[发明专利]从热交换器排放的流体的温度控制

说明书

往复活塞低温泵在从汽化器的工艺流体排放温度降低到阈值以下时暂停执行冲程，以防循环通过所述汽化器的热交换流体冻结并损害下游部件。所述泵的暂停会导致汽化器下游的工艺流体压力降低，这是不期望的。在本发明的技术中，监测与汽化器下游的工艺流体温度相关的温度。依据所述温度来调整每一循环中从所述泵排放的工艺流体量，从而使得随着排放量降低，所述工艺流体在所述汽化器中的平均停留时间增加，从而提高工艺流体排放温度。无论泵的排放量如何，通过所述汽化器的所述工艺流体的平均质量流速不变，从而得以维持所述汽化器下游的工艺流体压力。

技术领域

本申请涉及一种控制来自热交换器的流体的排放温度的技术。在优选实施方案中，所述流体是气体燃料。

发明背景

当气体燃料用作内燃机的燃料时，气体燃料可以在低温下储存。气体燃料的定义是任何在气体状态下处于标准温度和压力下的燃料，标准温度和压力在本文中的定义是1个大气压和20摄氏度与25摄氏度之间。气体燃料接近其沸点储存在储存容器中。例如，对于处于大约1个大气压的储存压力下的甲烷而言，它可以用液化形式在大约-161摄氏度的温度下储存。天然气是一种气体混合物，其中甲烷通常占最大部分，储存温度可以变化，但是一般来说接近甲烷的储存温度。液化气以液体状态从储存容器朝热交换器泵吸，并且通过热交换器，在热交换器中，液化气转变成超临界状态或气体状态，这取决于离开交换器的气体燃料的温度和压力。以液化状态储存气体燃料有一些优点。与要求用较小体积来储存能量基础上的等效燃料量的超临界状态或气体状态相比，气体燃料处在液体状态时能量密度增加。由于与气体相比液体相对无法压缩，所以在处于液体状态时给气体燃料加压，比超临界或气体状态时效率更高。在热交换器中发生汽化之后，燃料喷射系统接收汽化的气体燃料，并且将汽化的气体燃料直接地或间接地引入到发动机中的一个或更多个燃烧室。在本说明书中，汽化是指将液体状态的流体转换成超临界状态或气体状态。虽然天然气(LNG)是一种示例性气体燃料，用于许多高马力(船舶、采矿、机动)和重载(牵拉)发动机应用，但是其它气体燃料同样适用于本文中说明的技术。

在热交换器中必需有热源以使气体燃料的温度增加到其沸点以上。来自内燃机的水套的发动机冷却液可以用作热源。在热交换器中通过单独的路径传送发动机冷却液，从而使得燃烧产生的废热被传递到来自储存容器的液化气体燃料，使得液化气体燃料蒸发。通过利用燃烧过程产生的废热，相比利用从发动机输出得到的能量(例如诸如通过发动机驱动的发电机提供的电能)，效率得到了改善。

出于几点原因，控制从热交换器排放的气体燃料的温度颇为重要。首先，从热交换器排放的气体燃料一般必需处于特定状态，例如超临界状态。其次，温度必须高于预定最小值，从而使得热交换器下游的部件受到保护，以免因温度过冷可能导致部件故障。当热交换器下游的气体燃料的温度下降到预定最小值以下时，或者如果预计会下降到预定最小值以下，则将气体燃料从储存容器传递到热交换器的泵必须暂停(停止)。当泵停止时，停止向燃料喷射系统递送气体燃料，并且随着发动机继续消耗燃料，可用的燃料喷射压力降低到必需水平以下。当可用的燃料喷射压力降低时，发动机可以设计成用降额功率输出继续操作，然后最终停止，或者启用备用辅助燃料。这种情况是不期望的。

当发动机冷却液过冷时，或者当气体燃料在热交换器内部的停留时间过短时，或者由于这两种原因的联合，从热交换器排放的气体燃料的温度可能会降低到预定最小值以下。在正常发动机操作条件期间，发动机冷却液温度维持在预定范围之间。然而，出于多种原因，发动机冷却液温度可能偏离这个范围。一个这样的原因是，周围温度远低于正常发动机操作条件期间的发动机冷却液温度，而在发动机冷却液温度等于或接近这个周围温度时发生发动机冷启动。周围温度过低，还可能导致发动机冷却液温度降低到预定温度范围以下，或者至少使冷启动性能恶化。