具有饱和燃料储备的液化天然气运输系统

摘要

本申请涉及一种深冷流体输送系统，包括主罐系统，其具有适于包含深冷液体的第一供给的主罐，以及储备罐系统，其具有适于包含深冷液体的第二供给的储备罐。增压回路适用于将蒸汽输送至主罐的头空间以将主罐内增压，以及燃料输送管线将深冷燃料从主罐或储备罐提供至应用装置。储备罐贮存饱和的深冷燃料，其在主罐中的深冷液体进行饱和时经由燃料输送管线被输送至应用装置。在主罐中的深冷液体饱和时，流体输送系统自动转换至将深冷燃料从主罐经由燃料输送管线输送至应用装置。

说明书

相关参考交叉引用

本申请要求对提交于2014年5月29日的共同未决的第62/004,477号， 名称为“LNGDeliverySystemwithSaturatedFuelReserve”的美国临时专利 申请的优先权。在此要求对前述提交日期的优先权并且结合该临时申请的全 部内容作为参考。

技术领域

本揭示内容涉及用于将液化天然气(LNG)从贮罐输送至应用装置(诸 如天然气驱动的车辆发动机)的系统。所揭示的装置和方法可被用在各种环 境下并特别适于不执行LNG燃料预饱和的市场。当贮罐压力降至预定义水 平以下时，所揭示的装置和方法可被用作“调节热量(trimheat)”的源。

背景技术

许多重型负载的燃烧天然气的车辆发动机都要求天然气的入口压力设 定成特定值，例如100psig(磅/平方英寸)左右。在大多数市场中，使LNG 饱和至或加入热量至其蒸气压力达到大概等于应用装置(即，车辆)所要求 的压力的点。这种建立饱和压力的处理一般在LNG燃料站进行。但是，也 存在一些市场，在将燃料传送至车载贮罐之前并不执行这种燃料饱和或者不 执行至加注燃料后在车辆罐内的饱和液体程度足以达到100psig饱和液体的 程度。因此，贮罐可最后在期望压力以下通过LNG井进行填充。此外，一 些发动机需要压力在150psig左右，这并不实际可实现，即使是在输送前使 燃料饱和的燃料站里。

在一种推荐的方案中，在LNG上方使用压缩天然气(CNG)来增加蒸 汽压力以在上升压力下输送燃料。但是，这种方案需要将第二个用于CNG 的罐体安装在车辆上，这增加了在车架上的重量并占用了有价值的空间。在 另一个推荐的方案中，特定的燃料站先将LNG填充入贮罐，然后使用天然 气蒸汽加入额外的热量以使贮罐中的燃料达到饱和。车辆燃料系统配备有特 定的溢流罐，在填充过程中，过量的LNG将进入溢流罐。但是，这种方案 需要特定的燃料站，车辆必须在那里进行填充。

另一种推荐的方案不仅利用溢流罐，并且还使用特定的主罐，其被设计 成无论液体饱和压力如何均保持以液压方式填充以维持足够的压力到达发 动机。但是，这种特殊的燃料罐对于系统增加了额外的成本和复杂性。

发明内容

本发明所揭示的是一种LNG输送系统，其克服了前述现有技术中的缺 陷。在一实施例中，本系统使用一个或多个主罐并使用储备罐，其中罐体可 被安装在可移动的车辆上。主罐可利用在固定的深冷瓶(cryogeniccylinder) 中时而使用的类型的增压回路(pressurebuildingcircuit)。这种增压回路利用 重力将液体冷冻剂馈入汽化器中。液体汽化时，其体积膨胀，并且逸出的气 体被引导至主罐中冷冻剂上方的蒸汽空间中，在罐体中液相的上方建立起蒸 汽压头(headofvaporpressure)。备选地，来自燃料系统下游(热交换器之 后)的气体可通过机械作用被推回至蒸汽空间。序列号第14/044,622号美国 专利申请说明了用于这样的机械增压作用的相关的装置和方法并结合在本 文中作为参考。

车载贮罐上的传统风格的增压回路和机械作用的增压器(pressure builder)都不能单独维持保持不变的供给加压的LNG。由于LNG车载贮罐 是被用在移动的应用中，一旦车辆处于运动中并且液相和汽相混合，在液相 上方建立的任何蒸汽压力都将很快坍塌。以这种方式加入足够的热量以使罐 内大量LNG完全饱和可花费带来不方便的时间量，例如1小时。

因此，除了使用增压式的罐体以外，在本系统中还使用了储备罐，其贮 存饱和液体，当主罐正在进行饱和时，车辆可使用这些饱和液体来驱动车辆。 一旦主罐中的液体饱和，该主罐用它们的目前已饱和的液体给车辆加燃料并 重新填充储备罐，其将被贮存起来直到进行下一次填充。

一方面，这里所解释的深冷流体输送系统包括：主罐系统，该主罐系统 包括适用于包含深冷液体的第一供给的主罐，该主罐包括头空间，其适于包 含在被贮存在主罐内的深冷液体上方的蒸汽；储备罐系统，该储备罐系统包 括适于包含深冷液体的第二供给的储备罐，该储备罐包括头空间，其适于包 含在贮存在储备罐中的深冷液体上方的蒸汽；增压回路，其适于将蒸汽输送 至主罐的头空间以在主罐内增压；燃料输送管线，其从主罐或储备罐供应深 冷燃料至应用装置；其中，储备罐贮存饱和的深冷燃料，其在主罐中的深冷 液体正在饱和时，经由燃料输送管线被输送至应用装置，并且其中，该燃料 输送系统转换成在主罐中的深冷液体饱和时将深冷燃料从主罐经由燃料输 送管线输送至应用装置。

根据以下对各种实施例的说明，其它特征和优点将是显而易见的，在各 种实施例中通过示例的方式示出了本揭示内容的原理。

附图说明

图1示出了现有燃料输送系统的示例；

图2示出了具有储备罐和主罐的燃料输送系统的示例实施例；

图3示出了具有使用传统风格增压环路的主罐的燃料输送系统的另一个 实施例。

具体实施方式

在进一步说明本主题之前，应理解在本文中所说明的本主题并不限于所 说明的特定的实施例，当然可变化。还应理解的是，本文所使用的术语仅是 为了说明特定实施例或多个实施例的目的，而非意图进行限制。除非另外定 义，本文所说明的所有技术术语与本主题所属的本领域技术人员的普遍理解 的意思相同。

图1示出了例如在序列号第14/044,622号美国专利申请中说明的这类 燃油输送系统的示例，在此结合其内容作为参考。深冷罐22包含深冷产物， 例如LNG，其包括液体冷冻剂26，在液体冷冻剂上方具有蒸汽空间36。液 体管线24与罐体22的底部区域连通，在罐体22中包含液体26。如在本文 中使用的，“管线”可以是流体可从其中流过的任意类型的管道或管子。产 品提取管线28将液体管线24连接至例如车辆发动机的气体应用装置上。在 提取管线28中放置有热交换器或汽化器32以在冷冻剂被输送至应用装置之 前使冷冻剂汽化。提取管线28中的阀10表示例如自动阀。

仍然参考图1，节热回路34包括蒸汽管线或管40，其与蒸汽空间36连 通。蒸汽管40包括节热器调节器38，其被设定在预定的压力阈值下。液体 管线24与罐体22中的液体26连通。当罐体22中的压力超过调节器38的 压力设定点时，蒸汽36可通过蒸汽管线40被提取出来，并通过提取管线28 到达应用装置。这使得罐体22中的压力降低。由于LNG车辆燃料罐水平放 置的特性，其通常具有足够的流体静压，以使得液体26即使是在调节器38 打开时也能被提取出来。因此，在液体管线24中包括偏置的安全阀42，以 使得在调节器38打开时，节热器回路34成为罐体22外阻力最小的路径。 小孔口(orifice)44与安全阀42并行放置，以允许在从高到底使用的瞬变 期间流回罐体中。

如图1所示，主动式增压回路55可被用于增加罐体22中的头压。增压 回路55包括入口管线51，其分叉出在汽化器32下游的提取管线28。导流 器52致使汽化气体从入口管线51流至出口管线53，引导回罐体22。出口 管线53使得气体通过止回阀54返回蒸汽管线40。

图2示出了具有储备罐62和主罐22的燃料输送系统的示例实施例。罐 体22和62可被构造成例如具有单个外容器，其具有一个或多个隔热的内容 器。在外容器内的容器之间放置有真空空间。其它配置的罐体22和62也是 可能的。

在图2的实施例中，该系统包括参考图1所说明的增压回路55。储备罐 62包括和罐体22相同的所有组件(以上参考图1的说明)，并且经由燃料管 线75并行连接至应用装置。例如，储备罐62包括液体66和置于液体66上 方的蒸汽空间76。

储备罐62包括节热回路44、蒸汽管线或管80，其与蒸汽空间76连通。 蒸汽管80包括节热器调节器78，其被设定在预定的压力阈值下。液体管线 64与罐体62中的液体66连通。当罐体62中的压力超过调节器78的设定点 时，蒸汽76可通过蒸汽管线70被提取出来，并通过燃料管线75到达应用 装置。这使得罐体62中的压力降低。在液体管线64中包括偏置的安全阀82， 以使得在调节器78打开时，节热器回路74自动成为罐体62外阻力最小的 路径。小孔口84与安全阀72并行放置，以允许在从高到底使用的瞬变期间 流回罐体中。

仍然参考图2，管线73是用于罐体62的填充管线并且T形连接至提取 管线28。管线73中的止回阀71阻止从罐体62反向进入主罐22系统。

图3示出了具有如以上参考图2说明的主罐22和储备罐62的燃料输送 系统的另一个实施例。图3中的系统包括传统风格的增压环或回路27，其被 用于在主罐22中增压。在该实施例中，提取管线23从罐22中的液体26向 下延伸。提取管线23包括汽化器25。液体26经由重力自流退出提取管线 23。退出液体26通过汽化器25，在此转变成蒸汽，并通过止回阀54返回蒸 汽空间36。以这种方式，增压回路27使主罐22内的压力增加。

在使用中，储备罐保持供给先前的饱和液体。当应用装置被填充时，仅 将主罐被填充冷液体。储备罐包含用于驱动应用装置的足够的燃料，直到主 罐变为饱和。按照一种方法，储备罐保持处于正常的排空状态，使得到达燃 料站时储备罐是排空的。在到达燃料站时，将主罐中的液体手动排空至储备 罐中。然后在燃料站将主罐填充冷液体。当主罐被饱和时应用装置使用来自 储备罐的燃料。当储备罐接近排空时，系统转换成将来自主罐的燃料用于应 用装置。然后应用装置可工作至直到主罐接近排空。

在备选的处理中，储备罐维持处于正常充满状态，使得在到达燃料站时 储备罐加满液体。然后将主罐用冷液体燃料站填充。在应用装置使用来自储 备罐的燃料时主罐被饱和。当储备罐几乎排空时，应用装置转换成使用来自 主罐的燃料。随着主罐变得完全饱和，储备罐由主罐重新填充液体。当储备 罐加满时，停止对储备罐的馈给并且应用装置此时仅使用来自主罐的燃料。 该装置然后可驱动直到主罐几乎排空。

现在用数值作为非限制性示例来说明对所说明的用于为发动机加燃料 的系统的示例的设置以及操作。在示例实施例中，用于为发动机加燃料的系 统需要10barg入口压力。节热器38的设定压力为12barg并且节热器78的 设定压力为11barg。当卡车到达燃料站时，储备罐具有约90％满的在11barg 下饱和的液体并且主罐几乎为空，但是剩余液体在11barg下饱和。主罐填充 例如4barg下饱和的冷液体。填充后，所有罐都被加满；主罐加满在稍高于 4barg下饱和的液体，且储备罐加满在11barg下饱和的液体。阀10处于关 闭状态且阀50处于打开状态。

继续说明该示例，卡车可使用储备罐62中的液体工作驾驶前30分钟或 1小时。在此时间过程中，增压系统55或27单独作用于主罐以增压并使主 罐中的液体饱和至11barg。到储备罐62几乎排空时，主罐具有足够的压力 以能够提供恒定不变的高压源至发动机。然后控制阀10将打开并且阀50将 关闭。然后增压系统将压力增至12barg。当主罐22中的液体水平降至预定 的阈值(诸如例如60-70％)时，则阀50将打开且阀10将关闭。这使得储 备罐62由主罐22再次填充，同时将高压气体提供至发动机。当储备罐62 加满时，阀50将关闭且阀10将打开并且增压系统仅将维持11barg。然后车 辆将使用主罐中剩余的燃料进行驱动。

在一实施例中，可提供进一步的控制以在策略性转换成使用储备罐进行 驱动并且同时使其保持填充至期望水平时保持储备罐压力为低。在该实施例 中，该系统包括控制系统，其在各个主罐22和储备罐62的填充水平和压力 水平下进行输入。此外，为提供进一步的控制，主罐的增压系统可策略性地 增压至不同量，这取决于储备罐中的水平。例如，在加燃料之后，可期望主 罐马上增压至大于储备罐的压力，因为此时储备罐有可能开始填充冷液体。 替代的是可期望主罐仅增压至仅小于储备罐直到储备罐几乎排空。此后，其 增压至较高设定点并随后如以上所提及的那样用主要为饱和的液体填充储 备罐。这一控制水平使用本领域已知的标准压力传感器、液位传感器和电磁 阀即可达到。

在所有实施例中，可将多个主罐并行连接，分享填充连接，分享气体返 回管线53，并分享提取管线28。

虽然本文已经详细参考特定版本说明了不同的方法和装置实施例，但是 应该理解的是其它版本、实施例、应用方法，以及它们的组合也是有可能的。 因此，随附的权利要求书的精神和范围不应限制在本文所包含的实施例的说 明中。