用于利用醇类燃料的系统和方法
【专利说明】用于利用醇类燃料的系统和方法
[0001]优先权声明
[0002]本专利文件要求2012年11月12日申请的美国临时申请N0.61/725，450题为“用于减少大气压强下的燃烧速率的系统和方法”的优先权和2013年3月15日申请的美国非临时申请N0.13/831，748题为“用于利用醇类燃料的系统和方法”的优先权。为所有目的，申请61/725，450和13/831，748的全部公开通过引用结合于此。
技术领域
[0003]本专利文件涉及实现燃料醇类的技术。
【背景技术】
[0004]醇是具有CnH2n+1OH的化学式的有机物。虽然醇并非当今全世界使用的主要能源，但在历史进程中也作为燃料使用。前四种脂肪醇包括甲醇、乙醇、丙醇和丁醇。这些醇以及其它醇类，在目前的发动机和系统中都能作为燃料使用。因为燃料醇类能通过化学或生物合成，在一些情况下提供比大多数化石燃料更高的燃料经济性，并且通常在燃烧时产生更少的有害副产品，所以燃料醇类是有利的。
【附图说明】
[0005]图1A所示的是将液态燃料转换成气态燃料物质的示范系统的示意图。
[0006]图1B所示的是将液态燃料转换成气态燃料物质的示范系统的另一实施例的示意图。
[0007]图1C和ID所示的是将排气噪声的声衰减与带有额外的安全功能的冷凝水收集相结合的装置的示范性实施例。
[0008]图2所示的是提供将液态燃料转换成气态燃料物质的能力的示范系统的示意图。
[0009]图3A所示的是将增压燃料传送到燃烧室的示范系统的示意图。
[0010]图3B所示的图3A所示的示范系统中的某些示范性组件的增强视图。
[0011 ] 在不同附图中的类似附图标记指示类似的成分。
具体实施例
[0012]技术、系统和设备被描述用于生产、储存和使用醇类燃料，例如在大气压强下。
[0013]在本公开技术的一方面，一种用于生产醇类燃料的方法包括将醇和水混合以产生湿醇的步骤和向湿醇中添加燃料成分的步骤，该燃料成分可溶解于湿醇中。
[0014]在另一方面，一种提供用于发动机的燃料的方法包括将醇和水混合以产生湿醇的步骤，向湿醇中添加燃料成分以形成液态燃料的步骤，其中该燃料成分可溶解于湿醇中，以及用热能或电能中的至少一种对液态燃料增压的方式，将液态燃料转换成气态燃料物质的步骤。转换液态燃料的步骤在具有由装甲材料形成的内部的容器中实现，气态燃料物质呈现出比液态燃料更高的压强和更低的密度。
[0015]在另一方面，一种提供用于发动机的燃料的方法包括将醇和水混合以产生湿醇的步骤，使燃料成分悬浮在湿醇中以形成液态燃料的步骤，以及用热能或电能中的至少一种对液态燃料增压的方式，将液态燃料转换成气态燃料物质的步骤。转换液态燃料的步骤在具有由装甲材料形成的内部的容器中实现，以及气态燃料物质呈现出比液态燃料更高的压强和更低的密度。
[0016]在另一方面，一种提供用于发动机的燃料的方法包括将甲酸和水混合以产生液态燃料的步骤，向液态燃料中添加燃料成分的步骤，该燃料成分可溶解于液态燃料中，以及在具有由装甲材料形成的内部的容器中，用热能或电能中的至少一种对液态燃料增压的方式，将液态燃料转换成气态燃料物质的步骤，该气态燃料物质呈现出比液态燃料更高的压强和更低的密度。
[0017]在另一方面，一种用于燃料存储的系统包括包含低压储存的液态燃料物质的燃料存储单元，用热能或电能中的至少一种对液态燃料物质增压的方式将液态燃料物质转换成气态燃料物质的燃料转换单元，其中燃料转换单元包括具有由装甲材料形成的内部的容器，和包括将液态燃料物质从燃料存储单元传送到燃料转换单元的低压泵的流体输送单元，其中该气态燃料物质呈现出比液态燃料物质更高的压强和更低的密度。
[0018]甲醇是一种能作为燃料用在各种应用中的醇。当作为燃料使用时，甲醇体现出一些优势。在好氧(氧化作用)和厌氧(还原作用)环境中甲醇都是生物可降解的。例如，这一点防止甲醇在环境中持续存在，比如在燃料泄漏的情况下。地下水中甲醇的半衰期是一到七天。相比而言，例如，汽油的许多常见成分和像汽油这些化石燃料的不完全燃烧的产物可具有数百天的半衰期，比如，像致癌物苯，其半衰期为20-730天。因此，由于甲醇生物降解的高速率，其不太可能在地下水、地表水、空气或土壤中富集。
[0019]在任何应用的使用中，甲醇也的确造成一些严重的担忧。例如，甲醇对人类和动物而言具有高度的毒性，比如，通常通过吸入、吞食或经皮肤吸收的方式进入体内。由于其对中枢神经系统(CNS)的抑制作用，例如，包括心脏和呼吸速率的降低，以及意识的失去，甲醇可以是致命的。此外，甲醇也能在新陈代谢时引起化学上的有毒反应。例如，在由醇脱氢酶在肝脏中发起的过程中，甲醇可被新陈代谢，经由甲醛生成甲酸。甲酸能导致死亡，因为它抑制了线粒体细胞色素c氧化酶，比如，这会导致细胞水平上的缺氧、代谢性酸中毒或其它代谢紊乱。典型的解毒剂可包括乙醇和甲吡唑，二者均降低了醇脱氢酶的活动，从而甲醇可在有毒的甲醛或甲酸形成之前通过肾脏排出。类似地，可利用血液透析或血液透析滤过来加快甲醇、甲醛和甲酸的清除。乙醇被用来作为大众酒精饮料中的主要醇类物质，因而通常被认为是安全的醇。因为将甲醇与乙醇区别开存在困难，所以出现了关于甲醇的额外的安全担忧。
[0020]尽管存在毒性问题的可能，但是纯甲醇已被视为比汽油更安全的燃料。例如，从1960年代到2007年间，在开式车轮汽车比赛中甲醇取代汽油成为主要的燃料，在2007年以后，例如，一些比赛组织像印地汽车(IndyCars)改成了乙醇(这一转变很大程度上是对谷物酒精推广商的游说影响的反应)。转为甲醇是基于发生在1964年印第安纳波利斯500比赛中的悲剧所促成的。在这场悲剧中，一起毁灭性的碰撞点燃了从破裂的油箱泄漏出的汽油，导致两位著名的赛车手Dave MacDonald和Eddie Sachs丧生。甲醇以近乎透明的火焰燃烧，并在大气压强下仅产生汽油燃烧比率大约20%的热。由于石油火灾强烈的红外和颜色艳丽的辐射，无法用水轻易扑灭，其产生有害的燃烧。相比之下，甲醇火焰可通过降温以及用淡水阻断氧气的方式扑灭。
[0021]技术、系统和设备被公开用于生产、储存和使用醇类燃料，例如在大气压强下。
[0022]本公开技术的一方面，一种用于生产燃料的系统，例如，具有改良的燃料安全性以用于存储和使用，包括用于液态燃料物质的低压存储的单元。该系统包括用于通过低压泵将液态燃料物质传送到燃料转换单元的单元，例如，该燃料转换单元可包括具有较小体积和装甲内部的容器。燃料转换单元将液态燃料转换成气态燃料。在某些实施例中，燃料转换单元用热和/或电能通过热膨胀和/或转换成低密度相的方式对液态燃料增压以形成气态燃料。例如，对于燃料存储，该系统可提供一些优点，包括但不限于，减少存储的液态燃料的数量和停留时间，这能够是由存储的液态燃料放出的气体的逸散导致的潜在的危险结果的来源。
[0023]在某些实施例中，一种用于存储燃料的系统包括包含低压存储的液态燃料物质的燃料存储单元，以用热能或电能中的至少一种对液态燃料物质增压的方式将液态燃料物质转换成气态燃料物质的燃料转换单元，其中燃料转换单元包括具有由装甲材料形成的内部的容器，和包括将液态燃料物质从燃料存储单元传送到燃料转换单元的低压泵的流体输送单元，其中气态燃料物质呈现出比液态燃料物质更高的压强和更低的密度。
[0024]能用于燃料转换单元的容器中的示范性的装甲材料可包括但不限于高强度的不锈钢或超合金，例如哈氏合金(Hastelloy)(如C22，X)、因科镍合金(Inconel)(如IN100，IN600，IN713)、沃斯帕洛伊合金(Waspaloy)、雷内合金(Rene alloys)(如 Rene 41，Rene80，Rene 95，Rene N5)、海恩斯合金(Haynes alloys)、因科镇络不锈钢(Incoloy)、MP98T、TMS合金和CMSX (如CMSX-4)单晶合金，以及可由复合材料制成的超级管，该复合材料包括多层的不锈钢或超合金、碳化硅或碳纤维或纳米管、部分稳定氧化锆或尖晶石和高韧性铝。此外，例如在更冷的区域，示范性的装甲材料可包括聚合物，例如包括凯夫拉尔薄膜和/或纤维的聚酰亚胺。此外，例如在需要额外耐切通性的应用区域和情况下，钢丝网套的覆盖可提供更高的安全性。在特别灵敏的应用中，例如，这种示范性的覆盖网套可将聚酰亚胺纤维与高强度不锈钢钢丝层合并，作为早期警报的体现，以使传导性的不锈钢的电子监控能够检测聚酰亚胺层的任何切断。
[0025]在用于燃料生产、存储和利用的本公开系统的某些实施例中，该系统可配置成:(a)用更高的比热生产燃料；(b)用减小的蒸汽压生产燃料；(C)用减小的穿透到活细胞内的能力生产燃料；(d)生产比液态燃料成分逸散更快速的蒸汽燃料成分；(e)生产比液态燃料成分逸散更快速的气态燃料成分；(f)在燃料存储和/或传送系统中利用装甲材料(如电镀存储内部的关键部分)；(g)收集和/或检测燃料物质泄漏以防止有害的逸散；(h)将燃料物质泄漏转移到安全的排放和扩散预备区；(i) 一旦超压限制将燃料物质转移到一个或多个安全的排放接收区；(j)控制系统的阀的关闭以防止燃料物质危险的逸散；(k)控制与公开的燃料系统连接或集成的燃料点火系统的关闭；(I)控制与公开的燃料系统连接或集成的燃料泵的关闭；和/或(m)提供从增压位置到燃料电池转换室或内燃机的燃烧室燃料的总装甲防护。
[0026]本公开技术的另一方面，一种用于生产醇类燃料的方法包括将醇和水混合以产生湿醇的步骤和向湿醇中添加燃料成分的步骤，该燃料成分可溶解于湿醇中。
[0027]该方法的步骤可在以下的示范性方式中实现，和/或提供一个或多个以下的示范性特征。例如，步骤中使用的醇可以是实质上纯的醇。例如，步骤中使用的醇可包括甲醇。在某些实施例中，例如，该方法可进一步包括通过执行对甲烷原料物质施加热以产生氢气和碳物质的步骤和将氢气与二氧化碳反应以生成甲醇和水的步骤生成甲醇的过程。例如，步骤中使用的甲烷原料物质可由发动机产生的废气提供。在某些实施例中，例如，添加燃料成分的步骤包括使示范性的不可溶解的燃料成分悬浮在湿醇中的步骤。例如，步骤中使用的燃料成分包括但不限于尿素、纤维素、淀粉、脂质、糖类、氨基酸、蛋白质和/或食物产品。用于说明地，可用湿醇乳化食物和其它有机废物，并可用各种表面活性剂，例如包括非离子