液化气体燃料供给系统和操作由液化气体驱动的内燃发动机的动力装置的方法与流程

本发明涉及根据权利要求1的前序部分所述的液化气体燃料供给系统。本发明还涉及独立方法权利要求中所述的方法。

背景技术：

液化气体作为船舶和其他移动动力装置中的原动机的燃料越来越受到关注，而特别是废气排放的环境问题的重要性已经增加。

ep2032428b1公开了用于船舶中的气体驱动活塞发动机的燃料系统的示例，在该燃料系统中，气体作为液化气体被储存在船舶中的至少一个燃料储罐中。燃料供给系统包括单独的其中气体处于液相和高压下的燃料供给罐。该气体在燃料储罐中也是液相，然而，其中仅仅由液化气体引起的静水压力占主导地位。

从以上文献中可发现，液化气体通常被储存在极低的温度下，并且由于例如来自周围的热传递，导致气体中的部分被蒸发，这是所谓的蒸发气体。

被配置为燃烧气态燃料的气体驱动的气体消耗器实际上总是对引入气体消耗器的气体的压力有一些要求。因此，需要控制压力。

例如，在ep2032428b1中示出了一种压力建立系统，该压力建立系统通过控制压力建立系统的热交换器中的液化气体的蒸发来控制罐中的压力。从罐的底部部分取出燃料作为液体燃料，燃料在被供给到发动机之前蒸发成气体。

wo2016163666a1公开了一种燃料气体供应系统。该燃气供应系统包括：储罐，其用于储存液化气体和液化气体的蒸发气体；压缩单元，其用于压缩从储罐供应的蒸发气体；第一泵，其用于加压从储罐供应的液化气体；蒸发器，其用于蒸发被加压的液化气体；第一供应管线，其用于将储存在储罐中的蒸发气体经由压缩单元供应到发动机；第二供应管线，其用于将储存在储罐中的蒸发气体经由第一泵和蒸发器接合到第一供应管线的压缩单元的后端处；测量单元，其用于测量供应到所述发动机的蒸发气体的压力或量；以及控制单元，其用于基于所测得的值来控制第一泵和蒸发器，并且通过第二供应管线供应液化气体。

本发明的目的是提供与现有技术的解决方案相比大幅改进的新的液化气体燃料供给系统和操作由液化气体驱动的内燃发动机的动力装置的方法。

技术实现要素：

可基本上如独立权利要求中和描述本发明的不同实施方式的更多细节的其他权利要求中公开地，满足本发明的目的。

根据本发明的一个实施方式，一种液化气体燃料供给系统包括：液化气体容器，其被配置为在低温环境中储存液化气体和气态气体；第一燃料通道，其通向所述气体的缺量空间中；第二燃料通道，其通向所述气体的底部部分中并且设置有可控泵；至少两条燃料输送通道，其中每条燃料输送通道均被配置为将气体输送到至少两个气体消耗器中的单个气体消耗器；以及阀组件，其被配置为将所述第一燃料通道或所述第二燃料通道交替地连接到所述至少两条燃料输送通道中的每条燃料输送通道。

这样得到利用在气体容器中产生天然蒸发气体的有效方式并且提供操作燃料供给系统的有效方式。

根据本发明的一个实施方式，所述阀组件包括第一燃料通道，所述第一燃料通道设置有第一分支歧管，所述第一分支歧管设置有多条第一分支通道，其中，所述第一分支通道彼此平行地布置，并且所述第二燃料通道设置有第二分支歧管，所述第二分支歧管设置有多条第二分支通道，其中，所述第二分支通道彼此平行地布置，并且其中，每条第一分支通道和相应的每条第二分支通道彼此连接并且还连接到相应的燃料输送通道，并且其中，所述燃料输送通道通过阀对能选择地要么连接到所述第一分支通道要么连接到所述第二分支通道。

根据本发明的一个实施方式，所述阀组件包括所述第一燃料通道，所述第一燃料通道设置有第一分支歧管，所述第一分支歧管设置有多条第一分支通道，其中，所述第一分支通道彼此平行地布置并且所述第一分支通道中的每条第一分支通道均设置有阀，并且所述第二燃料通道设置有第二分支歧管，所述第二分支歧管设置有多条第二分支通道，其中，所述第二分支通道彼此平行地布置并且所述第二分支通道中的每条第二分支通道均设置有阀，并且其中，每条第一分支通道和相应的每条第二分支通道彼此连接并且还连接到相应的燃料输送通道。

根据本发明的一个实施方式，所述液化气体燃料供给系统包括控制单元，所述控制单元包括用于接收所述至少两个气体消耗器中的每个气体消耗器的压力需求信息的可执行指令，并且所述控制单元设置有用于基于相应的所述压力需求信息将所述第一燃料通道或所述第二燃料通道交替地连接到所述至少两条燃料输送通道中的每条燃料输送通道的指令。

根据本发明的一个实施方式，所述控制单元包括用于控制所述泵使得所述第二燃料通道中的气体压力保持在作为连接到所述阀组件的所述气体消耗器所需的燃料压力值的最大值的值的可执行指令。

根据本发明的一个实施方式，所述气体消耗器是可在不同负载下操作的内燃发动机。所述液化气体燃料供给系统包括控制单元，所述控制单元包括用于检测所述容器中的压力并且检测动力装置的在运行的发动机中的一个发动机的燃料压力的需求的可执行指令，并且如果所述容器中的压力高于所述发动机的燃料压力的需求，则将所述气体容器中的气态气体供给到所述发动机，并且如果所述容器中的压力低于所述发动机的燃料压力的需求，则将一定流动速率的液化气体供应到泵，从而使所述液化气体的压力增大至至少与所述泵中的燃料压力的需求相等的压力，并且使液化气体蒸发并且将蒸发的气体供给到所述发动机，并且重复指令以应用于所述动力装置中运行的所述发动机中的每个发动机。

一种操作由液化气体驱动的内燃发动机的动力装置的方法，该方法包括以下步骤：

a)在低温环境下将燃料作为液化气体和气态气体储存在气体容器中；

b)检测所述容器中的压力；以及

c)检测所述动力装置的在运行的发动机中的一个发动机的燃料压力的需求；

d)如果所述容器中的压力高于所述发动机的燃料压力的需求，则将所述气体容器中的气态气体供给到所述发动机；以及

e)如果所述容器中的压力低于所述发动机的燃料压力的需求，则将一定流动速率的液化气体供应到泵，从而使所述液化气体的压力增大至至少与所述泵中的燃料压力的需求相等的压力，并且使液化气体蒸发并且将蒸发的气体供给到所述发动机；以及

f)针对在所述动力装置中运行的所述发动机中的每个发动机重复进行至少步骤c)、d)和e)。

根据本发明的一个实施方式，获得至少两个发动机中的每个发动机的压力需求信息，并且基于相应的所述压力需求信息将第一燃料通道或第二燃料通道交替地连接到至少两条燃料输送通道中的每条燃料输送通道。

根据本发明的一个实施方式，控制所述泵，使得第二燃料通道中的气体压力保持在作为连接到阀组件的所述发动机所需的燃料压力值的最大值的值。

能用本发明获得以下的有利效果和益处。首先，在系统中高效地利用天然蒸发气体。由于以较低负载运行的发动机利用天然蒸发气体，因此泵送强制蒸发气体所需的能量减少，和/或可基于实际需求来控制该能量。

本专利申请中提出的本发明的示例性实施方式将不被解释为对所附权利要求书的适用性构成限制。动词“包括”在本专利申请中用作开放性限制，并不排除也存在未列举的特征。除非另有明确说明，否则从属权利要求中阐述的特征能被相互自由组合。在所附权利要求书中具体阐述了被视为本发明特征的新颖特征。

附图说明

以下，将参照所附的示例性示意图来描述本发明，在附图中：

图1例示了根据本发明的一个实施方式的液化气体燃料供给系统；以及

图2例示了根据本发明的一个实施方式的液化气体燃料供给系统的阀组件的实施方式。

具体实施方式

图1描述了下文中被称为燃料供给系统的液化气体燃料供给系统10的实施方式。燃料供给系统10可以被组装在船舶中，但是它也适于基于陆地的动力装置。燃料供给系统10包括容器12，容器12被配置为在低温环境中储存液化气体和气相气体二者。特别地，所使用的燃料可以是液化天然气，并且它典型地在约-162℃的温度下储存在容器12中，-162℃被认为是低温条件。容器12包括封闭实际罐容器12的隔热件13。该隔热件可以是例如双壁真空隔热件，以防止过多的热传递到容器中以及罐容器中的lng的升温。通常，气体填充罐容器，使得气体中的一部分在罐的底部部分12.1(所谓的液化气体空间)处是液化气体，而一部分在上部部分12.2处是气态气体(即，所谓的液化气体空间上方的容器的缺量空间)。

即使容器设置有隔热件13，也将以一定的速率发生热传递，从而造成液化气体蒸发。这种气体在这里被称为天然蒸发气体nbog。由于蒸发，容器中的压力增加，因此可通过利用容器12中的压力，将气体蒸发输送到气体消耗器18。为此目的，燃料供给系统10还包括连接到容器12的第一燃料通道14和第二燃料通道16。第一燃料通道14被布置成在容器12的缺量空间12.2中敞口，使得气态气体可流入第一燃料通道14中。第二燃料通道16被布置成在容器的底部部分12.1中敞口，使得液化气体可流入第二燃料通道16中。燃料供给系统被配置为向不止一个气体消耗器18.1、18.2、...18.n提供燃料，这些气体消耗器中的三个在这里被示出为内燃活塞发动机。因此，气体消耗器有利地是内燃活塞发动机。

第一燃料通道14包括第一热交换器20，第一热交换器20适于将极冷的气体加热直至合适的温度，以便供给到发动机18.1、18.2、...18.n中。第二燃料通道16包括泵22，泵22用于增大从容器12吸入第二燃料通道16中的液化气体的压力。这样，容器12中的压力不需要保持在满足发动机的最高压力需求的水平。

第二燃料通道16还设置有第二热交换器24，第二热交换器24适于将液化气体蒸发成气态形式并且将气体加热至合适的温度，以便供给到发动机18.1、18.2、...18.n中。第二热交换器可被称为主蒸发器，因为在发动机运行期间，在容器12中的液化气体被供给到发动机18.1、18.2、...18.n中的同时，经由第二燃料通道16吸入的气体持续蒸发。分别地，用主蒸发器提供的气态气体在这里被称为强制蒸发气体fbog。

燃料供给系统10设置有阀组件26，第一燃料通道14和第二燃料通道16在阀组件26中连接成为气态燃料源。燃料供给系统10包括至少两条燃料输送通道28.1、28.2、...28.n，阀组件经由这些燃料输送通道连接到发动机18.1、18.2、...18.n。在燃料供给系统10中，只有一条燃料输送通道28.1连接到一个相应的发动机18.1，即，燃气消耗器。因此，燃料输送通道可被称为发动机特定气体管线。阀组件26被配置为将第一燃料通道14或第二燃料通道16交替地连接到燃料输送通道28.1、28.2、...28.n中的每条燃料输送通道。换句话说，一条发动机特定气体管线一次连接到第一燃料通道14和第二燃料通道16中的仅仅一个，但是仍然能根据预定规则来选择与任一个连接。

以下列方式实现根据图1中示出的实施方式的阀组件。第一燃料通道14设置有第一分支歧管30，第一分支歧管30设置有多条第一分支通道，即，第一分支通道中的第一条分支通道31.1、第一分支通道中的第二条分支通道31.2等。第一分支通道彼此平行地布置，使得自然蒸发气体可被引入它们中的每条分支通道。第一分支通道中的每条分支通道均设置有阀34.1、34.3、...34.n。第二燃料通道16设置有第二分支歧管36，第二分支歧管36设置有多条第二分支通道，即，第二分支通道中的第一条分支通道32.1、第二分支通道中的第二条分支通道32.2、...32.n等。第二分支通道彼此平行地布置，使得强制蒸发气体可被引入它们中的每条分支通道。第二分支通道中的每条分支通道均设置有阀38.1、38.3、...38.n。在阀组件26中，每条第一分支通道31.1、31.2、...31.n和相应的每条第二分支通道32.1、32.2、...32.n彼此连接并且进一步连接到相应的燃料输送通道28.1、28.2、...28.n。

阀组件用于按下面描述的某种方式将天然蒸发气体和强制蒸发气体分配给发动机。第一分支通道与第二分支通道的连接位于阀的下游，这使得可以为每个气体消耗器18.1...18.n选择燃料源(要么是天然蒸发气体要么是强制蒸发气体)。第一分支通道中的第一条分支通道31.1中的阀34.1和第二分支通道中的第一条分支通道32.1中的阀38.1构成阀对34.1-38.1，阀对34.1-38.1的状态决定发动机18.1是连接到第一燃料通道14还是连接到第二燃料通道16，也就是说，发动机18.1被提供天然蒸发气体还是强制蒸发气体。也可通过使用三通阀来实现阀对，如图2中所示。

在图1中，示出了没有被填充、只具有边界线的开启阀，并且用实心填充的阀符号示出闭合阀。因此，在图1中，第一发动机18.1连接到用天然蒸发气体运行的第一燃料通道14，而其他发动机连接到用强制蒸发气体运行的第二燃料通道16。

液化气体燃料供给系统还设置有控制单元40。控制单元可以是用于燃料供给系统的专用控制单元，或者是一个或所有气体消耗器18共用的控制单元。首先，控制单元设置有气体消耗器(即，发动机18.1、18.2、...18.n)中的每个气体消耗器所需的燃料压力的指令。为此，它被配置为接收至少两个气体消耗器或发动机中的每个的压力需求信息。可以基于发动机18.1、18.2...18.n的当前负载选择所需的燃料压力。控制单元40可以设置有模型，该模型提供所需的随着发动机负载的变化而变化的燃料压力。该模型可以是查找表的形式。向控制单元40提供由第一压力探针42测得的容器中的当前压力的指示。向控制单元40提供由第二压力探针44测得并发送的泵22下游的第二燃料通道16中的强制蒸发气体的当前压力的指令。

向控制单元40提供用于基于相应发动机18.1、18.2、...18.n中的每个发动机所需的燃料压力来决定阀对38.1-34.1；38.2-34.2；38.n-34.n中的每个阀对的状态的可执行指令。该阀对的状态意味着要么第一燃料通道14中的阀34.1开启而第二燃料通道16中的阀38.1闭合，要么第二燃料通道16中的阀38.1开启而第一燃料通道14中的阀34.1闭合。如果在容器中没有，则由泵22产生多个发动机中的任一个所需的最大所需燃料压力。用于定义阀对38.1-34.1；38.2-34.2；38.n-34.n中的每个阀对的状态的可执行指令包括用于确定发动机所需的燃料压力是否小于容器中的主导压力以及确定结果是否为真的指令，这些指令包括用于设置阀对的状态使得第一燃料通道14中的阀34.1开启而第二燃料通道16中的阀38.1闭合的命令。并且相应地，如果确定结果为假，则指令包括用于设置阀对的状态使得第一燃料通道14中的阀34.1闭合而第二燃料通道16中的阀38.1开启的命令。因此，控制单元设置有用于基于相应的压力需求信息将第一燃料通道或第二燃料通道交替地连接到至少两条燃料输送通道中的每条燃料输送通道的指令。控制单元还包括用于控制泵22使得第二燃料通道中的气体压力保持在作为连接到阀组件26的气体消耗器18.1、18.2、...18.n所需的燃料压力值的最大值的值的可执行指令。

在图2中，示出了阀构件26的实施方式，阀组件26被配置为将第一燃料通道14或第二燃料通道16交替地连接到燃料输送通道28.1、28.2、...28.n中的每条燃料输送通道。换句话说，一条发动机特定气体管线28.n一次连接到第一燃料通道14和第二燃料通道16中的仅仅一个，但是仍然能根据预定规则来选择与任一个连接。

在该阀组件中，第一燃料通道14设置有第一分支歧管30，第一分支歧管30设置有多条第一分支通道，即，第一分支通道中的第一条分支通道31.1、第一分支通道中的第二条分支通道31.2等。第一分支通道彼此平行地布置，使得自然蒸发气体可被引入它们中的每条分支通道。第二燃料通道16设置有第二分支歧管36，第二分支歧管36设置有多条第二分支通道，即，第二分支通道中的第一条分支通道32.1、第二分支通道中的第二条分支通道32.2、...32.n等。第二分支通道彼此平行地布置，使得强制蒸发气体可被引入它们中的每条分支通道。

第一分支通道31.1...31.n中的每条分支通道和第二分支通道32.1，...32.n中的每条分支通道连接到三通阀35.1、35.2、...35.n，三通阀还连接到相应的燃料输送通道28.1、28.2、...28.n。在图2中，示出了没有被填充、只具有边界线符号的开启阀部分(即，敞开流动方向)，并且用实心填充的符号示出闭合阀部分。因此，在图1中，第一发动机18.1连接到用天然蒸发气体运行的第一燃料通道14，而其他发动机连接到用强制蒸发气体运行的第二燃料通道16。在图中还用箭头a示出有效流动路径。阀组件在控制单元40的控制下以与结合图1说明的相同方式操作。

虽然本文中通过结合目前被视为最优选实施方式的内容的示例描述了本发明，但是要理解，本发明不限于所公开的实施方式，但是旨在涵盖所附权利要求书中定义的本发明范围内包括的其特征和多个其他应用的各种组合或修改。当结合以上任何实施方式提及的细节与另一个实施方式的组合在技术上可行时，这些细节可与另一个实施方式结合使用。