專利名稱：用于cng站和機動車輛燃料補給的帶有入口增壓器的往復壓縮機的制作方法
技術領域：
0001本發明一般涉及用于機動車輛燃料補給的壓縮天然氣 (CNG)站的壓縮機，并更具體涉及用于CNG站的往復壓縮機的入口 增壓器。
背景技術：
0002多數傳統CNG站被定制地設計以用于特定的場地條^K 并必須在預定的入口氣壓和流量范圍內操作。這種站一般用長時間建 造，并且由于其為特定場地條件而設計所以難于從一個位置挪到另一 個位置。依照其它已知的CNG設計，場地條件被改造以通過采用入口 氣體調節器而滿足設備設計規格。由于壓縮機設計限制，這些站通常 需要因通過入口調節器而犧牲氣體壓力。在氣體通過入口調節器而被 減壓后，其在壓縮機內再次被加壓。這種設計的能量效率很低，因為 在壓縮機內再次壓縮之前氣體壓力被降低。定制設計和場地改造系統 一般是固定速度并且不允許流量控制。
發明內容
0003本發明提供入口增壓器以用于為機動車輛補給燃料的 CNG站的往復壓縮機。具體地，入口增壓器包含在前增壓器以升高進 入高壓壓縮機的入口壓力、增加最大流量吞吐量并提供流量調節控制。 入口增壓器包含氣體增壓器，其一般置于高壓壓縮機之前，以便解決 接受大范圍的氣體入口壓力的難題。通過在增壓器提供流量控制能力 并結合高壓壓縮機來實現控制氣流容量的能力。
0004作為示例，高壓壓縮機可以包含旋轉的、單螺桿、容積 式(positive-displacement)壓縮機，其包括驅動軸、具有六個螺旋槽的 主螺桿以及兩個平面星輪。在這種壓縮機中，驅動軸將旋轉運動傳遞給主螺桿，主螺桿驅動相互嚙合的星輪，從而通過使主螺桿內的螺旋 槽接合兩個星輪來實現氣體的壓縮。當螺桿旋轉，每個星輪的單獨指 掃過組螺桿的槽時，發生氣體壓縮。其它類型的高壓壓縮機可以在不 背離本發明范圍的情況下被采用。
0005依照本發明的優選實施例，天然氣壓縮系統包含氣體 入口組件，其用于天然氣進入到系統內；增壓器組件，其用于增加天 然氣的壓力；干燥組件，其用于干燥天然氣；壓縮機組件，其包括往 復壓縮機以用于進一步增加天然氣的壓力；閥門控制板和貯存組件； 以及分配組件。所述增壓器組件包括入口增壓器，其用于在所述天然 氣進入所述壓縮機組件前壓縮所述天然氣。此外，所述增壓器組件可 以包含在前增壓器以提高進入所述壓縮機組件的入口壓力，從而增加 所述系統的最大流量吞吐量并提供流量調節控制。所述增壓器組件可 以被配置成允許所述系統接受一定范圍的從Opsig (磅每平方英寸)到 200psig的不同場地氣體壓力。所述入口增壓器的容量可以被調節成控 制氣體壓縮容量以及功率消耗的量。
0006依照本發明的優選系統，所述增壓器組件可包含單個增 壓器或并行布置的多個增壓器。依照本發明，所述干燥組件包含由干 燥元素組成的單個塔或多個塔，所述干燥元素在飽和時具有再生能力； 并且所述壓縮機組件可包含單個高壓往復壓縮機。此外，閥門控制板 和忙存組件可包含一連串控制閥門，所述控制閥門引導氣體從所述壓 縮機組件流動到分配組件或本地(local)貯存容器。所述增壓器組件 包含氣體增壓器，所述氣體增壓器被置于所述高壓壓縮機之前并且也 被置于所述干燥組件之前以允許通過降低干燥組件的實際體積流量并 升高通過所述干燥組件的氣體壓力而得到更有效的設計。在本發明的 一些實施例中，所述增壓器組件、所述干燥組件以及所述壓縮機組件 被容納在設備殼體內，從而所述干燥組件被置于所述入口組件和所述 壓縮機組件之間。
0007依照本發明的另一個實施例， 一種天然氣壓縮系統包含 氣體入口組件，其用于天然氣進入到所述系統內；增壓器組件，其包 括在前入口增壓器以用于增加所述天然氣的壓力；干燥組件，其用于干燥所述天然氣，所述干燥組件包括由干燥元素組成的單個塔或多個 塔，所述干燥元素當飽和時具有再生能力；壓縮機組件，其包括單個 高壓往復壓縮機以用于進一步增加所述天然氣的壓力；閥門控制板和 貯存組件；以及分配組件。在操作中，所述在前入口增壓器升高進入 所述壓縮機組件的氣體入口壓力，從而增加所述系統的最大流量吞吐 量并提供流量調節控制。所述增壓器組件被配置成允許所述系統接受 從0 psig到200 psig的不同場地氣體壓力范圍。
0008依照本發明，所述入口增壓器的容量被調節成控制氣體 壓縮容量以及功率消耗的量。所述增壓器組件優選地被置于所述高壓 壓縮機之前。此外，所述增壓器組件被置于所述干燥組件之前以允許 通過降低干燥組件的實際體積流量并升高通過所述干燥組件的氣體壓 力而得到更有效的設計。依照一些實施例，所述增壓器組件、所述干 燥組件以及所述壓縮機組件被容納在設備殼體內，從而所述干燥組件 被置于所述入口組件和所述壓縮機組件之間。
0009本發明的其它特征和優勢通過下文對優選實施例的描述 并結合附圖將變得明顯，其中附圖通過示例說明本發明的原理。
0010本發明依照一個或多于一個不同的實施例并參考附圖被
詳細描述。提供這些附圖的目的是說明并且僅僅是描述本發明一般或 舉例的實施例。這些附圖被提供以便于讀者對本發明的理解并且不應 被理解為限制本發明的領域、范圍或適用性。應該注意為了簡單明確 地說明這些附圖，其并未按照比例顯示。
0011本文包括的一些附圖可以從不同角度說明本發明的不同
實施例。雖然所附描述文本可以涉及這類視圖，如"俯"視圖、"仰" 視圖或"側"視圖，這類參考僅是說明性的，除非明確說明，其并不 暗示或要求本發明用特定的空間朝向來實現或使用。
0012本發明的實施例將僅通過示例方式被描述，并參考下列 附圖，其中-
0013圖1是依照本發明原理說明具有入口增壓器設計的優選往復壓縮機系統的示意圖。
具體實施例方式
0014在下文的段落中，本發明將參考附圖通過示例被詳細描 述。通過此描述，顯示的優選實施例和示例應被認為是范例而不是限 制本發明。如本文描述，"本發明"表示本文描述發明的多個實施例中 的任意一個以及任意等價物。此外，涉及貫穿本文檔的"本發明"的 各種特征不意味著全部要求權利的實施例或方法必須包括這些涉及的 特征。
0015本發明針對用于機動車輛燃料補給的CNG站的往復壓縮 機的入口增壓器。具體地，本發明包括CNG站，其采用在前增壓器以 提高進入高壓壓縮機的入口壓力，從而增加站的最大流量吞吐量并提 供流量調節控制。通過這種手段，入口增壓器提供接受大范圍入口氣 體壓力條件并為壓縮天然氣補給站提供可調節流體容量的方法。換句 話說，通過增加本發明的入口增壓器，CNG站得到能夠接受大范圍不 同場地氣壓(如0psig到200psig)的靈活性。通過調節入口增壓器的 容量，站可以控制氣體壓縮容量以及能量消耗的量(電機或發動機)。
0016本發明主題是設計天然氣壓縮設備套件，其具有適應來 自本地氣體設施饋送氣體的大范圍入口氣體壓力以及提供可調氣流容 量以滿足不同負載要求并優化能量利用率的能力。入口增壓器包含氣 體增壓器，其一般被置于高壓壓縮機之前，從而解決接受大范圍氣體 入口壓力的難題。控制氣流容量的能力通過在增壓器上提供流量控制 能力并結合高壓壓縮機來實現。
0017參考圖l，依照本發明原理，優選的往復壓縮機系統100 被說明，其具有入口增壓器設計，其包含氣體入口組件110、增壓器組 件120、千燥組件130、壓縮機組件140、閥門控制板和貯存組件150 以及分配組件160。通過比較，傳統CNG站設計不具有增壓器組件這 一特性。增壓器組件120可以包含單個增壓器或可替代地包含并行布 置的多個增壓器。氣體入口組件110可以通過本地氣體設施公司被提 供在場地位置。此外，干燥組件130可以包含單個塔或多個塔的干燥元素，其本身在飽和后具有自動或人工再生的能力。
0018依照本發明原理，壓縮機組件140可以包含單個高壓往 復壓縮機或可代替地可包含并行布置的多個往復壓縮機。在說明的實 施例中，壓縮機組件包含旋轉的單螺桿容積式壓縮機，如威斯康辛州 Cudahy市的維爾特制造公司(Vilter Manufacturing Corporation) 商業生產的壓縮機。特定地，高壓壓縮機包含驅動軸、具有六個螺旋 槽的主螺桿以及兩個平面星輪。在操作中，驅動軸將旋轉運動傳遞給 主螺桿，其驅動相互嚙合的星輪，從而通過用主螺桿內的螺旋槽接合 兩個星輪來實現氣體的壓縮。當螺桿旋轉，每個星輪的單獨指掃過主 螺桿的槽時，發生氣體壓縮。
0019進一步參考圖1，閥門控制板和貯存組件150可以包含一 連串控制閥門，所述控制閥門引導從壓縮機組件140到分配組件160 或從壓縮機組件140到本地貯存容器的氣體流動。依照本發明，分配 組件160可以包含一個或更多分配器，如小負荷、中等負荷或傳輸型 分配器和/或定時(time-fill)供應分配機。
0020如上文說明，往復壓縮機系統100的增壓器組件120提 供了適應大范圍氣體入口壓力的能力以及控制壓縮機氣體流量的能 力。此外，增壓器組件120被布置在干燥組件130之前以允許更有效 的干燥機設計。傳統地，本地設施結合大的容器提供低氣體壓力從而 允許足夠的干燥成分以滿足壓縮機的流體要求。依照本發明，通過在 干燥組件130前放置氣體增壓器以及升高通過干燥機的氣體壓力，干 燥機的實際體積流量被降低。干燥機的實際體積流量可以按照每分鐘 實際立方英尺(ACFM)的單位來測量。
0021。依照本發明，增壓器組件120、干燥組件130和壓縮機 組件140可以被容納在設備殼體內或其它適合的殼體內。具體地，干 燥站130被置于入口增壓器120和高壓壓縮機140之間。干燥塔尺寸
以及關聯的管道可以通過經干燥機的干燥劑底板提供高壓氣體(來自 入口增壓器120)而減少，從而節約成本。設備殼體的一端可以含有一 般用途的控制組件，如在一端的電機控制中心(MCC)控制組件和域 可編程邏輯控制器(PLC)控制組件，其通過非穿孔墻壁的分隔方法與有害氣體區域分隔開一定距離。
0022在標準的CNG站中，本地氣體公司將天然氣供應傳輸到 場地并在場地建立儀器調節裝置(MSA)以測量傳輸到站的氣體的量。 這些傳統CNG站僅采用高壓壓縮機將來自本地氣體設施的天然氣從入 口壓力壓縮到約3600psig到4500psig的最終壓力。相比而言，本發明 的往復壓縮機系統100采用包含入口增壓器120的兩階段系統，該系 統用于在天然氣傳遞到高壓氣體壓縮機140 (第二階段)之前，將來自 本地氣體設施的入口氣體壓力增加到中間水平(第一階段)。特別地， 系統IOO通過使用入口增壓器120將氣體壓力升高到高壓壓縮機140 的最有效運行水平而實現更大的最大流體容量。
0023來自本地氣體設施的天然氣一般在約20psig到約60psig 的范圍。依照本發明原理，往復壓縮機系統100獲得來自本地設施的 天然氣并使其通過增壓器組件120。例如，增壓器組件120可包含由高 達近似250制動馬力(bhp)的電機驅動的可變容量的天然氣增壓器， 其中增壓器將天然氣壓力升高到200psig (第一階段)。在這一點，天 然氣進入干燥機組件130，該干燥機組件130可以包含干燥劑塔以用于 從天然氣蒸汽中脫離水分。干燥的天然氣隨后進入壓縮機組件140，該 壓縮機組件140可以包含由約250bhp到300bhp的另一個電機驅動的 高壓壓縮機，從而將天然氣壓力升高到近似4500psig (第二階段)。高 壓天然氣隨后被儲存在一個或更多貯存容器中，或被直接分配給天然 氣車輛(NGV)。
0024依照本發明，入口增壓器容量可以基于系統負載和運行 時間而選擇性地在0%到100%之間變化。高壓壓縮機140可以被設計 成接受從本地氣體設備水平(如低到0psig)到增壓器之后水平(約 200psig)的出口壓力范圍。此外，往復壓縮機系統100的總流體容量 可以被調節成從低到65每分鐘標準立方英尺(scfin)到超過1000scfin。
0025本文描述的帶有比傳統系統更少設備的往復壓縮機系統 100可以達到與傳統系統相同的流量容積，而其中傳統系統需要多個高 壓壓縮機以達到相同的流量要求，從而本系統能夠顯著地減少設備容 積成本以及場地安裝成本。此外，系統100通過采用入口增壓器120來適應不同的本地設施天然氣壓力，從而允許高壓壓縮機140在其最 大允許設定下運行。進一步的成本降低是通過在干燥機站之前設置入 口增壓器120來實現的，這樣更高壓的氣體進入干燥機干燥劑底板， 并且干燥塔尺寸和相關聯的管道可以減小。
0026因此，可以看出，提供了一種用于機動車輛燃料補給的 CNG站的往復壓縮機的入口增壓器。本領域技術人員可以看出本發明 可通過除上述多種實施例和優選實施例以外的方法來實現，其中上述 實施例在本文中僅為說明目的并且不作為限制；同時本發明僅被所附 的權利要求書限制。應注意本文討論的具體實施例的等價物同樣可以 實現本發明。
0027通過上文對本發明不同實施例的描述，可以理解其僅用 于示例目的而不是限制。同樣，不同圖表可以描述本發明的示例結構 或其他配置，所述圖標被提供以助于理解本發明可能包括的特征和功 能。本發明不限于說明的示例結構或配置，而且需要的特征可以使用 多種代替的結構和配置來實現。當然，本領域技術人員可以看出替代 的功能、邏輯或物理劃分以及配置如何被用來實現本發明需要的所需 特征。同樣，除本文說明之外的眾多不同的構造模塊名稱也可以用于 各部分。此外，關于流程圖、操作描述和方法權項，除明確說明外， 本文提出的步驟不應要求實施的各種實施例以相同的循序執行功能。
0028雖然本發明通過上文的多個示例性實施例和實施方式描 述，應該理解在一個或更多單獨實施例中描述的多個特征、方面和功 能不限于其對于所描述特定實施例的適用性。相反地，可以在本發明 的一個或更多實施例中采用本發明實施例和特征的單獨或多種組合， 而無論該實施例是否被描述并且無論該特征是否被表現為所描述實施 例的一部分。因此本發明的寬度和范圍不應被限制于上文描述的示例 性實施例中。
0029本文本中的詞條和短語及其多種變形，除非明確說明， 均應被理解為開放式的而不是相反的限制性的。例如上文所述詞條"包 括"應被理解為"包括但不限于"或類似含義；詞條"示例"被用于 提供所討論內容的示例性實例，而不是排他或限制列舉；詞條"一個"應被認為"至少一個"、"一個或多個"或類似含義；并且形容詞"一 般的"、"傳統的"、"通常"、"標準"、"已知"以及類似含義不應被理 解為限制描述的內容到給定的時間段或僅在給定時間段內可用，相反 應被理解為包括現在可用或已知并在將來任何時間一般、傳統、通常 或標準技術。同樣，本文件提及的技術應被本領域技術人員理解或知 曉，這類技術包含技術人員現在或在未來任何時間理解或知曉的技術。0030除非有明確的說明， 一組物件通過連接詞"和"相連不 應認為是需要這一組物件中出現的每個或全部，但應被理解為"和/或"。 同樣，除非有明確說明， 一組物件通過連詞"或"不應被認為是需要
在組中相互排斥，而應理解為"和/或"。此外，雖然本發明物件、元素 或組件可以被單獨描述或要求權利，復數同樣被預期處于本發明范圍 內，除非有明確的說明或限制。
0031在一個實例中寬范圍詞語或短語的存在，如"一個或多 個"、"至少"、"但不限于"或其他類似短語，不應被理解為在未用這 些詞匯的示例中試圖或要求較窄的情況。詞條"模塊"不暗示作為模 塊部分的描述或要求權利的組件或功能部分被全部配置為單個封裝。 當然，模塊的多個或全部各種組件，無論控制邏輯或其它組件可被組 合到單個包裝或保持獨立并被進一步分配到多個地點。
0032此外，本文通過示例性框圖、流程圖或其它圖表說明多 個實施例。可以看出本領域技術人員在閱讀文檔后，說明的實施例和 其多個替代物可以被實現而不僅限于說明的示例。例如，框圖和它們 相應的描述不應限制特定的結構或配置。
權利要求
1.一種天然氣壓縮系統，其包含氣體入口組件，其用于天然氣進入到所述系統內；增壓器組件，其用于增加所述天然氣的壓力；干燥組件，其用于干燥所述天然氣；以及壓縮機組件，其包括往復壓縮機以用于進一步增大所述天然氣的壓力。
2. 根據權利要求1所述系統，其中所述增壓器組件包括入口增壓器，其用于在所述天然氣進入所述壓縮機組件前壓縮所述天然氣。
3. 根據權利要求1所述系統，其中所述增壓器組件包含在前增壓器以提高進入所述壓縮機組件內的入口壓力，從而增加所述系統的最大流量吞吐量并提供流量調節控制。
4. 根據權利要求1所述系統，其中所述增壓器組件被配置成允許所 述系統接受不同場地氣體壓力的范圍。
5. 根據權利要求1所述系統，其中所述入口增壓器的容量被調節成控制氣體壓縮容量以及功率消耗的量。
6. 根據權利要求1所述系統，其中所述增壓器組件包含單個增壓器。
7. 根據權利要求1所述系統，其中所述增壓器組件包含并行布置的多個增壓器。
8. 根據權利要求1所述系統，其中所述干燥組件包含單個塔或多個塔的干燥元素，所述干燥元素在飽和時具有再生能力。
9. 根據權利要求1所述系統，其中所述壓縮機組件包含單個高壓往復壓縮機或多個高壓往復壓縮機。
10. 根據權利要求l所述系統，進一步包含閥門控制板和貯存組件，該閥門控制板和貯存組件包含一連串控制閥門，所述控制閥門弓I導從所述壓縮機組件到分配組件或到本地貯存容器的氣體流動。
11. 根據權利要求1所述系統，其中所述增壓器組件包含氣體增壓器，所述氣體增壓器被置于所述高壓增壓器之前。
12. 根據權利要求1所述系統，其中所述增壓器組件被置于所述干燥組件之前以允許通過降低所述干燥組件的實際體積流量并升高通過所述千燥組件的氣體壓力而得到更有效的設計。
13. 根據權利要求1所述系統，其中所述增壓器組件、所述干燥組件以及所述壓縮機組件被容納在設備殼體內，以便所述干燥組件被置于所述入口組件和所述壓縮機組件之間。
14. 一種天然氣壓縮系統，包含氣體入口組件，其用于天然氣進入到所述系統內；增壓器組件，其包括在前入口壓縮機以用于增加所述天然氣的壓力；干燥組件，其用于干燥所述天然氣，所述干燥組件包括單個塔或多個塔的干燥元素，所述干燥元素當飽和時具有再生能力；以及壓縮機組件，其包括單個或多個高壓往復壓縮機以用于進一步增加所述天然氣的壓力。
15. 根據權利要求14所述系統，其中所述在前入口增壓器升高進入所述壓縮機組件內的氣體入口壓力，從而增加所述系統的最大流量吞吐量并提供流量調節控制。
16. 根據權利要求14所述系統，其中所述增壓器組件被配置成允許所述系統接受不同場地氣體壓力的范圍。
17. 根據權利要求14所述系統，其中所述入口增壓器的容量被調節 成控制氣體壓縮容量以及功率消耗的量。
18. 根據權利要求14所述系統，其中所述增壓器組件被置于所述高 壓壓縮機之前。
19. 根據權利要求14所述系統，其中所述增壓器組件被置于所述干 燥組件之前以允許通過降低所述干燥組件的實際體積流量并升高通過所 述干燥組件的氣體壓力而得到更有效的設計。
20. 根據權利要求14所述系統，其中所述增壓器組件、所述干燥組 件以及所述壓縮機組件被容納在設備殼體內，以便所述干燥組件被置于 所述入口組件和所述壓縮機組件之間。
全文摘要
本發明提供一種天然氣壓縮系統，其包含氣體入口組件，其用于天然氣進入到系統內；增壓器組件，其用于增加天然氣的壓力；干燥組件，其用于干燥天然氣；壓縮機組件，其包括往復壓縮機以用于進一步增加天然氣的壓力；閥門控制板和貯存組件；以及分配組件。
文檔編號F25J1/00GK101646913SQ200880004874
公開日2010年2月10日 申請日期2008年1月15日 優先權日2007年2月16日
發明者D·丁 申請人:清潔能源燃料公司