微气化器阵列连网的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明广泛地涉及微气化器阵列连网。
【背景技术】
[0002]在第二次世界大战期间，在难以获得传统汽油时，在欧洲微气化器被大规模地使用以为内燃机交通工具提供动力。现在将描述这种装置的基本运转原理。首先，在由往复式活塞发动机的进气歧管产生的轻度真空下，在封闭的容器内燃烧干燥的生物质。布置空气入口和气化器输出流连接，使得仅仅部分地燃烧生物质，产生包含一氧化碳并且可以额外地包含氢气和气态烃的废气流。该气体可以在内燃机中被进一步燃烧，以产生轴功率。
[0003]图1(现有技术)图解了这样装置的典型的设备布置图，该装置包括气化器、过滤器、启动和关闭扩口(flare)、空气混合阀和内燃机。正常的启动程序是点火气化器，并使它升温至产生充足量的可燃烧气体的温度，以至少使附接的内燃机空转。这通常通过首先发送气化器的输出至扩口装置进行，这保护操作人员不遭受由气化器产生的高度毒性的一氧化碳气体。使用启动空气流通过气化器的各种方案，诸如将吸气栗并入扩口装置或者将直列式(inline)鼓风机并入扩口装置，由此在气化器中产生部分真空。可选地，在气化器上可以利用输入鼓风机，以迫使空气通过系统。然而，因为气化器装置中的正压力可导致高度毒性的一氧化碳气体从各种系统零件一一诸如监视口、生物质进料和排灰口和各种系统相互连接一一泄漏，所以这一般被认为是较不期望的。
[0004]—旦建立空气流通过气化器，其燃烧区可以由用于开始木材点火的各种技术中任一种点火，由目前使用的最常见的技术之一的丙烷喷灯装置发动。取决于气化器的大小和位于气化器中的生物质燃料的氧化态和水分含量，启动通常将花费3至30分钟。为了保持区域安全，扩口应当配备有点火器，其烧掉逸出的一氧化碳气体。一旦在气化器输出流中存在足量的可燃烧气体，扩口阀被关闭，发电机组(genset)气化器阀被打开，并利用动态调节空气入口阀以曲柄发动(crank)附接的发动机，从而提供适合于点火发动机气缸(一个或多个)的可燃烧的混合物。在正常运转中，发动机的排量转速(RPM)和负荷需求提供调整输入空气流至气化器的程度，并且因此调整在其内部部分燃烧过程中生物质消耗的速度。该部分燃烧过程通常消耗那个输入流中的全部氧气，所以发动机上的空气入口阀被调节以为用于期望的输出功率的适合空燃比提供足够的氧气。
[0005]关闭发动机点火系统和/或关闭其空气供应阀，其停止发动机和停止使空气流动通过气化器。气化器核心温度可以充分超过1000摄氏度，并且系统可配备有多个绝热层，使得它通常将花费若干小时用于将气化器冷却至室温。重启延迟通常与气化器关闭的时间的量直接成比例，关闭几分钟的持续时间导致几乎瞬时重启，这是由于由系统保留的残余的可燃烧气体和高的燃烧区核心温度。
[0006]内燃机通常在特定设计点产生峰值运转效率。这样的设计点由低侧上摩擦和附件损失和高端上非最佳燃烧动力学占主导，尤其是如果发动机设计者已经推动发动机的峰值输出额定功率经过最佳燃烧运转区域。同样地，气化器受到低端上热损失限制，低端上热损失将限制内部核心温度，并因此限制气化速度和质量。在高端，气化器系统约束——如生物质质量流、空气质量流、喷气几何结构和热区几何结构一一限制气化器的性能。因此，气化器和内燃机的结合通常将导致峰值运转效率的相当窄的功率范围。
【发明内容】
[0007]本发明的实施方式涉及微气化器阵列连网。
[0008]本发明的一个实施方式涉及设备，该设备包括:多气化器阵列，该多气化器阵列包括连接两个或更多个微气化器系统的共用气化器总线或多头(mult1-tap)管道;和多个用于调整在微气化器阵列内气体流动的阀
【附图说明】
[0009]图1是图解通常的微气化器设备布置图的图。
[0010]图2是图解包括连接两个或更多个微气化器系统的共用气化器总线或多头管道的多气化器阵列的图。
[0011]图3是图解包括连接两个或更多个微气化器系统的共用气化器总线或多头管道的多气化器阵列的图。
[0012]图4是图解包括连接两个或更多个微气化器系统的共用气化器总线或多头管道的另一个多气化器阵列的图。
【具体实施方式】
[0013]在下面的段落中，将通过实例参考附图详细描述本发明的实施方式。贯穿该说明书，所示的优选实施方式和实例应被认为是示例性的，而不是对本发明的限制。如本文中所使用，“本发明”指本文描述的发明的实施方式中的任意一个，以及任意等效形式。此外，贯穿该文件参考“本发明”的各种特征(一个或多个)不意味着所有要求保护的实施方式或方法必须包括参考的特征(一个或多个)。
[0014]本发明的实施方式涉及两个或更多个微气化器系统在下述应用中的使用，在这些应用中:(i)随时间对轴功率的需求广泛地并快速地改变，和(ii)生物质转化效率是重要的，诸如在微电网中。
[0015]图2图解了多气化器阵列100，其包括连接两个或更多个微气化器系统120的共用的气化器总线110或多头管道，微气化器系统120诸如参考图1描述的气化器。在图解的实施方式中，每个气化器系统120包括气化器130、过滤器140和发动机发电机组(enginegenSet)150。气化器总线110和每个微气化器系统120之间的相互作用由如图2中所描绘的四个气流阀155、160、165、170的动态控制限定。利用该几何结构，若干模式的运转是可能的，由此与隔离单元的简单阵列一一即没有气化器总线相互连接一一相比，提供增强的系统生产效率(throughput efficiency) ο
[0016]图2描绘了使用数个阀，其包括阀1(155)、阀2(160)、阀3(165)和阀4(170)。虽然在该实施方式中采用了四个阀，但是可以采用任意数目的阀，而不背离本发明的范围。为了解释多气化器阵列的运转模式，现在将描述每个阀的功能。
[0017]阀I包括气化器输出阀155。该阀155调整抽取空气通过气化器130的速度。
[0018]阀2包括气化器总线阀160。该双向阀160调整从气化器130至气化器总线110的气体流动，或从总线110至发动机的气体流动，或者关闭以使系统与总线110隔离。
[0019]阀3包括发动机燃料输入阀165。该阀16 5调整至发动机的输入气体的量，和部分负责调整真空的量或气化器总线110和大气条件之间的压力差(pressure delta)。
[0020]阀4包括发动机空气输入阀170。该阀170，结合阀3(165): (i)调整至发动机的空气燃料混合物，和(ii)通过发动机调整真空产生的量或抽吸作用。
[0021]仍然参考图2，利用图解的气体流动网络配置，众多数量的运转模式是可能的。现在将描述若干关键运转模式。
[0022]模式A包括常规的隔呙系统运转。在该模式中，阀I(155)被打开，阀2(160)被关闭，并且阀3和4(165、170)由发动机控制器调制，其可以是自动的或者是手动控制的，从而产生期望的功率输出。模式A需要气化器130处于运转温度下。
[0023]模式B包括无扩口(f Iare Iess)气化器启动。在该模式下，一个或多个排列的系统120正以一定功率运转，并且期望使一个或多个额外的气化器上线(on line)。在模式B中，除了来自本处(local)气化器130的气体流之外，一个或多个运转的系统的阀1、2和4(155、160、170)被调节以从气化器总线110抽取气体。这在最初装满空气的气化器总线110上产生部分真空，由此补偿由阀4 (170)正常供应的流动的部分。至气化器总线110的空气供应由系统以启动模式提供，其中阀I和2 (155、160)是打开的，并且阀3和4 (165、170)是关闭的。由此抽取空气通过不燃烧的气化器以供应向一个或多个运转的系统发动机提供动力所需的一些空气。然后通过任意常规的手段点火该气化器120，并且随着其可燃烧气体的产生增加，在相应的气体接收发动机(一个或多个)中的阀4(170)被调节以保持适当的空燃比。一旦该气化器120达到运转温度，通过以曲柄发动和启动其对应的发动机，所有运转系统可被切换至模式A(包括该刚刚启动的气化器)。
[0024]模式C包括气化器关闭。利用在关闭的气化器120中的残留气体从而使进入周围环境的一氧化碳气体的泄漏最小化并有效利用气化器120中储存的热能是期望的。在该运转模式下，当气化器系统100被关闭时，首先通过关闭阀3和4(165、170)并打开阀2(160)来关闭其发动机，由此使得运转的气化器120贡献于整个系统。接着，以有序的方式逐渐关小(throttle back)阀I或2(155或160)至关闭并冷却气化器120。当由该气化器120产生的气流从可燃烧的气体模式加速下降至低流动的气体一一该气体包含一些残留的氧气一一时，一个或多个总线系统必须调节阀2、3和4(160、165、170)以利用由该气化器120产生的气流。
[0025]模式D包括热空转。为了维持对瞬时负荷需求的快速响应能力，保持一个或多个气化器120处于热空转以便当需要时它们可以迅速加速以产生大量的可燃烧气体可以是期望的。这可以通过关闭它们相应的发动机并维持它们在低流动速度实现，如在模式C中描述的。作为可选的控制方案，使用相同的技术，它们可在高流动水平和低流动水平之间脉动。
[0026]模式E包括峰值功率生成。如果系统发动机并入现代电子点火控制器，它们可被配置为以类似于许多最新模型车的启动/停止运转的方式快速地启动和运行，所述最新模型车在停止灯处关闭它们的发动机并当施加油门时非常快地启动。因此，发动机可以比气化器120更快的多地加速。然而，运转的气化器具有充满可燃烧气体的大量过滤器体积，使得以满功率运行的一个或多个发动机可以从它们的过滤器箱向其它发动机贡献少量的气体，而基本上不减少它们的功率输出。在该运转模式中，在以一定功率运转的一个或多个系统上，阀2(160)被打开，并且在目前处于关闭状态的额外系统上，阀2、3和4(160、165、170)被打开而阀I (155)被关闭，以提供快速的瞬时功率响应。
[0027]在一些实施方式中，采用多模式运转。如连网拓扑学领域的普通技术人员理解的，多模式运转是可能的，特别是在系统的大阵列中，而不背离本发明的范围。在这样的系统中，必须注意相互连接的总线线路的复杂性。
[0028]图3是图解多气化器阵列200的图，该