用于制备高压气体的气体制备系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种气体制备系统，更具体地涉及一种用于制备高压气体的气体制备系统。
【背景技术】
[0002]由于不断上升的柴油成本和越来越多对排气排放的约束，发动机制造商开发了采用替代燃料的发动机。一种这样的燃料为天然气(NG)。尽管这些发动机中的很多消耗压缩天然气(CNG)，但可能期望将NG作为液化天然气(LNG)运输并且在将气体输送到发动机之前将它转化为CNG。在许多情况下，转化的CNG在喷射到发动机中之前必须进行加压。然而，当前用于将LNG转化为高压CNG的技术要求需要额外的动力运行的压缩机和/或泵，从而产生难以接受的发动机动力(大小和/或品质)的寄生损失。
[0003]用于将液态燃料转化为气态燃料的系统的示例在Watts等人的美国专利申请公报N0.2010/0005812 ( “ ’ 812公报”)中被公开。’ 812公报的系统包括从供给容器接收液氢的器皿。该器皿由传热系统加热以使氢气化。气态氢输送到蓄压器，气体被储存在该蓄压器中以便今后使用。
[0004]尽管’ 812公报的系统能将液态燃料转化成气态，但它并不理想。例如，可能需要动力源来从储罐泵吸液氢、操作调整通过系统的氢的流量的阀和/或蓄积气态氢。此外，气态氢达到的压力可能受所述器皿的尺寸限制，对于某些高压气态燃料应用而言，所述压力可能不够。此外，达到的压力可能由于器皿内的压力必须足够低以允许另外的氢进入而进一步受限。这是因为供给压力必须克服器皿中的压力以便另外的氢进入。
[0005]本发明针对于克服上述问题中的一个或多个和/或现有技术的其它问题。
【发明内容】
[0006]在一方面，本发明涉及一种用于制备高压气态燃料的方法。该方法可包括在具有有效容积的容器中接收液化燃料、减小容器的有效容积并且加热液化燃料。该方法还可包括将一些气态燃料从容器释放出来。该方法还可包括增大容器的有效容积、冷却残留的气态燃料以及将液化燃料引导到容器中以代替释放的气态燃料。该方法可包括将容器的有效容积的变化转化为机械动力。
[0007]在另一方面，本发明涉及一种用于制备高压气态燃料的气体制备系统。该气体制备系统可包括构造成储存液化燃料的储罐和构造成接收气态燃料并产生动力和废热的设备。该气体制备系统还可包括转化泵。该转化泵可包括容器、在储罐与容器之间流体地连接的液化燃料口和在容器与设备之间流体地连接的气态燃料口。该转化泵还可包括配置在容器内的第一活塞和配置在容器内且构造成使流体在容器的不同区域之间移动的第二活塞。该转化泵还可包括构造成向容器中的燃料传热的传热设备。该转化泵还可包括由第一活塞驱动以产生辅助动力的曲轴。
[0008]在又一方面，本发明涉及一种用于制备高压气态燃料的气体制备系统。该气体制备系统可包括构造成储存液化燃料的储罐和构造成接收气态燃料并产生动力和废热的设备。该气体制备系统还可包括转化泵。该转化泵可包括第一缸筒和第二缸筒、在储罐与第一缸筒之间流体地连接的液化燃料口、在第一缸筒与第二缸筒之间流体地连接的转移管路和在第二缸筒与所述设备之间流体地连接的气态燃料口。该转化泵还可包括配置在第一缸筒内的第一活塞、配置在第二缸筒内的第二活塞和构造成向第二缸筒中的燃料传热的传热设备。该转化泵还可包括由第二活塞驱动以产生辅助动力的曲轴。
【附图说明】
[0009]图1是示例性公开的气体制备系统的示意性图示；
[0010]图2是根据第一实施例的可与图1的气体制备系统相结合地使用的示例性燃料泵的示意性图示；
[0011]图3是根据第二实施例的可与图1的气体制备系统相结合地使用的示例性燃料泵的示意性图示；以及
[0012]图4是与由图1的气体制备系统执行的示例性公开的转化循环相对应的容积与压力关系图。
【具体实施方式】
[0013]图1示出用于制备高压气体的示例性公开的气体制备系统10。在一示例性实施例中，高压气体可以是被引导到设备12以进行消耗的燃料。例如，该高压气体可以是压缩天然气(CNG)。然而，应该理解的是，该气体可以是任何燃料或其它流体，例如甲烷、氢、空气、蒸汽等。设备12可以是构造成消耗由气体制备系统10制备的高压燃料的任何设备，例如燃机、涡轮发动机、炉等。例如，设备12可以是构造成依靠柴油和压缩天然气(CNG)运行的双燃料发动机，例如机车发动机。在一示例性实施例中，气体制备系统10可构造成制备用于由设备12消耗的CNG。
[0014]气体制备系统10可包括储罐14和转化泵16。储罐14可以是构造成储存诸如液化天然气(LNG)之类的液化燃料的储存器皿。转化泵16可以是构造成将液化燃料(例如，LNG)转化为用于最终由设备12消耗的气态燃料(例如，CNG)的设备。在至少一些实施例中，转化泵16也可以是通过将燃料转化为高压气体的过程来产生动力的设备。例如，转化泵16可以是构造成通过流体的加压和加热来产生动力的热力发动机，其被改造成允许释放一些加压流体，剩下的加压流体产生所述动力，并且另外的低压流体替换释放的流体。
[0015]如图1所示，转化泵16可分别通过至少一个供给管路18和至少一个输出管路22与储罐14和设备12流体连接。在一示例性实施例中，储罐14可经供给管路18向转化泵16供给LNG。此外，由转化泵16产生的CNG可从转化泵16经输出管路22输送到设备12。在一些实施例中，阀20可调整LNG从供给管路18向转化泵16的导入，且阀24可调整CNG从转化泵16往输出管路22的释放。阀20和24可以是本领域中已知的任何类型的阀，例如止回阀、提升阀、球阀、热膨胀阀等。
[0016]在一示例性实施例中，转化泵16可构造成通过转化循环的执行来接收LNG和产生CNG。下面将详细描述的转化循环可包括加热LNG的步骤，例如使LNG沸腾以产生CNG。气体制备系统10可包括构造成在转化循环期间向转化泵16传热的传热设备26。在一示例性实施例中，传热设备26可构造成将由设备12产生的热传递到转化泵16。例如，如图1所示，传热设备26可与设备12和转化泵16可操作地连接，使得由设备12产生的热可由容纳于转化泵16内的燃料(例如，LNG)吸收。
[0017]设备12可通过消耗由转化泵16供给的燃料(例如，CNG)来产生热。例如，在设备12为燃机的实施例中，设备12可通过CNG的燃烧来产生动力。燃烧过程可产生过剩热，其可(例如，通过散热器、冷却套等)被吸收、(例如，通过排气)释放和/或(例如，通过排气再循环(EGR))再利用。设备12的其它实施例可类似地产生热(例如，燃烧CNG或其它燃料的炉)。传热设备26可以是构造成将至少一些由设备12产生的热传递到转化泵16的任何设备。例如，传热设备26可以是热交换器，其中CNG管道置于被加热的管道之间以实现传热(例如，经由对流和/或传导)。被加热的管道可由预先从设备12吸热的流体——例如，比方说来自散热器或冷却套的水，或排气——加热。