用于蒸发气体的氧化的系统和方法_3

文档序号:9291382阅读:来源:国知局
气流185。图1中所描绘的下游混合模块180包括下游混合传感器182,其配置为用以检测或感测与下游混合模块180相关联的操作参数。例如,下游混合传感器182可检测进入下游混合模块180的排气流175和/或离开下游混合模块180的排气流185的温度。这样控制器190可响应从下游混合传感器182接收的信息控制流向下游混合模块180的冷却流144的流量。在控制器190确定需要增加的冷却流来降低排气流185的温度的一种示例情况下,通过提高鼓风机140的输出和/或经由分流阀150提高引导到冷却流144中的空气比例,可通过冷却流144将增加的量的空气提供给下游混合模块 180。
[0036]还如上面所示,控制器190可以可操作地连接在系统的各种构件上,并配置为用于控制其操作。控制器190可配置为计算机处理器或其它基于逻辑的装置,其基于一组或多组指令(例如软件)而执行操作。指令一控制器190以其来操作一可储存在有形的非瞬态型(例如非瞬变信号)计算机可读存储介质,例如存储器196上。存储器196可包括一个或多个计算机硬盘驱动器、闪存驱动器、随机存取存储器、只读存储器、电可擦可编程序只读存储器等等。或者,指导控制器190操作的一组或多组指令可硬连线到控制器190的逻辑上,例如通过以硬连线逻辑的方式形成于控制器190的硬件中。
[0037]所示实施例的控制器190包括检测模块192、控制模块194和与之相关联的存储器模块196。检测模块192配置为用于接收来自与系统相关联的传感器或检测器(例如上面论述的传感器112,132,166,182)的信息。检测模块192还可处理所接收的信息,以确定系统100的一个或多个操作参数(例如温度、压力、流量、等效比等等)。控制模块194配置为用于接收来自检测模块192的信息,并响应所接收的信息控制系统100的操作。例如,控制模块194可配置为用于打开、关闭或调整一个或多个阀设置,以调整穿过系统的流量,或者作为另一示例,可配置为用于控制点火模块162的操作,以便在氧化模块160中实现所需的温度。作为示例,所示的实施例中的控制器190可响应于从传感器或检测器接收的信息而控制鼓风机140的输出(例如改变可用于混合模块130和/或下游混合模块180的空气流的总量,以控制等效比和/或排气温度),控制分流阀150的设置(例如改变从鼓风机140引导至混合模块130或下游混合模块180的空气流的比例),控制控制阀120的设置(例如响应低温储槽110的确定压力允许或禁止来自低温储槽110的蒸发气体的流动),控制从能量产生模块170传递给鼓风机140和/或点火模块160的功率,控制点火模块162的操作(例如如果点火模块160的确定温度低于所需的操作温度的话,控制点火模块162,以便为催化转化器161提供热量)等等。作为另一示例,在利用一个或多个热交换器的实施例中,控制器190可配置为用于控制各种阀或其它构件的设置,从而引导通过热交换器(一个或多个)的各种流。
[0038]因而,在各种实施例中,可提供相对较紧凑且轻量的系统,其安全且有效地氧化蒸发气体,减少有害的排放物,并且/或者利用来自氧化过程的排气的能量,以操作该系统的各个方面。在某些实施例中,该系统可能是能量自给的,并且对于氧化来自低温储槽的蒸发气体的正常操作而言不需要来自外部源(例如该系统设置于其上的飞行器)的功率。在各种实施例中,可采用不同的构件布置。
[0039]例如,图2是根据一个实施例形成的系统200的示意图。系统200可能在许多方面与上面论述的系统100大体相似。然而,如图2中所描绘的,系统200包括热交换器,并使用喷射器作为混合模块,热交换器用于在进入氧化模块之前加热混合流。
[0040]如图2中所描绘,系统200包括低温储槽210、控制阀220、喷射器230、热交换器240、氧化模块250、能量产生模块260和下游混合器270。在图2所描绘的实施例中,来自低温储槽210的蒸发气体在下游方向上作为蒸发气流225穿过控制阀220并进入喷射器230中。蒸发气流225与氧气流233 (例如包括氧气的大气)在喷射器230处进行混合,从而形成混合流235,其向下游穿过热交换器240而传送给氧化模块250。混合流235在热交换器240中利用来自排气流265的热量进行加热,以产生预热的混合流245,其向下游穿过氧化模块250,以便将蒸发气体和氧气转化成水和二氧化碳,并且作为排气流255而离开氧化模块250。排气流255穿过能量产生模块260,其可利用来自排气流255的热量来产生电功率,并且排气流265离开能量产生模块。排气流265然后穿过热交换器240,其中排气流265用于在氧化之前预热混合流235。离开热交换器240的排气流275可被下游混合模块270冷却,并作为冷却的排气流277排出至大气中,或者可在没有经过进一步处理或加工的条件下直接排出至大气中(例如如果排气流275处于所需的阈值排气温度或其之下时,排气流275可在没有进一步冷却的条件下释放至大气中)。该系统200还包括控制模块290,其配置为用于控制系统200的各个方面的操作。
[0041]低温储槽210在所示的实施例中用于容纳低温流体,并且在许多方面可基本上类似于上面论述的低温储槽110。在各种实施例中,低温储槽210所包含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和/或类似物。在某些实施例中,低温储槽210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。
[0042]低温储槽210可限定压力容器,其配置为用于以与周围压力(例如大气压)不同的压力将低温流体保持在其中。随着周围温度的增加,低温储槽210中的LNG可能蒸发,产生蒸发气体,并增加低温储槽210中的压力。图2中所描绘的系统200包括储槽传感器212,其配置为用于感测或检测低温储槽210中的压力何时超过所需的或可接受的水平(例如从低于低温储槽210可设计来承受的或低温储槽210的额定的最大压力的范围所选择的水平),其中控制阀220配置为用于当低温储槽210内部的压力超过所需压力时控制从下游方向离开低温储槽210的蒸发气体的流量。在所示的实施例中,控制阀220置于低温储槽210和喷射器230之间,并且设置在低温储槽210的下游和喷射器230的上游。在所示的实施例中,当储槽传感器212检测到超过阈值的压力时,控制阀220打开以容许蒸发气体在下游方向上作为蒸发气流225而穿过,从而有助于降低低温储槽210中的压力。控制阀220在许多方面可大致类似于之前论述的控制阀120,并且可大致类似地受到控制器290的控制。
[0043]蒸发气流225然后向下游传送给喷射器230。喷射器230配置为用于使蒸发气流225和氧气(例如包括大气空气的空气流,其包括氧气)相混合,从而产生传送给热交换器240的混合流235。喷射器230是混合模块的一个示例。所示实施例的喷射器230并不需要鼓风机来提供空气流与蒸发气流混合,而是改为使用来自低温储槽210的蒸发气流125的速度来夹带空气。所示实施例的喷射器230 (其还可能被称为喷射栗、注射器,喷射射流栗或热压缩机)利用收敛-扩张型喷嘴的文丘里效应将运动流体(例如蒸发气流225)的压力能量转化成速度能量(或动能)。速度能量用于产生低压区域,其夹带吸入流体(例如氧气流233),并通过混合运动流体(例如蒸发气流225)和吸入流体(例如氧气流233)而产生混合流。混合流(例如混合流235)然后穿过喷射器的喉部并膨胀,减少速度并增加混合流的压力(将速度能量转化回压力能量)。
[0044]在所示的实施例中,喷射器230设置在低温储槽210的下游和氧化模块250的上游,并且配置为通过控制阀220而接收来自低温储槽210的蒸发气流225,以及接收氧气流233。在所示的实施例中,氧气流233是大气空气(其包括氧气)流,其从周围大气夹带到喷射器230中。图2中所示的喷射器230包括入口 232、吸入口 234和出口 236。入口 232配置为用于接收蒸发气流225,并且吸入口 234配置为用于接收氧气流233,其被喷射器230利用蒸发气流225来夹带。蒸发气流225和氧气流233在喷射器230中进行混合,并向下游穿过喷射器230的出口。
[0045]还如上面所述,混合流235可配置为(例如通过控制等效比或燃料对氧气的比率)用于容许蒸发气体在相对安全的温度处进行氧化。通过利用大体较低的等效比,蒸发气体可被完全氧化,同时产生氧化或转化蒸发气体所需要的较低温度。例如,在某些实施例中,喷射器230可被配置和/或控制为以便提供大约0.1的等效比(例如在混合流235中与氧化或转化蒸发气体所需要的氧气相比大约十倍的氧气)。
[0046]随着混合流235向下游继续前进,离开喷射器230的混合流235接下来进入热交换器240中。更具体地说,混合流235进入通道中,在该通道中通过排气流加热混合流235,排气流是由于蒸发气体的氧化而产生的、穿过热交换器240的不同通道。热交换器240包括第一通道242和第二通道244。第一通道242配置为用于接收排气流265 (例如包括诸如水和二氧化碳等氧化产物的后氧化流),其处于相对较高的温度下(例如大约350-650华氏度)。第二通道244配置为用于接收混合流235,其处于相对较低的温度下。例如,混合流235可处于大约周围温度下。来自排气流265的热量用于加热混合流235 (排气流265也可被视为由混合流235来冷却)。第二通道244包括入口 246和出口 248,入口配置为用于接收混合流235,并且被加热的混合流245通过出口向下游传送给氧化模块250。因而,热交换器240可起作用来在氧化之前预热混合流,这例如可减少加热的时间或将由点火模块提供给氧化模块的所需要的热量,以及降低排放至大气中的排气流的温度。
[0047]被加热的混合流245从热交换器240的第二通道244的出口 248向下游传送至氧化模块250,在此处氧化混合流245的蒸发气体,从而将蒸发气体转化成惰性氧化产物(例如水、二氧化碳),其比较不可燃,并且作为排放物危害大体较小。氧化模块250可配置为大致类似于上面论述的氧化模块160。在所示的实施例中,氧化模块250定位在喷射器230的下游和能量产生模块260的上游。由于天然气至水蒸汽和二氧化碳的氧化或转化作用,同如果天然气仅仅从低温储槽210排放至大气相比,排气流255具有减小的可燃性,和改善的排放品质(例如全球变暖潜力)。在某些实施例中,氧化模块250被配置和控制为使得氧化模块250以大约600华氏度(大约315摄氏度)的操作温度氧化蒸发气体。
[0048]氧化模块250可包括氧化传感器256,其配置为用于感测、检测或测量氧化模块250的一个或多个操作参数。例如氧化传感器256可监测氧化模块250的温度和/或氧化模块250中的等效比。例如,控制器290可调整喷射器230的一个或多个设置,从而响应于来自氧化传感器256的关于等效比和/或温度的信息调整等效比。
[0049]图2中所描绘的实施例的氧化模块250包括点火模块252、电池254和(上面论述的)氧化传感器256。点火模块252、电池254和氧化传感器256可配置为大致类似于之前论述的点火模块162、电池164和氧化传感器166。例如点火模块252可配置为用于接收来自电池254的能量,并提供对氧化模块250的加热,从而促进穿过氧化模块250的蒸发气体和氧气的初始流的氧化。电池254可为能够再充电的,并且可通过路径253而从能量产生模块260接收充电能。还如上面所述,在某些实施例中,点火模块252的操作可受到控制器290的控制。来自氧化模块250的排气流255可能处于相对较高的温度下。在某些实施例中,排气流255可能高于600华氏度(315摄氏度)。
[0050]所示的实施例中的排气流255的热量用于产生由系统200所使用的能量,并且还用于预热混合流235,以提供被加热的混合流245,其被提供给氧化模块250。能量产生模块260接收排气流255,并利用排气流255产生能量。能量产生模块260可配置为在许多方面大致类似于上面论述的能量产生模块170。例如,能量产生模块260可配置为用于通过路径253而为电池254提供充电电能,并且/或者通过路径273提供用于操作与下游混合模块270相关联的鼓风机271的能量。
[0051]可能仍然处于相对较高的温度(例如大约350-650华氏度)的来自能量产生模块的排气流265接下来可穿过热交换器240的第一通道242,其中来自排气流265的热量传送给混合流235,使得当这些流穿过热交换器240时,混合流235的温度增加,并且排气流265的温度降低,其中排气流275离开热交换器240并朝着下游混合模块进行传送。在所示的实施例中,排气传感器272感测排气流275的温度。如果确定温度高于排放至大气的阈值温度,那么排气流275可通过阀274引导至下游混合模块277,其中排气流275与从鼓风机271提供的空气相混合,从而提供可排放至大气的温度降低的排气流2
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