CN104011454B - 用于运行机动式液化天然气应用中的发动机的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于运行发动机的系统。该系统包括第一储器、第二储器、泵、汽化器和热量源。第一储器存储液化天然气(LNG)。泵与第一储器连通并构造成用于自第一储器泵取LNG。汽化器与泵连通。汽化器构造成用于接收藉由泵来自第一储器的LNG，和用于将LNG转化成压缩天然气(CNG)。第二储器与汽化器连通。第二储器构造成用于存储CNG。热量源与第二储器连通。热量源利用所存储的CNG向汽化器施加热量。

Description

用于运行机动式液化天然气应用中的发动机的系统和方法
技术领域
本发明总体上涉及用于运行机动式液化天然气应用中的发动机的系统和方法。
背景技术
当前的机动式液化天然气(LNG)应用使用发动机(气缸)套冷却水作为用于使LNG汽化成压缩天然气(CNG)的汽化器/热量源。这种方法可能会出现问题，因为在发动机变热前不存在为汽化器提供动力的热量。结果，用CNG运行必须等待直到发动机达到其正常运行温度。在寒冷的冬天例如在北极圈这样的地区，这类发动机在施加负载前不会达到其运行温度。这会导致在可以将这种系统在这样的温度条件下投入使用之前发生不必要的延迟。因此，所需要的是缩短在发动机能够在某些天气条件下以CNG运行以前所耗费的时间的改进的系统和方法。
授予Emmer等人的美国专利7,069,730('730专利)公开了一种分配LNG和CNG两者的系统。贮存储器含有一定量的LNG，其被泵送至较小的储存储器中。在填充储存储器后，来自贮存储器的LNG被泵送至汽化器，从而生产出CNG。虽然'730专利公开了LNG和CNG保持储器，但是'730专利未能公开无论天气条件如何都能帮助发动机更快地获取CNG的系统。
因此，尤其希望提供用于运行机动式液化天然气应用中的发动机的改进的系统和方法。
发明内容
根据一个实施例，本发明涉及一种包括发动机、汽化器、储器和热量源的系统。汽化器构造成用于使液化天然气(LNG)转化成压缩天然气(CNG)。储器构造成用于存储压缩天然气。热量源与储器流体连通并由CNG供给燃料。热量源构造成用于向汽化器施加热量。
在另一实施例中，本发明涉及用于运行发动机的系统。该系统包括第一储器、第二储器、泵、汽化器和热量源。第一储器存储液化天然气(LNG)。泵与所述第一储器连通并构造成自所述第一储器泵取LNG。汽化器与所述泵连通。汽化器构造成用于接收通过所述泵来自第一储器的LNG，并使LNG转化成压缩天然气(CNG)。第二储器与所述汽化器连通。第二储器构造成用于存储CNG。热量源与所述第二储器连通。热量源使用所存储的CNG向汽化器施加热量。
在另一实施例中，本发明涉及一种用于运行发动机的方法。该方法包括接收来自第一储器的液化天然气(LNG)。汽化器用于将LNG转化成压缩天然气(CNG)。在发动机停止运行之前将CNG的一部分存储在第二储器中。所存储的CNG通过热量源转化为热量。该热量被施加到汽化器用以使LNG转化成CNG。
在又一实施例中，本发明涉及一种燃料系统。所述燃料系统包括第一燃料源、第二燃料源、第一燃料轨、第二燃料轨、第一燃料泵、第二燃料泵、套管、至少一个燃料喷射器、汽化器、储器和热量源。第一燃料泵构造成用于对与第一燃料源相关联的第一燃料加压。汽化器通过所述第一燃料泵与第一燃料源连通。这种汽化器可构造成使第一燃料从液体形式转化成气体形式。储器与所述汽化器连通并且可以构造成存储气体形式的第一燃料。所述热量源与所述储器连通。这种热量源可以构造成用于使气体形式的第一燃料转化成热量并将该热量施加至汽化器。第二燃料泵构造成用于对与第二燃料源相关联的第二燃料加压并将第二燃料输送至第二燃料轨。套管与来自第一燃料轨的第一燃料和来自第二燃料轨的第二燃料连通。至少一个双燃料喷射器构造成用于接收来自套管的第一燃料和第二燃料两者。
附图说明
图1示出了根据一个实施例的燃料系统的构件的示意图。
图2以流程图形式示出了根据一个实施例的用于运行具有双燃料系统的发动机的方法。
具体实施方式
现在将详细参考示例性实施例，其示出于附图中。在有可能时，相同的附图标记将贯穿附图使用用以指代相同或相似的部件。
图1示出了根据一个实施例的燃料系统的构件的示意图。双燃料共轨燃料系统10使用双燃料共轨喷射器12。双燃料系统10包括多个燃料喷射器12，其中每一个燃料喷射器都包括喷射器体部70，所述喷射器体部具有定位成用于将气体燃料和/或液体燃料直接喷射到相关联的发动机气缸(未显示)的相应燃烧室中的尖端构件71。柴油燃料源14包含柴油燃料。柴油泵16通过柴油供给管线18抽出柴油燃料；对柴油燃料加压；并将加压的柴油燃料输送至柴油燃料轨20。过滤器22可设置在柴油供给管线18中位于柴油泵16上游和柴油燃料源14下游。过滤器22用于从燃料中筛除污物和生锈颗粒。柴油燃料轨20内的柴油燃料可以在约90℃下被加压到约40MPa的压力。来自柴油燃料轨20的经加压的柴油然后可以经由柴油燃料管线25被输送至喷射器12。
套管组件(未显示)可以用于将柴油燃料从柴油燃料轨20输送至喷射器12。这种套管组件可以构造成用于接收柴油燃料和诸如天然气的气体燃料两者。来自气体轨30的气体燃料可以作为压缩天然气经由气体燃料管线45被输送到喷射器12。套管组件还可以是同轴型的，其中柴油燃料位于第一套管管件中，该第一套管管件设置在携带气体燃料的第二套管管件内。本领域技术人员将认识到，气体燃料可以是任何气体燃料，诸如天然气、丙烷、甲烷、液化石油气(LPG)、合成气、填埋废物气体、煤气、来自农业厌氧沼气池的沼气、或任何其它气体燃料。
背压控制阀24可以连接在喷射器12与柴油燃料储器/柴油燃料源14之间用以使一定量的燃料返回到柴油燃料储器14中，从而控制液体燃料共轨20中的压力。
在所示实施例中，天然气以液态保持在低温液化天然气储器50(例如，气体燃料源50)中。气体燃料、诸如液化天然气可以被储存在相对低的温度和压力下(-160℃和750kPa)。因为气体燃料可以在这样的温度和压力下储存，所以可能有必要将气体燃料保持在真空绝缘储器、诸如加压低温储器中。气体燃料源50可构造成具有压力释放阀/减压阀53，其用于当在气体燃料源超过预定压力水平时从燃料源50中释放压力。在一些情况下，压力释放阀可构造成在燃料源储器50中的压力超过1400kPa时打开。气体燃料可由第一燃料泵52通过气体供给管线51从气体燃料源50中抽取。
可变排量低温泵52由电子控制模块(ECM)15控制，用以将液化天然气泵送通过汽化器54用以膨胀成气体并然后通过高压气体过滤器58，所述气体可以保持在贮存器60中。
第一燃料泵52可以构造成可变排量低温泵。第一燃料泵52对气体燃料加压并将其输送至汽化器54，该汽化器用于使液化天然气汽化。这种汽化器54用于加热低温流体和/或使低温流体汽化，所述低温流体诸如是低温液化天然气。汽化的气体然后可以经由气体供给管线57和过滤器58被输送至贮存器60。在替代实施例中，二次过滤器可以设置在过滤器58与贮存器60之间，用以进一步过滤掉气体供给管线57内的污染物。
根据本发明的气体压力控制装置56包括电子控制阀，该电子控制阀将受控量的气体燃料从供给侧(贮存器60)供给到气体燃料共轨30。压力调节器56可以用作控制阀，用以将气体燃料的一部分存储在储器80中。气体燃料可以作为可以在60℃的温度和1MPa的压力下保持的压缩天然气存储。例如，当储器中的压力超过1MPa时，压力调节器可以扩散掉或放出一些包含在储器80中的压缩天然气。
储器80用作用于自汽化器54供应的压缩天然气的保持储器。在需要双燃料系统10诸如在非常寒冷的天气温度下运行的情况下，储存在储器80中的压缩天然气可用作热量源90的燃料。以这种方式，可以产生热量并将其供给至汽化器54，用以使加压的液化天然气转化成压缩天然气。然后，这种压缩天然气可以供给至气体轨30以供发动机5使用。因此，在寒冷的天气中，随时可用的/即用型的压缩天然气可以供给至气体轨30。
而热量源90可以是各种不同类型的加热器中的任何一种，这样的热量源的特征可以是和/或可以构造成利用存储的压缩天然气作为用于激活的燃料来源。
燃料调整模块32可以与汽化器54、压力调节器56和气体燃料轨30可操作地通信。燃料调整模块32用于将被输送到气体燃料轨30的气体燃料的压力维持在比柴油燃料轨20中的柴油燃料的压力低至少5MPa的压力下。例如，在双燃料共轨燃料系统10内，柴油燃料轨20内的柴油燃料可以处于40MPa的压力下，而气体燃料轨30内的气体燃料可以处于35MPa的压力下。
电子控制模块(ECM)15可以控制双燃料共轨燃料系统10的各构件。例如，ECM 15可以控制柴油燃料泵16、LNG燃料泵52、压力调节器56和喷射器70。本领域技术人员将认识到，燃料系统10还可包括也可以由ECM 15控制的其它构件。此外，ECM 15可以与联接至储器80并构造成对储器80中的CNG的压力水平进行监控的传感器通信。ECM 15可以构造成用于控制压力调节器56的操作，用以在储器80中的CNG压力水平下降到预定水平时使用CNG重新填充储器80。
工业适用性
本发明的系统10可以适用于需要用于在寒冷天气条件下运行的有效方法和系统的任何双燃料机器或发动机。现在将结合图2的流程图对系统10的操作进行说明。
图2以流程图形式示出了根据一个实施例的用于运行发动机5的方法。该方法开始于操作202。在操作204中，汽化器54可从第一燃料源50接收液化天然气(LNG)。在操作206中，汽化器54用于将LNG转化成压缩天然气(CNG)。在操作208中，在发动机5停止运行之前，将CNG的一部分存储在储器80中。在操作210中，将存储在储器80中的CNG供给至热量源90用以将CNG转化为热量。在操作212中，在发动机5随后的启动过程中，将来自热量源90的热量施加至汽化器54用以使LNG转化成CNG。所述方法在操作214中结束。
本发明所描述的双燃料系统10可以用在使用双燃料发动机的机动式/移动式应用中，其中，在发动机5仅用柴油燃料运行的情况中要使天然气系统达到运行压力和温度通常存在一些时间要求。因此，系统10通过提供在系统停止运行之前已重新填充的CNG储器80来降低预热/加热延迟。系统10提供了气体燃料式(以气体作为燃料的)热量源90(例如，燃烧器、加热块等)，用以帮助天然气从液态形式转化成气态形式。这还允许向发动机5立即供给压缩天然气，因此，压缩天然气在发动机5起动后很快对发动机而言随时可用。汽化器54可以用作强制式汽化器，因为其使用外部施加的热量源90用以使LNG汽化。还可以设想将CNG储器80、热量源90和汽化器54用作单个构件的替代实施例。
虽然本公开包括特定示例，但是应当理解，本发明并不局限于此。本领域技术人员将可以不脱离本发明的精神和范围而根据研究附图、说明书和所附权利要求完成许多修改、改变、变化、替代和等同方案。

Claims (8)

1.一种用于运行发动机(5)的系统(10)，包括：
发动机(5)；
汽化器(54)，该汽化器构造成用于使液化天然气(LNG)转化成压缩天然气(CNG)；
储器(80)，该储器构造成用于存储CNG；以及
热量源(90)，该热量源与所述储器流体连通和以CNG作为燃料，该热量源(90)构造成用于将热量施加至所述汽化器(54)，
所述系统还包括：
控制器(15)，该控制器与所述储器通信并构造成用于：
对所述储器(80)中的CNG的压力进行监控，和
在所述储器中的CNG压力下降至预定水平时将CNG引导至所述储器(80)中。
2.根据权利要求1所述的用于运行发动机(5)的系统(10)，其特征在于，所述系统(10)还包括：
与所述汽化器(54)连通的第一燃料泵(52)，所述第一燃料泵(52)构造成用于将LNG引导至所述汽化器(54)。
3.根据权利要求2所述的用于运行发动机(5)的系统(10)，其特征在于，所述第一燃料泵(52)是可变排量低温泵。
4.一种用于运行发动机(5)的方法，该方法包括：
接收来自第一燃料源(50)的液化天然气(LNG)；
使所述LNG转化成压缩天然气(CNG)；
在所述发动机(5)停止运行之前将所述CNG的一部分存储在储器(80)中；
使CNG转化成热量；和
施加所述热量以使LNG转化成CNG，所述方法还包括：
对所述储器(80)中的CNG的压力进行监控，和
在CNG的压力下降至预定水平时利用CNG重新填充所述储器(80)。
5.根据权利要求4所述的用于运行发动机(5)的方法，其特征在于，所述第一燃料源(50)是加压低温LNG储器。
6.一种用于运行发动机(5)的燃料系统，包括：
第一燃料源(50)；
第一燃料轨(30)；
至少一个第一燃料泵(52)，其构造成用于对与所述第一燃料源(50)相关联的第一燃料加压；
通过所述第一燃料泵与所述第一燃料源连通的汽化器(54)，该汽化器(54)构造成用于使所述第一燃料从液体形式转化成气体形式；
储器(80)，该储器与所述汽化器(54)连通和构造成用于存储气体形式的第一燃料；
与所述储器(80)连通的热量源(90)，所述热量源(90)构造成用于使气体形式的第一燃料转化成热量并将所述热量施加至所述汽化器(54)；
第二燃料源(14)；
第二燃料轨(20)；
至少一个第二燃料泵(16)，其构造成用于对与所述第二燃料源(14)相关联的第二燃料加压并将该第二燃料输送至所述第二燃料轨；
套管，该套管与来自所述第一燃料轨的第一燃料和来自所述第二燃料轨的第二燃料连通；和
至少一个双燃料喷射器(12)，其构造成用于接收来自所述套管的第一燃料和第二燃料两者，
所述燃料系统还包括：
控制器(15)，该控制器与所述储器通信并构造成用于：
对所述储器(80)中的CNG的压力进行监控，和
在所述储器中的CNG的压力下降至预定水平时将CNG引导至所述储器(80)中。
7.根据权利要求6所述的用于运行发动机(5)的燃料系统，其特征在于，所述第二燃料所处的压力比所述第一燃料高5MPa。
8.根据权利要求6所述的用于运行发动机(5)的燃料系统，其特征在于，所述第一燃料是气体燃料，所述第二燃料是柴油燃料。
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