转移气体的方法和设备

技术领域

本发明涉及用于转移气体的方法和设备。

背景技术

当给氢动力车辆或机器加燃料时，氢气被从高压储存容器转移到接收容器或者在汽车或机器中的容器。向接收容器中添加气体压缩接收容器中的气体导致温度的提高。对于快速加燃料，快速向接收容器添加气体导致接收容器中气体的迅速压缩，造成该容器中的高气体温度，因为压缩过程中生成的热量没有足够的时间通过容器壁消散。接收容器中气体的高温会导致接收容器壁的弱化或损坏。因此，接收容器的寿命通过接收容器中的高气体温度而减少。例如，如果接收容器是轻型复合气缸，如果气缸内的气体温度超过85℃，这种气缸就会遭到损坏。额外地，随着时间的推移，接收容器内气体的高温会减少，直到温度与周围环境的较冷温度达到平衡状态。因此，接收容器中的气压减少并且由此储存在接收容器中的气体质量低于接收容器的最大容量。

为了避免接收容器中的高气体温度，可以限制气体添加到容器中的速率。这可以通过分阶段充注接收容器来实现，通过向接收容器中添加一定量的气体，然后等待气体转移生成的热量通过容器壁以及通过传导、对流或散热从容器外表面消散。一旦热量充分消散，就可以向接收容器中添加更多的气体。这一过程导致缓慢的加燃料速度。

替代地，氢气可以在被转移到接收容器之前被冷却。典型地，在转移到接收容器中之前，气体可以被冷却到0℃和-40℃之间。这允许氢动力汽车或机器的快速加燃料。制冷循环可以被用于通过热交换器冷却氢气。然而，以这种方式急冷氢气是耗能的，因为氢气具有14.3kJ/kgK的高比热容。这种问题不是氢气独有的，并且也可能与其他压缩气体有关。

本发明的实施例的目的是至少缓解现有技术中的一个或更多个问题。具体而言，本发明提供一种用于改善在转移到接收容器期间冷却气体的方法和设备。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种转移气体的方法。该方法包括：

膨胀具有第一温度的工艺气体，以产生具有大于第一温度的第二温度的第一体积的工艺气体，和具有小于第一温度的第三温度的第二体积的工艺气体；以及

使用活塞气体将第二体积的工艺气体中的至少一些移位到接收容器中，其中活塞气体与工艺气体是相同类型的。

在某些实施例中，膨胀工艺气体可以包括将一部分工艺气体膨胀到接收容器中以产生停留在接收容器中的第一体积。

该方法可以包括膨胀具有大于第一温度的第四温度的第一气体，以产生第一体积的第一气体和具有第一温度的第二体积的第一气体，其中工艺气体包括第一体积的第一气体。

该方法可以包括在使用活塞气体将第二体积的工艺气体中的至少一些移位到接收容器中之前，将第二体积的工艺气体储存在容器中，其中容器与周围环境热绝缘或者容器与第二体积的工艺气体热绝缘。

在某些实施例中，第二体积的工艺气体可以具有与接收容器基本上相同的压力。

该方法可以包括通过移位第一气体来提供工艺气体，其中第一气体和工艺气体处于基本上相同的压力下。

在某些实施例中，第一体积的工艺气体中的至少一些可以在其停留在接收容器或容器中之前被冷却。该方法可以包括在工艺气体停留在接收容器或容器中之前使用热交换器冷却第一体积的工艺气体中的至少一些。

在某些实施例中，使用活塞气体将第二体积的工艺气体中的至少一些移位到接收容器中可以包括使用活塞气体以引起第二体积的工艺气体中的至少一些根据塞流状态基本上流动到接收容器中，从而最小化第一和第二体积的工艺气体之间的轴向热传递。

可以提供一系列细长构件，引起第二体积的工艺气体中的至少一些沿着这些细长构件流动，使得径向流动受到抑制。

可以在工艺气体和活塞气体之间的一系列细长构件中提供浮子。

一系列细长构件可以包括成束的细长构件。该系列细长构件可以包括彼此嵌装的一系列细长构件。

工艺气体和活塞气体可以各自是压缩气体。压缩气体可以包括氧气、氮气、氩气、氦气、氢气、压缩天然气、甲烷及其混合物中的一种。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于将气体转移到接收容器的设备。该设备包括：

辅助容器，其用于容纳辅助气体；

第一容器；以及

第二容器，其选择性地流体地连接到第一容器；以及；

其中第一容器包括选择性地流体地连接到接收容器的开口；

其中第一容器选择性地流体的连接到辅助容器，使得辅助气体可以从辅助容器流动到第一容器中，而不经过第二容器。

在某些实施例中，第一容器可以被配置为与周围环境或与第一容器内的一定体积的气体热绝缘。

第二容器可以被热联接到热交换器，该热交换器被布置成当一定体积的气体被包含在第二容器中时从一定体积的气体中去除热量。

第二容器可以选择性地流体地连接到辅助容器，使得辅助气体可以从辅助容器流动到第二容器中而不经过第一容器，并且其中第二容器包括选择性地流体地连接到接收容器的开口。

该设备可以包括在连接第一和第二容器的流体路径中的热交换器。该热交换器可以被配置为将气体冷却到环境空气温度。

该设备可以包括第三容器和第四容器；其中第三容器和第四容器各自包括选择性地流体地连接到接收容器的开口；其中第一、第二、第三和第四容器各自选择性地流体地连接到辅助容器，使得辅助气体可以从辅助容器流动到每个容器中，而不经过另一容器；并且其中第一和第四容器、第二和第三容器以及第三和第四容器选择性地彼此流体地连接式联接。

该设备可以包括至少一个热交换器，其被布置成从在第一、第二、第三和第四容器中的至少两个之间流动的一定体积的气体中去除热量。

至少一个热交换器可以被配置成将一定体积的气体冷却到环境空气温度。

该设备可以包括第一容器内的第一系列细长构件。

该设备可以包括第二容器内的第二系列细长构件。

该设备可以包括第一容器内的第一系列细长构件、第二容器内的第二系列细长构件、第三容器内的第三系列细长构件和第四容器内的第四系列细长构件。

该设备可以包括可在每个系列细长构件内移动的浮子。

每个系列的细长构件可以包括成束的细长构件。每个系列细长构件可以包括彼此嵌装的一系列细长构件。

附图说明

下面参考附图进一步描述本发明的实施例，其中：

图1示出了根据本发明实施例的转移气体的方法；

图2示意性地示出了用于实施图1的方法的设备；

图3示出了根据本发明另一实施例的转移气体的方法；

图4示意性地示出了根据本发明实施例的用于实施图3的方法的设备；

图5示出了根据本发明另一实施例的转移气体的方法；

图6示意性地示出了根据本发明实施例的用于实施图5的方法的设备；

图7示出了根据本发明另一实施例的转移气体的方法；

图8示意性地示出了根据本发明实施例的用于实施图7的方法的设备；

图9至图12示出了使用图8的设备转移气体的示例，图13示出了对比示例；

图14示意性地示出了根据本发明另一实施例的设备；以及

图15示出了根据本发明另一实施例的转移气体的方法。

具体实施方式

图1示出了根据本发明实施例的用于转移气体的方法，图2示出了用于图1的方法中的设备10的示例。

设备10包括辅助容器11、中间容器12和接收容器13。每个容器11、12、13被配置成接收并储存气体。中间容器12包括入口或第一开口14。辅助容器11选择性地流体地连接到中间容器12的入口14，使得流体路径15选择性地连接辅助容器11和中间容器12。中间容器12包括出口或第二开口16。该出口16选择性地流体地连接到接收容器13，使得流体路径17选择性地连接中间容器12和接收容器13。设备10可以包括阀18、19，用于控制沿着连接辅助和中间容器11、12的流体路径15以及连接中间和接收容器12、13的流体路径17的气流。阀18、19可以包括针阀或者任何其他能够控制气体沿流体路径流动的阀。设备10可以被配置成使得每个辅助容器11和接收容器13可以与中间容器12断开连接。因此，在使用期间，辅助容器11和/或接收容器13在设备10中是可更换的。辅助容器11可以是与中间容器12相比具有大体积的高压储存容器。接收容器13可以具有比中间容器12更大的体积。接收容器13可以包括汽车或机器内的燃料罐。然而，该方法不限于这种接收容器13。

当实施图1所示的转移气体的方法时，可以使用设备10。该方法可以被用于将气体从辅助容器11移位到设备10的接收容器13。

在使用图1的方法转移气体之前，具有第一温度的工艺气体被包含在中间容器12中。第一温度可以是环境温度。辅助气体包含在辅助容器11中，其中辅助气体是与工艺气体是相同类型的。辅助气体可以具有与工艺气体至少基本上相同的压力。辅助气体的温度也可以处于环境温度。接收容器13还可以包含气体，该气体的压力低于中间容器12中的工艺气体和辅助容器11中的辅助气体。替代地，接收容器13可以基本上是空的。接收容器13中的气体是与工艺气体相同类型的气体。在实施图1的方法之前，设备10中的阀18、19被关闭。

方法的第一步骤1包括膨胀工艺气体以产生第一体积的工艺气体和第二体积的工艺气体。第一体积的工艺气体具有高于第一温度的第二温度。第二体积的工艺气体具有低于第一温度的第三温度。

通过打开连接中间容器12和接收容器13的流体路径17上的阀18，工艺气体可以在图2的设备10中膨胀。由于最初包含在中间容器12中的工艺气体的压力高于接收容器13中的气体的压力，一部分工艺气体膨胀到接收容器13中。在方法的第一步骤1期间，这部分工艺气体的温度提高，因为气体不会等压地膨胀到接收容器13中。在方法的第一步骤1开始时，随着工艺气体在第一步骤1期间继续膨胀到接收容器13中，进入接收容器13的工艺气体被压缩。这造成在接收容器13中接收的工艺气体的温度的提高。在接收容器13中接收的工艺气体包括具有第二温度的第一体积的工艺气体。工艺气体中的至少一些保持在中间容器12中并且在中间容器12中基本上等熵地膨胀。这种膨胀引起中间容器12中的工艺气体的温度的降低。保持在中间容器12中的工艺气体包括具有第三温度的第二体积的工艺气体。

在方法的第一步骤1期间，已经存在于接收容器13中的气体的温度提高。这是因为膨胀到接收容器13中的工艺气体压缩已经存在于接收容器13中的气体，使其温度提高。

当中间容器12和接收容器13中的气体处于基本上相同的压力下时，方法的第一步骤1结束。在方法的第一步骤1期间，中间容器12中的温度已经降低，并且在方法的第一步骤1期间，接收容器13的温度已经提高。

方法的第二步骤2包括使用活塞气体将第二体积的工艺气体中的至少一些移位到接收容器13中。在图2的设备10中，辅助气体包括活塞气体。通过打开连接辅助容器11和中间容器12的流体路径15上的阀19，可以从中间容器12中移位在设备10中的第二体积的工艺气体。在第一方法步骤1中，工艺气体的膨胀将中间容器12中的压力减少到辅助容器11中的压力以下。因此，辅助容器11中的活塞气体(即辅助气体)现在具有比中间容器12中的第二体积的工艺气体更高的压力。因此，当阀19被打开时，活塞气体沿着连接辅助容器11和中间容器12的流体路径15流动，并且进入中间容器12。活塞气体充当活塞，从中间容器12中移位第二体积的工艺气体。也就是说，随着活塞气体进入中间容器12，活塞气体对第二体积的工艺气体起作用。这造成进入中间容器12的活塞气体的温度提高。在方法的第二步骤2期间，连接中间容器12和接收容器13的流体路径17上的阀18保持打开，使得从中间容器12移位的第二体积的工艺气体被接收容器13接收。随着第二体积的工艺气体进入接收容器13，其温度提高，因为其压缩已经存在于接收容器13中的气体。然而，由于在方法的第一步骤结束时，中间容器12和接收容器13中的气体处于基本上相同的压力下，第二体积的工艺气体基本上等压地进入接收容器13，因此在接收容器13中的温度的提高被最小化。

一旦足够量的第二体积的工艺气体已经被移位到接收容器13中，方法的第二步骤2就结束。当这种情况发生时，连接中间容器12和接收容器13的流体路径17上的阀18被关闭。一旦第二体积的工艺气体的所有或仅一部分已经被移位到接收容器中，阀18就可以被关闭。如果在阀18被关闭之后第二体积的工艺气体中的一部分保持在中间容器内，则第二体积的该部分与进入中间容器12的活塞气体混合。该混合至少部分地抵消当活塞气体进入中间容器12时造成的活塞气体的温度的提高。

在方法的第二步骤2期间，活塞气体增加中间容器12内的压力。因此，在方法的第二步骤2结束时，中间容器12中的压力可以大于接收容器13中的压力。因此，可以重复该方法以将额外的气体转移到接收容器13中。在某些实施例中，在方法的第二步骤2结束时，在连接中间容器12和接收容器13的流体路径上的阀18被关闭之后，辅助容器11和中间容器12之间的流体路径15上的阀19可以保持打开。因此，在重复第一1和第二2方法步骤之前，中间容器12中的压力可以进一步提高。在重复第一1和第二2方法步骤之前，可以允许辅助容器11和中间容器12达到基本上相同的压力。

上述方法能够将气体转移到接收容器13中，提高接收容器中的压力。然而，由于在将所述体积移位到接收容器13中之前冷却了第二体积的工艺气体，接收容器13的温度的提高由于这种转移受到限制。在方法的第二步骤2结束时，带有第二温度的第一体积的气体和具有第三温度的第二体积的工艺气体中的至少一些停留在接收容器13中。这些气体在接收容器13内混合，使得接收容器13内的工艺气体的最终温度低于第二温度。如果基本上所有的第二体积的工艺气体被移位到接收容器13中，则接收容器13内的工艺气体的最终温度可以被进一步减少。因此，该方法能够控制接收容器13内的气体温度。额外地，由于气体被用作活塞，这减少了设备10中用于转移气体的所需的移动部件的数量，从而减少了用于转移气体的这种设备的相关成本和维护。

在方法的第二步骤2中，活塞气体可以造成第二体积的工艺气体中的至少一些根据塞流状态基本上流动到接收容器13中。塞流状态是在两种流动气体之间(即在活塞气体和第二体积的工艺气体之间)存在最小的径向混合和轴向分散的状态。因此，塞流状态减少了活塞气体和第二体积的工艺气体之间的轴向热传递。这是有利的，因为其在转移气体时进一步限制了接收容器中的温度提高。在方法的第一步骤1中，第二体积的工艺气体被冷却到第三温度，并且随着活塞气体在第二步骤2中移位第二体积的工艺气体，活塞气体的温度提高。因此，为了限制从较热的活塞气体到进入接收容器13的较冷的第二体积的工艺气体的热传递，使用塞流状态是有利的。

为了促进塞流状态，该方法可以包括提供一系列细长构件，造成第二体积的第一工艺气体中的至少一些沿着该系列细长构件流动，使得径向流动受到抑制。由于细长构件相对于其长度是狭窄的，活塞气体和第二体积的工艺气体之间的径向流动受到限制，从而降低了活塞气体和第二体积的工艺气体之间的轴向热传递。该系列细长构件(未示出)可以被结合在图2的设备10中在中间容器12内。因此，在方法的第一步骤1结束时，第二体积的工艺气体中的至少一部分可以停留在中间容器12内的一系列细长构件中。然后，在方法的第二步骤2中，活塞气体膨胀到一系列细长构件中，从细长构件中移位第二体积的工艺气体。

该系列细长构件可以被首尾相连地布置以形成气体可以流动通过的单一通道。替代地，该系列细长构件可以包括成束的细长构件。也就是说，细长构件可以被并排地布置，使得气体可以流动通过平行的细长构件。在一些实施例中，一系列细长构件可以包括一系列管状构件。当一系列细长构件包括管状细长构件束时，气体流动通过管状构件和形成在管状构件之间的空间。在替代实施例中，一系列细长构件中的每个细长构件可以被成形为使得细长构件彼此嵌装。例如，该系列中的所有细长构件可以具有相同形状的横截面，并且系列中的每个细长构件在横截面上可以是例如六边形、四边形、三角形或者其他嵌装形状。当一系列细长构件包括束时，这是有利的，因为细长构件提供了气体可以流动通过的导管，这些导管都具有相同的尺寸。因此，在细长构件束上的压力可以是基本上均匀的。

在某些实施例中，方法可以包括在一系列细长构件中提供一个或更多个浮子，使得在方法的第二步骤2中，浮子停留在工艺气体和活塞气体之间。设备10可以包括在一系列细长构件内的一个或更多个浮子(未示出)。随着活塞气体移位第二体积的工艺气体，浮子在两种气体之间的边界处移动穿过一系列细长构件。因此，浮子减少活塞气体和工艺气体之间的混合，进一步改善塞流状态。浮子可以延伸跨过一系列细长构件的横截面的至少部分，以允许气体围绕浮子的边缘经过，同时限制工艺气体和活塞气体的混合。在一系列细长构件包括细长构件束的实施例中，束中的每个细长构件可以包括浮子。在某些实施例中，浮子可以是转子流量计浮子。浮子可以是球形、圆盘形或者浮子的横截面可以与浮子所在的细长部件的横截面形状相同。

设备10可以包括在中间容器的入口14处的注射器(未示出)。注射器将沿着连接辅助容器11和中间容器12的流体路径15流动的气体注射到中间容器中。该注射器可以被配置成通过降低活塞气体进入中间容器12的速度来促进活塞气体的塞流状态。因此，降低活塞气体和第二体积的工艺气体之间的径向混合和轴向分散。在某些实施例中，注射器可以包括U形弯曲部，使得进入中间容器12的活塞气体被引导回到其自身。中间容器12可以附加地或替代地包括平板，活塞气体被引导到该平板上，从而进一步降低气体的速度。在某些实施例中，注射器可以包括从入口14延伸到中间容器12中的导管。活塞气体可以通过导管流动到中间容器12中。导管的直径可以在远离入口14的方向上增加。直径的增加引起活塞气体的速度随着气体沿着导管流动而降低，促进中间容器12中的塞流状态。

图3示出了根据本发明的另一实施例的另一种用于转移气体的方法。图3的方法包括图1的方法步骤以及额外的步骤。图4示出了根据本发明实施例的用于转移气体的设备110，该设备可以被用于实施图3的方法。图3和图4中的附图标记分别对应于图1和图2中使用的附图标记，用于类似的步骤或特征，但是用100进行了变换。

设备110包括辅助容器111、两个中间容器和接收容器113。两个中间容器包括第一容器121和第二容器122。设备110中的每个容器都被配置成接收并储存气体。第一容器121包括第一开口123。辅助容器111选择性地流体地连接到第一容器121的第一开口123，使得流体路径124选择性地连接辅助容器111和第一容器121。第一容器121选择性地流体地连接到辅助容器111，使得气体可以从辅助容器111流动到第一容器121中，而不经过第二容器122。如图4所示，第一容器121的第一开口123也选择性地流体地连接到接收容器113，使得流体路径126选择性地连接第一容器121和接收容器113。在图4所示的实施例的替代实施例中，连接辅助容器111和第一容器121的流体路径124和连接第一容器121和接收容器113的流体路径126可以各自连接到第一容器121中的不同开口。

第一容器121包括第二开口127，该第二开口流体地连接到第二容器122中的相应开口128，使得存在可选择性地连接第一容器121和第二容器122的流体路径129。沿着该流体路径129，气体既可以从第一容器121流入第二容器122，也可以从第二容器122流入第一容器121。在替代实施例中，两条流体路径可以选择性地连接第一和第二容器121、122，使得气体可以沿着其中一条流体路径从第一容器121流入第二容器122，并且气体可以沿着另一条流体路径从第二容器122流入第一容器121。

设备110可以包括一个或更多个阀130、131、132，用于控制沿着流体路径124、126、129气体流动。设备110可以包括沿着连接辅助容器111和第一容器121的流体路径124的第一阀130、沿着连接第一容器121和第二容器122的流体路径129的第二阀131以及沿着连接第一容器121和接收容器112的流体路径126的第三阀132。阀130、131、132可以包括针阀或者任何其他能够控制气体沿流体路径流动的阀。在替代实施例中，第一阀130和第二阀131可以由单个阀代替，其被配置成控制第一容器121与辅助容器111以及接收容器113之间的气体流动。

设备110可以被配置成使得辅助容器111和接收容器113的每一个可以与中间容器121、122之一或两个断开连接。因此，在使用期间，辅助容器111和/或接收容器113在设备110中可以是可更换的。

辅助容器111可以是与第一容器121和第二容器122相比具有更大的体积的高压储存容器。第一和第二容器121、122可以具有彼此基本上相同的体积。接收容器113可以具有比第一容器121和/或第二容器122更大的体积。在某些实施例中，接收容器113可以包括汽车或机器内的燃料罐。然而，该方法不限于这种接收容器113。

图4的设备110可以被用于实施图3所示的转移气体的方法。在使用图3的方法用设备110转移气体之前，第一容器121包含第一气体，辅助容器111包含辅助气体。第一气体处于第四温度。辅助气体可以基本上处于环境温度。辅助气体可以具有至少与第一气体相同的压力。每个第二容器122和接收容器113也包含压力低于第一容器121中的第一气体的气体。第二容器122和接收容器113可以具有基本上相同的压力。每个容器中的气体类型是相同的。在实施图3的方法之前，设备110中的阀130、131、132被关闭。

方法的第一步骤103包括膨胀第一气体以产生工艺气体。这是通过膨胀第一气体以提供第一体积的第一气体和第二体积的第一气体来完成的。通过打开连接第一容器121和第二容器122的流体路径129上的阀131，第一气体在设备110中膨胀，使得第一气体膨胀到第二容器122中。因此，在方法的第一步骤103结束时，第一体积的第一气体停留在第二容器122中，第二体积的第一气体停留在第一容器121中。

以与关于图1和图2的实施例所述的相同的方式，膨胀到第二容器122中的那部分第一气体压缩已经存在于第二容器122中的气体。因此，第二容器122中的第一气体的温度提高。

第一气体的在第一容器121内膨胀以形成第一气体的第二体积的部分基本上等熵地膨胀，这引起停留在第一容器121中的第一气体的温度降低。在方法的第一步骤103期间，第一容器121中的第一气体的该部分从第四温度降低到第一温度。

当第一和第二体积的工艺气体处于基本上相同的压力下时，方法的第一步骤103结束。因此，在方法的第一步骤103期间，第二容器122中的压力提高，第一容器121中的压力降低。此时，第一容器121和第二容器122中的压力都大于接收容器113中的压力。在第一方法步骤103结束时，第一容器121和第二容器122之间的阀131被关闭。

方法的第二步骤101包括膨胀工艺气体以产生第一体积的工艺气体和第二体积的工艺气体。在图2的设备110中，工艺气体包括在方法的第一步骤103结束时停留在第一容器121中的冷却的第二体积的第一气体。因此，第二体积的第一气体此后将被称为工艺气体。因此，在方法的第二步骤101中，工艺气体(即，在第一容器121中具有第一温度的第二体积的第一气体)被膨胀以产生第一体积的工艺气体和第二体积的工艺气体。第一体积的工艺气体具有高于第一温度的第二温度。第二体积的工艺气体具有低于第一温度的第三温度。

通过打开连接第一容器121和接收容器113的流体路径126上的阀132，工艺气体可以在设备110中被膨胀。因为最初包含在第一容器121中的工艺气体处于比接收容器113中的气体更高的压力下，所以一部分工艺气体膨胀到接收容器113中。这部分工艺气体压缩已经存在于接收容器113中的气体，从而提高接收容器113中工艺气体的温度。在接收容器113中接收的工艺气体包括具有第二温度的第一体积的工艺气体。工艺气体中的至少一些保持在第一容器121中并且在第一容器121中基本上等熵地膨胀，这引起中间容器121中工艺气体的温度降低。保持在第一容器121中的工艺气体包括具有第三温度的第二体积的工艺气体。

当第一容器121和接收容器113中的气体处于基本上相同的压力下时，方法的第二步骤101结束。在方法的第二步骤101期间，第一容器121中的温度再次降低。因为接收容器113现在包含第一体积的工艺气体，所以在方法的第二步骤101期间，接收容器113的温度已经提高。

在方法的第二步骤101结束时，第一和第二体积的工艺气体处于基本上相同的压力下。因此，第一容器121中的压力在第二步骤101期间已经降低，并且现在低于第二容器122中的压力。所以，根据图1的方法，停留在第二容器122中的第一体积的第一气体可以充当活塞气体。第一体积的第一气体在下文中将被称为活塞气体。

方法的第三步骤102包括使用活塞气体将第二体积的工艺气体中的至少一些移位到接收容器113中。通过打开连接第一容器121和第二容器122的流体路径129上的阀131，可以从第一容器121中移位第二体积的工艺气体。第二容器122中的活塞气体(即第一体积的第一气体)具有比第一容器121中的第二体积的工艺气体更高的压力，并且活塞气体沿着流体路径129流动到第一容器121中。以与关于图1所述的相同的方式，活塞气体充当活塞，从第一容器121中移位第二体积的工艺气体。这种位移造成进入第一容器121的活塞气体的温度提高。

在方法的第三步骤102期间，连接第一容器121和接收容器113的流体路径126上的阀132保持打开，使得从第一容器121移位的第二体积的工艺气体被接收容器113接收。第二体积的工艺气体基本上等压地进入接收容器113，因为在方法的第二步骤101结束时，第一容器121和接收容器113处于基本上相同的压力下。因此，由第二体积的工艺气体造成的接收容器113中的温度的提高被最小化。

一旦足够量的第二体积的工艺气体已经被移位到接收容器113中，方法的第三步骤102就结束。当这种情况发生时，连接第一容器121和接收容器113的流体路径126上的阀132被关闭。一旦第二体积的工艺气体的所有或仅一部分已经被移位到接收容器113中，阀132可以被关闭。如果在阀132被关闭之后第二体积的工艺气体的一部分保持在第一容器121内，则该第二体积的部分与进入第一容器121的活塞气体混合。该混合至少部分地抵消了当活塞气体进入第一容器121时造成的活塞气体温度的提高。

以与上面参考图1所述的相同的方式，在某些实施例中，活塞气体可以造成第二体积的工艺气体中的至少一些根据塞流状态基本上流动到接收容器113中。因此，以与关于图1的方法所述的相同的方式，图3的方法可以包括提供一系列细长构件，第二体积的工艺气体可以沿着该系列细长构件流动，并且可以包括在该系列细长构件中提供浮子。额外地，以与图2的中间容器12相同的方式，设备110的第一容器121可以包括一系列细长构件、浮子和注射器中的任何一个。

在方法的第四步骤104中，补充第一气体。在图1的设备110中，这是通过将辅助气体膨胀到第一容器121中来实现的，这提高第一容器121中的压力。通过打开辅助容器111和第一容器121之间的阀130并且关闭第一容器121和第二容器122之间的阀131，辅助气体可以被膨胀到第一容器121中。随着辅助气体被膨胀到第一容器121中，第一容器121中的温度提高。第一容器121中的压力至少提高到大于第二容器中的压力。然后，可以重复该方法以将更多的气体转移到接收容器113中。辅助容器111中的辅助气体可以膨胀到第一容器121中，直到第一容器121和辅助容器111处于基本上相同的压力下。在方法的第四步骤104中，第一容器121被有效地重新充气，使得该方法可以被重复。

图3的方法和图4的设备使得气体在被接收容器113接收之前能够被膨胀和冷却两次。因此，该方法能够将气体转移到接收容器113中，同时限制接收容器113中的温度的提高。虽然图3的方法被描述成从第一步骤103开始使用设备110，但是该方法可以根据设备110中的容器内的气体压力以任何步骤开始。

在一些实施例中，设备110的第一容器121可以是热绝缘的，以在转移气体后进一步减少接收容器中的温度。绝缘层(未示出)可以被设置在第一容器121内，使得第一容器121与包含在第一容器121内的气体热绝缘。因此，可以减少第一容器121和包含在第一容器121内的任何气体之间的热流动。附加地或者替代地，第一容器121可以与其周围的环境绝缘。因此，第一容器和周围环境之间的热流动可以被减少。在这样的实施例中，图3的方法可以额外地包括在将所述气体膨胀到接收容器中之前，将第二体积的第一气体(即，工艺气体)储存在热绝缘容器中。然后，热绝缘层减少到第二体积的第一气体中的热流动，使得在方法的第一步骤103期间保持温度的降低。

该方法还可以包括，在使用活塞气体将第二体积的工艺气体中的至少一些移位到接收容器113中之前，将第二体积的第一气体储存在热绝缘容器中。然后，热绝缘层减少到第二体积的工艺气体中的热流动，使得在方法的第二步骤101期间保持温度的降低。

在第一容器121内设置绝缘层使得第一容器121与包含在第一容器121内的气体热绝缘，这在多次重复图3的方法时是特别有利的。在第三方法步骤102和第四方法步骤104期间，第一容器121中的气体温度提高。在第一容器121内没有绝缘层的情况下，在第三方法步骤102和第四方法步骤104期间，热量将被传递到容器结构。然后，在方法的第一步骤103和第二步骤101中，热量被传递给冷却的第一气体和工艺气体，这抵消了由气体膨胀造成的一些冷却。通过在第一容器121内设置绝缘层，降低这种热量传递，这有助于进一步限制接收容器内的温度的提高。

在某些实施例中，设备110可以包括热交换器(未示出)。第二容器122可以被热联接到热交换器。热交换器可以被布置成从包含在第二容器122中的气体中去除热量。热交换器可以被配置成将包含在第二容器122中的气体冷却到环境空气温度。因此，在方法的第二步骤101期间，当第一体积的第一气体停留在第二容器122中时，热量流动通过热交换器，将第一体积的第一气体冷却到环境空气温度。这是有利的，因为当重复该方法时，第一体积的第一气体中的至少一些可以被接收容器113接收。热交换器可以包括能够冷却到环境空气温度的任何热交换器。例如，热交换器可以包括空气源对流热交换器。热交换器可以包括金属块或者水冷系统，两者都包括将金属块或水冷却到环境空气温度的器件。

图5示出了根据本发明的另一实施例的用于转移气体的方法。图5的方法包括图1的方法步骤以及额外的步骤。图6示出了根据本发明实施例的用于转移气体的设备210，该设备可以被用于实施图5的方法。图5和图6中的附图标记分别对应于图1和图2中使用的附图标记，用于类似的步骤或特征，但是用200进行了变换。

设备210包括辅助容器211、中间容器和接收容器213。中间容器包括第一容器241和第二容器242。每个容器211、241、242、213被配置成接收并储存气体。

第一容器241包括第一开口251和第二开口252。辅助容器211选择性地流体地连接到第一容器241的第一开口251，使得流体路径选择性地连接辅助容器211和第一容器241。第一容器241选择性地流体地连接到辅助容器211，使得气体可以从辅助容器211流动到第一容器241中，而不经过第二容器242。如图6所示，第一容器241的第一开口251也选择性地流体地连接到接收容器213，使得流体路径选择性地连接第一容器241和接收容器213。在图6所示的实施例的替代实施例中，连接辅助容器211和第一容器241的流体路径以及连接第一容器241和接收容器213的流体路径可以各自连接到第一容器241中的不同开口。第一容器241的第一开口251流体连接到三个阀271a、271b、271c，以控制在第一容器241和辅助容器211之间以及在第一容器241和接收容器213之间的气体的流动。在替代实施例中，设备210可以包括一个阀，以控制第一容器241与辅助容器211以及接收容器213之间的气体流动。第二容器242包括第一开口253和第二开口254。以与关于第一容器241所述的相同的方式，第二容器242的第一开口253流体地连接到辅助容器211和接收容器213。

第一容器241的第二开口252选择性地流体地连接到第二容器242的第二开口254，使得流体路径264选择性地将第一容器242的第二开口252连接到第二容器242的第二开口254。

设备210包括在连接第一容器241和第二容器242的流体路径264上的中间阀272。中间阀272控制在第一容器241的第二开口252和第二容器242的第二开口254之间的气体流动。中间阀272可以被定位在沿着连接第一容器241和第二容器242的流体路径264的任何地方。

设备210包括热交换器281。热交换器281可以包括能够将气体冷却到环境温度的任何热交换器。热交换器281被布置在连接第一容器241的第二开口252和第二容器242的第二开口254的流体路径264上。设备210包括第一节流器282和第二节流器283，它们中的一个被布置在热交换器281的一侧。第一和第二节流器282、283有助于促进第一和第二容器241、242之间的压降。第一和第二节流器282、283被布置成使得气体流动沿着流体路径264从第一容器241的第二开口252流向第二容器242的第二开口254经由第一和第二节流器282、283和第一热交换器281。

设备210可以被配置成使得每个辅助容器211和接收容器213可以与中间容器断开连接。因此，在使用期间，辅助容器211和/或接收容器213在设备210中可以是可更换的。辅助容器211可以是与中间容器241、242之一或两个相比具有更大的体积的高压储存容器。接收容器213可以具有比中间容器241、242之一或两个更大的体积。接收容器213可以包括汽车或机器内的燃料罐。然而，该方法不限于这种接收容器213。

图5示出了用图6的设备210转移气体的方法。该方法描述了每个中间容器241、242将气体转移到接收容器213所经过的顺序步骤。第一容器241和第二容器242并行地工作，以将气体转移到接收容器213。

图5的方法示出了在设备210的第一容器241中执行的步骤。然而，所述的步骤也适用于第二容器242。

在图5的方法开始之前，辅助容器211包含辅助气体。第一容器241、第二容器242和接收容器213各自包含压力低于辅助容器211的气体。包含在第二容器242中的气体可以与包含在接收容器213中的气体处于相同的压力下。设备210的所有容器中的气体是相同类型的气体。辅助气体和第一气体可以处于环境温度。设备中的所有阀271a、271b、271c、271d、272被关闭。

方法的第一步骤203包括提供工艺气体。在图6的设备中，这是通过打开阀271a、271b以打开辅助容器211和第一容器241之间的流体路径来实现的。由于第一容器241具有比辅助容器211更低的压力，辅助气体从辅助容器211膨胀到第一容器241中，直到辅助容器211和第一容器241中的压力基本上是相同的。在第一步骤203结束时，阀271a、271b用于关闭辅助容器211和第一容器241之间的流体路径。现在停留在第一容器241中的气体具有第一温度。这种气体起到与图1的方法的工艺气体相同的功能，并且在下文中将被称为工艺气体。

方法的第二步骤201包括膨胀工艺气体(即第一容器241中的气体)以产生具有大于第一温度的第二温度的第一体积的工艺气体和具有小于第一温度的第三温度的第二体积的工艺气体。通过打开中间阀272以在第一容器241和第二容器242之间提供流体路径264来膨胀工艺气体。第一容器241中的工艺气体膨胀到压力低于第一容器241的第二容器242中。因此，在方法的第二步骤201结束时，第一体积的工艺气体已经进入第二容器242，而第二体积的工艺气体停留在第一容器241中。以与在其他实施例中所述的相同的方式，当第二体积的工艺气体在第一容器241内膨胀时其被冷却。膨胀到第二容器242中的部分工艺气体流动通过热交换器281，在进入第二容器242之前在热交换器中被冷却到环境温度。由热交换器281冷却气体减少了第二温度。如下所述，膨胀到第二容器242中的部分工艺气体将气体从第二容器242移位到接收容器213中。

在方法的第二步骤201结束时，第一容器241的温度已经降低。工艺气体在第二步骤201中膨胀，使得第二体积的工艺气体与包含在第二容器242和接收容器213中的气体处于基本上相同的压力下。

方法的第三步骤202包括使用活塞气体将第二体积的工艺气体中的至少一些从第一容器241移位到接收容器213中。在图5和图6的实施例中，活塞气体由第二容器242提供。在第一容器241中的工艺气体已经在第二步骤201中膨胀之后，中间阀272被关闭，并且在第二容器242上执行方法的第一步骤203，使得第二容器242中的压力提高到与辅助容器211中基本上相同的压力。然后，第二容器242包含比第一容器241中的第二体积的工艺气体压力更高的气体。然后，通过打开中间阀272，第一容器241中的第二体积的工艺气体可以被移位到接收容器213中。一旦中间阀272被打开，第二容器242中的气体就膨胀到第一容器241中，在第一容器中充当活塞气体将第一容器241中的第二体积的工艺气体移位到接收容器213中。

当接收容器213、第一容器241和第二容器242已经达到基本上相同的压力时，202的第三步骤结束。第一容器241现在已经恢复到与该方法开始时基本上相同的压力。因此，可以重复该方法以将更多的气体转移到接收容器213中。当在第一容器241中执行方法的第三步骤202时，在第二容器242中执行方法的第二步骤201。因此，当第一容器241到达方法的第三步骤的最后时，第二容器242包含冷却体积的气体，当随后第一容器241经历方法的第二步骤201时，这些气体准备好被移位到接收容器213中。

在图5的方法中，当两个或更多个容器达到基本上相同的压力时，方法的每个步骤可以结束。因此，该方法简化了对流动通过设备的气体的控制，因为当容器之间的气体流动可以忽略时，每个方法步骤可以结束。例如，当两个或更多个容器中的压力彼此相差在10％、5％、2％或更小时，方法中的每个步骤可以结束。该压力范围有助于提高气体转移到接收容器的速度，同时控制接收容器中的温度。

图5的方法和图6的设备有助于控制接收容器213中的气体温度，因为在方法的第二步骤中，工艺气体的膨胀在气体被接收到接收容器中之前冷却了该气体。以与上述实施例相同的方式，这种冷却有助于控制接收容器213内接收的气体的温度。与图1和图2的方法和设备10相比，在该方法中提供两个并行地工作的容器，这提高了将气体转移到接收容器213的效率。额外地，可以膨胀工艺气体，直到第二体积的工艺气体具有与接收容器213基本上相同的压力。因此，当第二体积的工艺气体被移位到接收容器213中时，第二体积等压地离开容器。这有助于限制接收容器213中温度的提高，因为在接收容器213和供应容器之间没有压降。

以与上面参考图1所述的相同的方式，在某些实施例中，活塞气体可以造成第二体积的工艺气体中的至少一些根据塞流状态基本上流动到接收容器213中。因此，以与关于图1的方法所述的相同的方式，图5的方法可以包括提供一系列细长构件，第二体积的工艺气体可以沿着该系列细长构件流动，并且可以包括在该系列细长构件中提供浮子。额外地，以与图2的中间容器12相同的方式，设备210的第一容器241和第二容器242可以包括任何系列细长构件、浮子和注射器。

图7示出了根据本发明另一实施例的用于转移气体的方法。图7的方法包括图1的方法步骤以及额外的步骤。图8示出了根据本发明实施例的用于转移气体的设备310，该设备可以被用于实施图7的方法。图7和图8中的附图标记

分别对应于图1和图2中使用的附图标记，用于类似的步骤或特征，但是用300

进行了变换。

设备310包括辅助容器311、中间容器和接收容器313。中间容器包括第一容器341、第二容器342、第三容器343和第四容器344。每个容器311、341、342、343、344、313被配置成接收并储存气体。

第一容器341包括第一开口351和第二开口352。辅助容器311选择性地流体地连接到第一容器341的第一开口351，使得流体路径361选择性地连接辅助容器311和第一容器341。第一容器341选择性地流体地连接到辅助罐311，使得气体可以从辅助容器311流动到第一容器341中，而不经过第二容器342、第三容器343或者第四容器344。如图8所示，第一容器341的第一开口351也选择性地流体地连接到接收容器313，使得流体路径362选择性地连接第一容器341和接收容器313。在图8所示的实施例的替代实施例中，连接辅助容器311和第一容器341的流体路径以及连接第一容器341和接收容器313的流体路径可以各自连接到第一容器341中的不同开口。第一容器341的第一开口351流体地连接到第一阀371，以控制在第一容器341和辅助容器311之间以及在第一容器341和接收容器313之间的气体流动。在替代实施例中，设备310可以包括单独的阀，其可以控制在第一容器341和辅助容器311之间以及在第一容器341和接收容器313之间的气体流动。第二容器342、第三容器343和第四容器344各自包括相应的第一开口和第二开口。以与关于第一容器341所述的相同的方式，第二容器342、第三容器343和第四容器344各自的第一开口流体地连接到辅助容器311和接收容器313。

第一容器342的第二开口352选择性地流体地连接到第二容器342、第三容器343和第四容器344各自的第一开口，使得流体路径363选择性地将第一容器342的第二开口352连接到第二容器342的第一开口、第三容器343的第一开口以及第四容器344的第一开口。

第一容器341的第二开口352也选择性地流体地连接到每个第二容器342、第三容器343和第四容器344的第二开口，使得流体路径364选择性地将第一容器341的第二开口352连接到第二容器342的第二开口、第三容器343的第二开口以及第四容器344的第二开口。

第一容器341的第二开口352流体的连接到第二阀372，以控制在第一容器341的第二开口352和另一容器上的第一开口之间以及第一容器341的第二开口352和另一容器的第二开口之间的气体流动。在替代实施例中，设备310可以包括单独的阀，其可以控制在第一容器341的第二开口352和其他容器之间的气体流动。

以与关于第一容器341所述的相同的方式，第二容器342、第三容器343和第四容器344的第二开口连接到其他容器的第一开口和第二开口。

设备310包括第一热交换器381。第一热交换器381可以包括能够将气体冷却到环境温度的任何热交换器。第一热交换器381被布置在流体路径363上，该路径连接了第一容器341、第二容器342、第三容器343和第四容器344之一的第二开口352和另一容器的第一开口。设备310包括两个第一节流器382、383，他们中的一个被布置在第一热交换器381的一侧。第一节流器382、383被布置成使得气体流动沿着流体路径从第一容器341、第二容器342、第三容器343和第四容器344之一的第二开口到另一第一容器341、第二容器342、第三容器343和第四容器344中的第一开口经由第一节流器382、383和第一热交换器381。

设备310包括第二热交换器385。第二热交换器385可以包括能够将气体冷却到环境温度的任何热交换器。第二热交换器385被布置在流体路径上，该路径连接第一容器341、第二容器342、第三容器343和第四容器344之一的第二开口与第一容器341、第二容器342、第三容器343和第四容器344中另一容器的第二开口。设备310包括两个第二节流器386、387，他们中的一个被布置在第二热交换器385的一侧。节流器386、387被布置成使得气体流动沿着流体路径从第一容器341、第二容器342、第三容器343和第四容器344之一的第二开口到另一第一容器341、第二容器342、第三容器343和第四容器344中的第二开口经由节流器386、387和第二热交换器385。

设备310可以被配置成使得每个辅助容器311和接收容器313可以与中间容器341、342、343、344之一、多于一个或者所有断开连接。因此，在使用期间，辅助容器311和/或接收容器313在设备310中可以是可更换的。图8所示的容器不是按比例绘制的。辅助容器311可以是与一个、多于一个或者所有中间容器341、342、343、344相比具有更大的体积的高压储存容器。接收容器313可以具有比一个、多于一个或者所有中间容器341、342、343、344更大的体积。接收容器313可以包括汽车或机器内的燃料罐。然而，该方法不限于这种接收容器313。

图7示出了用图8的设备310转移气体的方法。该方法描述了每个中间容器341、342、343、344将气体转移到接收容器313所经过的顺序步骤。在该方法期间的任何时刻，第一容器341、第二容器342、第三容器343、第四容器344中的一个将遵循图7所示的步骤之一。

将参照设备的第一容器341描述图7的方法。然而，所述的步骤同样适用于第二容器342、第三容器343和第四容器344。

在图7的方法开始之前，辅助容器311包含辅助气体，并且第一容器341包含第一气体，该第一气体具有与辅助容器311中的辅助气体基本上相同的压力。第二容器342包含具有与辅助容器311中的辅助气体基本上相同的压力的气体。第三容器343、第四容器344和接收容器313各自包含压力低于辅助容器311和第一容器341的气体。设备310的所有容器中的气体是相同类型的气体。辅助气体可以处于环境温度。第一气体可以处于或高于环境温度。

方法的第一步骤303包括移位第一气体以提供工艺气体。在图8的设备310中，用辅助气体从第一容器342中移位第一气体。这可以是通过打开第一阀371以打开辅助容器311和第一容器341之间的流体路径361，并且打开第二阀372以在第一容器341的第二开口352和第四容器344的第一开口之间提供流体路径363来实现的。因为第四容器344具有比第一容器341和辅助容器311更低的压力，所以辅助气体进入第一容器341，并且将第一气体通过第二开口372从第一容器341中移位出来。因为第一容器341中的第一气体和辅助气体处于基本上相同的压力下，所以这种移位基本上是等压发生的。因此，在方法的第一步骤303结束时，第一容器341中的温度基本上与辅助容器的温度相同。也就是说，在方法的第一步骤303结束时，第一容器341中的温度可以基本上处于环境温度。从第一容器341排出的第一气体流动通过第一热交换器381，在第一热交换器中被冷却到环境温度。从第一容器341排出的第一气体被用于在第四容器344中执行方法的第四步骤304(如下所述)。

在方法的第一步骤303结束时，第一容器341中的第一气体已经被辅助气体所代替。第一阀371被用于关闭辅助容器311和第一容器341之间的流体路径361，第二阀372被用于关闭第一容器341和第四容器344之间的流体路径363。在第一步骤303结束时，填充第一容器341的辅助气体具有第一温度，并且起到与图1的方法的工艺气体相同的作用。因此，这种气体在下文中将被称为工艺气体。

方法的第二步骤301包括膨胀工艺气体以产生具有大于第一温度的第二温度的第一体积的工艺气体和具有小于第一温度的第三温度的第二体积的工艺气体。通过打开第一容器341的第二开口352上的第二阀372以在第一容器341和第二容器342之间提供流体路径364来膨胀工艺气体。第一容器341中的工艺气体膨胀到压力低于第一容器341的第二容器342中。因此，在方法的第二步骤301结束时，第一体积的工艺气体停留在第二容器342中，第二体积的工艺气体停留在第一容器341中。以与在其他实施例中所述的相同的方式，当第二体积的工艺气体在第一容器341内膨胀时其被冷却。膨胀到第二容器342中的部分工艺气体流动通过第二热交换器385，在进入第二容器342之前在热交换器中被冷却到环境温度。随着这部分工艺气体膨胀到第二容器342中，气体被用于在第二容器342中执行方法的第三步骤302(如下所述)。

在方法的第二步骤301结束时，第一容器341的温度已经降低。工艺气体可以在第二步骤301中膨胀，使得第二体积的工艺气体与包含在接收容器313中的气体处于基本上相同的压力下。第二阀372被用于在第二步骤301结束时关闭第一容器341和第二容器342之间的流体路径364。

方法的第三步骤302包括使用活塞气体将第二体积的工艺气体中的至少一些移位到接收容器313中。在图8的设备中，这是通过打开第一阀371以打开在第一容器341和接收容器313之间的流体路径362，并且打开第二阀372以打开在第一容器341和第四容器343之间的流体路径363来完成的。如上所述，在该方法期间的任何时刻，第一容器341、第二容器342、第三容器343、第四容器344中的一个将处于图7所示的步骤中的一个。当在第一容器341中完成方法的第二步骤301时，在第四容器343中完成方法的第一步骤。因此，第四容器343现在包含与辅助容器311处于基本上相同的压力下的气体。第四容器343中的气体为第一容器341提供活塞气体。当第一阀371和第二阀372被打开时，活塞气体进入第一容器341，将冷却的第二体积的工艺气体移位到接收容器313中。由于第一容器341中的第二体积的气体与接收容器313处于基本上相同的压力下，所以第二体积的工艺气体的移位基本上是等压地发生的。因此，随着第二体积的工艺气体的进入，接收容器313中的温度提高受到限制。活塞气体在进入第一容器341之前通过第二热交换器385被冷却，以在活塞气体已经移位第二体积的工艺气体之后降低第一容器341中的最终温度。

当第四容器343、第一容器341和接收容器313达到基本上相同的压力时，方法的第三步骤结束。在方法的第三步骤结束时，第一阀371被用于关闭第一容器341和接收容器313之间的流体路径362，第二阀372被用于关闭第一容器341和第四容器343之间的流体路径363。

以与上面参考图1所述的相同的方式，在一些实施例中，活塞气体可以引起第二体积的工艺气体中的至少一些基本上根据塞流状态流动到接收容器313中。因此，以与关于图1的方法所述的相同的方式，图7的方法可以包括提供一系列细长构件，第二体积的工艺气体可以沿着该系列细长构件流动，并且可以包括在该系列细长构件中提供浮子。额外地，以与图2的中间容器12相同的方式，设备310的第一容器341、第二容器342、第三容器343和第四容器344可以包括任何系列细长构件、浮子和注射器。

方法的第四步骤304包括补充第一气体。在图8的设备310中，这是通过将第一容器341中的压力提高到与辅助容器311基本上相同的压力来完成的。这可以是通过打开第二阀372以打开第一容器341和第二容器342之间的流体路径363来完成的，使得气体可以从第二容器342流向第一容器341。此时，第二容器342包含与辅助容器311处于基本上相同的压力下的气体。当在第一容器341中执行方法的第四步骤304时，在第二容器342中执行方法的第一步骤303。从第二容器342移位的气体流动通过第一热交换器381并且进入第一容器341。第一热交换器381在气体进入第一容器341之前冷却气体，这有助于限制第一容器341内的温度，因为引进气体会压缩已经存在于第一容器341中的气体。当第一容器341、第二容器342和辅助容器311已经达到基本上相同的压力时，方法的第四步骤304结束。

在方法的第四步骤304结束时，第一容器341已经返回到其在方法的第一步骤303之前的初始状态。在方法的第四步骤304中，第一容器341中的气体已经被重新加压。因此，可以重复该方法以将更多的气体转移到接收容器313中。虽然该方法被描述成从第一容器341中的第一步骤303开始，但是该方法可以根据容器中的初始压力在设备310中在任何步骤开始执行。

在该方法的实施期间，中间容器中的一个在任何时候都遵循四个方法步骤中的一个。图8示出了第一方法步骤303中的第一容器341和第四方法步骤304中的第四容器344。因此，辅助气体从辅助容器311通过第一容器的第一开口351进入第一容器341，并且气体经由第一热交换器381从第一容器341被移位到第四容器344中。随着移位的气体进入第四容器344，这压缩已经在第四容器344中的气体，造成温度上升。在第四方法步骤304结束时，使移位的气体通过第一热交换器381有助于降低第四容器344中的温度。一旦辅助容器311、第一容器341和第四容器344已经达到基本上相同的压力，容器之间的气体流动就可以忽略不计。在图8中，第二容器342在第二方法步骤301中，第三容器343在第三方法步骤302中。因此，第三容器343中的气体被来自第二容器342的气体移位到接收容器313中。一旦接收容器313、第二容器342和第四容器344达到基本上相同的压力，容器之间的气体流动就可以忽略不计。该方法简化了通过设备的气体流动的控制，因为当容器之间的气体流动可以忽略时，每个方法步骤可以结束。例如，当辅助容器311、第一容器341和第四容器344中的压力彼此相差在10％、5％、2％或者更小的范围内，并且接收容器313、第二容器342和第四容器344中的压力彼此相差在10％、5％、2％或者更小的范围内时，该方法中的每个步骤可以结束。该压力范围有助于提高气体转移到接收容器的速度，同时控制接收容器中的温度。

图7的方法和图8的设备有助于以几种不同的方式控制接收容器中的气体温度。在该方法的第二步骤中，工艺气体的膨胀在其被接收在接收容器中之前冷却了气体。以与上述实施例相同的方式，这种冷却有助于控制接收容器内接收的气体的温度。通过在该方法中包括第一步骤303和第四步骤304，可以进一步降低接收容器313的温度。在方法的第四步骤中，容器中的气体被重新加压，使得容器中的温度上升。然后，在执行将气体移位到接收容器313的第二方法步骤301和第三方法步骤302之前，第一步骤303用来自辅助容器311的较冷的气体来从容器移位该变暖的气体。因此，在第四步骤304中产生的热量不会传到接收容器313。

示例1

图8中所示的设备310可以被用于使用一系列歧管气缸托盘(Manifold CylinderPallets，MCP)作为辅助容器311向总罐(bus tank)填充氢气。在该示例中，总罐包括具有衬层的复合容器。

图9示出了被用于填充总罐的图8的设备310的实验过程示意图。在图9中，接收容器313是总罐，其由四个200升的容器组成，初始压力为60巴。该接收容器被辅助容器311填充，该辅助容器包括180巴的三个MCP。每个MCP包括九个80升的气缸。在被输送到接收容器313之前，来自辅助容器311的气体首先经过四个中间容器341、342、343、344，在中间容器中气体被膨胀和冷却。在图9所示的实施例中，每个中间容器341、342、343、344包括50升的双端气缸，并且第一和第二热交换器381、385是水冷式热交换器。在填充总罐之前，所有四个中间容器341、342、343、344的初始压力为150巴。环境温度为10摄氏度。

在图9的示意图中，每个中间容器处于图7的方法的不同步骤中。第一中间容器341正在经历方法的第四步骤304，第二中间容器342正在经历方法的第一步骤303，第三中间容器343正在经历方法的第二步骤301，第四中间容器344正在经历方法的第三步骤302。每个中间容器341、342、343、344通过图7所示的方法循环多次，以将气体从辅助容器311转移到接收容器313，即总罐。图10至图13示出了用于将气体转移到总罐中的设备310的不同特性。

图10示出了在总罐被填充时第二和第四中间容器342、344历经的压力循环。第二中间容器342的压力循环401由图10中的实线表示，第四中间容器344的压力循环402由虚线表示。第二中间容器342最初处于150巴，并且在方法的第四步骤304期间使用来自辅助容器311的气体将容器中的气体压缩到约180巴，并且该气体被推到第一中间容器341中，将第一中间容器341加压到约180巴。接下来，随着气体膨胀，第二中间容器342经历方法的第二步骤301，使得其压力从近似180巴下降到接收容器的近似80巴的压力。然后，第二中间容器342经历图7的第三方法步骤302。理想地，第三方法步骤302应该基本上在恒定的压力下，即等压地进行。然而，气体可能历经初始压力提高并且随后压力稳定回到接收容器的压力。这是由于系统的动态响应，其中从第一中间容器341(即当第二中间容器经历第三方法步骤时经历第二方法步骤)进入第二中间容器342的气体的质量流动速率高于离开第二中间容器342的气体的质量流动速率，结果是第二中间容器342压力提高。最后，在方法的步骤四304中，将第二中间容器342重新加压到源容器311的压力。第四中间容器344历经类似的阶段序列，然而该阶段序列从方法的第三步骤302开始。

每个中间容器341、342、343、344重复循环通过图7所示的方法步骤，以将气体从辅助容器311转移到接收容器313，即总罐。

图11示出了输送到接收容器313(即总罐)的质量流动速率。质量流动速率在0.2kg/min和0.4kg/min之间变化。质量流动速率取决于在接收容器313和方法的第二步骤301中经过膨胀的中间容器之间的压力差。最初，在接收容器313和经历方法的第二步骤301的中间容器之间的压力差很大，并且质量流动速率提高到其约0.4kg/min的最大值。随着压力差下降，质量流动速率也下降。在图11中，当压力差达到2巴的预定极限时，输送气体到接收容器313中的中间容器被改变，使得接收容器313从不同的中间容器接收气体，并且质量流动速率的提高和随后降低的循环再次开始。每个中间容器的质量流动速率峰值也随着时间的推移逐渐降低。这是因为随着辅助容器311中的压力下降和接收容器313中的压力提高，接收容器313和中间容器之间的初始压力差随着时间的推移而降低。

图12示出了当设备310被用于将气体从辅助容器311转移到接收容器313时，输送到接收容器313的气体的温度403(引进气体温度)、接收容器313内部的气体温度404(总罐温度)、接收容器313的衬层温度405(总罐衬层温度)和辅助容器311内部的气体温度406(源气体温度)。在该过程期间，辅助容器311内部的温度随着其压力降低而略微下降，即气体在辅助容器311内部膨胀。辅助容器311内部的气体的温度406和进入接收容器313的气体的温度403之间的差异表明设备310在冷却进入接收容器313的气体方面是有效的。温度降低取决于在辅助容器311和接收容器313之间的压力比。最初，设备310能够向接收容器313提供温度低于-10℃(即，与辅助容器311相比温度下降约20℃)的气体。这发生在当第四中间容器344处于图7的方法的第三步骤302时。在向接收容器313输送的气体的温度上升到约5℃之后，当第三中间容器343处于方法的第三步骤302时，与辅助容器311中的气体温度相比仍有5℃的温度下降。如图12所示，在过程结束时接收容器313内部的气体温度仅上升到50℃。

图13示出了对比示例，其中接收容器313被直接从辅助容器311填充，即不使用设备310及其中间容器。图13示出了输送到接收容器313的气体温度407(引进气体温度)、接收容器313内部的气体温度408(总罐温度)、接收容器313的衬层温度409(总罐衬层温度)以及辅助容器311内部的气体温度410(源气体温度)。在图13中，可以看出，由于焦耳-汤姆孙效应(Joules-Thompson effect)，引进气体温度407最初高于辅助容器311内部的气体温度410。因此，与从辅助容器311直接填充接收容器313相比，设备310消除了这种热源。额外地，在图13中，接收容器313内的气体温度408上升到60℃，这比使用设备310转移气体时接收容器313内部的气体温度404高10℃。因此证明了与直接从辅助容器311填充接收容器313相比，可以使用设备310在接收容器313中实现更低的最终气体温度。

图14示出了根据本发明实施例的用于转移气体的设备510。图14中的附图标记对应于图8中附图标记，用于相似的特征，但是用200进行了变换。

设备510包括辅助容器511、中间容器和接收容器513。中间容器包括第一对容器541、第二对容器542、第三对容器543和第四对容器544。每对容器包括第一容器和第二容器。设备510中的每个容器511、541a、542a、543a、544a、541b、542b、543b、544b、513被配置成接收并储存气体。

第一对容器541的第一容器541a包括第一开口551和第二开口552。辅助容器511选择性地流体地连接到第一容器541a的第一开口551，使得流体路径选择性地连接辅助容器511和第一对容器541的第一容器541a。第一容器541选择性地流体地连接到辅助罐511，使得气体可以从辅助容器511流动到第一容器541中，而不经过任何其他容器。如图14所示，第一对容器541的第一容器541a的第一开口551也选择性地流体地连接到接收容器513，使得流体路径选择性地连接第一容器541和接收容器513。在图14所示的实施例的替代实施例中，连接辅助容器511和第一容器541a的流体路径和连接第一容器541a和接收容器513的流体路径可以各自连接到第一容器541a中的不同开口。第一容器541a的第一开口551流体地连接到阀，以控制在第一容器541a和辅助容器511之间以及在第一容器541a和接收容器513之间的气体流动。在替代实施例中，设备510可以包括单独的阀，其可以控制在第一容器541a和辅助容器511之间以及在第一容器541a和接收容器513之间的气体流动。在每个第二对容器542、第三对容器543和第四对容器544中的第一容器均包括相应的第一开口和第二开口。在每个第二对容器542、第三对容器543和第四对容器544中的第一容器的第一开口以与第一对容器541的第一容器541a相同的方式流体地连接到辅助容器511和接收容器513。

第一对容器541的第一容器541a的第二开口552选择性地流体地连接到第一对容器541的第二容器541b的第一开口553，使得气体可从第一容器541a流动到第二容器541b中。设备510包括被配置成控制气体流出第一容器541a的第二开口552的阀以及被配置成控制气体流动到第一对容器541的第二容器541b的第一开口553中的阀。第一对容器541的第一容器541a的第二开口552也选择性地流体地连接到每个第二对容器542、第三对容器543和第四对容器544的第二容器的第二开口。这样，气体可以从第一容器541a流动到每个第二对容器542、第三对容器543和第四对容器544的第二容器中，而不流动通过第一对容器541的第二容器541b。

第一对容器541的第二容器541b的第二开口554选择性地流体连接到每个第二对容器542、第三对容器543和第四对容器544的第一容器的第一开口。这样，气体可以从第一对容器541的第二容器541b流动到每个第二对容器542、第三对容器543和第四对容器544的第一容器中。第一对容器541的第二容器541b的第二开口554也选择性地流体地连接到每个第二对容器542、第三对容器543和第四对容器544的第二容器的第二开口。这样，气体可以从第一对容器541的第二容器541b流动到每个第二对容器542、第三对容器543和第四对容器544的第二容器中。

第二对容器542、第三对容器543和第四对容器544中的第一和第二容器的开口以与第一容器541所述相同的方式连接到其他容器的第一开口和第二开口。设备510包括多个阀。每个容器具有位于其第一开口和第二开口附近的阀，以控制气体流入和流出每个容器。

设备510包括多个第一热交换器581、585、591、595。设备510被配置成使得在任何中间容器之间流动的气体可以穿过多个第一热交换器581、585、591、595中的一个。例如，从第一对容器541中的第一容器541a流动到第一对容器541的第二容器541b中的气体可以穿过多个第一热交换器581、585、591、595中的一个。额外地，从第一对容器541的第二容器541b流动到第二对容器542的第二容器542b中的气体可以穿过多个第一热交换器581、585、591、595中的一个。每个多个第一热交换器581、585、591、595可以包括散热器。每个散热器可以被配置成将流动通过它的气体冷却到环境温度。以与关于图8的设备310所述相同的方式，设备510包括两个第一节流器582、583，它们中的一个被布置在每个多个第一热交换器581、585、591、595的一侧。在图14所示的实施例中，该设备包括四个热交换器。

如图14所示，设备510包括第二热交换器599。设备510被配置成使得从一对容器的第二容器流动到另一对容器的第一容器中的气体可以流动通过第二热交换器599。也就是说，例如，从第一对容器541的第二容器541b流动到第一对容器541的第一容器541a中的气体可以流动通过第二热交换器599。第二热交换器599被配置为从通过其的气体中提取冷量(coolth)。然后，该冷量可以被用于冷却设备510内其他地方的气体，用于替代的目的或者可以储存起来用于以后使用。例如，设备510可以被配置成使得由第二热交换器599提取的冷量可以被用于冷却从辅助容器511流动到成对的容器541、542、543、544中的一个中的辅助气体。

设备510可以被配置成使得每个辅助容器511和接收容器513可以与一个、多于一个或者所有中间容器断开连接。因此，在使用期间，辅助容器511和/或接收容器513在设备510中可以是可更换的。图14所示的容器不是按比例绘制的。辅助容器511可以是与一个、多于一个或者所有中间容器相比具有更大的体积的高压储存容器。接收容器513可以具有比一个、多于一个或者所有中间容器更大的体积。接收容器513可以包括燃料罐。

图14的设备510可以被用于将气体从辅助容器511转移到接收容器513。在气体转移期间，成对的使用中间容器来转移气体并且每对容器经历上述图7方法的步骤。将参考设备510中的第一对容器541来描述使用图14的设备转移气体的方法。然而，所述的步骤也适用于第二对容器542、第三对容器543和第四对容器544。

在方法开始之前，辅助容器511包含辅助气体，并且第一对容器541各自包含与辅助容器511中的辅助气体具有基本上相同的压力的气体。第二对容器542包含与辅助容器511中的辅助气体具有基本上相同的压力的气体。第三对容器543、第四对容器544和接收容器513各自包含压力低于辅助容器511和第一对容器541的气体。设备510的所有容器中的气体是相同类型的气体。辅助气体可以处于环境温度。第一气体可以处于或高于环境温度。

方法的第一步骤303包括从第一对容器514中移位气体。在图14的设备510中，用辅助气体从第一对容器541中移位气体。位于第一对容器541的每个容器的第一和第二开口附近的阀被打开。辅助气体进入第一对容器541的第一容器541a，并且从该容器中移位气体，以在第一容器541a中提供工艺气体。在进入第一对容器541的第二容器541b(在其中其从二容器541b移位气体)之前，离开第一容器541a的气体穿过多个第一热交换器581中的一个，在第一热交换器中被冷却到环境温度。离开第一对容器541的第二容器541b的气体被用于在第四对容器344中执行方法的第四步骤304(如下所述)。

在方法的第一步骤303结束时，第一对容器541中的气体已经被代替，并且处于与辅助容器511中的气体基本上相同的压力下。在第一步骤303结束时，填充第一对容器541的第一容器541a的气体具有第一温度，并且起到与图1方法的工艺气体相同的作用。因此，该体被称为工艺气体。第一温度可以基本上是环境温度。第一对容器541的第二容器541b包含与第一容器541a中的第一气体具有类似的压力和温度的气体。

方法的第二步骤301包括在第一对容器541的第一容器541a中膨胀工艺气体，以产生具有大于第一温度的第二温度的第一体积的工艺气体和各自具有小于第一温度的第三温度的第二体积的工艺气体。第一对容器541的第二容器541b内的气体也以类似的方式膨胀。

在该步骤中，每个第一对容器541的第一容器541a和第二容器541b中的气体膨胀到第二对容器542的第二容器542b中。因此，第一对容器541的第一容器541a流体地接到第二对容器542的第二容器542b，并且第一对容器541的第二容器541b流体地接到第二对容器542的第二容器542b。第一容器541a中的工艺气体和第二容器542b中的气体膨胀到第二对容器542的第二容器542b中，其压力低于第一对容器341的压力。在该步骤中，第一对容器541的第一和第二容器541a、541b没有流体地连接。因此，气体不会在第一对容器541的第一和第二容器541a、541b之间通过。相反，气体独立地从每个第一对容器541的第一和第二容器流动到第二对容器542的第二容器542b中。

在方法的第二步骤301结束时，第二体积的工艺气体停留在第一对容器541的第一容器541a中。第一对容器541的第二容器541b包含一定类似体积的气体。以与其他实施例中所述相同的方式，第一对容器541的第一容器541a和第二容器542b中的气体在其在各自的容器内膨胀时被冷却。因此，在第二步骤301结束时，停留在第一和第二容器541a、541b中的气体低于环境温度。在进入第二对容器542的第二容器542b之前，膨胀到第二对容器542中的气体在第二步骤310期间流动通过多个第一热交换器585中的一个，在第一热交换器中气体被冷却到环境温度。膨胀到第二对容器542的第二容器542b中的气体被用于在第二对容器542中执行方法的第三步骤302(如下所述)。

在方法的第二步骤301结束时，第一对容器541的温度已经降低(即，每个容器包含冷却体积的气体)，并且每个第一对容器541中的气体压力与接收容器513中包含的气体基本上处于相同的压力下。

方法的第三步骤302包括使用活塞气体将第二体积的工艺气体中的至少一些移位到接收容器513中。也就是说，第一对容器541的第一容器541a内的第二体积的工艺气体被移位到接收容器513中。在图14的设备中，这是通过打开在第一对容器541的第一容器541a和接收容器513之间的阀，并且打开使气体能够流动到第一对容器541的第二容器541b的第二开口554中和使气体能够从第二容器541b的第一开口流动到第一容器541a的第二开口中的阀来实现的。如上所述，在方法期间的任何时刻，第一容器541、第二容器542、第三容器543、第四容器544中的一个将处于图14所示的步骤中的一个。当在第一对容器541中完成方法的第二步骤301时，方法的第一步骤303在第四对容器543中完成。因此，第四对容器543现在包含与辅助容器511处于基本上相同的压力下的气体。第四对容器543中的气体为第一对容器541提供活塞气体。活塞气体进入第一对容器541的第二容器541b，将冷却体积的气体从第二容器541b移位到第一对容器541的第一容器541a中。当该气体进入第一容器541a时，其进而将冷却的第二体积的工艺气体从第一容器541a移位到接收容器513中。移位气体到接收容器513中基本上是等压地发生的。因此，当第二体积的工艺气体进入时，接收容器513中的温度提高受到限制。

在进入第一对容器541的第二容器541b之前，活塞气体被多个第一热交换器585、595中的一个冷却，从而在活塞气体已经从该容器中移位气体之后降低第一对容器541的第二容器541b中的最终温度。

随着来自第二容器541b的冷却体积的气体被活塞气体移位到第一对容器541的第一容器541a中，其穿过第二热交换器599。第二热交换器从冷却体积的气体中提取冷量，该冷量可以被用于冷却设备510内其他地方的气体或者用于替代的目的。

当来自第一容器541a的第二体积的工艺气体已经被移位到接收容器513中时，方法的第三步骤302结束。在方法的第三步骤302结束时，第一容器541a填充有在方法的第二步骤301结束时停留在第一对容器541的第二容器541b内的气体。额外地，在方法的第三步骤结束时，第四对容器543、第一对容器541和接收容器513处于基本上相同的压力下。

以与上文参考图1所述相同的方式，在一些实施例中，活塞气体可以引起第一对容器541内的气体基本上根据塞流状态流动到接收容器513中。因此，以与关于图1的方法所述相同的方式，方法可以包括提供一系列细长构件，气体可以沿着该系列细长构件流动，并且可以包括在系列细长构件中提供浮子。额外地，以与图2的中间容器12相同的方式，设备510的中间容器可以包括任何系列细长构件、浮子和注射器。

方法的第四步骤304包括补充第一对容器541中的气体。在图14的设备510中，这是通过将第一对容器341中的压力提高到与辅助容器511基本上相同的压力来实现的。此时，第二对容器542包含与辅助容器511处于基本上相同的压力下的气体。当在第一对容器541中执行方法的第四步骤504时，在第二对容器542中执行方法的第一步骤303。从第二对容器542中的第二容器542b的第二开口移位的气体流动通过多个第一热交换器中的一个，并且通过第一对容器541的第一容器541a的第一开口。这从第一对容器541的第一容器541a移位气体，气体流动通过多个第一热交换器中的一个，进入到第一对容器541的第二容器541b中。因此，第一对容器541的两个容器中的压力提高。热交换器在气体进入第一对容器341的每一个之前冷却气体，这有助于限制第一对容器541内的温度，因为引进气体压缩已经存在于第一对容器541中的气体。当第一对容器541、第二对容器542和辅助容器511已经达到基本上相同的压力时，方法的第四步骤304结束。

在方法的第四步骤304结束时，第一对容器541已经返回到其在方法的第一步骤303之前的初始状态。在方法的第四步骤304中，第一对容器541中的气体已经被重新加压。因此，可以重复该方法以将更多的气体转移到接收容器313中。虽然该方法被描述为从第一容器341中的第一步骤303开始，但是该方法可以根据容器中的初始压力在设备510中在任何步骤开始执行。在方法的实施期间，成对的中间容器中的一个在任何时候都遵循四个方法步骤中的一个。使用图14的设备510转移气体进一步提高了从辅助容器转移到接收容器的冷却气体的效率，并且接收容器13中的温度的提高被进一步最小化。

在上述每个实施例中，活塞气体与工艺气体是相同类型的。任何上述实施例的容器内的工艺气体、活塞气体和任何其他气体可以各自是压缩气体。压缩气体可以包括氧气、氮气、氩气、氦气、氢气、压缩天然气、甲烷及其混合物。这种混合物可以包括例如氧气和氮气的混合物。在一些实施例中，活塞气体和工艺气体可以各自是燃料气体。燃料气体可以包括压缩天然气、氢气或任何其他适合用作燃料的气体。在方法开始时，接收容器中的任何气体都是与工艺气体相同类型的气体。

对上述实施例的各种改进对于本领域技术人员来说是清楚明白的。

在转移气体的方法的上述实施例中，在膨胀工艺气体的步骤期间冷却工艺气体的效率可能受到辅助容器和接收容器中气体的相对初始压力的限制。也就是说，该效率可能取决于辅助容器中的气体与接收容器中的气体的压力比。如果辅助容器中气体的初始压力相对于接收容器中的气体的初始压力过高，当工艺气体膨胀以产生较冷的第二体积的工艺气体时，所产生的第二体积可以从在其中膨胀的中间容器溢出。在某些实施例中，气体可以溢出到热交换器中，在热交换器中气体可以被加热到环境温度。因此，随着气体从辅助容器转移到接收容器，降低冷却气体的效率。

压力比极限是辅助容器中的气体压力与接收容器中的气体压力之比，在该压力比极限之上，第二体积的工艺气体溢出中间容器。压力比极限取决于用于将气体转移到接收容器的中间容器的数量以及被转移气体的类型。当从初始压力为450巴、温度为15℃的辅助容器中转移氢气时，图4所示设备110的压力极限比近似为3。也就是说，对于图4所示的设备110，当辅助容器111中的初始压力比接收容器113中的初始压力高三倍时，第二体积的工艺气体可以溢出中间容器112。当以初始压力为450巴、温度为15℃从辅助容器中转移氢气时，对于图6的设备210和图8所示的设备310，压力极限比近似为3，对于图14所示的设备510，压力极限比近似为1.7。

当在压力比高于压力比极限的情况下将气体从辅助容器转移到接收容器时，可以改进上述方法以提高在移位期间冷却气体的效率。在某些实施例中，通过将每个方法步骤分成第一阶段和第二阶段，可以改进图7所示的使用图8的设备310用于转移气体的方法，如图15所示。图15中的附图标记对应于图7中附图标记，用于相似的步骤，但是用1000进行了变换。将参照设备的第一容器341描述对方法的改进。然而，所述的步骤同样适用于第二容器342、第三容器343和第四容器344。

在方法开始之前，辅助容器311包含辅助气体，第一容器341包含第一气体，该第一气体具有与辅助容器311中的辅助气体基本上相同的压力。第二容器342包含具有与辅助容器311中的辅助气体基本上相同的压力的气体。第三容器343、第四容器344和接收容器313各自包含压力低于辅助容器311和第一容器341的气体。设备310的所有容器中的气体是相同类型的气体。辅助气体可以处于环境温度。第一气体可以处于或高于环境温度。

移位第一气体以提供工艺气体的方法1303的第一步骤包括第一阶段1303a和第二阶段1303b。在第一阶段1303a中，第一容器341内的气体没有变化。在第二阶段1303b期间，第一容器342内的第一气体被移位以提供工艺气体。用辅助气体从第一容器341中移位第一气体。从第一容器341排出的第一气体可以进入第四容器344，其被用于在第四容器344中执行第四步骤1304的第二阶段1304b(如下所述)。在方法的第一步骤1303结束时，第一容器341中的第一气体已经被辅助气体所代替。

方法的第二步骤1301包括膨胀工艺气体以产生具有大于第一温度的第二温度的第一体积的工艺气体和具有小于第一温度的第三温度的第二体积的工艺气体。第一容器341中的工艺气体膨胀，使得在第二步骤1301结束时，第二体积的工艺气体停留在第一容器341中，而第一体积的工艺气体停留在两个不同的中间容器中。第二步骤1301被分成第一阶段1301a和第二阶段1301b，在第一阶段1301a和第二阶段1303b中，离开第一容器341的第一体积的工艺气体的目的地不同。在第一阶段1301a中，离开第一容器341的第一体积的工艺气体的第一部分被用于补充第三容器343中的第一气体，即在第三容器343中执行方法的第四步骤1304的第一阶段1304a(如下所述)。当第一容器341和第三容器343中的压力基本上相同时，第一阶段1301a可以结束。替代地，第一阶段1301a可以结束，其中第一容器341中的压力仍然大于第三容器343中的压力。在第二步骤1301的第二阶段1301b期间，离开第一容器342的第一体积的工艺气体的第二部分被用作活塞气体，以将气体从第二容器移位到接收容器313中。也就是说，在第二容器342中执行第三步骤1303的第二阶段1303b(如下所述)。以这种方式膨胀工艺气体燃料罐减少了第二体积的工艺气体在膨胀时从第一容器341的溢出，从而提高了用于冷却工艺气体的方法的效率。提供两个阶段，在其中离开第一容器341的工艺气体被输送到不同目的地，结果是每个方法步骤具有两个阶段。

方法1302的第三步骤包括使用活塞气体移位第二体积的工艺气体中的至少一些，该步骤被分成第一阶段1302a和第二阶段1302b。在第一阶段1302a中，第一容器341内的气体没有变化。在第二阶段1302b期间，使用活塞气体将第二体积的工艺气体移位到接收容器313中。第四容器343中的气体为第一容器341提供活塞气体。当第四容器343、第一容器341和接收容器313已经达到基本上相同的压力时，方法1303的第三步骤结束。以与上述实施例相同的方式，活塞气体可以引起第二体积的工艺气体中的至少一些基本上根据塞流状态流动到接收容器313中。

方法的第四步骤1304包括通过将第一容器341中的压力提高到与辅助容器311基本上相同的压力来补充第一气体。第四步骤也被分成第一阶段1304a和第二阶段1304b。在第四步骤的第一阶段1304a中，使用离开第三容器343的气体来补充第一气体，该第三容器正在经历膨胀工艺气体的第二步骤1301的第一阶段1301a。在第四步骤1304的第二阶段1304b中，使用来自正在经历第一步骤1303的第二阶段1303a的第二容器342的气体来补充第一气体。当第一容器341、第二容器342和辅助容器311已经达到基本上相同的压力时，方法的第四步骤1304结束。

当辅助容器和接收容器的压力高于3的压力比极限时，将每个方法步骤分成两个单独的阶段提高了用于冷却设备310的工艺气体的方法的效率。图15的改进方法有效地将设备310的压力比极限提高到4.5。

以与使用图8的设备310用于转移气体的方法类似的方式，可以对上述使用图14的设备510转移气体的方法进行改进，从而在压力比高于压力比极限的情况下在将气体从辅助容器转移到接收容器时提高冷却气体的效率。

在一些实施例中，通过将每个方法步骤分成第一阶段和第二阶段，可以对述使用设备510转移气体的方法进行改进，如图15所示。在这样的实施例中，在方法1303的第一步骤的第一阶段1303a中，第一对容器341内的气体没有变化。在方法1303的第一步骤的第二阶段1303b期间，第一对容器541内的气体被移位。从第一对容器541排出的气体可以进入第四对容器344，其被用于在第四容器344中执行第四步骤1304的第二阶段1304b(如下所述)。

在方法的第二步骤1301的第一阶段1301a中，离开第一对容器541的每个第一容器514a和第二容器541b中的气体的第一部分被用于补充第三对容器343。也就是说，离开第一对容器541的每个第一容器514a和第二容器541b的气体进入第三对容器343的第二容器543b，以补充第三对容器543，即在第三对容器543中执行方法的第四步骤1304的第一阶段1304a(如下所述)。当第一对容器541和第三对容器543中的压力基本上相同时，第一阶段1301a可以结束。替代地，第一阶段1301a可以结束，此时第一对容器541中的压力仍然大于第三对容器543中的压力。在第二步骤1301的第二阶段1301b期间，离开第一对容器541的每个第一容器541a和第二容器541b的气体的第二部分被用作活塞气体，以将气体从第二对容器542移位到接收容器513中。也就是说，离开第一对容器541的每个第一容器541a和第二容器541b的气体进入第二对容器542的第二容器542b，以在第二容器342中执行第三步骤1303的第二阶段1303b(如下所述)。以这种方式膨胀气体减少了气体在膨胀时从第一对容器541中的溢出，从而提高了用于冷却工艺气体的方法的效率。在方法的第二步骤1301期间，在第一对容器541的第一容器541a和第二容器541b之间没有气体流动。

在方法1302的第三步骤的第一阶段1302a中，第一对容器541内的气体没有变化。在方法1302的第三步骤的第二阶段1302b期间，使用活塞气体从第一对容器541中移位每个第一对容器的第一和第二容器541a、541b中的气体。第四对容器544中的气体为第一对容器541提供活塞气体。也就是说，离开第四对容器544的第二容器544b的气体进入第一对容器的第二容器541b，以移位第二体积的工艺气体。当第四对容器544、第一对容器541和接收容器513已经达到基本上相同的压力时，方法1303的第三步骤结束。

在方法的第四步骤1304的第一阶段1304a中，使用离开第三对容器543的气体来补充第一对容器中的第一气体，该第三对容器正在经历第二步骤1301的第一阶段1301a。也就是说，离开第三对容器543的第二容器543b的气体进入第一对容器541的第一容器541a，以补充第一对容器541。在第四步骤1304的第二阶段1304b中，使用来自正在经历第一步骤1303的第二阶段1303a的第二对容器542的气体来补充第一对容器中的气体。因此，离开第二对容器542的第二容器542b的气体进入第一对容器541的第一容器541a，以补充第一对容器541。当第一对容器541、第二对容器542和辅助容器511已经达到彼此基本上相同的压力时，方法的第四步骤1304结束。

当辅助容器和接收容器的压力高于1.7的压力比极限时，如图15所示，将每个方法步骤分成两个单独的阶段提高了用于冷却设备510的工艺气体的方法的效率。图15的改进方法有效地将设备510的压力比极限提高到2。

在上述每个实施例中，中间容器的定向不限于图中所示的布置。在图4、图6和图8所示的中间容器的布置中，容器被定向成使得第二体积的工艺气体在第一位置处离开每个中间容器，并且活塞气体在第二位置处进入中间位置，该第二位置在容器上低于第一位置。来自辅助容器311的气体也在第一位置处进入中间容器。这样，图4、图6和图8中的中间容器被定向成使得较冷的气体在容器上在比较热的气体进入和离开容器的位置更高的位置处进入和离开容器。例如，当使用图8的设备310执行图7所示的方法时，来自辅助容器311的气体通过第一开口351(即第一位置)进入第一中间容器341，并且在方法的第三步骤302中，在第二步骤302期间已经被膨胀和冷却的气体通过第一开口351离开第一中间容器341。这样，在方法303、301的第一和第二步骤期间，通过第一开口351离开第一中间容器341的气体比离开第一中间容器341的第二开口352(即，第二位置)的气体更冷。在图7中，第一开口351位于第一中间容器341的顶部，第二开口352位于第一中间容器341的底部。也就是说，第一开口351在第二开口352上方(即，高于第二开口)。第二、第三和第四中间容器342、343、344具有相同的定向。在图4、图6和图8所示设备的替代实施例中，中间容器可以被定向成使得工艺气体在第一位置处离开每个中间容器，并且活塞气体在第二位置处进入中间位置，其中该第二位置在中间容器上高于第一位置。第一位置可以是中间容器的底部，第二位置可以是中间容器的顶部。来自辅助容器311的气体也可以在第一位置处进入中间容器。例如，可以改进图8所示的设备310的实施例，使得第一中间容器341的第二开口352被布置在第一开口351的上方。第二、第三和第四中间容器342、343、344可以被类似地定向。这样，与进入或离开每个容器的较热气体相比，较冷的气体在容器上较低的位置进入和离开每个中间气缸。这种布置可以改善每个中间容器内较热气体和较冷气体的分离，因为较高温度的气体具有较低的密度，并且将朝向容器的顶部上升，而较冷气体将具有较高的密度，并且将朝向容器的底部下沉。因此，在设备的使用期间，这种布置可以改善较热的活塞气体与较冷的第二体积的工艺气体的分离并减少其混合，从而有助于降低进入接收容器的气体的温度。

在一些实施例中，容器的相对尺寸可以不同于上述实施例中的尺寸。在图4设备110的替代实施例中，第一和第二容器121、122可以具有彼此不同的体积。例如，第二容器122的尺寸可以是第一容器121的二到三倍。

图2的设备10可以额外地包括在中间容器12和接收容器13之间的热交换器，以在气体进入接收容器13之前冷却气体。热交换器可以包括能够冷却气体到环境温度的任何合适的热交换器。

图3所示的方法不限于从第一步骤103开始。根据第一容器121和第二容器122中的压力，该方法可以从不同于第一步骤103的步骤开始。例如，如果第一容器121具有与第二容器122基本上相同的压力，则该方法可以在第四步骤104开始，以对第一容器121重新充气。

在一些实施例中，图1所示方法的第一步骤1和第二步骤2可以同时发生。在这样的实施例中，图2的设备10额外地包括在连接辅助容器11和中间容器12的流体路径15上的节流器(未示出)。该节流器限制了活塞气体从辅助容器11膨胀到中间容器12中，使得工艺气体可以膨胀到接收容器13中，以产生第一和第二体积。

在某些实施例中，图3所示方法的第二步骤101和第三步骤102可以同时发生。在这样的实施例中，图4的设备110额外地包括在连接第二容器122和第一容器121的流体路径129上的节流器(未示出)。该节流器限制了活塞气体从第二容器122膨胀到第一容器122中，使得工艺气体可以开始膨胀到接收容器113中以产生第一和第二体积。

在一些实施例中，第一容器341、第二容器342、第三容器343和第四容器344之间的流体路径可以不同于图8的设备310中所示的路径，提供的图7的方法可以在四个容器中执行。例如，第一容器341、第二容器342、第三容器343和第四容器344中的每一个可以包括额外的开口，这些开口可以被用于在容器之间提供替代的流体路径。经由第一热交换器381将第一容器341、第二容器342、第三容器343和第四容器344中的一个的第二开口352与另一容器的第一开口连接的流体路径363反而可以经由第一热交换器381选择性地将第一容器341、第二容器342、第三容器343和第四容器344中的一个的第二开口352与另一容器的第二开口连接起来。

在一些实施例中，图8的设备310可以包括不同数量的热交换器和不同布置的流体路径。该设备可以包括带有热交换器的流体路径，其选择性地流体地连接在图7的方法中使用的每对第一、第二、第三和第四容器。当在设备中实施图7的方法时，不会同时使用所有的热交换器。例如，具有热交换器的流体路径可以选择性地流体地连接第一和第二容器、第一和第四容器、第二和第三容器以及第三和第四容器。在这样的实施例中，设备中的阀的数量可以减少。

在一些实施例中，图6的设备210和图8的设备310可以不包括上述热交换器。

在一些实施例中，链路可以由多个图8的设备310形成。这种实施例可以提高控制接收容器中接收的气体温度的效率。可以通过改进图8的设备310来形成链路，使得气体通过第一和第二子系统而不是通过第一和第二热交换器381、385。每个子系统可以包括设备，该设备包括第一、第二、第三和第四容器以及第一和第二热交换器，其以与图8的实施例中相同的方式彼此流体地连接。

在整个说明书中，当提到两个或更多个容器处于基本上相同的压力下时，“基本上相同”可以理解为表示容器的压力差为10％或者更小、5％或者更小、或者2％或者更小。例如，当以巴(Barg)为单位测量的两个容器的压力差在彼此的0和10％、0和5％、或者0和2％之间时，两个容器可以被认为具有基本上相同的压力。该压力范围可以有助于优化气体转移到接收容器的速度，该速度与控制接收容器中温度的效率相关。

在本说明书的整个说明和权利要求中，词语“包括”和“包含”及其变体意味着“包括但不限于”，并且其不旨在(并且不排除)其他部分、添加件、部件、整体或步骤。在本说明书的整个说明和权利要求中，除非上下文另有要求，否则单数包括复数。特别地，在使用不定冠词的情况下，除非上下文另有要求，否则说明书应被理解为考虑复数和单数。

结合本发明的特定方面、实施例或示例描述的特征、整体、特性、化合物、化学部分或基团应该理解为适用于本文描述的任何其他方面、实施例或示例，除非与之不相容。本说明书(包括任何所附权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征，和/或如此公开的任何方法或过程的所有步骤可以以任何组合进行组合，除了其中这些特征和/或步骤中的至少一些相互排斥的组合。本发明不限于任何前述实施例的细节。本发明扩展到本说明书(包括任何所附权利要求、摘要和附图)中公开的任何新颖的一个特征或任何特征的新颖的组合，或者扩展到由此公开的任何方法或过程的步骤的任何新颖的一个或任何新颖的组合。

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