用于蒸发气体的氧化的系统和方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]低温流体可用于飞行器、列车、船舶、机动车上或限制了利用低温流体的系统的尺寸或重量的其它应用上。例如，某些飞行器发动机配置为使用天然气作为燃料。天然气可作为液化天然气(LNG)而储存在飞行器上，其是低温流体。低温流体可在飞行器上储存在低温储槽中，其保持一定体积的低温流体。在低温储槽填充了 LNG之后，储槽可能暴露于更高温度下。随着周围温度的增加，储槽中的LNG可能蒸发为蒸发气体，在低温储槽中产生不断增大的压力。
[0002]因而，为了对抗低温储槽中的不断增大的压力，可例如通过阀而从储槽中释放出蒸发气体。在某些系统中，蒸发气体可被直接排放至大气中。然而，将蒸发气体排放至大气中具有缺点和不合乎需要的影响。
【发明内容】
[0003]在一个实施例中，提供了一种系统，其包括混合模块、氧化模块和热交换器。混合模块配置为用于接收并混合蒸发气流和氧气流以形成混合流，蒸发气流包括来自低温储槽的蒸发气体，低温储槽设置在混合模块的上游方向。氧化模块设置在混合模块的下游方向，并配置为用于接收混合流。氧化模块包括催化转化器，其配置为用于氧化混合流中的蒸发气体，产生在下游方向输出的排气流。热交换器包括第一通道和第二通道。热交换器配置为用于在穿过第一通道和第二通道的流之间交换热量。第一通道配置为用于接收排气流的至少一部分，并且第二通道配置为用于接收包括蒸发气体的流体。第二通道包括入口和出口，并且第二通道的入口和出口设置在氧化模块的上游，由此热交换器配置为用于加热包括蒸发气体的流体，并冷却排气流的该至少一部分。包括蒸发气体的流体通过氧化模块上游的热交换器进行加热。
[0004]在另一实施例中，一种系统包括低温储槽、控制阀、混合模块、氧化模块和能量产生模块。低温储槽配置为用于容纳低温流体。控制阀可操作地连接在低温储槽上，并配置为用于从低温储槽中释放蒸发气流。蒸发气流包括蒸发气体。混合模块设置在低温储槽的下游，并配置为用于接收且混合蒸发气流和氧气流，从而形成混合流。氧化模块设置在混合模块的下游，并配置为用于接收混合流。氧化模块包括催化转化器，其配置为用于氧化混合流中的蒸发气体，从而产生下游输出的排气流。能量产生模块设置在氧化模块的下游，并配置为使用排气流来提供能量，以便操作系统的至少一部分。
[0005]在另一实施例中，提供了一种有形的非瞬态型计算机可读介质。该有形的非瞬态型计算机可读介质包括一个或多个计算机软件模块，其配置为用于指导至少一个处理器将包括蒸发气体的蒸发气流从低温储槽引导至混合模块。有形的非瞬态型计算机可读介质还包括一个或多个计算机软件模块，其配置为用于指导至少一个处理器将氧气流引导至混合模块。此外，有形的非瞬态型计算机可读介质包括一个或多个计算机软件模块，其配置为用于指导至少一个处理器在混合模块中混合蒸发气流和氧气流，从而产生混合流，并且引导混合流穿过包括催化转化器的氧化模块，由此通过催化转化器而产生排气流。有形的非瞬态型计算机可读介质还包括一个或多个计算机软件模块，其配置为用于指导至少一个处理器引导排气流穿过热交换器或能量产生模块的至少一个。热交换器包括第一通道和第二通道，并且配置为用于在穿过第一通道和第二通道的流之间交换热量。第一通道配置为用于接收排气流，并且第二通道配置为用于接收包括蒸发气体的流体。第二通道包括入口和出口，由此第二通道的入口和出口设置在氧化模块的上游，由此热交换器配置为用于加热包括蒸发气体的流体，并冷却排气流，由此包括蒸发气体的流体被氧化模块上游的热交换器所加热。能量产生模块设置在氧化模块的下游，并配置为使用排气流来提供能量，以便操作配置为用于处理蒸发气流的系统的至少一部分。
【附图说明】
[0006]图1是根据各种实施例的用于氧化来自低温储槽的蒸发气体的系统的示意图。
[0007]图2是根据各种备选实施例的用于氧化来自低温储槽的蒸发气体的系统的示意图。
[0008]图3是根据各种额外备选实施例的用于氧化来自低温储槽的蒸发气体的系统的示意图。
[0009]图4是根据各种实施例的设置在飞行器中的用于氧化蒸发气体的系统的一个实施例的示意图。
[0010]图5是根据各种实施例的用于氧化来自低温储槽的蒸发气体的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0011]各种实施例在结合附图进行阅读时将得到更好的理解。在附图显示各种实施例的功能框图的程度上，功能框不一定表示在硬件电路之间的划分。因而，例如，功能框中的一个或多个(例如处理器、控制器或存储器)可在单件硬件(例如通用信号处理器或随机存取存储器、硬盘等等)或多件硬件中实现。类似地，任何程序可能是独立程序，可作为子程序并入到操作系统中，可按照安装的软件包的形式起作用等等。应该懂得，各种实施例并不局限于图中所示的布置和手段。
[0012]这里使用的术语“系统”或“模块”可包括操作以执行一个或多个功能的硬件和/或软件系统。例如，模块或系统可包括计算机处理器、控制器或其它基于逻辑的装置，其基于储存在有形的非瞬态型计算机可读存储介质一例如计算机存储器中的指令而执行操作。或者，模块或系统可包括硬连线的装置，其基于装置的硬连线逻辑而执行操作。附图中所示的模块可代表基于软件或硬连线指令而操作的硬件、指导硬件执行操作的软件或其组合。如此处所用，以单数形式引用，且前缀“一”的元件或步骤应该被理解为不排除所述元件或步骤的复数，除非明确地陈述了这种除外情形。此外，对“一个实施例”的引用不意图解释为排除也包含所陈述的特征的另外的实施例的存在。此外，除非明确陈述相反的情况，否则“包括”或“具有”带有特殊属性的一个元件或多个元件的实施例可包括额外的不具有该属性的这种元件。
[0013]总地说来，各种实施例提供了可燃气体和/或另外的潜在有害的排放物的减少的排放，同时提供了相对紧凑的轻量的氧化系统，其能够提供操作所需要的能量的全部或部分。各种实施例利用来自氧化系统(例如催化转化器)所产生的排气流的热量和/或其它能量(例如用于旋转轴的机械能)，以用于蒸发气体(例如来自低温储槽的蒸发气体)。例如，来自排气的热量可用于在氧化蒸发气体之前预热蒸发气流和/或混合流(例如蒸发气体与空气混合)。作为另一示例，排气流可用作用于驱动或促动鼓风机的能量源，以便使蒸发气流与氧气流混合。备选地或额外地，来自蒸发气体氧化系统外部的源的补充功率可供蒸发气体氧化系统的一个或多个方面一例如鼓风机来使用。例如可从电池、电容器或其它能量存储装置、飞行器初级配电系统、飞行器次级配电系统等中的一个或多个来提供能量。
[0014]提供了各种实施例，以用于氧化储存在例如飞行器上的低温储槽中的低温流体(例如液化天然气(LNG))的蒸发气体。各种实施例的至少一个技术效果是用于操作蒸发气体的相对较轻的系统。各种实施例的至少一个技术效果是利用如下系统提供对蒸发气体的处理:该系统需要很少或不需要例如来自飞行器的外部功率一低温储槽系统设置在该飞行器上。各种实施例的至少一个技术效果是减少或消除由于蒸发气体而产生的可燃排气。各种实施例的至少一个技术效果是降低来自低温储槽的蒸发气体的排气的温度。此外，各种实施例的至少一个技术效果是减少来自蒸发气体的潜在的有害的排放。
[0015]图1是根据一个实施例形成的系统100的示意图。该系统100(与这里所述的系统和方法的其它实施例一起)在下面结合作为例如用于飞行器推进的功率源的LNG而进行论述。在其它实施例中，可使用其它燃料，并且/或者可为备选应用提供功率。所示的系统100包括低温储槽110、控制阀120、混合模块130、鼓风机140、分流阀150、氧化模块160、能量产生模块170、下游混合模块180和控制模块190。
[0016]通常，来自低温储槽110的蒸发气体(或利用蒸发气体形成的气体或其它产物)在下游方向102上穿过系统100的各个方面。(上游方向104可理解为下游方向的相反方向。)当蒸发气体(或利用蒸发气体形成的气体或其它产物)穿过该系统的各个方面时，蒸发气体(或利用蒸发气体形成的气体或其它产物)被处理或加工，以减少不合乎需要的排放物(例如可燃排放物、具有相对较高温度的排放物、具有不合乎需要的内容物的排放物等等)。如本领域中的普通技术人员将理解的，蒸发气体可被引导通过流体管道(例如导管、软管等等)。此外，可采用辅助流体管道(未显示)将流体(例如LNG)从低温储槽110引向一个或多个发动机，以便作为燃料来消耗。
[0017]如图1中所见，系统100限定了下游方向102和上游方向104。下游方向102可理解为当蒸发气体(或蒸发气体的产物)被处理或加工时蒸发气体(或蒸发气体的产物)所遵循的方向或路径。在所示的实施例中，蒸发气流从低温储槽110通过控制阀120作为蒸发气流125而流动。蒸发气流125在下游方向上流向混合模块130。在混合模块处，蒸发气流125与(例如来自鼓风机140的)氧气流144相混合，以产生在下游方向102上输出的混合流135。混合流135以下游方向102流向氧化模块160。当混合流135穿过氧化模块160时，混合流135中的蒸发气体利用混合流135中的氧气而被氧化，因而产生排气流165，包括蒸发气体的氧化产物。这些产物，例如水和二氧化碳对于蒸发气体可具有优选排放品质(例如就像蒸发气体一样不可燃烧，具有较低的全球变暖潜力(GWP)等等)。排气流165可在下游方向102上穿过能量产生模块170，其中例如，来自排气流165的热量可用于提供电能，其可用于操作鼓风机140和/或氧化模块160的点火模块162。然而，已经穿过能量产生模块170的排气流175仍然可能处于相对较高的温度。排气流175因而可在下游方向102上穿过下游混合模块180。当排气流175穿过下游混合模块180时，排气流175可与冷却流146 (例如从鼓风机140处通过分流阀150来提供)相混合，以提供排气流185，其具有减少至可接受的或所需水平的温度(例如低于阈值排气温度)。各种流的流量、流之间的混合量、阀的设置等等可由控制系统190来控制。因而，系统100可理解为具有空气夹带部分、氧化模块和热回收部分，空气夹带部分使蒸发气体与氧气(例如存在于来自大气的空气中的氧气)相混合，氧化模块氧化蒸发气体，以改善排放品质，并且热回收部分利用来自氧化部分的排气流，从而提供用于操作系统100的能量。在某些实施例中，热回收部分可用于预热氧化模块上游的蒸发气流和/或混合流。这里使用的“流”可理解为穿过系统的至少一部分的一定体积的流体(例如气体)。在各种实施例中，可能不存在或不采用下游混合模块180，例如如果排气流175的温度相对于系统和/或条例要求足够低的话。例如，排气流175和/或冷却流146可直接排放至大气。
[0018]所示的实施例中的低温储槽110用于容纳低温流体。在各种实施例中，由至少一个低温储槽110容纳的低温流体可能是任何类型的低温流体(其可以液态和/或气态形式容纳在低温储槽110中)，例如，但不局限于LNG、CNG等等。在某些实施例中，低温储槽110是飞行器上的燃料箱，用于容纳LNG或用作用于飞行器发动机的燃料的另一低温流体。在某些实施例中，低温储槽110(与系统100的其它方面一起)可配置为相对永久的飞行器特征，而在其它实施例中，低温储槽110以及系统100的其它方面可配置为大体独立的单元，其可容易地加载到飞行器上或从飞行器上卸载下来。
[0019]在某些实施例中，低温储槽110包括外壳和内部增强框架(未显示)。外壳可限定由该外壳的内侧界定边界的内部容积，并且可配置为用于将低温流体容纳在内部容积中。低温储槽110因而可限定封闭容器，其配置为用于将低温流体保持在其中。低温储槽110可限定压力容器，其配置为用于在与周围压力(例如大气压)不同的压力下将低温流体保持在其中。
[0020]例如，当周围温度升高时，低温储槽110中的LNG将蒸发，产生蒸发气体。随着蒸发气体的量增加，低温储槽110中的压力将增加。在某些点，压力对于低温储槽110可能变得太大。在所示的实施例中，系统100包括储槽传感器112。储槽传感器112配置为用于直接或间接地感测或检测低温储槽110中的压力何时超过所需的或可接受的水平(例如选自最大压力之下范围内的水平，该最大压力是低温储槽110设计承受的最大压力，或者是低温储槽110的额定的最大压力)。例如，储槽传感器112可包括压力传感器，其配置为用于测量或检测低温储槽110中的压力。
[0021]控制阀120配置为用于控制蒸发气体在下游方向102上离开低温储槽110而进入到混合模块130中的流量。在所示的实施例中，控制阀120置于低温储槽110和混合模块130之间，并且设置在低温储槽110的下游和混合模块130的上游。在某些实施例中，控制阀120可安装在低温储槽110的内部，安装在低温储槽110上，或者以其它方式与低温储槽110相关联。在所示的实施例中，当储槽传感器112检测到超过阈值的压力时，控制阀120打开以容许蒸发气体在下游方向上作为蒸发气流125而穿过，从而有助于减小