用于汽化气体的再冷凝的系统及方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]低温流体可机载地用在飞行器、火车、船舶、机动车辆上，或在限制使用低温流体的系统的尺寸或重量的其它应用中。例如，一些飞行器发动机构造成使用天然气作为燃料。天然气可机载地储存在飞行器上作为液化天然气(LNG)，其为低温流体。低温流体可在低温罐内机载地储存在飞行器上，该低温罐容纳一定体积的低温流体。在低温罐填充有LNG之后，罐可暴露于较高温度(例如，高于LNG的沸点的温度)。当环境温度增大时，罐内的LNG可蒸发作为汽化气体，在低温罐内产生增大的压力。
[0002]因此，为了解决低温罐内的增大的压力，汽化气体可从罐例如通过阀释放。在一些系统中，汽化气体可直接排放至大气。然而，将汽化气体排放至大气具有缺陷和不合乎需要的效果。
【发明内容】
[0003]在一个实施例中，提供了一种系统，其包括换热器、检测单元和控制器。换热器包括构造用于在其间交换热的第一通路和第二通路。第一通路构造成在入口处从第一罐接收第一低温流体的汽化气流。第二通路构造成在入口处从第二罐接收第二低温流体的液流。第二低温流体具有低于第一低温流体的蒸发温度。检测单元构造成检测汽化气流的特性。控制器构造成从检测单元获得对应于特性的信息。控制器还构造成响应于从检测单元获得的信息来控制来自第二罐的第二低温流体的流动，以提供从汽化气流经由换热器的充分热交换，以冷凝汽化气流的至少一部分，由此第一低温流体的液流从第一通路输出，并且返回至第一罐。
[0004]在另一个实施例中，提供了一种用于再冷凝来自第一罐的第一低温流体的汽化气流的方法。该方法包括在换热器的第一通路的入口处接收汽化气流。该方法还包括使用对应于汽化气流的特性的信息确定第二低温流体的流的流动，其从第二罐穿过换热器的第二通路以在汽化气流穿过第一通路时冷凝汽化气流的至少一部分。此外，该方法包括在换热器的第二通路的入口处接收第二低温流体的流。该方法还包括冷凝汽化气流的至少一部分来提供来自换热器的第一通路的出口的第一低温流体的液流，并且使第一低温流体的液流返回至第一罐。
[0005]在另一个实施例中，提供了一种有形和非暂时的计算机可读介质。有形和非暂时的计算机可读介质包括一个或更多个计算机软件模块，其构造成指示至少一个处理器使用对应于构造成进入换热器的第一通路的来自第一罐的第一低温流体的汽化气流的特性的信息来确定第二低温流体的流的流动，其从第二罐穿过换热器的第二通路以在汽化气流穿过第一通路时冷凝汽化气流的至少一部分。一个或更多个计算机软件模块还构造成指示至少一个处理器将第二低温流体的流引导到换热器的第二通路的入口中，由此在汽化气流穿过第一通路时，汽化气流的至少一部分冷凝成提供来自换热器的第一通路的出口的第一低温流体的液流。此外，一个或更多个计算机软件模块构造成指示至少一个处理器将第一低温流体的液流引导至第一罐。
【附图说明】
[0006]图1为根据各种实施例的用于再冷凝来自低温罐的汽化气体的系统的示意图。
[0007]图2为根据各种实施例的质量流速的图表。
[0008]图3为根据各种实施例的所需的液氮质量的图表。
[0009]图4为根据各种实施例的所需的液氮体积的图表。
[0010]图5为根据各种备选实施例的用于再冷凝来自低温罐的汽化气体的系统的示意图。
[0011]图6为根据各种实施例的设置在飞行器内的用于氧化汽化气体的系统的实施例的示意图。
[0012]图7为根据各种实施例的用于氧化来自低温罐的汽化气体的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0013]在连同附图阅读时，将更好理解各种实施例。在附图示出各种实施例的功能框的图表的程度上，功能框不一定指示硬件电路之间的划分。因此，例如，功能块中的一个或更多个(例如，处理器、控制器或存储器)可以以单件硬件(例如，通用信号处理器或随机存取存储器、硬盘等)或多件硬件实施。类似地，任何程序都可为独立程序，可合并为操作系统中的子程序，可在安装的程序包中作用，等。应当理解的是，各种实施例不限于附图中所示的布置和媒介。
[0014]如本文中使用的，用语"系统"、"单元"或"模块"可包括操作成执行一个或更多个功能的硬件和/或软件系统。例如，模块、单元或系统可包括计算机处理器、控制器或其它基于逻辑的装置，其基于储存在有形和非暂时性计算机可读储存介质如计算机存储器上的指令来执行操作。作为备选，模块、单元或系统可包括硬接线装置，其基于装置的硬接线逻辑来执行操作。附图中所示的模块或单元可代表硬件(其基于软件或硬接线指令来操作)、软件(其指示硬件执行操作)，或它们的组合。如本文中使用的，以单数叙述且冠有词语"一"或"一个"的元件或步骤应当理解为并未排除多个所述元件或步骤，除非明确地陈述此类排除。此外，提到"一个实施例"不旨在解释为排除也并入叙述的特征的附加实施例的存在。此外，除非明确相反陈述，否则"包括"或"具有"具有特定性质的元件或多个元件的实施例可包括没有该性质的附加此类元件。
[0015]大体上，各种实施例提供了可燃气体和/或其它可能有害的排放物的减小的排放，同时提供了相对紧凑、重量轻的低温罐和再冷凝系统，其构造成使低温流体的汽化气流冷凝并且返回至低温罐。例如，在一些实施例中，第一低温流体的汽化气体可穿过换热器的第一通路，而第二低温流体的液流可穿过换热器的第二通路。第二低温流体可处于低于第一低温流体的温度，并且具有低于第一低温流体的蒸发温度。例如，在一些实施例中，汽化气流可为来自用作飞行器机载燃料的第一低温流体的流。例如，第一低温流体可为液化天然气(LNG)。例如，第二低温流体可为液氮(LN2)。当第一低温流体穿过换热器时，来自第一低温流体的汽化气体的热传递至第二低温流体，由此将汽化气体冷凝成液体，其可返回至容纳第一低温流体(例如，提供例如用于飞行器的燃料的低温流体)的第一罐，汽化气体由该第一罐产生。在一些实施例中，第二低温流体可在第二低温流体穿过换热器的第二通路时蒸发。更进一步，在一些实施例中，第二低温流体的所得排出气流可用于吹洗或惰性化飞行器系统的功能构件中的至少一个。在一些实施例中，第二低温流体可在第二低温流体穿过第二通路时保持呈液态，并且第二低温流体的返回流可返回至第二罐，第二低温流体的液流最初从该第二罐获得。在一些实施例中，第二低温流体的所得排出气流可排放至大气。
[0016]各种实施例提供了再冷凝储存在低温罐(例如飞行器机载)中的低温流体(例如，LNG)的汽化气体。各种实施例的至少一个技术效果在于用于处理汽化气体的相对重量轻的系统。各种实施例的至少一个技术效果提供了使用系统来处理汽化气体，该系统需要较少或不需要例如来自低温罐系统设置在其上的飞行器的外功率。各种实施例的至少一个技术效果在于减少或消除来自汽化气体的有害或其它不合乎需要的排放物。各种实施例的至少一个技术效果在于产生排出气流(例如，氮流)，其可用于吹洗或惰性化飞行器系统的功能构件(例如，蒸发器、燃料罐等)。各种实施例的至少一个技术效果包括燃料(例如，LNG)的保存。各种实施例的至少一个技术效果在于减小低温罐内的压力和/或提供较轻低温罐的使用。
[0017]图1为根据实施例形成的系统100的示意图。系统100(连同本文中所述的系统和方法的其它实施例)在下面连同液化天然气(LNG)的使用论述，该液化天然气作为功率源，例如，用于推进飞行器。在其它实施例中，可使用其它燃料，并且/或者可对备选应用供能。所示系统100包括第一低温罐110、控制阀120、汽化检测模块130、换热器140、第二低温罐160、第二控制阀170、分流阀180以及控制器190。可接收从换热器140排出的流体(例如，氮气)的功能模块188也在图1中绘出。
[0018]大体上，来自第一低温罐110的汽化气体(或使用汽化气体形成的气体或其它产物)沿下游方向102穿过系统100的方面。(上游方向104可理解为下游方向的相反方向。)当汽化气体(或使用汽化气体形成的气体或其它产物)穿过系统的各个方面时，所示实施例中的汽化气体(或使用汽化气体形成的气体或其它产物)冷凝用于返回至第一低温罐110。第一低温流体(例如，天然气)可理解为从第一低温罐110穿过回路106，穿过换热器140并且回到第一低温罐110。
[0019]如图1中所见，系统100限定下游方向102和上游方向104。下游方向102可理解为在处置或处理汽化气体(或汽化气体的产物)时汽化气体(或汽化气体的产物)所沿的方向或路径。在所示实施例中，汽化气体从低温罐110经由控制阀120流动作为汽化气流125。汽化气流125沿下游方向102流至汽化检测模块130。在汽化检测模块130处，检测了汽化气流125的一个或更多个性质或特性(例如，流动、温度、压力、速度等中的一个或更多个)。关于汽化气流125的一个或更多个性质或特性的信息提供至控制器190，其中控制器190接着确定容纳在第二低温罐160中的第二低温流体的所需流动(例如，阈值或最低值)，以冷凝汽化气流125的至少一部分。当汽化气流125从汽化检测模块130向下游行进时，汽化气流125进入换热器140。在所示实施例中，换热器140构造为冷凝换热器，其具有来自第二低温罐160的第二低温流体，从汽化气流125吸收热，以冷凝汽化气流125中的汽化气体来产生可返回至第一低温罐110的第一低温流体的液流。在一些实施例中，第二低温流体可在第二低温流体穿过换热器时不蒸发，并且返回至第二低温罐(见图5和相关论述)。在图1中绘出的实施例中，第二低温流体在第二液体穿过换热器140时蒸发，其中呈气相的第二低温流体的排出流177从换热器140朝分流阀180引导。分流阀180可构造成将气态排出流177引导至例如大气和/或飞行器系统的功能模块(例如，功能模块188)的近侧，其中，可使用排出流177，例如以吹洗或惰性化功能模块188的一个或更多个方面。控制器190构造成接收关于穿过系统100的一个或更多个流或流动的信息，并且控制穿过系统100的各种流动或流(例如，通过控制一个或更多个阀、栗等上的设定)。
[0020]所示实施例中的第一低温罐110用于容纳第一低温流体。在各种实施例中，由至少一个低温罐110容纳的第一低温流体可为任何类型的低温流体(其可以以液体和/或气态形式容纳在第一低温罐110内)，如，但不限于LNG、CNG和/或类似的。在一些实施例中，第一低温罐110为飞行器机载燃料罐，用于容纳用作用于飞行器发动机的燃料的LNG或另一低温流体。第一低温罐110 (连同系统100的其它方面)可在一些实施例中构造为飞行器的相对永久的特征，而在其它实施例中，第一低温罐110和系统100的其它方面可构造为大体上独立的单元，其可容易地加载至飞行器或从其卸载。
[0021]在一些实施例中，第一低温罐110包括外壳和内部增强框架(未不出)。外壳可限定由外壳的内侧界定的内部容积，并且可构造成将第一低温流体容纳在内部容积内。第一低温罐110因此可限定构造成将第一低温流体保持在其中的封闭的容器。第一低温罐110可限定压力容器，其构造成在不同于环境(例如，大气)压力的压力下将第一低温流体保持在其中。
[0022]例如，当环境温度升高时，第一低温罐110内的LNG将蒸发，产生汽化气体。当汽化气体量增大时，第一低温罐110内的压力将增大。在一些点处，压力可对于第一低温罐110而言变得太大。在所示实施例中，系统100包括罐传感器112。罐传感器112构造成直接地或间接地感测或检测第一低温罐110内的压力何时超过期望或可接受水平(例如，选自最高压力下的范围的水平，第一低温罐110设计成耐受该水平，或第一低温罐110额定为该水平)。例如，罐传感器112可包括构造成测量或检测第一低温罐110内的压力的压力传感器。
[0023]控制阀120构造成控制离开第一低温罐110的汽化气体沿下游方向102至汽化检测模块130和换热器140的流动。在所示实施例中，控制阀120插置在第一低温罐110与汽化检测模块130之间，并且设置在低温罐110下游和汽化检测模块130上游。在一些实施例中，控制阀120可安装在第一低温罐110内，安装于其或以其它方式与其相关联。在所示实施例中，当超过阈值的压力由罐传感器112检测到时，控制阀120开启来允许汽化气体沿下游方向102经过作为汽化气流125，从而有助于减小第一低温罐110中的压力。在各种实施例中，汽化气体可在略高于大气压力的压力下和在天然气的饱和温度(其可低于环境温度)下从第一低温罐110经过。在一些实施例中，如果第一低温罐110中的压力降低到阈值以下，则控制阀120可闭合。
[0024]当汽化气流125从控制阀120向下游行进时，汽化气流125穿过、经过或以其它方式邻近汽化检测单元130。汽化检测单元130构造成感测或检测汽化气流125的一个或更多个特性或性质。例如，汽化检测单元130可直接地测量汽化气流125的流动(例如，质量流动或体积流动)。作为另一个实例，汽化检测单元130可测量或检测汽化气流125的压力、速度、温度等中的一个或更多个。此外，汽化气流125的压力、速度、温度等中的一个或更多个可用于确定汽化气流125的流动(例如，流动可间接地测量)。在所示实施例中，汽化检测单元130示意性地描绘为单个块。在各种实施例中，可使用一个以上的检测单元(例如，传感器、检测器等)。此外，在一些实施例中，汽化检测单元130的结构或功能的全部或一部分可与罐传感器112共用或集成。
[0025]汽化检测单元130构造成将对应于检测到的一个或更多个性质或特性的信息提供至控制器190。控制器190构造成使用关于汽化气流125的信息来确定穿过换热器140的第二低温流体的对应