстве транспортировки, позволяющем транспортировать КПГ от основного источника поставки до удаленных средств распределения/применения.
Таким образом, преимущества настоящего изобретения включают обеспечение быстрой заправки топливных баков для КПГ за счет уменьшения повышения температуры внутри баков, вызванного теплотой сжатия по мере заполнения бака. Кроме того, за счет применения сопла внутри или вблизи топливного бака обеспечивается высокий постоянный массовый расход газа, поступающего в бак во время заправки, что значительно сокращает время заправки. Помимо этого, в некоторых вариантах осуществления за счет рециркуляции части газа из бака во время заправки или после первой заправки в охладитель газа достигается дополнительное охлаждение бака. Это позволяет быстро заполнять бак до его номинальной емкости при сниженной температуре, что исключает частичное заполнение известными из техники способами заправки баков для КПГ, вызванное теплотой сжатия, значительно повышающей температуру в баке. Кроме того, за счет поддержания высокого давления нагнетания на всем протяжении до наполняемого бака и внутри бака могут применяться шланги/линии меньшего диаметра и быстро соединяемые разъемы и фитинги меньшего размера, и существенно снижаются потери на трение/потери расхода в шлангах, линиях и фитингах.
Приведенное описание различных вариантов осуществления имеет целью лишь раскрытие изобретения для специалистов в данной области техники. Подразумевается, что оно не является исчерпывающим или ограничивающим изобретение единственным раскрытым вариантом осуществления. Как упоминалось выше, специалисты в данной области техники смогут предложить множество альтернатив и разновидностей идей изложенного выше изобретения. Соответственно, хотя в описании рассмотрены некоторые альтернативные варианты осуществления, специалисты в данной области техники смогут без труда предложить или создать другие варианты осуществления. Таким образом, подразумевается, что настоящее описание включает все рассмотренные в нем альтернативы, модификации и разновидности настоящего изобретения и другие варианты осуществления, которые входят в пределы существа и объема описанного изобретения.

Claims (9)

  1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
    1. Система для заправки сосудов высокого давления с компримированным природным газом, содержащая линию подачи природного газа;
    охладитель газа;
    разъемный соединитель, при этом линия подачи сконструирована таким образом, чтобы обеспечить протекание природного газа через охладитель газа к разъемному соединителю и в сосуд высокого давления, при этом сосуд высокого давления содержит первое отверстие для впуска/выпуска газа и внутреннюю полость, первое отверстие для впуска/выпуска газа имеет возможность разъемного движения жидкотекучей среды, соединенное с разъемным соединителем, и сужающееся-расширяющееся (СИ) сопло, сообщающееся по текучей среде с первым отверстием для впуска/выпуска газа и расположенное во внутренней полости сосуда или примыкающее к отверстию для впуска/выпуска газа таким образом, что обеспечивается расширение по Джоулю-Томсону протекающего через сопло природного газа и охлаждение внутренней полости и содержимого сосуда высокого давления.
  2. 2. Система по п.1, в которой сопло находится во внутренней полости сосуда высокого давления.
  3. 3. Система по п.1, в которой сосудом высокого давления является сосуд для компримированного природного газа (КПГ).
  4. 4. Система по п.1, в которой сосудом высокого давления является один из множества сосудов высокого давления, применяемых для транспортировки компримированного природного газа (КПГ).
  5. 5. Система по п.1, в которой сосуд высокого давления дополнительно имеет вспомогательное отверстие для выпуска газа и соответствующее стыковочное устройство, сконфигурированное с возможностью сообщаться по текучей среде с линией подачи природного газа, за счет чего часть природного газа в системе имеет возможность протекать через контур холодильного цикла, охлаждая внутреннюю полость
    - 7 032265 и содержимое сосуда высокого давления.
  6. 6. Система по п.5, в которой вспомогательное отверстие для выпуска газа сообщается по текучей среде с линией подачи природного газа ниже по потоку от буферного резервуара хранилища компримированного природного газа (КПГ).
  7. 7. Система по п.5, в которой контур холодильного цикла содержит вспомогательный газовый компрессор.
  8. 8. Система по п.5, в которой контур холодильного цикла содержит регулятор потока, который сообщается по текучей среде с вспомогательным отверстием для выпуска газа для регулировки степени рециркуляции газа через сосуд высокого давления.
  9. 9. Система по п.5, в которой контур холодильного цикла содержит рециркуляционный компрессор, который сообщается по текучей среде с вспомогательным отверстием для выпуска газа для регулировки степени рециркуляции газа через сосуд высокого давления.
EA201590957A 2012-12-20 2013-12-20 Система и способ заправки сосуда высокого давления с компримированным газом с использованием теплового сопла EA032265B1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
AU2012905659A AU2012905659A0 (en) 2012-12-20 System and method for refuelling a compressed gas pressure vessel using a thermally coupled nozzle
PCT/AU2013/001512 WO2014094070A1 (en) 2012-12-20 2013-12-20 System and method for refuelling a compressed gas pressure vessel using a thermally coupled nozzle

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA201590957A1 EA201590957A1 (ru) 2015-10-30
EA032265B1 true EA032265B1 (ru) 2019-05-31

Family

ID=50977418

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA201590957A EA032265B1 (ru) 2012-12-20 2013-12-20 Система и способ заправки сосуда высокого давления с компримированным газом с использованием теплового сопла

Country Status (11)

Country Link
US (1) US10132447B2 (ru)
EP (1) EP2935913A4 (ru)
CN (1) CN104919196B (ru)
AU (1) AU2013362826B2 (ru)
BR (1) BR112015014661B1 (ru)
CA (1) CA2895161C (ru)
CL (1) CL2015001713A1 (ru)
EA (1) EA032265B1 (ru)
NZ (1) NZ709100A (ru)
WO (1) WO2014094070A1 (ru)
ZA (1) ZA201504529B (ru)

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2921548A1 (en) * 2012-08-24 2014-02-27 Oscomp Systems Inc. Virtual gaseous fuel pipeline
AU2014351040A1 (en) * 2013-11-18 2016-06-02 Mosaic Technology Development Pty Ltd System and method for intelligent refuelling of a pressurised vessel
CN105486029A (zh) * 2014-09-17 2016-04-13 石家庄安瑞科气体机械有限公司 加气母站的天然气压缩系统
US20170241592A1 (en) * 2014-10-14 2017-08-24 Mosaic Technology Development Pty Ltd System and method for refuelling a compressed gas pressure vessel using a cooling circuit and in-vessel temperature stratification
FR3034836B1 (fr) 2015-04-10 2017-12-01 Air Liquide Station et procede de remplissage d'un reservoir avec un gaz carburant
US9850852B2 (en) 2015-07-30 2017-12-26 Third Shore Group, LLC Compressed gas capture and recovery system
GB201600904D0 (en) * 2016-01-18 2016-03-02 Linde Ag Apparatus and method for compressing evaporated gas
CN105739340B (zh) * 2016-03-22 2018-08-07 天津环洁汽车能源有限公司 液气燃料补给全程监控的无线感应传输反馈控制系统
FR3057644B1 (fr) * 2016-10-19 2018-10-19 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Procede et dispositif de remplissage d'un reservoir de gaz sous pression
US11079069B2 (en) 2016-12-06 2021-08-03 L'air Liquide Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Hydrogen refueling system
US10760024B2 (en) 2018-07-10 2020-09-01 Iogen Corporation Method and system for upgrading biogas
US20210317377A1 (en) 2018-07-10 2021-10-14 Iogen Corporation Method and system for producing a fuel from biogas
EP3663633B1 (en) 2018-12-06 2022-09-07 Carrier Corporation Systems and methods for controlling gas flow in transportation refrigeration systems
US11946006B2 (en) 2019-07-09 2024-04-02 lOGEN Corporation Method and system for producing a fuel from biogas
GB202103084D0 (en) * 2021-03-04 2021-04-21 Simpson Michael Method for monitoring tanks used for isobaric gas storage

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3307370A (en) * 1964-08-06 1967-03-07 Max Planck Gesellschaft Cooling device for helium
US5813429A (en) * 1996-01-31 1998-09-29 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Compressed natural gas charging system
US5820102A (en) * 1996-10-15 1998-10-13 Superior Valve Company Pressurized fluid storge and transfer system including a sonic nozzle
DE10031155A1 (de) * 2000-06-27 2002-01-17 Deutsch Zentr Luft & Raumfahrt Vorrichtung zum schnellen Einleiten von Gas in einen Behälter
US20070261756A1 (en) * 2006-04-13 2007-11-15 Kiyoshi Handa High Pressure Gas Tank Cooling by Ejector Pump Circulation
US7617848B2 (en) * 2004-08-07 2009-11-17 Messer France S..A.S. Method and device for filling a container with liquid gas from a storage tank
FR2935774A1 (fr) * 2008-09-05 2010-03-12 Air Liquide Dispositif de remplissage d'une bouteille de gaz

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5542459A (en) * 1993-07-19 1996-08-06 Price Compressor Company Inc. Process and apparatus for complete fast filling with dehydrated compressed natural gas
EP0936399A1 (de) * 1998-02-03 1999-08-18 Ivan Cyphelly Verfahren zum Füllen von Hochdruckflaschen
DE102004014010B4 (de) * 2004-03-23 2006-09-28 Air Liquide Deutschland Gmbh Verfahren und Einrichtung zum schnellen Befüllen von Hochdruckbehältern
US7168464B2 (en) * 2004-09-09 2007-01-30 Pinnacle Cng Systems, Llc Dual-service system and method for compressing and dispensing natural gas and hydrogen
US7404301B2 (en) * 2005-07-12 2008-07-29 Huang Shawn S LNG facility providing enhanced liquid recovery and product flexibility
CA2672643C (en) 2006-12-21 2011-06-21 Mosaic Technology Development Pty Ltd A compressed gas transfer system
EP2203675B1 (en) * 2007-03-02 2020-04-08 ezNG Solutions, LLC Storing, transporting and handling compressed fluids
FR2920858B1 (fr) * 2007-09-10 2009-11-27 Air Liquide Procede de remplissage de conteneur de gaz sous pression
AU2012229884A1 (en) * 2011-03-14 2012-10-25 Mosaic Technology Development Pty Ltd Compressed natural gas tank float valve system and method

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3307370A (en) * 1964-08-06 1967-03-07 Max Planck Gesellschaft Cooling device for helium
US5813429A (en) * 1996-01-31 1998-09-29 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Compressed natural gas charging system
US5820102A (en) * 1996-10-15 1998-10-13 Superior Valve Company Pressurized fluid storge and transfer system including a sonic nozzle
DE10031155A1 (de) * 2000-06-27 2002-01-17 Deutsch Zentr Luft & Raumfahrt Vorrichtung zum schnellen Einleiten von Gas in einen Behälter
US7617848B2 (en) * 2004-08-07 2009-11-17 Messer France S..A.S. Method and device for filling a container with liquid gas from a storage tank
US20070261756A1 (en) * 2006-04-13 2007-11-15 Kiyoshi Handa High Pressure Gas Tank Cooling by Ejector Pump Circulation
FR2935774A1 (fr) * 2008-09-05 2010-03-12 Air Liquide Dispositif de remplissage d'une bouteille de gaz

Also Published As

Publication number Publication date
US10132447B2 (en) 2018-11-20
AU2013362826A1 (en) 2015-07-02
BR112015014661A2 (pt) 2017-07-11
EP2935913A4 (en) 2016-10-19
CA2895161C (en) 2019-11-05
BR112015014661B1 (pt) 2021-11-16
EP2935913A1 (en) 2015-10-28
CN104919196B (zh) 2019-05-31
ZA201504529B (en) 2016-06-29
AU2013362826B2 (en) 2017-01-05
WO2014094070A1 (en) 2014-06-26
CN104919196A (zh) 2015-09-16
EA201590957A1 (ru) 2015-10-30
CA2895161A1 (en) 2014-06-26
NZ709100A (en) 2018-08-31
US20150345706A1 (en) 2015-12-03
CL2015001713A1 (es) 2016-01-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EA032265B1 (ru) Система и способ заправки сосуда высокого давления с компримированным газом с использованием теплового сопла
US8424574B2 (en) Compressed gas transfer system
US20170241592A1 (en) System and method for refuelling a compressed gas pressure vessel using a cooling circuit and in-vessel temperature stratification
CN101952635B (zh) 天然气供应方法和装置
RU2627323C2 (ru) Способ и устройство подачи газообразного топлива в двигатель внутреннего сгорания
CA2517113C (en) Lpg vehicular liquid transfer system
CN107735613B (zh) 多容器流体储存和输送系统
WO2013056295A1 (en) System and method for refuelling of compressed gas pressure vessels
CN104214012A (zh) 液化气处理系统
EP2622190A1 (en) Two engine system with a gaseous fuel stored in liquefied form
RU2626903C1 (ru) Система подачи криогенного топлива для питания двигателя
US10816140B2 (en) Method of an apparatus for treating boil-off gas for the purpose of supplying at least an engine
CN110159920A (zh) 船用lng供气系统
CN104165103A (zh) 内燃机和供给气态燃料给这种机器的方法
WO2012122599A1 (en) Compressed natural gas tank float valve system and method
CN207394353U (zh) 一种压差式lng槽车充装系统
CN107869652A (zh) 一种车用lng‑cng混合供气系统
JP2022549280A (ja) 船舶用の燃料供給システム及び燃料供給方法
CN117146180A (zh) Bog冷凝系统及bog冷凝系统的运行方法
NO339027B1 (en) System and method for conditioning pressure in an LNG tank