CN1156788A - 沼气驱动的发电机装置 - Google Patents

Abstract

一种由内燃机驱动的发电机，由沼气源供给燃料。该沼气流经一可以去除氢的硫化物和硫醇的过滤器，并流经一用于去除水蒸汽的聚结器。一稳压器控制输送到发动机汽化器燃料入口的沼气压力，酸中和油在每次发动机停车时被喷射到发动机入口，以保护发动机不受沼气中酸性组成成分的腐蚀。

Description

沼气驱动的发电机装置

本发明属于燃用生沼气的内燃机领域，特别是发电机装置的应用，在其中该发动机是间断性运行的。

沼气是通过厌氧菌对碳氢化合物进行菌致分解而产生的。有机废物和木材副产品(木屑、锯末，树皮等)，已知或未知的地面物，粮食加工副产品，废的加工植物和农场废物，产生主要由甲烷和二氧化碳构成的沼气。任何一种可以经过厌氧消解处理的有机废物，将可以产生浓度范围为50-80％的甲烷。可惜，通过对碳氢化合物的厌氧菌菌致分解还产生另外一些成分，其中一些是惰性的，另一些能与所生成的水蒸汽构成酸。例如，可能产生少量的硫的氢化物并形成硫酸；并且硫醇，即为带有OH根的酒精也可以构成硫酸。所产生的大量二氧化碳，是碳酸的成分。

沼气以三种方式在工业上使用。首先，它可以直接燃烧生成热量。这是一种最简单的利用，因为在燃烧过程中，几乎不要注意其中的不同成分之差异，但沼气也可以被过滤并泵送到天然气管道中以便传播分配。最后，沼气可以被过滤并用作内燃机的燃料。该后一种应用特别有用，因为该发动机可以驱动产生电能的发电机。

当内燃机使用沼气时，该沼气的组成成分可以显著地使发动机的使用寿命缩短。当发动机在间断性运行，就更是如此。在停车期间，发动机活塞的最后一些冲程吸入未燃的沼气。不久将形成上述的各种酸并腐蚀气缸壁，活塞环，阀门座和火花塞的表面。这些酸通过被腐蚀的环泄露到油槽中，并从此被泵送到整个发动机中。被污染的油对于铜和铅的合金元件特别具有腐蚀性。如果这种过程出现，则发动机的起动变得经较困难，直到最终完全不能工作。

图1中所示为典型的现有技术的沼气驱动系统，其中沼气在消解器10中产生，在容器12中储存。沼气的压力可以变化较大，稳压器14使位于汽化器18的入口16处的气体压力保持一相对不变的值。沼气在稳压器18中与燃料空气混合，并被喷射到发动机气缸20中。此基本系统也可以包括一在使用中沼气压力小于4英寸水柱时，用于增大该沼气压力的泵，并且，当腐蚀性组成成分成为公知的问题时，该系统可以包括一气体过滤器。例如，氢的硫化物可以利用各种液态吸附剂和(或)固体氧化剂去除。为了从沼气中去除硫化物，在一些烘干过程中也可以使用活性碳粒，分子筛或铁的多孔材料。

本发明为一种用于向内燃机供给沼气的系统，其中一种中和油被喷射到沼气的入口，以便涂覆发动机的构件并防止它们受到酸的腐蚀作用。特别是，本发明包括有：一具有用于接收沼气和空气混合物的入口的内燃发动机；一具有一空气进口，一沼气进口和一用于向发动机进口输送沼气和空气混合物的出口的汽化器混合器；一酸中和油容器，和用于向汽化器入口输送气流并且当发动机停车时用于向发动机进口喷射酸中和油的装置。

本发明的一般目的在于减小由于沼气组成成分所产生的酸对发动机构件的腐蚀。通过向发动机入口喷射一种高级的碱性润滑油，使发动机气缸壁和活塞表面被油涂覆。由沼气组成成分所生成的任意一种酸，可被油的碱性所中和，并且当发动机停机时它们的腐蚀作用就因此而减小。

本发明的一个更具体的目的在于在每次发动机停车时，用酸中和油大量地涂覆发动机构件。每次操作者关闭发动机，时限电路运行。时限电路使发动机维持运行一段时间，并使向发动机喷射防护油的泵转动。此段时间足够保证所有发动机构件在接着的停机期间内，能用油保护。

本发明的另一个目的在于提供一种成本合算的沼气过滤器，其可以减少导致发动机腐蚀的沼气组成成分。普通的圆筒装有滤清器介质，沼气通过位于其通道上的滤清器介质流入到发动机中。经过滤清器介质之后去除聚结器中沼气的水分。介质的使用寿命通过由双作用阀将空气引入到圆筒而得到延长，该双作用阀也可以用作降压阀。

本发明的上述和其他目的和优点在以下将予以说明。在说明中，参照成为本发明一部的附图，而在附图中仅仅示意性地表示出本发明的最佳实施例。这些实施例并不必然地代表本发明的整个范围，然而为了说明本发明的范围，因此应参照本文的权利要求书。

图1所示为典型的现有技术沼气燃料输送系统；

图2所示为本发明所述沼气燃料输送系统的示意图；

图3所示为本发明所使用的发电机装置的正视图；

图4所示为形成图2所示系统一部的沼气过滤器的最佳方案的正视图；

图5所示的图4所示沼气过滤器的顶视图。

具体地参照图2，一发动机气缸20，具有用于从汽化器24接收沼气/空气混合物的入口22。该汽化混合器24具有一入口26，和一与发动机气体稳压器30相连接的沼气入口28。稳压器30接收相对高压(例如5至15英寸水柱)的沼气，并且汽化器24的出口处产生5英寸水柱的稳压沼气流。

本发明之启示在于在每次发动机停车时，将一种中和润滑油喷入发动机入口22。包含酸中和油的容器36与泵34相连接，并且当泵34转动时，中和油被喷射到发动机入口22。时限电路(未示出)连接到发动机点火系统上，当点火切断时，时限电路转动泵34并使发动机维持3秒钟运转。此时间足够使中和油喷射，并涂覆到所有发动机气缸表面上。该油的总碱值(TBN)大于14，当其与由沼气组成成分所产生的任意酸相混合时，这些沼气组成成分被中和，使其腐蚀性变小。在该最佳实施例中使用一种可以从纽约port chester奇异油有限股份公司(The MarvelOil company，Inc ofPort chester，New York)得到大量供应的，其商标为“奇异神秘油”(“Marvel Uystery Oil”)的油。一种中和油也在发动机曲轴箱40中使用，用于润滑发动机，并使用饱和酸中和过滤器42清洁曲轴箱油。

为了从沼气中去除水蒸汽，一聚结器44连接到发动机稳压器30的入口。在聚结器44中被冷凝的水蒸汽，通过排水管排除。聚结器44的设计应使其流量足够大，以防止使沼气燃料流被节流至沼气压力低于2英寸水柱。

为了从沼气燃料中滤去氢的硫化物和硫醇，一沼气过滤器50被连接到聚结器44的入口。如以下详细所述，该滤清器的最佳实施例是由两个55加伦圆筒构成，其中装填有过滤介质如伊利诺斯，芝加哥ConnellyGPM有限公司可以大量供应的“多孔石”或“铁金属棉”。当湿的沼气流经过滤器50时，过滤器介质可以去除其中的大部分氢的硫化物和硫醇。

在本发明的最佳实施例中，内燃机100用于驱动发电机106。当供给足够的沼气时，该发电机装置运行，当经过一段时间的停车后，沼气又被补充。这种间断性发动机运行表明是一种特别引起争论的事情，因为在每次停车之后，未处理的沼气留在发动机气缸中，并产生具有较大腐蚀性的酸性副产品。例如在典型的农场使用中，该发电机可以运行四小时。然后停车二十小时。

参照图3，该发电机装置包括有一由福特汽车公司制造的LSG-423型四缸涡轮增压发动机100。该发动机安装机架102上，该机架102也支承有散热器104，发电机106和用于结合控制电路的壳体108。发动机100转动发电机轴(未示出)，发电机106产生电，该电由位于壳体108中的电子仪器调节和分配。

发动机100的燃烧空气经过空气滤清器100被接收，并被引入到在汽化器/混合器113上的空气入口。汽化器/混合器113经过入口孔116接收沼气燃料。汽化器/混合器113的出口接到第二汽化器/混合器114的空气入口。汽化器/混合器114也经过入口孔116接收沼气燃料。来自第二汽化器/混合器114的空气/燃料混合物被应用于每个发动机气缸的燃料入口孔。第一汽化器/混合器113是可从加利福尼亚I mpcoTechnologies Inc.of cerritos大量获得的CA/25m型汽化器混合器，而第二汽化器/混合器114也是可以由Impco Technologies供应的100型汽化器/混合器。

通过切断阀127和连接到螺管阀129的输送管系128，将沼气供到汽化器/混合器113和114上。螺管阀129是一种由ASCO公司大量供应的第21460切断阀，并且是可电操作的，当发动机停车时，尽可能快地切断沼气燃料的供给。尽可能减小无功期间存储在发动机中的未燃的沼气成份。通过稳压器130，沼气输送到螺管线129。稳压器130是由密执安M axitrol Company of Southfield大量供应的一种ES-307型，并在输送管系128中沼气的运行压力调整为3至6英寸水柱。

稳压器130安装在机架102上，其隔板(在图中未示出)位于一垂直平面内。该隔板不需要垂直，但比较重要的是稳压器130的安装，通过稳压器的沼气流的流体将不集中在该隔板上并阻碍它的运行。

沼气经过连接到聚结器134出口的管系132，被输送到稳压器130。聚结器由一种由纽约pall process Filtration Company ofEast Hills大量供应的过滤器构成。当湿的沼气通过该过滤器，水蒸汽冷凝，并通过位于聚结器134底部的排水管流出。沼气燃料通过管道136被引到聚结器134。

用于实践本发明的防护中和油存储在位于散热器104侧的容器138中。泵140安装到容器138上，并通过管道142从此接收油。泵140和整个容器由J.D.W hitney & Company可大量供应，其库存号为17BJ9165T。泵140的出口通过一油管144和一安装在发动机100上的螺管阀相连，螺管阀的出口经油管148，被依次连接到汽化器混合器114的出口。连接油管148，直接向发动机燃料进口歧管输送油。螺管阀147是一种可由Blackstone C orporation供应的零件是为2526的，可电操作的阀，该阀关闭时可防止发动机运转时，将中和油抽入发动机中。

螺管阀146和泵140两者通过时限电路(图中未示出)连接到发动机点火系统上。当点火系统由操作者切断使发电机装置停车时，时限回路立即打开螺管阀146，并使泵140通电3秒钟。该预设时间段之后，将点火系统的电流切断并关闭螺管阀146，从而切断油泵140。在此3秒时间内，将足够的油泵送到发动机，以便润滑每个气缸壁，活塞环和阀门杆。这就防止了这些发动机构件在发动机停车时受到所生成的沼气组成成份的腐蚀作用。

参照图4和5，连接到输送管道136上的沼气过滤器，是由两个安装在木制的装运滑道154端部的55加伦的圆筒构成。圆筒150和152通过钢带160和162固定到滑道154上，钢带160和162绕在两圆筒的周围，并将该圆筒150和152夹紧抵靠在中心为木制的圆筒形分离器164上。位于圆筒150和152底部的块状物155也具有约束作用。

圆筒150和152用上述的过滤介质填充，并且穿过2英尺的聚氯乙烯进气管系156，湿的沼气在每一圆筒的顶部的各孔中引入。切断阀157将管系156连接到沼气源上。靠近每个圆筒150和152底部的出口，通过2英尺的聚氯乙烯出口管道158连接到燃料管道136上。在此最佳实施例中，由圆筒150和152构成的过滤器如图中所示并联地连接，以便为30KW的发电机装置所需要的过滤容量。很清楚，根据具体安装的需要，可以并连或串连附加的过滤器。

尽人皆知，通过三种因素向过滤器介质附加大约2％的氧或5％的空气，可延长该过滤器的使用寿命。在正常运行情况期间，为了将空气引入圆筒150和150中，一专门的双重作用圆筒通气阀170连接到吸入管系156上。该双重作用阀170可以由全球业务安全国家销售中心(Global Occupatjonal Safety National Distributjon Centers)大量供应。其型号为L1812。当内部的圆筒压力超过5磅/英寸2，双重作用阀170起降压阀的作用。另外，该阀170允许空气以4加仑/分的流量流入圆筒150和152中。这就转换为0.5英尺³/分的空气流量，该空气对于流量为10英尺³/分的沼气为所需的3％的空气。该流量对于30KV的发电机装置的燃料和空气是恰当的流量，而且当更大的发电机装置发电时，可使用附加的双重作用阀以在相应较高的燃料流量时，保持5％的空气量。

Claims (7)

1.一种用于将燃料提供给内燃机的入口的沼气燃料供给系统，其包括：

一具有一空气入口和一沼气入口的汽化器，该汽化器可将空气与输送到该汽化器沼气入口的沼气流相混合，并将该混合物输入到所述发动机入口；

一用于存储酸中和油的容器；

一连接到接收酸中和油的所述容器上，并在发动机停车时在预定时间间隔内将其喷射到发动机入口的喷射器。

2.根据权利要求1所述沼气燃料供给系统，其系统是所述酸中和油的总碱值大于14。

3.根据权利要求1所述沼气燃料供给系统，其特征是连接有一稳压器，用于接收沼气流，并将该沼气流以一基本不变的压力输送到汽化器中。

4.根据权利要求1所述的沼气燃料供给系统，其特征是所述喷射器包括有一个在由预定时间间隔内驱动并将所述油输送到发动机入口的泵。

5.根据权利要求4所述沼气燃料供给系统，其特征是所述喷射器包括一连接在所述泵和发动机入口之间的螺管阀，该阀在预定时间间隔期间驱动，以允许所述油流动。

6.根据权利要求1所述沼气燃料供给系统，其特征是包括有一连接的沼气体过滤器，用于将沼气输送到汽化器的沼气入口，所述沼气过滤器包括：

一容纳所述过滤材料并具有入口孔和出口孔的圆筒，所述入口孔位于所述圆筒的顶部，所述出口孔位于所述圆筒的底部；

一连接到所述圆筒上的阀，其用于在沼气流过时使空气进入该圆筒，从而延长其中的过滤器材料的使用寿命。

7.根据权利要求6所述沼气燃料供给系统，其特征是所述阀是一双重作用阀，当压力超过预定值时该阀动作，使圆筒中的压力降低。

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