[發明專利]用于控制熱交換器排放溫度的低溫泵的操作

有效

• 申請號: 201680022363.2
• 申請日: 2016-02-19
• 公開（公告）號: CN107532779B
• 公開（公告）日: 2019-08-27
• 發明（設計）人: G·G·哈特尼特;B·J·埃爾德
• 申請（專利權）人: 西港能源有限公司
• 主分類號: F17C13/00
• 分類號: F17C13/00;F02M21/02;F02M21/06;F04B37/10
• 代理公司: 北京匯知杰知識產權代理有限公司 11587
• 代理人: 吳煥芳;楊巍

當在熱交換器中用作工作流體的發動機冷卻劑的溫度太低而不能提高氣體燃料溫度時，熱交換器下游的氣體燃料對于燃料系統部件來說可能太冷，并且發動機冷卻劑可能會凍結。一種操作用于控制熱交換器的排放溫度的低溫泵的方法，熱交換器利用來自工作流體的熱量將從低溫泵接收的過程流體汽化，其中低溫泵包括在氣缸中可在近端氣缸蓋和遠端氣缸蓋之間往復運動的活塞，所述方法包括：監測過程流體溫度和工作流體溫度中的至少一個；在引入沖程期間將活塞從近端氣缸蓋縮回到遠端氣缸蓋；以及以多個增量排放沖程使活塞伸展，直到活塞從遠端氣缸蓋返回到近端氣缸蓋。選擇增量排放沖程的數量、增量排放沖程的長度和增量排放沖程之間的休止期中的至少一個，使得過程流體溫度和工作流體溫度中的至少一個保持在預定水平以上。

技術領域

本申請涉及一種操作用于控制來自熱交換器的流體的排放溫度的低溫泵的技術。

背景技術

氣體燃料在用作內燃發動機的燃料時可以在低溫下儲存。氣體燃料被定義為在標準溫度和壓力下處于氣體狀態的任何燃料，標準溫度和壓力在本文中定義為1個大氣壓和20至25攝氏度。氣體燃料以接近其沸點的溫度儲存在儲存容器中。例如，甲烷在約1個大氣壓的儲存壓力下，可以在-161攝氏度的溫度下以液化的形式儲存。天然氣是多種氣體與甲烷的混合物，甲烷通常占最大部分，天然氣的儲存溫度可以變化，但通常接近于甲烷的儲存溫度。液化氣體以液態從儲存容器中泵送向熱交換器并通過熱交換器，在熱交換器中氣體燃料溫度升高。取決于熱交換器入口處的氣體燃料壓力，氣體燃料在進入熱交換器時通常處于液態或超臨界狀態，并且在離開時處于超臨界狀態或氣體狀態。當溫度和壓力處于或接近臨界點時，氣體燃料也可處于兩相狀態。將氣體燃料以液化狀態儲存具有優點。與超臨界狀態或氣體狀態相比，當氣體燃料處于液態時密度增加，從而需要較小體積來儲存基于能量而言等量的燃料。由于液體與氣體相比是相對不可壓縮的，所以與氣體狀態相比當處于液態時對氣體燃料進行加壓是更有效的。在熱交換器中汽化之后，燃料噴射系統接收蒸發的氣體燃料并將其直接或間接地引入發動機中的一個或多個燃燒室。如本文所用，汽化是指氣體燃料通過熱交換器時至少增加焓(即，溫度)，并且取決于氣體燃料的壓力和溫度，也可以指將氣體燃料的狀態改變為氣體狀態。雖然天然氣(LNG)是許多高馬力(海洋、采礦、機車)和重型發動機應用中使用的示例性氣體燃料，但是其它氣體燃料同樣適用于本文所述的技術。

在熱交換器中需要熱源以將氣體燃料的溫度升高到其沸點以上。來自內燃發動機的水套的發動機冷卻劑可以用作熱源。發動機冷卻劑通過熱交換器中的單獨的路徑被引導，使得燃燒產生的廢熱從存儲容器轉移到液化的氣體燃料，從而導致液化的氣體燃料汽化。與使用從發動機輸出獲得的能量--例如來自由發動機驅動的發電機的電能--相比，通過利用燃燒過程產生的廢熱，提高了效率。

出于多種原因，控制從熱交換器排出的氣體燃料的溫度很重要。首先，從熱交換器排出的氣體燃料通常需要處于特定狀態，例如超臨界狀態。第二，溫度必須高于預定的最小值，使得熱交換器下游的部件免于承受可能導致部件故障的過冷溫度。當熱交換器下游的氣體燃料的溫度下降到低于預定的最小值時，或者如果預計下降到預定的最小值以下，則將氣體燃料從儲存容器轉移到熱交換器的泵必須暫停(停止)。當泵停止時，氣體燃料到燃料噴射系統的輸送停止，隨著發動機繼續消耗燃料，可用燃料噴射壓力降低到必要水平以下。隨著可用燃料噴射壓力的降低，發動機可以被設計成以降額的功率輸出繼續運轉，然后最終停止，或者轉到備用的第二燃料。這種情況是不希望的。

當發動機冷卻劑太冷時，或者當氣體燃料在熱交換器內部的停留時間太短或者由于這兩個原因的組合，從熱交換器排出的氣體燃料的溫度可能會降低到預定的最小值以下。在正常發動機運轉條件下，發動機冷卻劑溫度維持在預定范圍之間。然而，由于各種原因，發動機冷卻劑溫度可能偏離此范圍。其中一個這樣的原因是當發動機冷卻劑溫度等于或接近環境溫度時發動機的冷啟動，其中環境溫度在正常的發動機運轉條件下遠遠低于發動機冷卻劑溫度。過冷的環境溫度也可能導致發動機冷卻劑溫度降至預定溫度范圍以下，或至少會使冷啟動性能惡化。