用于混合機(jī)動車輛的吸附天然氣燃料系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】用于混合機(jī)動車輛的吸附天然氣燃料系統(tǒng)
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本申請要求2012年7月24日提交的美國臨時申請?zhí)?1/675, 039的優(yōu)先權(quán)，所述 申請的全部內(nèi)容據(jù)此以引用的方式并入本文。 技術(shù)背景
[0003] 天然氣、壓縮天然氣（CNG)是用于車輛的其它化石燃料的更清潔替代物。盡管天 然氣與汽油相比具有成本優(yōu)勢，但天然氣動力汽車在車輛市場進(jìn)展有限，主要是在行駛距 離有限并且中央充裝站使其方便又經(jīng)濟(jì)的車隊(duì)中。更廣泛地采用天然氣作為非車隊(duì)車輛的 燃料由于缺乏燃料加注基礎(chǔ)設(shè)施而受限，或換句話說，天然氣燃料加注存在分配問題。這在 業(yè)內(nèi)也被稱為雞和蛋的問題。沒有CNG汽車是因?yàn)闆]有燃料加注基礎(chǔ)設(shè)施，并且沒有燃料 加注基礎(chǔ)設(shè)施是因?yàn)闆]有CNG動力汽車。缺乏燃料加注基礎(chǔ)設(shè)施對于車輛所有者造成兩個 問題。首先，可能無法在車輛所有者的家附近給汽車加燃料。第二，如果車輛行駛到離燃料 加注源太遠(yuǎn)處，那么車輛所有者將陷于困境，這有時被稱為里程焦慮。另外，由于CNG固有 的燃料密度相對于汽油來說較低（CNG是汽油的燃料密度的約1/3)，當(dāng)前CNG車輛具有有 限的行駛里程。為了解決里程焦慮問題，主要汽車制造商已經(jīng)引入雙燃料汽車。雙燃料車 輛允許在一段時間內(nèi)用天然氣給發(fā)動機(jī)供應(yīng)燃料，然后切換成汽油，以進(jìn)行更長的行程；雙 燃料車輛的CNG里程一般小于只用CNG加燃料的車輛。因此，分配問題只會加劇，這是因?yàn)?在雙燃料汽車中的CNG儲罐的充裝之間存在更短的行駛里程。因此，如果雙燃料汽車所有 者想要利用廉價的天然氣，那么他們將不得不更頻繁地裝滿并且因此需要甚至更多可能的 充裝站。另外，必須以更高的頻率充裝雙燃料CNG，以便利用更低成本的天然氣，這使得CNG 不便于使用。
[0004] CNG通常在高壓（3000psi至4000psi或205巴至275巴）下儲存在鋼容器或復(fù)合 容器中。CNG燃料儲罐比常規(guī)的汽油燃料儲罐更大并且更貴。CNG汽車的燃料加注站與汽 油和柴油加油站不同，因?yàn)镃NG站分配高壓氣體。CNG站的大小和設(shè)計(jì)必須適應(yīng)將在這些場 所加燃料的車輛的燃料需求和形式。CNG站包括如氣體干燥器和高壓儲存系統(tǒng)的獨(dú)特組件 并且被建造成符合專門針對高壓氣體制訂的規(guī)范。希望提供對分配問題的解決方案，以使 得CNG能夠用作車輛的主要燃料。 發(fā)明概要
[0005] 本發(fā)明的實(shí)施方案將天然氣壓縮機(jī)并入車輛中以便將未壓縮的天然氣壓縮到含 有天然氣吸附劑的儲罐中。
[0006] 本發(fā)明的第一實(shí)施方案針對一種雙燃料車輛，所述雙燃料車輛包括由汽油燃料和 在最小天然氣軌道壓力下供應(yīng)的天然氣燃料兩者提供動力的內(nèi)燃機(jī)。天然氣儲罐含有位于 車輛上的天然氣吸附劑。天然氣儲罐在處于IOOpsia至700psia的范圍內(nèi)的天然氣壓力下 是滿的。吸附劑上所吸附的天然氣和天然氣儲罐通過天然氣燃料管線與發(fā)動機(jī)流動連通。 汽油儲罐含有通過汽油燃料管線與發(fā)動機(jī)流動連通的汽油?？刂葡到y(tǒng)調(diào)節(jié)汽油和天然氣到 發(fā)動機(jī)的流動。壓縮機(jī)與天然氣儲罐和天然氣燃料管線流動連通。當(dāng)發(fā)動機(jī)正在運(yùn)轉(zhuǎn)時， 壓縮機(jī)維持天然氣的壓力處于或高于最小天然氣軌道壓力。
[0007] 第二實(shí)施方案還包括與天然氣儲罐和壓縮機(jī)流動連通的天然氣充裝管線。
[0008] 在第三實(shí)施方案中，修改第一或第二實(shí)施方案，其中天然氣儲罐含有一定數(shù)量的 天然氣以便提供車輛的100英里或更少的運(yùn)行里程。
[0009] 在第四實(shí)施方案中，修改第一至第三實(shí)施方案，其中天然氣儲罐含有一定數(shù)量的 天然氣以便提供車輛的50英里或更少的運(yùn)行里程。
[0010] 在第五實(shí)施方案中，修改第一至第四實(shí)施方案，其中控制系統(tǒng)包括開關(guān)控制模塊， 所述開關(guān)控制模塊使供應(yīng)給發(fā)動機(jī)的燃料從天然氣燃料變成汽油燃料。
[0011] 在第六實(shí)施方案中，修改第五實(shí)施方案，其中控制系統(tǒng)包括傳感器，所述傳感器基 于預(yù)先確定的事件將信號發(fā)送至控制系統(tǒng)以便啟動開關(guān)控制模塊。
[0012] 在第七實(shí)施方案中，修改第六實(shí)施方案，其中所述預(yù)先確定的事件包括車輛的快 速加速。
[0013] 在第八實(shí)施方案中，修改第六實(shí)施方案，其中所述預(yù)先確定的事件包括低壓力閾 值。
[0014] 在第九實(shí)施方案中，修改第二至第八實(shí)施方案，其中控制系統(tǒng)包括充裝控制模塊， 所述充裝控制模塊與充裝壓力傳感器通信以便在天然氣儲罐的充裝期間控制所述儲罐的 壓力。
[0015] 在第十實(shí)施方案中，修改第九實(shí)施方案，其中控制系統(tǒng)包括運(yùn)轉(zhuǎn)控制模塊，所述運(yùn) 轉(zhuǎn)控制模塊與運(yùn)轉(zhuǎn)壓力傳感器和壓縮機(jī)連通以便在發(fā)動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)期間控制天然氣的壓力。
[0016] 在第^ 實(shí)施方案中，修改第十實(shí)施方案，其中天然氣儲罐在150psia至500psia 范圍內(nèi)是滿的。
[0017] 在第十二實(shí)施方案中，修改第二至第十一實(shí)施方案，其中充裝壓縮機(jī)裝在車輛上。
[0018] 在第十三實(shí)施方案中，修改第二至第十二實(shí)施方案，其中可通過使充裝管線連接 至常規(guī)家庭天然氣管線來再充裝天然氣儲罐。
[0019] 第十四實(shí)施方案針對給雙燃料車輛加燃料的方法，所述雙燃料車輛包括汽油儲罐 和含有天然氣吸附劑的天然氣儲罐。使氣體供應(yīng)源連接至車輛上與天然氣儲罐和壓縮機(jī)流 動連通的充裝管線。使天然氣儲罐充裝至700psia或更小的壓力。
[0020] 在第十五實(shí)施方案中，修改第十四實(shí)施方案，其中所述壓力為500psia或更小。
[0021] 在第十六實(shí)施方案中，修改第十四和第十五實(shí)施方案，其中至少一個壓縮機(jī)位于 車輛上，所述至少一個壓縮機(jī)允許低壓天然氣源添加至含有吸附劑的儲罐并且允許所述儲 罐加壓至所需壓力。
[0022] 在第十七實(shí)施方案中，修改第十六實(shí)施方案，其中壓縮機(jī)由車輛提供機(jī)械動力或 電動力。
[0023] 在第十八實(shí)施方案中，修改第十六實(shí)施方案，其中在汽車發(fā)動機(jī)不運(yùn)轉(zhuǎn)時，壓縮機(jī) 可由電力提供動力。
[0024] 在第十九實(shí)施方案中，修改第十八實(shí)施方案，其中所述電力是由電池提供。
[0025] 在第二十實(shí)施方案中，修改第十四至第十九實(shí)施方案，其中調(diào)節(jié)器用來控制在發(fā) 動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時從吸附劑儲罐到發(fā)動機(jī)的加壓氣體輸送。
[0026] 在第二十一實(shí)施方案中，修改第十四至第二十實(shí)施方案，其中在充裝后，天然氣儲 罐含有一定數(shù)量的天然氣，所述數(shù)量的天然氣允許汽車運(yùn)轉(zhuǎn)不超過1〇〇英里。
[0027] 在第二十二實(shí)施方案中，修改第一至第二^^一實(shí)施方案，其中吸附劑選自由活性 炭、沸石、金屬有機(jī)架構(gòu)及其混合物組成的組。
[0028] 第二十三實(shí)施方案針對運(yùn)行雙燃料車輛的方法，所述雙燃料車輛包括汽油儲罐和 含有天然氣吸附劑的天然氣儲罐。使氣體供應(yīng)源連接至車輛上與天然氣儲罐和壓縮機(jī)流動 連通的充裝管線。用天然氣將天然氣儲罐充裝至700psia或更小的壓力。使由天然氣提供 動力的車輛行駛小于1〇〇英里的有限里程，從而減小儲罐中的壓力。通過重復(fù)第一步驟來 再充裝天然氣儲罐。
[0029] 在第二十四實(shí)施方案中，修改第二十三實(shí)施方案，其中天然氣儲罐中的壓力在再 充裝天然氣儲罐之前下降為處于約5psia至約20psia范圍內(nèi)的值。
[0030] 附圖簡述
[0031] 圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的雙燃料車輛的示意性表示；
[0032] 圖2示出圖1的處于天然氣燃料加注模式的車輛；
[0033] 圖3示出圖1的用天然氣燃料運(yùn)轉(zhuǎn)的車輛；以及
[0034] 圖4示出圖1的用汽油運(yùn)轉(zhuǎn)的車輛。
【具體實(shí)施方式】
[0035] 在描述本發(fā)明的若干示例性實(shí)施方案之前，應(yīng)了解，本發(fā)明不限于以下描述中所 闡述的構(gòu)建步驟或處理步驟的細(xì)節(jié)。本發(fā)明能夠具有其它實(shí)施方案且能夠以各種方式實(shí)施 或進(jìn)行。
[0036] 當(dāng)壓縮天然氣（CNG)被吸附于包括活性炭和金屬有機(jī)架構(gòu)（MOF)的各種材料上 時，CNG可在35巴（500psi)下作為吸附天然氣（ANG)以較低壓力儲存在儲罐中。以與CNG 類似或大于CNG的能量密度儲存燃料。以此方式儲存燃料的益處是，車輛可從天然氣管網(wǎng) 補(bǔ)給燃料而無需額外的氣體壓縮。此外，可使燃料儲罐縮小并且由強(qiáng)度更低的更輕型材料 制成。
[0037] 定義
[0038] 單詞"包括"（comprising)、"具有"（having)、"含有"（containing)以及"包 括" (including)及其其它形式意圖具有同等含義上并且是開放性的，接在這些單詞中的任 何一個后面的一個或多個事項(xiàng)不意味這樣一個或多個事項(xiàng)的詳盡列舉，也不意味著僅限于 所列的一個或多個事項(xiàng)。
[0039] 術(shù)語"沸石"是指具有微孔結(jié)構(gòu)的水合鋁硅酸鹽材料并且包括天然類型和合成類 型兩者。
[0040] 短語"金屬有機(jī)架構(gòu)"是指由金屬離子或金屬團(tuán)簇組成的晶體化合物，所述金屬離 子或金屬團(tuán)簇與通常是剛性的有機(jī)分子配位以形成可以是多孔的一維、二維或三維結(jié)構(gòu)。
[0041] 短語"天然氣"是指從石油井產(chǎn)生的或通過有機(jī)材料的厭氧消化所產(chǎn)生的氣體，所 述有機(jī)材料的組成主要是甲烷CH4,但它可含有其它烴類。
[0042] 短語"活性炭"是指具有極細(xì)孔的一種形式的炭，其主要用于吸附氣體或溶質(zhì)，如 同在用于提純、脫臭和脫色的各種過濾器系統(tǒng)中一樣。
[0043] 術(shù)語"儲罐"是指用于保存液體或氣體的貯藏器、容器或結(jié)構(gòu)。
[0044] 術(shù)語"車輛"是指所有形式的移動運(yùn)輸工具，包括汽車