将气体燃料从液体状态供应到发动机制造技术

一种用于将气体燃料从液体状态供应到内燃机的改进的方法，包括：采用第二内燃机作为能量源；通过将来自所述能量源的能量转换成用于泵送的机械功来泵送处于所述液体状态的气体燃料；将循环通过所述第二内燃机的第一热交换流体中的来自所述第二内燃机的废热交换到第二热交换流体；用来自所述第二热交换流体的热来汽化从所述液体状态泵送的所述气体燃料；以及将从所述液体状态汽化的所述气体燃料递送到所述内燃机；其中通过所述泵送将递送到所述内燃机的所述气体燃料的压力维持在预定容差范围内。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本申请涉及一种将以液体状态存储的气体燃料供应到高马力应用中所采用的内燃机的技术。
技术介绍
用以液体状态存储的气体燃料供给燃料的高马力发动机被用于多种应用中，其中所述应用是机车(locomotive)、海洋船舶、矿业、矿业拖运卡车和发电。虽然需求可能不同，但是在这些应用中存在共同的技术挑战。由于消耗的燃料的体积相对大，燃料存储容器可能很大且难以与发动机位于一处。尤其在机车应用中，机车不具有足够的空间以将液化气体燃料存储容器定位在火车上，液化气体燃料存储容器必须被定位在机车附近的替代铁路车厢(railroad car)上。另一个挑战与用于在将液化气体燃料引入到发动机内之前将其汽化的热交换器的热管理有关。通常地，废热是用于汽化该液化燃料的主要热源，这导致最佳的发动机功率。在冷启动时，发动机冷却剂温度是低的，并且由于相对大的流速而存在使汽化器(vaporizer)冻结的风险。为了减轻此风险，至少在发动机冷启动期间，辅助热源有利于防止汽化器冻结。来自预先存在的发动机的传统能量源可以用于生成此热，但是在许多应用中，这些能量源可能不能够供应汽化器所需要的能量的量。用液化气体供给燃料的高马力发动机的两个研发目的是具有比等效的柴油发动机更少的排放，以及具有类似于等效的柴油发动机的功率水平。此发动机将广泛用在前述应用中。在机车产业中已经尝试研发这样的发动机，但是几乎没有成功。另一个研发目的是，可以在没有任何或有非常少的修改或重新配置的情况下将高马力发动机用在前述应用中的任何一种中。高马力应用包括技术挑战，尽管技术挑战存在于较低马力应用中，但是在较高功率水平下被加剧。这些挑战包括但不限于以某种方式与燃料压力有关的点火和燃烧稳定性，以及燃料供应的热管理。自20世纪80年代初以来，已尝试了若干研究计划和示范项目来采用天然气作为用于机车的燃料。最初的动机是确定与柴油机车相比，是否可以获得排放水平的任何减少，同时维持相同的功率水平。这些努力被环境保护局(EPA)针对机车的排放标准的演化驱动，针对机车的排放标准，环境保护局在1997年制定了0级、1级和2级标准，并且最近在2008年，环境保护局设定3级和4级标准。3级和4级标准二者都显著地减少柴油颗粒物质(PM)和氮氧化物(NOx)的排放。在这些努力中仅出现一种经过证明和测试的市售天然气供给燃料的铁路路线(l ine-haul)机车，该铁路路线机车采用低压注射技术。在由BNSF铁路公司、联合太平洋铁路公司(UPRR)、美国铁路协会(一起被称为铁路部门(Railroads))和加州环保协会于2007年11月公开的标题为“An Evaluation of Natural Gas-fueled Locomotives”的论文中，提出铁路部门在天然气供给燃料的机车上的看法。铁路部门表示，除了一些潜在的有利可图的市场(niche)应用，他们相信没有可行的机会来将天然气用作机车燃料来帮助满足排放和性能目标。这种看法基于这些研究计划和示范项目以及在北美可得的一种已知的市售天然气供给燃料的铁路路线机车。这种市售的产品是用于EMD 645二冲程柴油发动机的转换套件(conversion kit)，该产品使机车能够以液化天然气(LNG)作为主要燃料运行，同时采用柴油作为引燃燃料。该LNG燃料被汽化并且在低压下(85-125磅每平方英寸(psi))被注射，使得在压缩期间燃料和空气混合。然后一小部分的柴油“引燃”燃料在冲程的顶部处被注射到气缸内，在冲程的顶部处它自动点燃以促进燃烧。研究计划和示范项目中的若干个尝试过高压注射技术，在所述高压注射技术中，天然气燃料在压缩循环后期被注射。在1992年，UPRR在单独的项目中通过易安迪(EMD)和GE运输系统(GE)开始这些努力中的两项努力，以研究天然气在铁路线路、高马力机车发动机中的使用。这是重大的、多年的努力，其中UPRR花费超过1500万美元探索基本发动机和燃料供给技术问题。在EMD和GE系统中采用的天然气注射压力在3000psi和4500psi之间的范围内。由于技术限制，由EMD和GE单独研发的机车不能有收益地操作。两个项目中的技术困难包括气体注射器的故障、用于处理煤水车罐(tender tank)与机车之间的低温燃料的低温LNG泵的故障、发动机控制系统软件、气体转变控制系统软件、以及燃料系统连接泄漏。在1987年，由伯灵顿北方铁路公司(BN)开始的计划中研发出用于EMD 645的转换套件(上文提到的市售产品)，该计划涉及两个不同方向的努力：研发天然气供给燃料的基础设施和能够以天然气运行的铁路线路机车。对于供给燃料的基础设施，BN与空气化工产品公司(APC)合作研发供给燃料地点和装备低温罐的煤水车车厢(tender car)来支持将制冷液体甲烷(RLM)(高纯度形式的液化天然气)用作机车燃料。在1993年1月由天然气研究院公开的标题为“LNG as a Fuel for Railroads:Assessment of Technology Status and Economics”的论文中，APC的Bob Kirkland指示，可以在机车或煤水车车厢上执行LNG汽化。“由于泵送液体比压缩气体需要更少的能量，未来煤水车车厢设计将很可能递送液体到位于机车上并且在汽化器上游的泵。根据Bob Kirkland，煤水车车厢供应高压液体到机车是不现实的。这样的布置将包含长长度的高压管以及在机车与煤水车车厢之间的附加硬件以为泵提供动力。”基于铁路部门的许可以及上述引用的研究和示范计划的结果，显然，天然气在机车发动机中的后期循环、高压直接注射不是简单的或显而易见的任务。若干技术挑战存在，已经阻止了出现可挑战和改进来自所谓的清洁柴油机车技术的排放的市售天然气机车。类似的挑战存在于采用天然气作为用于海洋应用(其中采用发送机以用于给船提供动力且推进船)中、矿业和矿业拖运卡车中以及发电中采用的内燃机的燃料中。鉴于前述内容，需要用于高马力发动机的低压和高压燃料装置，该低压和高压燃料装置可适用于不同应用，并且其解决与燃料压力和热管理相关的技术挑战。本申请提供了一种用于将以液化状态存储的气体燃料供应到高马力应用中采用的内燃机的改进的技术。
技术实现思路
一种用于将气体燃料从液体状态供应到内燃机的改进的方法，包括：采用第二内燃机作为能量源；通过将来自该能量源的能本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于将气体燃料从液体状态供应到内燃机的方法，包括：采用第二内燃机作为能量源；通过将来自所述能量源的能量转换成用于泵送的机械功来泵送处于所述液体状态的所述气体燃料；将循环通过所述第二内燃机的第一热交换流体中的来自所述第二内燃机的废热交换到第二热交换流体；用来自所述第二热交换流体的热来汽化从所述液体状态泵送的所述气体燃料；以及将从所述液体状态汽化的所述气体燃料递送到所述内燃机；其中通过所述泵送将递送到所述内燃机的所述气体燃料的压力维持在预定容差范围内。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.10.04 CA 2,791,3151.一种用于将气体燃料从液体状态供应到内燃机的方法，包括：
采用第二内燃机作为能量源；
通过将来自所述能量源的能量转换成用于泵送的机械功来泵送处
于所述液体状态的所述气体燃料；
将循环通过所述第二内燃机的第一热交换流体中的来自所述第二
内燃机的废热交换到第二热交换流体；
用来自所述第二热交换流体的热来汽化从所述液体状态泵送的所
述气体燃料；以及
将从所述液体状态汽化的所述气体燃料递送到所述内燃机；
其中通过所述泵送将递送到所述内燃机的所述气体燃料的压力维
持在预定容差范围内。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述能量源是机械能、液压
能和电能中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的方法，还包括将所述电能供应到铁路车
厢。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括用从第一热源生成的热来
汽化从所述液体状态泵送的所述气体燃料。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述能量源是电能，并且所
述第一热源通过将所述电能转换成热能来生成热。
6.根据权利要求4所述的方法，其中所述第一热源通过燃烧从用
于保持所述气体燃料处于所述液体状态的存储容器递送的蒸发气体来
生成热。
7.根据权利要求4所述的方法，还包括当所述内燃机启动时，采
用所述第一热源来汽化所述气体燃料。
8.根据权利要求1所述的方法，还包括用来自所述内燃机的废热
来汽化从所述液体状态泵送的所述气体燃料。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二内燃机用不同于所
述气体燃料的第二燃料供给燃料。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二内燃机用所述气体
燃料供给燃料。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二内燃机用来自存储
处于所述液体状态的所述气体燃料的蒸发气体供给燃料。
12.一种用于将气体燃料从液体状态供应到内燃机的装置，包括：

【专利技术属性】
技术研发人员：B·E·梅兰森，D·K·芒福德，P·M·布罗姆鲁斯，M·S·A·麦克金侬，
申请(专利权)人：西港能源有限公司，
类型：发明
国别省市：加拿大;CA