[发明专利]改进的低温发动机系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用低温液体燃料的低温发动机系统。

背景技术

在发动机内使用低温液体燃料，以及向发动机内注入燃料之前对制冷剂预先加压是众所周知的。本发明是对US6983598B2中描述的低温发动机系统的改进。低温发动机是指由低温燃料的膨胀驱动的发动机。

在现有的低温发动机系统中，如US6983598B2中描述的低温发动机系统中，问题出现在传输低质量(几乎全为液相)的制冷剂至发动机时，会由于周围环境的热量传递至供给管而导致沸腾。对于亚临界的供给压强，这一现象则会导致液体的特定容积出现显著的增长。

在现有的系统中存在的其他问题包括：

液体制冷剂的移除会致使存储罐的压力下降；存储罐压力的下降会降低低温泵或注入系统的入口的供给压力，还有可能降低流速。因此需要解决这个问题来使发动机得以连续运行，否则存储罐的压力会下降至某一数值点，从而使得泵体入口处的气蚀(cavitation)现象阻碍理想的功率输出所需的充足的液体流至发动机。气蚀现象还有可能会破坏泵装置。

降低低温液体存储时所处的压力还可能引起液体出现不希望的沸腾。流速的增加会减少在存储罐和泵体、泵体和发动机之间的液氮的不希望的沸腾。

低温泵和注入阀的周期运转会引起供给管中的流量脉动。由注入阀入口引起的脉动可能与由泵体引起的脉动相互作用，并且这种脉动还可能会被气蚀现象所放大，最终可能会影响液体流入发动机的流速，致使发动机运行不稳定。

在由发动机的运行速率决定的短时段期间，引入制冷剂和热交换流体(HEF)的难度会影响发动机的运行效率；以及

仅在有限的时间段内允许制冷剂和热交换流体之间产生热交换。这同样会影响发动机的运行效率。

US2008/0271455A1涉及一种连续流体低温发动机系统的热交换子系统，该低温发动机系统能够规避传统的低温发动机中存在的因周围空气中的湿气导致结冰的问题，这会降低在运行中热交换的效率。热量由烃基燃料(例如丙烷)的燃烧产生。通过在一腔室内将加热的空气和燃烧产物与低温液体燃料混合，该子系统能够提供接近环境温度的高压气体的连续流，该连续流可用于一相连接的膨胀装置以从中获取功。然而，燃烧所需的气态氧来源于燃烧室内制冷剂的汽化，并没有考虑到可燃燃料的燃点决定了燃料是否会燃烧。而且，温度的降低和由制冷剂的汽化和加热导致的可燃气体的压缩会减缓制冷剂的膨胀，因此也会减小压力的积聚。

因此，需要更好的低温发动机系统来克服上述问题。

发明内容

本发明的低温发动机系统旨在克服上述技术问题。

考虑到前述事项，并依据本发明的第一方面，提供一低温发动机系统，包括：

用于存储液体制冷剂的一存储罐；

一低温发动机；

配置为对来自存储罐的制冷剂进行加压的一泵体；

用于在泵体和低温发动机之间传输制冷剂的一第一导管；

用于将制冷剂从泵体传输回存储罐的一第二导管；

以及用于控制制冷剂从泵体返回至存储罐的流动、且设置在第二导管内的一第一阀。

本发明还提供一种用于将制冷剂传输到低温发动机的方法，该方法包括：

提供用于存储液体制冷剂的一存储罐；

提供一低温发动机；

提供用于对来自存储罐的制冷剂进行加压的一泵体；

通过一第一导管将制冷剂从泵体传输至低温发动机；

通过一第二导管将制冷剂从泵体传输回存储罐；

以及，提供用于控制制冷剂从泵体返回至存储罐的流动的一第一阀，该第一阀设置在第二导管内。

因此，没有传输至低温发动机的制冷剂能够以气态或多相态经由第二导管返回至存储罐内。以气态形式返回到存储罐内的制冷剂能够维持存储罐内的压强。以多相态的形式返回到存储罐内的制冷剂能够保持流向低温发动机的流速，其可以是通过用于将制冷剂和热交换流体混合的预混器，同时保证快速的传输以使得低热力学性质(最小气相分率，minimal vapour fraction)的制冷剂传输至发动机或预混器。

第二导管可包括一第一通道和一第二通道，该第一通道和该第二通道并行设置为沿着第二导管至少一部分长度的方向，其中第一阀设置在第一通道或者第二通道内。在本发明的上下文中，术语“并行”并不表示其严格的几何含义，而是用来表示第二导管分成该第一通道和该第二通道，且该第一通道和该第二通道沿该第二导管的长度的至少一部分，即与电学中的术语“并联”的定义相类似。