將氣體燃料從液體狀態供應到發動機制造技術

一種用于將氣體燃料從液體狀態供應到內燃機的改進的方法，包括：采用第二內燃機作為能量源；通過將來自所述能量源的能量轉換成用于泵送的機械功來泵送處于所述液體狀態的氣體燃料；將循環通過所述第二內燃機的第一熱交換流體中的來自所述第二內燃機的廢熱交換到第二熱交換流體；用來自所述第二熱交換流體的熱來汽化從所述液體狀態泵送的所述氣體燃料；以及將從所述液體狀態汽化的所述氣體燃料遞送到所述內燃機；其中通過所述泵送將遞送到所述內燃機的所述氣體燃料的壓力維持在預定容差范圍內。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本申請涉及一種將以液體狀態存儲的氣體燃料供應到高馬力應用中所采用的內燃機的技術。
技術介紹
用以液體狀態存儲的氣體燃料供給燃料的高馬力發動機被用于多種應用中，其中所述應用是機車(locomotive)、海洋船舶、礦業、礦業拖運卡車和發電。雖然需求可能不同，但是在這些應用中存在共同的技術挑戰。由于消耗的燃料的體積相對大，燃料存儲容器可能很大且難以與發動機位于一處。尤其在機車應用中，機車不具有足夠的空間以將液化氣體燃料存儲容器定位在火車上，液化氣體燃料存儲容器必須被定位在機車附近的替代鐵路車廂(railroad?car)上。另一個挑戰與用于在將液化氣體燃料引入到發動機內之前將其汽化的熱交換器的熱管理有關。通常地，廢熱是用于汽化該液化燃料的主要熱源，這導致最佳的發動機功率。在冷啟動時，發動機冷卻劑溫度是低的，并且由于相對大的流速而存在使汽化器(vaporizer)凍結的風險。為了減輕此風險，至少在發動機冷啟動期間，輔助熱源有利于防止汽化器凍結。來自預先存在的發動機的傳統能量源可以用于生成此熱，但是在許多應用中，這些能量源可能不能夠供應汽化器所需要的能量的量。用液化氣體供給燃料的高馬力發動機的兩個研發目的是具有比等效的柴油發動機更少的排放，以及具有類似于等效的柴油發動機的功率水平。此發動機將廣泛用在前述應用中。在機車產業中已經嘗試研發這樣的發動機，但是幾乎沒有成功。另一個研發目的是，可以在沒有任何或有非常少的修改或重新配置的情況下將高馬力發動機用在前述應用中的任何一種中。高馬力應用包括技術挑戰，盡管技術挑戰存在于較低馬力應用中，但是在較高功率水平下被加劇。這些挑戰包括但不限于以某種方式與燃料壓力有關的點火和燃燒穩定性，以及燃料供應的熱管理。自20世紀80年代初以來，已嘗試了若干研究計劃和示范項目來采用天然氣作為用于機車的燃料。最初的動機是確定與柴油機車相比，是否可以獲得排放水平的任何減少，同時維持相同的功率水平。這些努力被環境保護局(EPA)針對機車的排放標準的演化驅動，針對機車的排放標準，環境保護局在1997年制定了0級、1級和2級標準，并且最近在2008年，環境保護局設定3級和4級標準。3級和4級標準二者都顯著地減少柴油顆粒物質(PM)和氮氧化物(NOx)的排放。在這些努力中僅出現一種經過證明和測試的市售天然氣供給燃料的鐵路路線(l?ine-haul)機車，該鐵路路線機車采用低壓注射技術。在由BNSF鐵路公司、聯合太平洋鐵路公司(UPRR)、美國鐵路協會(一起被稱為鐵路部門(Railroads))和加州環保協會于2007年11月公開的標題為“An?Evaluation?of?Natural?Gas-fueled?Locomotives”的論文中，提出鐵路部門在天然氣供給燃料的機車上的看法。鐵路部門表示，除了一些潛在的有利可圖的市場(niche)應用，他們相信沒有可行的機會來將天然氣用作機車燃料來幫助滿足排放和性能目標。這種看法基于這些研究計劃和示范項目以及在北美可得的一種已知的市售天然氣供給燃料的鐵路路線機車。這種市售的產品是用于EMD?645二沖程柴油發動機的轉換套件(conversion?kit)，該產品使機車能夠以液化天然氣(LNG)作為主要燃料運行，同時采用柴油作為引燃燃料。該LNG燃料被汽化并且在低壓下(85-125磅每平方英寸(psi))被注射，使得在壓縮期間燃料和空氣混合。然后一小部分的柴油“引燃”燃料在沖程的頂部處被注射到氣缸內，在沖程的頂部處它自動點燃以促進燃燒。研究計劃和示范項目中的若干個嘗試過高壓注射技術，在所述高壓注射技術中，天然氣燃料在壓縮循環后期被注射。在1992年，UPRR在單獨的項目中通過易安迪(EMD)和GE運輸系統(GE)開始這些努力中的兩項努力，以研究天然氣在鐵路線路、高馬力機車發動機中的使用。這是重大的、多年的努力，其中UPRR花費超過1500萬美元探索基本發動機和燃料供給技術問題。在EMD和GE系統中采用的天然氣注射壓力在3000psi和4500psi之間的范圍內。由于技術限制，由EMD和GE單獨研發的機車不能有收益地操作。兩個項目中的技術困難包括氣體注射器的故障、用于處理煤水車罐(tender?tank)與機車之間的低溫燃料的低溫LNG泵的故障、發動機控制系統軟件、氣體轉變控制系統軟件、以及燃料系統連接泄漏。在1987年，由伯靈頓北方鐵路公司(BN)開始的計劃中研發出用于EMD?645的轉換套件(上文提到的市售產品)，該計劃涉及兩個不同方向的努力：研發天然氣供給燃料的基礎設施和能夠以天然氣運行的鐵路線路機車。對于供給燃料的基礎設施，BN與空氣化工產品公司(APC)合作研發供給燃料地點和裝備低溫罐的煤水車車廂(tender?car)來支持將制冷液體甲烷(RLM)(高純度形式的液化天然氣)用作機車燃料。在1993年1月由天然氣研究院公開的標題為“LNG?as?a?Fuel?for?Railroads:Assessment?of?Technology?Status?and?Economics”的論文中，APC的Bob?Kirkland指示，可以在機車或煤水車車廂上執行LNG汽化。“由于泵送液體比壓縮氣體需要更少的能量，未來煤水車車廂設計將很可能遞送液體到位于機車上并且在汽化器上游的泵。根據Bob?Kirkland，煤水車車廂供應高壓液體到機車是不現實的。這樣的布置將包含長長度的高壓管以及在機車與煤水車車廂之間的附加硬件以為泵提供動力。”基于鐵路部門的許可以及上述引用的研究和示范計劃的結果，顯然，天然氣在機車發動機中的后期循環、高壓直接注射不是簡單的或顯而易見的任務。若干技術挑戰存在，已經阻止了出現可挑戰和改進來自所謂的清潔柴油機車技術的排放的市售天然氣機車。類似的挑戰存在于采用天然氣作為用于海洋應用(其中采用發送機以用于給船提供動力且推進船)中、礦業和礦業拖運卡車中以及發電中采用的內燃機的燃料中。鑒于前述內容，需要用于高馬力發動機的低壓和高壓燃料裝置，該低壓和高壓燃料裝置可適用于不同應用，并且其解決與燃料壓力和熱管理相關的技術挑戰。本申請提供了一種用于將以液化狀態存儲的氣體燃料供應到高馬力應用中采用的內燃機的改進的技術。
技術實現思路
一種用于將氣體燃料從液體狀態供應到內燃機的改進的方法，包括：采用第二內燃機作為能量源；通過將來自該能量源的能本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于將氣體燃料從液體狀態供應到內燃機的方法，包括：采用第二內燃機作為能量源；通過將來自所述能量源的能量轉換成用于泵送的機械功來泵送處于所述液體狀態的所述氣體燃料；將循環通過所述第二內燃機的第一熱交換流體中的來自所述第二內燃機的廢熱交換到第二熱交換流體；用來自所述第二熱交換流體的熱來汽化從所述液體狀態泵送的所述氣體燃料；以及將從所述液體狀態汽化的所述氣體燃料遞送到所述內燃機；其中通過所述泵送將遞送到所述內燃機的所述氣體燃料的壓力維持在預定容差范圍內。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2012.10.04 CA 2,791,3151.一種用于將氣體燃料從液體狀態供應到內燃機的方法，包括：
采用第二內燃機作為能量源；
通過將來自所述能量源的能量轉換成用于泵送的機械功來泵送處
于所述液體狀態的所述氣體燃料；
將循環通過所述第二內燃機的第一熱交換流體中的來自所述第二
內燃機的廢熱交換到第二熱交換流體；
用來自所述第二熱交換流體的熱來汽化從所述液體狀態泵送的所
述氣體燃料；以及
將從所述液體狀態汽化的所述氣體燃料遞送到所述內燃機；
其中通過所述泵送將遞送到所述內燃機的所述氣體燃料的壓力維
持在預定容差范圍內。
2.根據權利要求1所述的方法，其中所述能量源是機械能、液壓
能和電能中的至少一種。
3.根據權利要求2所述的方法，還包括將所述電能供應到鐵路車
廂。
4.根據權利要求1所述的方法，還包括用從第一熱源生成的熱來
汽化從所述液體狀態泵送的所述氣體燃料。
5.根據權利要求4所述的方法，其中所述能量源是電能，并且所
述第一熱源通過將所述電能轉換成熱能來生成熱。
6.根據權利要求4所述的方法，其中所述第一熱源通過燃燒從用
于保持所述氣體燃料處于所述液體狀態的存儲容器遞送的蒸發氣體來
生成熱。
7.根據權利要求4所述的方法，還包括當所述內燃機啟動時，采
用所述第一熱源來汽化所述氣體燃料。
8.根據權利要求1所述的方法，還包括用來自所述內燃機的廢熱
來汽化從所述液體狀態泵送的所述氣體燃料。
9.根據權利要求1所述的方法，其中所述第二內燃機用不同于所
述氣體燃料的第二燃料供給燃料。
10.根據權利要求1所述的方法，其中所述第二內燃機用所述氣體
燃料供給燃料。
11.根據權利要求1所述的方法，其中所述第二內燃機用來自存儲
處于所述液體狀態的所述氣體燃料的蒸發氣體供給燃料。
12.一種用于將氣體燃料從液體狀態供應到內燃機的裝置，包括：

【專利技術屬性】
技術研發人員：B·E·梅蘭森，D·K·芒福德，P·M·布羅姆魯斯，M·S·A·麥克金儂，
申請(專利權)人：西港能源有限公司，
類型：發明
國別省市：加拿大;CA