向内燃机供应气体燃料的方法和装置制造方法及图纸

将气体燃料从补给车供应到机车上的内燃机的方法和装置，包括：将气体燃料在低温温度下储存在所述补给车上的低温储存罐内；从所述低温储存罐泵送所述气体燃料到第一压力；在所述第一压力下气化所述气体燃料；以及将已气化的气体燃料输送到所述内燃机；由此，所述已气化的气体燃料的压力在310巴到575巴之间的范围内。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】向内燃机供应气体燃料的方法和装置
本申请涉及将气体燃料从补给车(tender car)上的气体燃料储存处供应到机车的内燃机用于燃烧。
技术介绍
自二十世纪八十年代初起，多个研究计划和示范项目就已尝试采用天然气作为用于机车的燃料。最初的动机是为了确定与柴油机车相比，是否可以实现排放水平的任何减少，同时维持相同功率水平。这些努力是受到环境保护署(EPA)不断发展的对于机车的排放标准的驱使:在1997年EPA为机车确立了 TierOU和2标准，且最近在2008年他们为机车订立了 Tierf和4标准。Tierf和4标准两者都要求大大减少柴油颗粒物(PM)和氮氧化物(NOx)的排放量。这些努力的结果中只出现了一种商业可用、经过验证和测试的以天然气作为燃料的长途运输机车，其采用低压喷射技术。在由BNSF铁路公司、美国联合太平洋铁路公司(UPRR)、美国铁路协会(统称为“铁路业界(the Railroads) ”)和加州环境协会发表于 2007 年 11 月的一篇题为“An Evaluation of Natural Gas-fueled Locomotives” 的论文中，表明了铁路业界对以天然气作为燃料的机车的立场。除了一些潜在的适当场所应用之外，铁路业界不相信有机会使用天然气作为机车燃料会有助于满足排放和性能目标。这一立场是基于在北美洲可得到的一种已知的市售的以天然气作为燃料的长途运输机车。此产品是用于EMD645 二冲程柴油发动机的转换套件，其允许机车以液化天然气(LNG)作为主燃料而运行，同时采用柴油作为引燃燃料。LNG燃料被气化且在低压(85到125磅每平方英寸(Psi))下被喷射，以使得燃料和空气在压缩期间混合。接下来，柴油“引燃”燃料的一小部分在冲程的顶部被喷射到气缸之内，在此该小部分的柴油“弓I燃”燃料自动点火以促使燃Jyti ο许多研究计划和示范项目尝试了高压喷射技术，其中天然气燃料在压缩循环后期被喷射。在1992年，UPRR在使用电动力柴油(EMD)和GE运输系统(GE)的分别项目中开始了两项上述努力，来深入研究天然气在长途运输、大马力机车发动机中的使用。这是一项重要的、多年的努力，其中UPRR花费了超过一千五百万美元来探索基础的发动机和燃料供应技术课题。在EMD和GE系统两者中采用的天然气喷射压力在3000psi到4500psi之间的范围内。由于技术上的局限，分别由EMD和GE开发的机车不能胜任有效益的运营。在这两个项目中的技术难点包括:气体喷射器故障、用于处理补给罐和机车之间的低温燃料的低温LNG泵、发动机控制系统软件、气体相变控制系统软件、以及燃料系统连接处泄漏。用于EMD645的转换工具是从由伯灵顿北方铁路公司(BN)在1987年开始的一个计划中开发出来的，该计划涉及开发天然气燃料供应基础设施和能够以天然气运行的长途运输机车这两项漫长的努力。对于燃料供应基础设施，BN与空气化工产品有限公司(APC)合作以开发燃料供应站点和装备有低温罐的补给车，以支持使用冷冻液态甲烷(RLM)作为机车燃料，冷冻液态甲烷是一种高纯度形式的液化天然气。在由天然气研究院于1993年I月发表的一篇题为 “LNG as a Fuel for Railroads:Assessment of Technology Status andEconomics”的论文中，APC的Bob Kirkland指出，LNG气化可以在机车上或者在补给车上执行。“由于泵送液体比压缩气体所需的能量更少，未来的补给车设计可能会将液体递送到位于机车上且在气化器上游的泵。据空气化工产品公司的Bob Kirkland说，让补给车向机车供应高压液体是不现实的。这样的布置将会涉及长的高压管线，以及在机车和补给车之间的额外的硬件，用于给泵提供动力”。基于铁路业界的许可以及上面引述的研究和示范项目的结果，显然在后期循环中，将天然气直接高压喷射到机车发动机中并不是一个轻而易举或简单明了的任务。有一些技术挑战妨碍了市售长途运输天然气机车产品的问世，而这些产品能够挑战和改进来自所谓的清洁柴油机车技术的排放。本专利技术的方法和装置提供了一种改进的技术，用于将气体燃料从补给车上的气体燃料储存处供应到机车的内燃机用于燃烧。
技术实现思路
一种将气体燃料从补给车供应到机车上的内燃机的改进方法，包括:将所述气体燃料在低温温度下储存在所述补给车上的低温储存罐内；从所述低温储存罐泵送所述气体燃料到第一压力；在所述第一压力下气化所述气体燃料；以及将已气化的气体燃料输送到所述内燃机；由此，所述已气化的气体燃料的压力在310巴到575巴之间的范围内。该气体燃料可以是天然气、甲烷或其他烃类气体燃料。所述方法还包括蓄积所述已气化的气体燃料，由此减小由于所述内燃机的不断变化的工作状态导致的所述气体燃料的压力波动。所述内燃机的质量流率在7千克/小时到600千克/小时的范围内。对所述已气化的气体燃料的所述蓄积在50升到200升的范围之内。所述方法还包括:接收关于在所述内燃机的工作条件方面的即将到来的改变的提前通知，并且进行如下至少之一:积极主动地泵送所述气体燃料以增加所述已气化的气体燃料的所述压力；增加泵送所述气体燃料的速率以增加所述已气化的气体燃料的所述压力；以及减少泵送所述气体燃料的速率以减少在预定压力阈值以上的压力波动。在所述方法中，来自所述内燃机的余热可被转移到处在所述第一压力下的所述气体燃料，以使得所述气体燃料气化。所述余热可被从发动机冷却剂转移到热交换流体，以使得所述热交换流体将热转移到处在所述第一压力下的所述气体燃料。可以用辅助热源加热所述热交换流体，所述辅助热源可以是燃气锅炉或电热器。当辅助热源是燃气锅炉时，所述燃气锅炉通过燃烧来自所述低温储存罐的所述气体燃料而产生热，而已被燃烧的所述气体燃料可以是排出气体。该方法还包括响应于所述已气化的气体燃料的所述压力减少到预定压力阈值以下，减少将所述已气化的气体到所述内燃机的输送。所述方法还可以包括:将低压空气从所述机车上的压缩空气供给源递送到所述补给车；将所述低压空气加压到一个高压；将所述高压空气递送到所述机车；以及通过在所述机车上混合所述已气化的气体燃料和所述高压空气，形成气体燃料/空气混合物。所述气体燃料/空气混合物被直接引入所述内燃机中的燃烧室之内。所述已气化的气体燃料可以以气体燃料/空气混合物的形式被输送到所述机车。所述方法还包括:将低压空气从所述机车上的压缩空气供给源递送到所述补给车；在所述补给车上将所述低压空气加压到一个高压；以及通过在所述补给车上混合所述已气化的气体燃料和所述高压空气，形成所述气体燃料/空气混合物。所述气体燃料/空气混合物被直接引入所述内燃机中的燃烧室内。所述方法还可以包括:在所述机车上将低压空气加压到一个高压，以及通过在所述机车上混合所述已气化的气体燃料和所述高压空气，形成气体燃料/空气混合物。所述气体燃料/空气混合物被直接引入所述内燃机中的燃烧室内。一种将气体燃料从补给车供应到机车上的内燃机的改进装置，包括:在所述补给车上的低温储存罐，用于将所述气体燃料在低温温度下储存；第一泵，用于从所述低温储存罐泵送所述气体燃料到第一压力；第一热交换器，用于在所述第一压力下气化所述气体燃料；导管本文档来自技高网...

【技术保护点】
将气体燃料从补给车供应到机车上的内燃机的方法，包括：将所述气体燃料在低温温度下储存在所述补给车上的低温储存罐内；从所述低温储存罐泵送所述气体燃料到第一压力；在所述第一压力下气化所述气体燃料；以及将已气化的气体燃料输送到所述内燃机；由此，所述已气化的气体燃料的压力在310巴到575巴之间的范围内。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.12.22 CA 2,762,6971.将气体燃料从补给车供应到机车上的内燃机的方法，包括: 将所述气体燃料在低温温度下储存在所述补给车上的低温储存罐内； 从所述低温储存罐泵送所述气体燃料到第一压力； 在所述第一压力下气化所述气体燃料；以及 将已气化的气体燃料输送到所述内燃机； 由此，所述已气化的气体燃料的压力在310巴到575巴之间的范围内。2.根据权利要求1所述的方法，还包括蓄积所述已气化的气体燃料，由此减小由于所述内燃机的不断变化的工作状态导致的所述气体燃料的压力波动。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述内燃机的质量流率在7千克/小时到600千克/小时的范围内，而对所述已气化的气体燃料的所述蓄积是在50升到200升的范围内。4.根据权利要求1所述的方法，还包括:接收关于在所述内燃机的工作条件方面的即将到来的改变的提前通知，并且积极主动地泵送所述气体燃料以增加所述已气化的气体燃料的所述压力。5.根据权利要求1所述的方法，还包括接收关于在所述内燃机的工作条件方面的即将到来的改变的提前通知，并且增加泵送所述气体燃料的速率以增加所述已气化的气体燃料的所述压力。6.根据权利要求1所述的方法，还包括接收关于在所述内燃机的工作条件方面的即将到来的改变的提前通知，并且减少泵送所述气体燃料的速率以减少在预定压力阈值以上的压力波动。7.根据权利要求1所述的方法，还包括将来自所述内燃机的余热转移到处在所述第一压力下的所述气体燃料，由此所述气体燃料气化。8.根据权利要求7所述的方法，其中所述余热被从发动机冷却剂转移到热交换流体，且所述热交换流体将热转移到处在所述第一压力下的所述气体燃料。9.根据权利要求8所述的方法，还包括用辅助热源加热所述热交换流体。10.根据权利要求9所述的方法，其中所述辅助热源是燃气锅炉和电热器之一。11.根据权利要求10所述的方法，其中所述辅助热源是所述燃气锅炉，所述燃气锅炉通过燃烧来自所述低温储存罐的所述气体燃料而产生热。12.根据权利要求11所述的方法，其中所述气体燃料是来自所述低温储存罐的排出气体。13.根据权利要求1所述的方法，还包括响应于所述已气化的气体燃料的所述压力减少到预定压力阈值以下，减少将所述已气化的气体到所述内燃机的输送。14.根据权利要求1所述的方法，其中所述气体燃料是天然气。15.根据权利要求1所述的方法，还包括: 将低压空气从所述机车上的压缩空气供给源递送到所述补给车； 将所述低压空气加压到一个高压； 将所述高压空气递送到所述机车；以及 通过在所述机车上混合所述已气化的气体燃料和所述高压空气，形成气体燃料/空气混合物。16.根据权利要求15所述的方法，其中所述气体燃料/空气混合物被直接引入所述内燃机中的燃烧室之内。17.根据权利要求1所述的方法，其中所述已气化的气体燃料以气体燃料/空气混合物的形式被输送到所述机车，所述方法还包括: 将低压空气从所述机车上的压缩空气供给源递送到所述补给车； 在所述补给车上将所述低压空气加压到一个高压；以及 通过在所述补给车上混合所述已气化的气体燃料和所述高压空气，形成所述气体燃料/空气混合物。18.根据权利要求15所述的方法，其中所述气体燃料/空气混合物被直接引入所述内燃机中的燃烧室内。19.根据权利要求1所述的方法，还包括: 在所述机车上将低压空气加压到一个高压，以及 通过在所述机车上混合所述已气化的气体燃料和所述高压空气，形成气体燃料/空气混合物。20.根据权利要求19所述的方法，其中所述气体燃料/空气混合物被直接引入所述内燃机中的燃烧室内。21.将气体燃料从补给车向供应到机车上的内燃机的装置，包括: 在所述补给车上的低温储存罐，用于将所述气体燃料在低温温度下储存； 第一泵，用于从所述低温储存罐泵送所述气体燃料到第一压力； 第一热交换器，用于在所述第一压力下气化所述气体燃料； 导管，用于将已气化的气体燃料从所述第一热交换器输送到所述内燃机； 压力传感器，操作性地与所述导管相连接，用于测量所述已气化的气体燃料的压力；以及 低温控制器，操作性地与所述第一泵和所述压力传感器相连接，并被编程以从所述压力传感器接收表示所述已气化的气体燃料的所述压力的压力信号，且操作所述第一泵以将所述已气化的气体燃料的所述压力维持在310巴到575巴之间的范围内。22.根据权利要求21所述的装置，其中所述导管被设定尺寸...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·E·梅兰森，M·S·A·麦克金侬，P·M·布罗姆鲁斯，
申请(专利权)人：西港能源有限公司，
类型：发明
国别省市：加拿大;CA