用于制備高壓氣體的氣體制備系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種氣體制備系統(tǒng)，更具體地涉及一種用于制備高壓氣體的氣體制備系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]由于不斷上升的柴油成本和越來(lái)越多對(duì)排氣排放的約束，發(fā)動(dòng)機(jī)制造商開(kāi)發(fā)了采用替代燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)。一種這樣的燃料為天然氣(NG)。盡管這些發(fā)動(dòng)機(jī)中的很多消耗壓縮天然氣(CNG)，但可能期望將NG作為液化天然氣(LNG)運(yùn)輸并且在將氣體輸送到發(fā)動(dòng)機(jī)之前將它轉(zhuǎn)化為CNG。在許多情況下，轉(zhuǎn)化的CNG在噴射到發(fā)動(dòng)機(jī)中之前必須進(jìn)行加壓。然而，當(dāng)前用于將LNG轉(zhuǎn)化為高壓CNG的技術(shù)要求需要額外的動(dòng)力運(yùn)行的壓縮機(jī)和/或泵，從而產(chǎn)生難以接受的發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力(大小和/或品質(zhì))的寄生損失。
[0003]用于將液態(tài)燃料轉(zhuǎn)化為氣態(tài)燃料的系統(tǒng)的示例在Watts等人的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)公報(bào)N0.2010/0005812 ( “ ’ 812公報(bào)”)中被公開(kāi)。’ 812公報(bào)的系統(tǒng)包括從供給容器接收液氫的器皿。該器皿由傳熱系統(tǒng)加熱以使氫氣化。氣態(tài)氫輸送到蓄壓器，氣體被儲(chǔ)存在該蓄壓器中以便今后使用。
[0004]盡管’ 812公報(bào)的系統(tǒng)能將液態(tài)燃料轉(zhuǎn)化成氣態(tài)，但它并不理想。例如，可能需要?jiǎng)恿υ磥?lái)從儲(chǔ)罐泵吸液氫、操作調(diào)整通過(guò)系統(tǒng)的氫的流量的閥和/或蓄積氣態(tài)氫。此外，氣態(tài)氫達(dá)到的壓力可能受所述器皿的尺寸限制，對(duì)于某些高壓氣態(tài)燃料應(yīng)用而言，所述壓力可能不夠。此外，達(dá)到的壓力可能由于器皿內(nèi)的壓力必須足夠低以允許另外的氫進(jìn)入而進(jìn)一步受限。這是因?yàn)楣┙o壓力必須克服器皿中的壓力以便另外的氫進(jìn)入。
[0005]本發(fā)明針對(duì)于克服上述問(wèn)題中的一個(gè)或多個(gè)和/或現(xiàn)有技術(shù)的其它問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]在一方面，本發(fā)明涉及一種用于制備高壓氣態(tài)燃料的方法。該方法可包括在具有有效容積的容器中接收液化燃料、減小容器的有效容積并且加熱液化燃料。該方法還可包括將一些氣態(tài)燃料從容器釋放出來(lái)。該方法還可包括增大容器的有效容積、冷卻殘留的氣態(tài)燃料以及將液化燃料引導(dǎo)到容器中以代替釋放的氣態(tài)燃料。該方法可包括將容器的有效容積的變化轉(zhuǎn)化為機(jī)械動(dòng)力。
[0007]在另一方面，本發(fā)明涉及一種用于制備高壓氣態(tài)燃料的氣體制備系統(tǒng)。該氣體制備系統(tǒng)可包括構(gòu)造成儲(chǔ)存液化燃料的儲(chǔ)罐和構(gòu)造成接收氣態(tài)燃料并產(chǎn)生動(dòng)力和廢熱的設(shè)備。該氣體制備系統(tǒng)還可包括轉(zhuǎn)化泵。該轉(zhuǎn)化泵可包括容器、在儲(chǔ)罐與容器之間流體地連接的液化燃料口和在容器與設(shè)備之間流體地連接的氣態(tài)燃料口。該轉(zhuǎn)化泵還可包括配置在容器內(nèi)的第一活塞和配置在容器內(nèi)且構(gòu)造成使流體在容器的不同區(qū)域之間移動(dòng)的第二活塞。該轉(zhuǎn)化泵還可包括構(gòu)造成向容器中的燃料傳熱的傳熱設(shè)備。該轉(zhuǎn)化泵還可包括由第一活塞驅(qū)動(dòng)以產(chǎn)生輔助動(dòng)力的曲軸。
[0008]在又一方面，本發(fā)明涉及一種用于制備高壓氣態(tài)燃料的氣體制備系統(tǒng)。該氣體制備系統(tǒng)可包括構(gòu)造成儲(chǔ)存液化燃料的儲(chǔ)罐和構(gòu)造成接收氣態(tài)燃料并產(chǎn)生動(dòng)力和廢熱的設(shè)備。該氣體制備系統(tǒng)還可包括轉(zhuǎn)化泵。該轉(zhuǎn)化泵可包括第一缸筒和第二缸筒、在儲(chǔ)罐與第一缸筒之間流體地連接的液化燃料口、在第一缸筒與第二缸筒之間流體地連接的轉(zhuǎn)移管路和在第二缸筒與所述設(shè)備之間流體地連接的氣態(tài)燃料口。該轉(zhuǎn)化泵還可包括配置在第一缸筒內(nèi)的第一活塞、配置在第二缸筒內(nèi)的第二活塞和構(gòu)造成向第二缸筒中的燃料傳熱的傳熱設(shè)備。該轉(zhuǎn)化泵還可包括由第二活塞驅(qū)動(dòng)以產(chǎn)生輔助動(dòng)力的曲軸。
【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1是示例性公開(kāi)的氣體制備系統(tǒng)的示意性圖示；
[0010]圖2是根據(jù)第一實(shí)施例的可與圖1的氣體制備系統(tǒng)相結(jié)合地使用的示例性燃料泵的示意性圖示；
[0011]圖3是根據(jù)第二實(shí)施例的可與圖1的氣體制備系統(tǒng)相結(jié)合地使用的示例性燃料泵的示意性圖示；以及
[0012]圖4是與由圖1的氣體制備系統(tǒng)執(zhí)行的示例性公開(kāi)的轉(zhuǎn)化循環(huán)相對(duì)應(yīng)的容積與壓力關(guān)系圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]圖1示出用于制備高壓氣體的示例性公開(kāi)的氣體制備系統(tǒng)10。在一示例性實(shí)施例中，高壓氣體可以是被引導(dǎo)到設(shè)備12以進(jìn)行消耗的燃料。例如，該高壓氣體可以是壓縮天然氣(CNG)。然而，應(yīng)該理解的是，該氣體可以是任何燃料或其它流體，例如甲烷、氫、空氣、蒸汽等。設(shè)備12可以是構(gòu)造成消耗由氣體制備系統(tǒng)10制備的高壓燃料的任何設(shè)備，例如燃機(jī)、渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)、爐等。例如，設(shè)備12可以是構(gòu)造成依靠柴油和壓縮天然氣(CNG)運(yùn)行的雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)，例如機(jī)車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)。在一示例性實(shí)施例中，氣體制備系統(tǒng)10可構(gòu)造成制備用于由設(shè)備12消耗的CNG。
[0014]氣體制備系統(tǒng)10可包括儲(chǔ)罐14和轉(zhuǎn)化泵16。儲(chǔ)罐14可以是構(gòu)造成儲(chǔ)存諸如液化天然氣(LNG)之類(lèi)的液化燃料的儲(chǔ)存器皿。轉(zhuǎn)化泵16可以是構(gòu)造成將液化燃料(例如，LNG)轉(zhuǎn)化為用于最終由設(shè)備12消耗的氣態(tài)燃料(例如，CNG)的設(shè)備。在至少一些實(shí)施例中，轉(zhuǎn)化泵16也可以是通過(guò)將燃料轉(zhuǎn)化為高壓氣體的過(guò)程來(lái)產(chǎn)生動(dòng)力的設(shè)備。例如，轉(zhuǎn)化泵16可以是構(gòu)造成通過(guò)流體的加壓和加熱來(lái)產(chǎn)生動(dòng)力的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)，其被改造成允許釋放一些加壓流體，剩下的加壓流體產(chǎn)生所述動(dòng)力，并且另外的低壓流體替換釋放的流體。
[0015]如圖1所示，轉(zhuǎn)化泵16可分別通過(guò)至少一個(gè)供給管路18和至少一個(gè)輸出管路22與儲(chǔ)罐14和設(shè)備12流體連接。在一示例性實(shí)施例中，儲(chǔ)罐14可經(jīng)供給管路18向轉(zhuǎn)化泵16供給LNG。此外，由轉(zhuǎn)化泵16產(chǎn)生的CNG可從轉(zhuǎn)化泵16經(jīng)輸出管路22輸送到設(shè)備12。在一些實(shí)施例中，閥20可調(diào)整LNG從供給管路18向轉(zhuǎn)化泵16的導(dǎo)入，且閥24可調(diào)整CNG從轉(zhuǎn)化泵16往輸出管路22的釋放。閥20和24可以是本領(lǐng)域中已知的任何類(lèi)型的閥，例如止回閥、提升閥、球閥、熱膨脹閥等。
[0016]在一示例性實(shí)施例中，轉(zhuǎn)化泵16可構(gòu)造成通過(guò)轉(zhuǎn)化循環(huán)的執(zhí)行來(lái)接收LNG和產(chǎn)生CNG。下面將詳細(xì)描述的轉(zhuǎn)化循環(huán)可包括加熱LNG的步驟，例如使LNG沸騰以產(chǎn)生CNG。氣體制備系統(tǒng)10可包括構(gòu)造成在轉(zhuǎn)化循環(huán)期間向轉(zhuǎn)化泵16傳熱的傳熱設(shè)備26。在一示例性實(shí)施例中，傳熱設(shè)備26可構(gòu)造成將由設(shè)備12產(chǎn)生的熱傳遞到轉(zhuǎn)化泵16。例如，如圖1所示，傳熱設(shè)備26可與設(shè)備12和轉(zhuǎn)化泵16可操作地連接，使得由設(shè)備12產(chǎn)生的熱可由容納于轉(zhuǎn)化泵16內(nèi)的燃料(例如，LNG)吸收。
[0017]設(shè)備12可通過(guò)消耗由轉(zhuǎn)化泵16供給的燃料(例如，CNG)來(lái)產(chǎn)生熱。例如，在設(shè)備12為燃機(jī)的實(shí)施例中，設(shè)備12可通過(guò)CNG的燃燒來(lái)產(chǎn)生動(dòng)力。燃燒過(guò)程可產(chǎn)生過(guò)剩熱，其可(例如，通過(guò)散熱器、冷卻套等)被吸收、(例如，通過(guò)排氣)釋放和/或(例如，通過(guò)排氣再循環(huán)(EGR))再利用。設(shè)備12的其它實(shí)施例可類(lèi)似地產(chǎn)生熱(例如，燃燒CNG或其它燃料的爐)。傳熱設(shè)備26可以是構(gòu)造成將至少一些由設(shè)備12產(chǎn)生的熱傳遞到轉(zhuǎn)化泵16的任何設(shè)備。例如，傳熱設(shè)備26可以是熱交換器，其中CNG管道置于被加熱的管道之間以實(shí)現(xiàn)傳熱(例如，經(jīng)由對(duì)流和/或傳導(dǎo))。被加熱的管道可由預(yù)先從設(shè)備12吸熱的流體——例如，比方說(shuō)來(lái)自散熱器或冷卻套的水，或排氣——加熱。