專利名稱：摻合壓縮氣體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及摻合壓縮氣體。
背景技術(shù)：
期望有較清潔的燃料來減小化石燃料燃燒對地球環(huán)境的影響。一種減小燃燒影響的方法是使用氫作為燃料。當(dāng)氫被燃燒時，所得燃燒產(chǎn)物為水。氫可用作內(nèi)燃機(jī)中的燃料。例如，Air Products and Chemicals公司在賓夕法尼亞州 Trexlertown 校區(qū)(Trexlertown, PA campus)運(yùn)營了氫動力 Ford E-450 區(qū)間大巴。另一種選擇是燃燒壓縮天然氣(CNG)。并且還有一種選擇是燃燒氫與壓縮天然氣的混合物(HCNG)。紐約州亨普斯特德鎮(zhèn)(Hempstead，NY)有一個項目展示了 氫與氫和天然氣的摻合物的生成以及這些燃料在機(jī)動車輛中的使用(http: //www.tohcleanenergyproject. org)。工業(yè)中期望摻合來自多個來源的壓縮氣體，摻合物具有指定組成。工業(yè)中期望提供壓縮氣體的精確摻合，其中壓縮氣體摻合物的所得組成容許壓縮氣體源的供應(yīng)壓力的變化，并且容許在壓縮氣體輸送期間的系統(tǒng)壓力的變化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及用于將兩種或更多種壓縮氣體的摻合物輸送到接收容器的設(shè)備和工藝。存在如下文概括的該工藝的若干方面。第一方面。一種用于將兩種或更多種壓縮氣體的摻合物輸送到接收容器的設(shè)備，該設(shè)備包括
(i)容納第一壓縮氣體的一個或多個壓縮氣體儲存容器；
( )第一調(diào)壓式流量控制閥，其在下游與容納第一壓縮氣體的一個或多個壓縮氣體儲存容器處于流體流連通；
(iii)第一臨界流文丘里管，其在下游與第一調(diào)壓式流量控制閥處于流體流連通；
(iv)容納第二壓縮氣體的一個或多個壓縮氣體儲存容器；
(v)第二調(diào)壓式流量控制閥，其在下游與容納第二壓縮氣體的一個或多個壓縮氣體儲存容器處于流體流連通；
(vi)第二臨界流文丘里管，其在下游與第二調(diào)壓式流量控制閥處于流體流連通；以及
(vii)混合接合部，其在下游與第一臨界流文丘里管處于流體流連通并且也在下游與第二臨界流文丘里管處于流體流連通，以用于接收第一壓縮氣體和第二壓縮氣體，該混合接合部在上游與接收容器處于流體流連通；
其中第一壓縮氣體和第二壓縮氣體具有不同的組成。第二方面。根據(jù)第一方面的設(shè)備，還包括
第一流量計，其操作地設(shè)置在容納第一壓縮氣體的一個或多個壓縮氣體儲存容器和接收容器之間，以用于獨(dú)立于第二壓縮氣體的流率而測量第一壓縮氣體的流率；以及
第二流量計，其操作地設(shè)置在容納第二壓縮氣體的一個或多個壓縮氣體儲存容器和接收容器之間，以用于獨(dú)立于第一壓縮氣體的流率而測量第二壓縮氣體的流率。第三方面。根據(jù)第二方面的設(shè)備，還包括
第一電流-壓力換能器，其操作地連接到第一調(diào)壓式流量控制閥上以用于調(diào)整第一調(diào)壓式流量控制閥； 第二電流-壓力換能器，其操作地連接到第二調(diào)壓式流量控制閥上以用于調(diào)整第二調(diào)壓式流量控制閥；
控制器，其操作地連接到第一流量計上以用于接收表示第一壓縮氣體的流率的信號，該控制器操作地連接到第二流量計上以用于接收表示第二壓縮氣體的流率的另一個信號， 該控制器操作地連接到第一電流-壓力換能器和第二電流-壓力換能器上以用于將控制信號發(fā)送到第一電流-壓力換能器和第二電流-壓力換能器。第四方面。一種用于使用第一方面至第三方面中的任一個的設(shè)備將兩種或更多種壓縮氣體的摻合物輸送到接收容器的工藝，該工藝包括
(a)從容納第一壓縮氣體的一個或多個壓縮氣體儲存容器抽出兩種或更多種壓縮氣體中的第一壓縮氣體；
(b)使步驟(a)中抽出的第一壓縮氣體傳送通過第一調(diào)壓式流量控制閥和在第一調(diào)壓式流量控制閥下游的第一臨界流文丘里管，第一壓縮氣體在扼流條件下傳送通過第一臨界流文丘里管，從而控制第一壓縮氣體的質(zhì)量流率；
(C)從容納第二壓縮氣體的一個或多個壓縮氣體儲存容器抽出兩種或更多種壓縮氣體中的第二壓縮氣體；
(d)使步驟(C)中抽出的第二壓縮氣體傳送通過第二調(diào)壓式流量控制閥和在第二調(diào)壓式流量控制閥下游的第二臨界流文丘里管，第二壓縮氣體在扼流條件下傳送通過第二臨界流文丘里管，從而控制第二壓縮氣體的質(zhì)量流率；
(e)將來自步驟(b)的第一壓縮氣體與來自步驟(d)的第二壓縮氣體摻合以形成摻合物；以及
(f)將摻合物輸送到接收容器，而不控制到接收容器的摻合物的壓力斜坡變化速率(pressure ramp rate)。第五方面。一種用于將兩種或更多種壓縮氣體的摻合物輸送到接收容器的工藝，該工藝包括
(a)從容納第一壓縮氣體的一個或多個壓縮氣體儲存容器抽出兩種或更多種壓縮氣體中的第一壓縮氣體；
(b)使步驟(a)中抽出的第一壓縮氣體傳送通過第一調(diào)壓式流量控制閥和在第一調(diào)壓式流量控制閥下游的第一臨界流文丘里管，第一壓縮氣體在扼流條件下傳送通過第一臨界流文丘里管，從而控制第一壓縮氣體的質(zhì)量流率；
(C)從容納第二壓縮氣體的一個或多個壓縮氣體儲存容器抽出兩種或更多種壓縮氣體中的第二壓縮氣體；
(d)使步驟(C)中抽出的第二壓縮氣體傳送通過第二調(diào)壓式流量控制閥和在第二調(diào)壓式流量控制閥下游的第二臨界流文丘里管，第二壓縮氣體在扼流條件下傳送通過第二臨界流文丘里管，從而控制第二壓縮氣體的質(zhì)量流率；
(e)將來自步驟(b)的第一壓縮氣體與來自步驟(d)的第二壓縮氣體摻合以形成摻合物；以及
(f)將摻合物輸送到接收容器，而不控制到接收容器的摻合物的壓力斜坡變化速率； 其中第一壓縮氣體和第二壓縮氣體具有不同的組成。第六方面。第四方面或第五方面的工藝，還包括
測量第一壓縮氣體的流率以獲得第一壓縮氣體的測量流率；
測量第二壓縮氣體的流率以獲得第二壓縮氣體的測量流率；以及
響應(yīng)于第一壓縮氣體的測量流率和第二壓縮氣體的測量流率，調(diào)整第一調(diào)壓式流量控 制閥和第二調(diào)壓式流量控制閥中的至少一個。第七方面。第六方面的工藝，還包括
基于第一壓縮氣體的測量流率和第二壓縮氣體的測量流率，計算摻合物的累積摻合比；以及
將摻合物的計算累積摻合比與摻合物的目標(biāo)累積摻合比進(jìn)行比較；
其中，第一調(diào)壓式流量控制閥和第二調(diào)壓式流量控制閥中的至少一個被調(diào)整以使摻合物的計算累積摻合流量比保持在摻合物的目標(biāo)累積摻合比的指定容差內(nèi)。第八方面。第四方面至第七方面中的任一個的工藝，其中，依次從容納第一壓縮氣體的一個或多個壓縮氣體儲存容器中的第一壓縮氣體儲存容器并且隨后從容納第一壓縮氣體的一個或多個壓縮氣體儲存容器中的第二壓縮氣體儲存容器中抽出第一壓縮氣體，從容納第一壓縮氣體的第一壓縮氣體儲存容器的抽出終止于壓力P1處，并且從容納第一壓縮氣體的第二壓縮氣體儲存容器的抽出開始于壓力A處，其中P2>Plt)第九方面。第八方面的工藝,其中P2 KP1大至少IMPa。第十方面。第四方面至第九方面中的任一個的工藝，其中，依次從容納第二壓縮氣體的一個或多個壓縮氣體儲存容器中的第一壓縮氣體儲存容器并且隨后從容納第二壓縮氣體的一個或多個壓縮氣體儲存容器中的第二壓縮氣體儲存容器抽出第二壓縮氣體，從容納第二壓縮氣體的第一壓縮氣體儲存容器的抽出終止于壓力P3處，并且從容納第二壓縮氣體的第二壓縮氣體儲存容器的抽出開始于壓力巧處，其中P4>P3。第H 方面。第十方面的工藝，其中P4比A大至少IMPa。


圖I是工藝流程圖，其示出用于將兩種壓縮氣體的摻合物輸送到接收容器的示例性設(shè)備。圖2示出使用根據(jù)本發(fā)明的工藝和設(shè)備的作為時間的函數(shù)的氫的瞬時摻合比和作為時間的函數(shù)的氫的累積摻合比的曲線。圖3示出不使用根據(jù)本發(fā)明的工藝和設(shè)備的作為時間的函數(shù)的氫的瞬時摻合比和作為時間的函數(shù)的氫的累積摻合比的曲線。
具體實(shí)施例方式當(dāng)應(yīng)用于說明書和權(quán)利要求書中描述的本發(fā)明的實(shí)施例中的任何特征時，本文所用冠詞“一個”和“一種”表示一個或多個?！耙粋€”和“一種”的使用并不將其含義限制于單個特征，除非明確地陳述這種限制。在單數(shù)或復(fù)數(shù)名詞或名詞短語之前的冠詞“該”表示特別指定的特征或多個特別指定的特征，并且根據(jù)所使用的上下文可具有單數(shù)或復(fù)數(shù)含義。形容詞“任何”表示一個、一些或全部，而不管是何數(shù)量。放在第一實(shí)體和第二實(shí)體之間的用語“和/或”表示下者中的一種(I)第一實(shí)體、(2)第二實(shí)體，以及(3)第一實(shí)體和第二實(shí)體。放在成列的三個或更多個實(shí)體中的最后兩個實(shí)體之間的用語“和/或”表示該列中的實(shí)體中的至少一個。如本文所用，“處于流體流連通”是指由一個或多個導(dǎo)管、歧管、閥等操作地連接以用于流體的傳輸和/或流體的選擇性傳輸。導(dǎo)管是通過其可以運(yùn)送流體的任何管道、管子、通道等。在處于流體流連通的第一裝置和第二裝置之間可以存在諸如泵、壓縮機(jī)或容器的中間裝置，除非明確陳述不是這樣。下游和上游是指傳輸?shù)倪^程流體的預(yù)期流動方向。如果過程流體的預(yù)期流動方向是從第一裝置到第二裝置，則第二裝置在下游與第一裝置處于流體流連通。
本發(fā)明涉及用于將兩種或更多種壓縮氣體的摻合物輸送到接收容器的設(shè)備和工藝。壓縮天然氣(CNG)和氫是從這些壓縮氣體分配系統(tǒng)分配的典型組分。這些系統(tǒng)經(jīng)受遠(yuǎn)高于氫的臨界溫度(_240°C (-400 T ))和甲烷的臨界溫度(_83°C (-117 T ))的廣泛的環(huán)境溫度，使得根據(jù)嚴(yán)格的熱力學(xué)定義，這些組分典型地作為超臨界流體而不是氣體儲存和分配。然而，用語“氣體”和“壓縮氣體”典型地在本領(lǐng)域中用作氣體和超臨界流體兩者的通稱。在本公開中，用語“氣體”和“壓縮氣體”可互換使用，并且旨在包括呈氣體的熱力學(xué)狀態(tài)和超臨界流體的熱力學(xué)狀態(tài)兩者的元素、化合物和混合物。圖I示出示例性壓縮氣體輸送系統(tǒng)150的工藝流程圖。圖I中的壓縮氣體輸送系統(tǒng)150包括容納諸如氫或含氫氣體的第一壓縮氣體的壓縮氣體儲存容器100、102和104?？梢允褂萌魏魏线m數(shù)量的壓縮氣體儲存容器。來自壓縮氣體儲存容器100、102和104中的各個的流分別由閥112、114和116來控制。在壓縮氣體儲存容器100、102和104中的各個中的壓力可以相同，或者該壓力可以不同。在各個壓縮氣體儲存容器中的壓力可以保持在不同壓力下，例如用于級聯(lián)填充。采用多個高壓儲存容器來分配到較低壓力的接收容器的級聯(lián)填充工藝是本領(lǐng)域已知的，如在Borck的美國專利No. 6，779，568中舉例說明的。在級聯(lián)填充工藝中，首先從具有較低壓力的儲存容器，然后從具有較高壓力的儲存容器，將氣體從兩個或更多個壓縮氣體存儲容積分配到接收容器。級聯(lián)填充的使用給生成具有指定組成的壓縮氣體摻合物帶來了特定問題。當(dāng)系統(tǒng)從較低壓力源容器切換到較高壓力源容器時，急劇的上游和下游壓力變化可能不利地影響在所需規(guī)格范圍內(nèi)提供具有所期望的組成的壓縮氣體摻合物的能力。圖I中的壓縮氣體輸送系統(tǒng)150包括在下游與壓縮氣體儲存容器100、102和104處于流體流連通的調(diào)壓式流量控制閥126，流量控制閥126接收來自壓縮氣體儲存容器100,102和104中的至少一個的第一壓縮氣體。調(diào)壓式流量控制閥調(diào)節(jié)閥下游的壓縮空氣的壓力?？梢允褂萌魏魏线m的調(diào)壓式流量控制閥。調(diào)壓式流量控制閥可以是穹頂加載式壓力調(diào)節(jié)器，例如Tescom 26-1700。調(diào)壓式流量控制閥可以是空氣加載式壓力調(diào)節(jié)器。
圖I中的壓縮氣體輸送系統(tǒng)150包括在下游與調(diào)壓式流量控制閥126處于流體流連通的臨界流文丘里管130。臨界流文丘里管130接收來自調(diào)壓式流量控制閥126的第一壓縮氣體。臨界流文丘里管也稱為臨界流文丘里噴管或超音速文丘里管，其具有終止于喉部中的收斂段和在喉部下游的發(fā)散段。臨界流文丘里管不等同于孔板。臨界流文丘里管的幾何結(jié)構(gòu)使得壓縮空氣沿收斂段被加速，然后在設(shè)計用于壓力恢復(fù)的發(fā)散段中膨脹。在喉部或臨界流文丘里管的最小面積點(diǎn)，氣體變得被阻軛，其中隨著下游壓力環(huán)境的進(jìn)一步降低，質(zhì)量流率不會增加。然而，可壓縮流體的質(zhì)量流率可以隨著增加的上游壓力而增加，這將增加通過縮窄部的流體的密度(但速度將保持恒定)。在扼流條件下，氣體速度和密度增加到最大，并且質(zhì)量流率是入口壓力、入口溫度和氣體類型的函數(shù)。盡管在圖I中顯示為在閥126和混合接合部148之間的單個臨界流文丘里管130，但如果期望，可在歧管組件中包括兩個或更多個臨界流文丘里管，以適應(yīng)第一壓縮氣體的更大的流率范圍。合適的臨界流文丘里管包括FlowMaxx Engineering SNP005-SMPT-025 和SNP005-SMPT-053。 圖I中的壓縮氣體輸送系統(tǒng)150還包括容納諸如壓縮天然氣(CNG)的第二壓縮氣體的壓縮氣體儲存容器106、108和110。第二壓縮氣體具有與第一壓縮氣體不同的組成?？梢允褂萌魏魏线m數(shù)量的壓縮氣體儲存容器來容納第二壓縮氣體。來自壓縮氣體儲存容器106、108和110中的各個的流分別由閥118、120和122來控制。在壓縮氣體儲存容器106、108和110中的各個中的壓力可以相同，或者該壓力可以不同。在各個壓縮氣體儲存容器中的壓力可以保持在不同壓力下，例如用于級聯(lián)填充。圖I中的壓縮氣體輸送系統(tǒng)150還包括在下游與壓縮氣體儲存容器106、108和110處于流體流連通的調(diào)壓式流量控制閥134。調(diào)壓式流量控制閥接收來自壓縮氣體儲存容器106、108和110中的至少一個的第二壓縮氣體。調(diào)壓式流量控制閥134可以是穹頂加載式壓力調(diào)節(jié)器，例如Tescom 26-1700。圖I中的壓縮氣體輸送系統(tǒng)150包括在下游與受調(diào)節(jié)的流量控制閥134處于流體流連通的臨界流文丘里管138。臨界流文丘里管138接收來自調(diào)壓式流量控制閥134的第二壓縮氣體。盡管在圖I中顯示為在閥134和混合接合部148之間的單個臨界流文丘里管138，但如果期望，可在歧管裝置中包括兩個或更多個臨界流文丘里管，以適應(yīng)第二壓縮氣體的更大的流率范圍。臨界流文丘里管138可以與臨界流文丘里管130相同或不同。圖I中的壓縮氣體輸送系統(tǒng)150還包括在下游與臨界流文丘里管130處于流體流連通并且也在下游與臨界流文丘里管138處于流體流連通的混合接合部148，以用于接收第一壓縮氣體和第二壓縮氣體。混合接合部148可以是任何合適的混合三通管、混合容器等，以用于將第一壓縮氣體和第二壓縮氣體組合形成摻合物。當(dāng)?shù)谝粔嚎s氣體包括氫且第二壓縮氣體包括壓縮天然氣(其包括甲烷)時，摻合物包括氫和甲烷的混合物。如圖I所示，混合接合部148在上游與接收容器140處于流體流連通。圖I中的壓縮氣體輸送系統(tǒng)150還包括可選的流量計124。流量計124操作地設(shè)置在壓縮氣體儲存容器100、102、104和接收容器140之間。流量計可以合適地放置在操作地連接儲存容器和混合接合部140的系統(tǒng)中任何位置處，以測量第一壓縮氣體的流率。流量計124獨(dú)立于第二壓縮氣體的流率而測量第一壓縮氣體的流率。
圖I中的壓縮氣體輸送系統(tǒng)150還包括可選的流量計132。流量計132操作地設(shè)置在壓縮氣體儲存容器106、108、110和接收容器140之間。流量計可以合適地放置在操作地連接用于第二壓縮氣體的儲存容器和混合接合部140的系統(tǒng)中任何位置處，以測量第二壓縮氣體的流率。流量計124獨(dú)立于第一壓縮氣體的流率而測量第二壓縮氣體的流率。流量計124和132可以是任何合適類型的流量計，例如，科里奧利流量計和/或熱絲風(fēng)速計。流量計也可以是諸如渦輪式流量計的體積流量計，該流量計也使用壓力和/或溫度補(bǔ)償來確定質(zhì)量流量。合適的科里奧利流量計包括由Emerson Process Management(Micro Motion)出售的 CMF0010 和 DH038。如圖I所示，壓縮氣體輸送系統(tǒng)150也可包括控制器142以使壓縮空氣輸送自動化?？刂破?42可以是任何合適的控制器，例如，可編程邏輯控制器(PLC)、計算機(jī)等?？刂破?42分別操作地連接到流量計124和流量計132上，以用于分別接收表示第一壓縮氣體的流率和第二壓縮氣體的流率的信號。
調(diào)壓式流量控制閥126和134可以是可電子控制的。電流-壓力換能器可用來調(diào)整調(diào)壓式流量控制閥。電流-壓力換能器128操作地連接到調(diào)壓式流量控制閥126上以用于調(diào)整閥126。電流-壓力換能器136操作地連接到調(diào)壓式流量控制閥134上以用于調(diào)整閥134。可以使用任何合適的電流-壓力換能器，例如Ronan X55-600?？刂破?42操作地連接到電流-壓力換能器128和電流-壓力換能器136上，以用于響應(yīng)于來自流量計124和132的流率測量而發(fā)送控制信號到電流-壓力換能器128和136。參照示出示例性實(shí)施例的圖1，用于將兩種或更多種壓縮氣體的摻合物輸送到接收容器140的工藝包括
(a)從壓縮氣體儲存容器100、102和104中的一個或多個抽出第一壓縮氣體(例如氫);
(b)使步驟(a)中抽出的第一壓縮氣體傳送通過調(diào)壓式流量控制閥126和在受調(diào)節(jié)的流量控制閥126下游的臨界流文丘里管130，第一壓縮氣體在扼流條件下傳送通過臨界流文丘里管130，從而控制第一壓縮氣體的質(zhì)量流率；
(c)從壓縮氣體儲存容器106、108、110中的一個或多個抽出第二壓縮氣體(例如CNG)；
(d)使步驟(c)中抽出的第二壓縮氣體傳送通過調(diào)壓式流量控制閥134和在調(diào)壓式流量控制閥134下游的臨界流文丘里管138，第二壓縮氣體在扼流條件下傳送通過臨界流文丘里管138，從而控制第二壓縮氣體的質(zhì)量流率；
(e)將來自步驟(b)的質(zhì)量流率受控的第一壓縮氣體與來自步驟(d)的質(zhì)量流率受控的第二壓縮氣體摻合以形成摻合物；以及
(f)將摻合物輸送到接收容器140，而不控制到接收容器的摻合物的壓力斜坡變化速率。由于臨界流文丘里管控制流過其中的壓縮空氣的質(zhì)量流率，所以分配到接收容器的摻合物的壓力斜坡上升速率不受控制。該工藝還可包括
測量第一壓縮氣體的流率以獲得第一壓縮氣體的測量流率；測量第二壓縮氣體的流率以獲得第二壓縮氣體的測量流率；以及響應(yīng)于第一壓縮氣體的測量流率和第二壓縮氣體的測量流率，調(diào)整調(diào)壓式流量控制閥126和調(diào)壓式流量控制閥134中的至少一個。第一壓縮氣體的流率和第二壓縮氣體的流率可各自通過相應(yīng)的流量計124和132測量。對于壓縮氣體之一為氫的情況，臨界流文丘里管可以是流量計的一部分。流量計可以與控制器操作地連通?？刂破骺梢皂憫?yīng)于測量質(zhì)量流率而接收來自流量計的數(shù)據(jù)并發(fā)送指令到電流-壓力換能器128和136。電流-壓力換能器128和136又分別控制調(diào)壓式流量控制閥126和134，以控制離開受調(diào)節(jié)的流量控制閥126和134的流率。該工藝還可包括
基于第一壓縮氣體的測量流率和第二壓縮氣體的測量流率，計算摻合物的累積摻合比；以及· 將摻合物的計算累積摻合比與摻合物的目標(biāo)累積摻合比進(jìn)行比較；
其中，在調(diào)整第一調(diào)壓式流量控制閥和第二調(diào)壓式流量控制閥中的至少一個的步驟中，調(diào)壓式流量控制閥126和調(diào)壓式流量控制閥134中的至少一個被調(diào)整，以將摻合物的計算累積摻合比保持在摻合物的目標(biāo)累積摻合比的指定容差內(nèi)。調(diào)壓式流量控制閥126和/或調(diào)壓式流量控制閥134可被調(diào)整以根據(jù)需要增加或減小第一壓縮氣體和/或第二壓縮氣體的流率，以將計算累積摻合比保持在摻合物的目標(biāo)累積摻合比的指定容差內(nèi)?！皳胶媳取笔堑谝粴怏w的量與氣體總量的比率。摻合比可以是質(zhì)量比、摩爾比、體積比或任何其它合適的量比。如果期望，摩爾比和體積比可以被調(diào)整到標(biāo)準(zhǔn)條件，例如，I個大氣壓和21°C。摻合比可以方便地表達(dá)為質(zhì)量比。例如，氫和壓縮天然氣的摻合物中的氫的質(zhì)量比為氫的質(zhì)量除以氫和壓縮天然氣的總質(zhì)量。氫和壓縮天然氣的摻合物中的氫的瞬時質(zhì)量比可以用氫的測量質(zhì)量流率除以氫的測量質(zhì)量流率和壓縮天然氣的測量質(zhì)量流率之和來計算?！袄鄯e摻合比”被定義為一種壓縮氣體流的累積量(以質(zhì)量、摩爾、體積等為單位)除以供應(yīng)到接收容器的所有壓縮氣體流的累積量(以相同單位)之和。累積摻合比可以表達(dá)為分?jǐn)?shù)、百分?jǐn)?shù)或任何其它方便的單位。累積摻合比可以方便地表達(dá)為累積質(zhì)量比?！澳繕?biāo)累積摻合比”是在接收容器中的壓縮氣體中的一種的量(以質(zhì)量、摩爾、體積等為單位)除以在接收容器中的壓縮氣體的總量(使用相同單位)的期望比。目標(biāo)累積摻合比可以方便地表達(dá)為目標(biāo)累積質(zhì)量比。目標(biāo)累積摻合比可以表達(dá)為分?jǐn)?shù)、百分?jǐn)?shù)或任何其它方便的單位。表達(dá)為質(zhì)量比的摻合比可以使用適于壓縮氣體的狀態(tài)方程與體積比和/或摩爾比相互轉(zhuǎn)換，這種計算是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員熟知的。該工藝尤其適用于在逐漸增加的壓力下利用從多個壓縮氣體儲存容器依次級聯(lián)地抽出壓縮氣體來分配壓縮氣體。在級聯(lián)抽出的工藝中，可以依次從容納第一壓縮氣體的一個或多個壓縮氣體儲存容器中的第一壓縮氣體儲存容器100并且隨后從容納第一壓縮氣體的一個或多個壓縮氣體儲存容器中的第二壓縮氣體儲存容器102抽出第一壓縮氣體。從容納第一壓縮氣體的第一壓縮氣體儲存容器100的抽出終止于壓力P1處，并且從容納第一壓縮氣體的第二壓縮氣體儲存容器102的抽出開始于壓力P2處，其中P2>P1; P2可以比^大至少IMPa。例如，可以從壓縮氣體儲存容器100抽出第一壓縮氣體，直到在抽出終止時壓縮氣體儲存容器100中的壓力為P1=ZOMPa15隨后，可以從壓縮氣體儲存容器102抽出第一壓縮氣體，壓縮氣體儲存容器102的初始壓力為P2=40MPa。調(diào)壓式流量控制閥126適應(yīng)于進(jìn)給到調(diào)壓式流量控制閥126的壓力的急劇上升，該控制閥在受調(diào)節(jié)的壓力下為臨界流文丘里管130提供壓縮氣體，以使得通過臨界流文丘里管的壓縮氣體的質(zhì)量流量是期望的。該工藝可包括依次從壓力逐漸增加的多個壓縮氣體儲存容器級聯(lián)地抽出第二壓縮氣體。在級聯(lián)地抽出第二壓縮氣體的工藝中，可依次從容納第二壓縮氣體的一個或多個壓縮氣體儲存容器中的第一壓縮氣體儲存容器106并且隨后從容納第二壓縮氣體的一個或多個壓縮氣體儲存容器中的第二壓縮氣體儲存容器108抽出第二壓縮氣體。從容納第二壓縮氣體的第一壓縮氣體儲存容器106的抽出終止于壓力P3處，并且從容納第二壓縮氣體的第二壓縮氣體儲存容器108開始于壓力P4處，其中P4>P3。P4可以比P3大至少IMPa。 例如，可以從壓縮氣體儲存容器106抽出第二壓縮氣體，直到當(dāng)抽出終止時壓縮氣體儲存容器100中的壓力為A=20MPa。隨后，可以從壓縮氣體儲存容器108抽出第二壓縮氣體，壓縮氣體儲存容器108的初始壓力為P4=40MPa。調(diào)壓式流量控制閥134適應(yīng)于進(jìn)給到調(diào)壓式流量控制閥134的壓力的急劇上升，該控制閥在受調(diào)節(jié)的壓力下為臨界流文丘里管138提供壓縮氣體，以使得通過臨界流文丘里管的第二壓縮氣體的質(zhì)量流量是期望的。實(shí)例I
對壓縮氣體輸送系統(tǒng)進(jìn)行測試，該壓縮氣體輸送系統(tǒng)包括用于單獨(dú)控制氫和壓縮天然氣的流量的調(diào)壓式流量控制閥和臨界流文丘里管。圖2示出作為時間的函數(shù)的氫的瞬時摻合比和作為時間的函數(shù)的氫的累積摻合比的曲線。目標(biāo)摻合比為O. 20的氫(在標(biāo)準(zhǔn)壓力和溫度條件下20體積％的氫)。最初，氫的累積摻合比大于氫的目標(biāo)摻合比，并且在從約15秒至約30秒的時期期間，氫的瞬時摻合比被控制器降低至O. 2以下，在30秒處，氫的瞬時摻合比在約O. 2處變得水平。該實(shí)例顯示了根據(jù)本設(shè)備和工藝的壓縮氣體輸送系統(tǒng)如何能夠提供壓縮氣體的精確摻合，摻合物具有指定組成。實(shí)例2
對壓縮氣體輸送系統(tǒng)進(jìn)行測試，其中壓縮氣體輸送系統(tǒng)包括用于控制氫的流量的調(diào)壓式流量控制閥和用于控制壓縮天然氣的流量的另一個調(diào)壓式流量控制閥，而沒有任何臨界流文丘里管。圖3示出作為時間的函數(shù)的氫的瞬時摻合比和作為時間的函數(shù)的氫的累積摻合比的曲線。目標(biāo)摻合比為O. 30 (在標(biāo)準(zhǔn)壓力和溫度條件下30體積％的氫)。盡管累積摻合比最終穩(wěn)定在期望的目標(biāo)摻合比，但如瞬時摻合比的頻繁變化所證明的那樣，控制器頻繁調(diào)整調(diào)壓式流量控制閥以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。該系統(tǒng)顯然不像實(shí)例I中所示系統(tǒng)那樣穩(wěn)定。應(yīng)當(dāng)注意，如果加燃料的操作者在累積摻合比穩(wěn)定之前停止加燃料過程，則接收容器不會包含期望的摻合比。此外，由于流動氣體比不約等于目標(biāo)摻合比，所以在填充終止時的管線中的用于確定隨后的填充中的罐中壓力的壓縮空氣的摻合比將不具有期望的目標(biāo)摻合比，這導(dǎo)致在填充小容器時有偏離規(guī)格的摻合物。而且進(jìn)一步，圖3所示控制器的不斷“自調(diào)整”將導(dǎo)致控制閥機(jī)構(gòu)的過早磨損失效。 圖2所示結(jié)果表明，本方法提供了早得多地達(dá)到目標(biāo)摻合比的累積摻合比。雖然本發(fā)明已針對特定實(shí)施例或?qū)嵗M(jìn)行了描述，但其不限于此，而是可以在不脫離所附權(quán)利要求限定的發(fā)明范圍的情況下更改或修改成各種其它形式中的任一種。
權(quán)利要求
1.一種用于將兩種或更多種壓縮氣體的摻合物輸送到接收容器的設(shè)備，所述設(shè)備包括 (i)容納第一壓縮氣體的一個或多個壓縮氣體儲存容器； ( )第一調(diào)壓式流量控制閥， 所述第一調(diào)壓式流量控制閥在下游與容納所述第一壓縮氣體的所述一個或多個壓縮氣體儲存容器處于流體流連通； (iii)第一臨界流文丘里管，所述第一臨界流文丘里管在下游與所述第一調(diào)壓式流量控制閥處于流體流連通； (iv)容納第二壓縮氣體的一個或多個壓縮氣體儲存容器； (v)第二調(diào)壓式流量控制閥，所述第二調(diào)壓式流量控制閥在下游與容納所述第二壓縮氣體的所述一個或多個壓縮氣體儲存容器處于流體流連通； (vi)第二臨界流文丘里管，所述第二臨界流文丘里管在下游與所述第二調(diào)壓式流量控制閥處于流體流連通；以及 (vii)混合接合部，所述混合接合部在下游與所述第一臨界流文丘里管處于流體流連通并且也在下游與所述第二臨界流文丘里管處于流體流連通，以用于接收所述第一壓縮氣體和所述第二壓縮氣體，所述混合接合部在上游與所述接收容器處于流體流連通； 其中所述第一壓縮氣體和所述第二壓縮氣體具有不同的組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其特征在于，還包括 第一流量計，所述第一流量計操作地設(shè)置在容納所述第一壓縮氣體的所述一個或多個壓縮氣體儲存容器和所述接收容器之間，以用于獨(dú)立于所述第二壓縮氣體的流率而測量所述第一壓縮氣體的流率；以及 第二流量計，所述第二流量計操作地設(shè)置在容納所述第二壓縮氣體的所述一個或多個壓縮氣體儲存容器和所述接收容器之間，以用于獨(dú)立于所述第一壓縮氣體的流率而測量所述第二壓縮氣體的流率。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，還包括 第一電流-壓力換能器，所述第一電流-壓力換能器操作地連接到所述第一調(diào)壓式流量控制閥上，以用于調(diào)整所述第一調(diào)壓式流量控制閥； 第二電流-壓力換能器，所述第二電流-壓力換能器操作地連接到所述第二調(diào)壓式流量控制閥上，以用于調(diào)整所述第二調(diào)壓式流量控制閥；以及 控制器，所述控制器操作地連接到所述第一流量計上以用于接收表示所述第一壓縮氣體的流率的信號，所述控制器操作地連接到所述第二流量計上以用于接收表示所述第二壓縮氣體的流率的另一個信號，所述控制器操作地連接到所述第一電流-壓力換能器和所述第二電流-壓力換能器上以用于將控制信號發(fā)送到所述第一電流-壓力換能器和所述第二電流-壓力換能器。
4.一種用于使用權(quán)利要求I的設(shè)備將兩種或更多種壓縮氣體的摻合物輸送到接收容器的工藝，所述工藝包括 (a)從容納所述第一壓縮氣體的所述一個或多個壓縮氣體儲存容器抽出所述兩種或更多種壓縮氣體中的所述第一壓縮氣體； (b)使步驟(a)中抽出的所述第一壓縮氣體傳送通過所述第一調(diào)壓式流量控制閥和在所述第一調(diào)壓式流量控制閥下游的所述第一臨界流文丘里管，所述第一壓縮氣體在扼流條件下傳送通過所述第一臨界流文丘里管，從而控制所述第一壓縮氣體的質(zhì)量流率； (C)從容納所述第二壓縮氣體的所述一個或多個壓縮氣體儲存容器抽出所述兩種或更多種壓縮氣體中的所述第二壓縮氣體； (d)使步驟(C)中抽出的所述第二壓縮氣體傳送通過所述第二調(diào)壓式流量控制閥和在所述第二調(diào)壓式流量控制閥下游的所述第二臨界流文丘里管，所述第二壓縮氣體在扼流條件下傳送通過所述第二臨界流文丘里管，從而控制所述第二壓縮氣體的質(zhì)量流率； (e)將來自步驟(b)的所述第一壓縮氣體與來自步驟(d)的所述第二壓縮氣體摻合以形成所述摻合物；以及 (f)將所述摻合物輸送到所述接收容器，而不控制到所述接收容器的所述摻合物的壓力斜坡變化速率。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的工藝，其特征在于，還包括 測量所述第一壓縮氣體的流率以獲得所述第一壓縮氣體的測量流率； 測量所述第二壓縮氣體的流率以獲得所述第二壓縮氣體的測量流率；以及 響應(yīng)于所述第一壓縮氣體的測量流率和所述第二壓縮氣體的測量流率，調(diào)整所述第一調(diào)壓式流量控制閥和所述第二調(diào)壓式流量控制閥中的至少一個。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的工藝，其特征在于，還包括 基于所述第一壓縮氣體的測量流率和所述第二壓縮氣體的測量流率，計算所述摻合物的累積摻合比；以及 將所述摻合物的計算累積摻合比與所述摻合物的目標(biāo)累積摻合比進(jìn)行比較； 其中，所述第一調(diào)壓式流量控制閥和所述第二調(diào)壓式流量控制閥中的至少一個被調(diào)整以使所述摻合物的計算累積摻合比保持在所述摻合物的所述目標(biāo)累積摻合比的指定容差內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的工藝，其特征在于，依次從容納所述第一壓縮氣體的所述一個或多個壓縮氣體儲存容器中的第一壓縮氣體儲存容器并且隨后從容納所述第一壓縮氣體的所述一個或多個壓縮氣體儲存容器中的第二壓縮氣體儲存容器抽出所述第一壓縮氣體，從容納所述第一壓縮氣體的所述第一壓縮氣體儲存容器的抽出終止于壓力P1處，并且從容納所述第一壓縮氣體的所述第二壓縮氣體儲存容器的抽出開始于壓力P2處，其中PAP1。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的工藝，其特征在于，依次從容納所述第二壓縮氣體的所述一個或多個壓縮氣體儲存容器中的第一壓縮氣體儲存容器并且隨后從容納所述第二壓縮氣體的所述一個或多個壓縮氣體儲存容器中的第二壓縮氣體儲存容器抽出所述第二壓縮氣體，從容納所述第二壓縮氣體的所述第一壓縮氣體儲存容器的抽出終止于壓力P3處，并且從容納所述第二壓縮氣體的所述第二壓縮氣體儲存容器的抽出開始于壓力P4處，其中P4>P3。
9.一種用于將兩種或更多種壓縮氣體的摻合物輸送到接收容器的工藝，所述工藝包括 (a)從容納第一壓縮氣體的一個或多個壓縮氣體儲存容器抽出所述兩種或更多種壓縮氣體中的所述第一壓縮氣體； (b)使步驟(a)中抽出的所述第一壓縮氣體傳送通過第一調(diào)壓式流量控制閥和在所述第一調(diào)壓式流量控制閥下游的第一臨界流文丘里管，所述第一壓縮氣體在扼流條件下傳送通過所述第一臨界流文丘里管，從而控制所述第一壓縮氣體的質(zhì)量流率； (C)從容納第二壓縮氣體的一個或多個壓縮氣體儲存容器抽出所述兩種或更多種壓縮氣體中的所述第二壓縮氣體； (d)使步驟(C)中抽出的所述第二壓縮氣體傳送通過第二調(diào)壓式流量控制閥和在所述第二調(diào)壓式流量控制閥下游的第二臨界流文丘里管，所述第二壓縮氣體在扼流條件下傳送通過所述第二臨界流文丘里管，從而控制所述第二壓縮氣體的質(zhì)量流率； (e)將來自步驟(b)的所述第一壓縮氣體與來自步驟(d)的所述第二壓縮氣體摻合以形成摻合物；以及 (f)將所述摻合物輸送到所述接收容器，而不控制到所述接收容器的所述摻合物的壓力斜坡變化速率； 其中所述第一壓縮氣體和所述第二壓縮氣體具有不同的組成。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的工藝，其特征在于，還包括 測量所述第一壓縮氣體的質(zhì)量流率以獲得所述第一壓縮氣體的測量質(zhì)量流率； 測量所述第二壓縮氣體的質(zhì)量流率以獲得所述第二壓縮氣體的測量質(zhì)量流率；以及 響應(yīng)于所述第一壓縮氣體的測量質(zhì)量流率和所述第二壓縮氣體的測量質(zhì)量流率，調(diào)整所述第一調(diào)壓式流量控制閥和所述第二調(diào)壓式流量控制閥。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的工藝，其特征在于，還包括 基于所述第一壓縮氣體的測量流率和所述第二壓縮氣體的測量流率，計算所述摻合物的累積摻合比；以及 將所述摻合物的計算累積摻合比與所述摻合物的目標(biāo)累積摻合比進(jìn)行比較； 其中，所述第一調(diào)壓式流量控制閥和所述第二調(diào)壓式流量控制閥中的至少一個被調(diào)整以使所述摻合物的計算累積摻合比保持在所述摻合物的所述目標(biāo)累積摻合比的指定容差內(nèi)。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的工藝，其特征在于，依次從容納所述第一壓縮氣體的所述一個或多個壓縮氣體儲存容器中的第一壓縮氣體儲存容器并且隨后從容納所述第一壓縮氣體的所述一個或多個壓縮氣體儲存容器中的第二壓縮氣體儲存容器抽出所述第一壓縮氣體，從容納所述第一壓縮氣體的所述第一壓縮氣體儲存容器的抽出終止于壓力P1處，并且從容納所述第一壓縮氣體的所述第二壓縮氣體儲存容器的抽出開始于壓力4，其中PAP1。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的工藝，其特征在于，依次從容納所述第二壓縮氣體的所述一個或多個壓縮氣體儲存容器中的第一壓縮氣體儲存容器并且隨后從容納所述第二壓縮氣體的所述一個或多個壓縮氣體儲存容器中的第二壓縮氣體儲存容器抽出所述第二壓縮氣體，從容納所述第二壓縮氣體的所述第一壓縮氣體儲存容器的抽出終止于壓力P3處，并且從容納所述第二壓縮氣體的所述第二壓縮氣體儲存容器的抽出開始于壓力P4處，其中P4〉P3。
全文摘要
本發(fā)明涉及摻合壓縮氣體。一種壓縮氣體輸送系統(tǒng)和用于使用該壓縮氣體輸送系統(tǒng)的工藝，其中，壓縮氣體從壓縮氣體儲存容器被抽出，傳送通過調(diào)壓式流量控制閥和臨界流文丘里管，以在分配摻合物之前控制形成壓縮氣體的摻合物的壓縮氣體的質(zhì)量流率。
文檔編號B01F15/04GK102861520SQ201210230719
公開日2013年1月9日 申請日期2012年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月6日
發(fā)明者J.P.科亨 申請人:氣體產(chǎn)品與化學(xué)公司