[0033]由發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的熱可用來(lái)產(chǎn)生輔助動(dòng)力，該輔助動(dòng)力可用來(lái)為例如發(fā)電機(jī)提供動(dòng)力。這樣，由發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的過(guò)剩熱可用于其它目的而不是被浪費(fèi)掉。此外，可減小相關(guān)的冷卻設(shè)備(例如，散熱器)的容量，因?yàn)檗D(zhuǎn)化泵將吸收一部分發(fā)動(dòng)機(jī)的廢熱。
[0034]圖4是壓力與容積的關(guān)系的示例性圖示100，其可說(shuō)明包括示例性轉(zhuǎn)化循環(huán)110轉(zhuǎn)化泵16——例如轉(zhuǎn)化泵16A和/或16B——在操作期間的狀態(tài)。然而，應(yīng)該理解的是，轉(zhuǎn)化循環(huán)110可代表理想化的轉(zhuǎn)化循環(huán)的示例，其中由于不同的工況(例如，諸如摩擦、不徹底的傳熱、相變等低效現(xiàn)象)而引起的壓力和容積的變化處于本發(fā)明的范圍內(nèi)。此外，應(yīng)該理解的是，在轉(zhuǎn)化泵16的起動(dòng)期間狀態(tài)可以是不同的。
[0035]如文中所用，容積可指的是當(dāng)轉(zhuǎn)化泵16在它停止接收或釋放燃料時(shí)的有效容積。例如，轉(zhuǎn)化泵16A的容積可以是膨脹室32的容積，而轉(zhuǎn)化泵16B的容積可以是冷室46、熱室50和轉(zhuǎn)移管路60的組合容積。在各轉(zhuǎn)化泵16A和16B中，有效容積時(shí)間相關(guān)地取決于相關(guān)活塞如活塞34、52和54的位置。類似地，壓力可指的是轉(zhuǎn)化泵16A、16B的有效容積中的流體的整體壓力。
[0036]如圖4所示，轉(zhuǎn)化循環(huán)110可包括順次發(fā)生的級(jí)1、2、3和4，但這樣編號(hào)的目的是為了舉例，因?yàn)槿我饧?jí)都可視為第一級(jí)?？傮w而言，轉(zhuǎn)化循環(huán)110可類似于熱機(jī)的循環(huán)，例如斯特林循環(huán)。然而，如圖4所示，級(jí)2和4附近的壓力可不同于相應(yīng)斯特林循環(huán)的壓力，因?yàn)榱黧w可被允許在級(jí)2處或附近離開系統(tǒng)，由此引起與斯特林循環(huán)(其中流體不會(huì)離開系統(tǒng)且允許壓力上升)相比的壓力降低，并且，流體可被允許在級(jí)4處或附近進(jìn)入系統(tǒng)，由此引起與斯特林循環(huán)(其中流體不會(huì)進(jìn)入系統(tǒng)且允許壓力持續(xù)降低)相比的壓力上升。此夕卜，壓力上升可比由于發(fā)生在級(jí)4與級(jí)I之間的從氣態(tài)到液態(tài)的相變而引起的偏差多，這可導(dǎo)致壓力相比于相應(yīng)的斯特林循環(huán)要低。
[0037]如圖4所示，在達(dá)到級(jí)I之前，轉(zhuǎn)化循環(huán)110可處于轉(zhuǎn)化泵16的容積最大且壓力相對(duì)低的狀態(tài)。在此狀態(tài)下，轉(zhuǎn)化泵16中的燃料可基本為氣態(tài)，其中閥20打開以允許液化燃料流入轉(zhuǎn)化泵16中。隨著轉(zhuǎn)化循環(huán)110接近級(jí)1，容積減小，這可引起氣態(tài)燃料和液化燃料在轉(zhuǎn)化泵16內(nèi)的混合。因此，級(jí)I可包括位于轉(zhuǎn)化泵16內(nèi)的液化燃料和氣態(tài)燃料的混合物，其中容積和壓力處于或接近最低點(diǎn)。
[0038]在級(jí)I處達(dá)到最小容積之后，轉(zhuǎn)化循環(huán)110可繼續(xù)以恒定(或接近恒定)的容積對(duì)燃料加壓?？赏ㄟ^(guò)加熱燃料(即，等容加熱)來(lái)進(jìn)行加壓，所述加熱可包括從發(fā)動(dòng)機(jī)向燃料傳熱。隨著燃料被加熱，大部分或全部剩下的液化燃料可相變?yōu)闅鈶B(tài)。換言之，燃料沸騰。燃料的沸騰引起燃料密度的降低以及壓力的上升。
[0039]當(dāng)壓力達(dá)到第一閾值(在圖4中示出為級(jí)2)時(shí)，閥24可打開并允許氣態(tài)燃料釋放到輸出管路22中。因此，在級(jí)2處，壓力可處于最大值(其也可為臨界壓力)，而容積可處于最小值。隨著級(jí)2過(guò)渡到級(jí)3，質(zhì)量的釋放可引起轉(zhuǎn)化泵16中的壓力下降。然而，由于轉(zhuǎn)化泵16中的氣態(tài)燃料的溫度可繼續(xù)上升，所以在燃料釋放時(shí)，壓力下降可抵消并且轉(zhuǎn)化泵16中的燃料壓力可保持在閾值處或其附近一段時(shí)間(即，等壓質(zhì)量排出)。
[0040]在達(dá)到級(jí)2之后的某一刻，轉(zhuǎn)化泵16的容積開始膨脹。然而，傳熱和加壓可繼續(xù)，這可將壓力維持在第一臨界壓力或其附近。隨著容積繼續(xù)膨脹，閥24可在壓力下降到第二臨界壓力之下時(shí)關(guān)閉，所述第二臨界壓力可約等于第一臨界壓力。該狀態(tài)可以是級(jí)3。在示例性轉(zhuǎn)化循環(huán)110期間，燃料質(zhì)量的約20%可作為氣態(tài)燃料釋放到輸出管路22。
[0041]當(dāng)壓力開始從第一和/或第二臨界壓力下降并且容積膨脹時(shí)，轉(zhuǎn)化循環(huán)可開始從級(jí)3過(guò)渡到級(jí)4。在一示例性實(shí)施例中，高壓燃料可引起膨脹。例如，殘留的氣態(tài)燃料(例如，未釋放到輸出管路22的高壓燃料)可對(duì)諸如活塞的活動(dòng)部件施力，由此增大轉(zhuǎn)化泵16的相應(yīng)容積。加壓燃料的力可作為動(dòng)力經(jīng)由例如曲軸28轉(zhuǎn)移到另一設(shè)備。這樣，有效容積的變化可轉(zhuǎn)化為機(jī)械動(dòng)力。
[0042]隨著轉(zhuǎn)化泵16的容積膨脹和轉(zhuǎn)化循環(huán)110接近級(jí)4，壓力可繼續(xù)降低。在級(jí)4，容積可再次處于其最大值或附近。壓力降低可能已引起燃料再次在一定程度上冷卻成其液化形式。溫度也隨著至少一些燃料移動(dòng)離開由傳熱設(shè)備26加熱的區(qū)域而下降，從而進(jìn)一步有助于壓力的降低。
[0043]隨著轉(zhuǎn)化循環(huán)110過(guò)渡回到級(jí)1，轉(zhuǎn)化泵16可經(jīng)歷剩余燃料的恒定(或接近恒定)的體積膨脹，接著壓縮回到最小體積。可通過(guò)殘留氣態(tài)燃料的冷卻來(lái)引起等容膨脹(或接近等容膨脹)。如上所述，冷卻至少在一定程度上歸因于至少一些燃料移動(dòng)到未被傳熱設(shè)備26加熱的位置。此外，在級(jí)4和I之間的某一刻，例如當(dāng)壓力降低至閾值時(shí)，閥20可打開以允許液化燃料進(jìn)入。液化燃料可引起轉(zhuǎn)化泵16中的殘留氣態(tài)燃料(例如，轉(zhuǎn)化泵16中剩余的來(lái)自前一循環(huán)的燃料)的快速冷卻。被允許進(jìn)入轉(zhuǎn)化泵16的液化燃料的量可約等于釋放到輸出管路22的燃料的量。
[0044]隨著附加燃料的進(jìn)入以及壓力的繼續(xù)降低，大部分或全部燃料處于或過(guò)渡到液化狀態(tài)。在體積降低至其最小值之后，轉(zhuǎn)化循環(huán)110再次達(dá)到級(jí)I。此后轉(zhuǎn)化循環(huán)110可繼續(xù)重復(fù)以制備高壓氣態(tài)燃料和機(jī)械動(dòng)力。
[0045]在轉(zhuǎn)化循環(huán)110的一個(gè)示例中，產(chǎn)生約750kg/hr的CNG (例如，處于約10，000PSI下的天然氣)的轉(zhuǎn)化泵16可以約IHz的頻率進(jìn)行循環(huán)，其中有效容積在最小約2L與最大約50L之間擺動(dòng)。約1140KW的熱可傳遞到轉(zhuǎn)化泵16中的燃料，以使燃料在級(jí)I和2之間沸騰。約0.24kg的CNG可在級(jí)2和3之間釋放到輸出管路22。當(dāng)轉(zhuǎn)化循環(huán)110過(guò)渡到級(jí)4時(shí)，可吸收約250KW的功率(例如，經(jīng)由曲軸28轉(zhuǎn)化為機(jī)械動(dòng)力)。當(dāng)轉(zhuǎn)化循環(huán)110返回級(jí)I時(shí)，約1250KW的熱得以移除(例如，通過(guò)導(dǎo)入約0.24kg的LNG以代替釋放的CNG)并且做功約25KW(除用于噴射LNG的外部泵送功外，其帶來(lái)約120KW的潛熱)。應(yīng)該理解的是，構(gòu)造成根據(jù)這些條件操作的轉(zhuǎn)化泵16僅僅是示例性的，并且現(xiàn)在將描述應(yīng)用于示例性的轉(zhuǎn)化泵16A和16B的轉(zhuǎn)化循環(huán)110的其它示例。
[0046]在轉(zhuǎn)化泵16A的示例中，在達(dá)到級(jí)I之前，活塞34可處于其最低點(diǎn)，排出活塞35可處于使流體移動(dòng)離開膨脹室32的熱側(cè)(例如，離開傳熱設(shè)備26)的過(guò)程中，并且液化燃料可經(jīng)入口 40進(jìn)入膨脹室32。隨著轉(zhuǎn)化循環(huán)接近級(jí)I，活塞34移動(dòng)通過(guò)壓縮沖程，從而減小膨脹室32的容積，該容積在活塞34到達(dá)其最高點(diǎn)時(shí)達(dá)到最低。此時(shí)，排出活塞35可移動(dòng)通過(guò)使得燃料移動(dòng)至缸筒30的熱側(cè)的行程。隨著轉(zhuǎn)化循環(huán)110過(guò)渡到級(jí)2，排出活塞35可結(jié)束其行程，從而使膨脹室32中的大部分或全部燃料移動(dòng)到缸筒30的熱側(cè)。結(jié)果，可通過(guò)從傳熱設(shè)備26傳遞的熱來(lái)使燃料沸騰。
[0047]當(dāng)達(dá)到級(jí)2時(shí)，壓力可處于臨界壓力，并且閥24可打開以允許經(jīng)出口 42將氣態(tài)燃料釋放到輸出管路22。即使在活塞34開始膨脹沖程并且容積開始增大之后，氣態(tài)燃料也可繼續(xù)釋放?？稍趬毫﹂_始降低到第二臨界壓力之下