本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種用于往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)的增壓空氣冷卻系統(tǒng)，該內(nèi)燃機(jī)以氨為燃料并且配備有用于向該內(nèi)燃機(jī)的燃燒室供應(yīng)壓縮的增壓空氣的空氣壓縮機(jī)，其中，該增壓空氣冷卻系統(tǒng)包括液氨氣化單元，該液氨氣化單元布置在所述空氣壓縮機(jī)和所述燃燒室之間的增壓空氣流動(dòng)路徑中，并且構(gòu)造成使液態(tài)氨通過(guò)吸收所述增壓空氣的熱量而氣化，以用于將氣化的氨供應(yīng)到所述燃燒室。本發(fā)明專利技術(shù)利用增壓空氣的熱量使液態(tài)氨氣化，從而避免了或省略了使氨氣化所需的額外熱資源的設(shè)置，由此節(jié)省了能源，并且提高了整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的熱效率。本發(fā)明專利技術(shù)還涉及包括這種增壓空氣冷卻系統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)。增壓空氣冷卻系統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)。增壓空氣冷卻系統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
用于往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)的增壓空氣冷卻系統(tǒng)和內(nèi)燃機(jī)
[0001]本專利技術(shù)涉及以氨為燃料的往復(fù)活塞式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)。更具體地，本專利技術(shù)涉及這種內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的增壓空氣的冷卻技術(shù)。
技術(shù)介紹
[0002]氨是一種可燃燒的氮?dú)浠衔铮⑶揖哂锌扇斯ず铣伞⒁滓夯⒁踪A運(yùn)、不含碳等優(yōu)點(diǎn)。例如已知以氨為燃料運(yùn)行的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)。然而，對(duì)于往復(fù)活塞式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)而言，將氨作為燃料還屬于比較新穎的零碳排放技術(shù)。目前已有的以氨為燃料的往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)使用液態(tài)氨作為燃料源，所述液態(tài)氨需要被氣化成氨氣以便被供入內(nèi)燃機(jī)的燃燒室或者說(shuō)氣缸中進(jìn)行燃燒。氨從液態(tài)氣化的過(guò)程需要很多熱量，為此通常需要專門的或額外的熱源來(lái)實(shí)現(xiàn)這種氣化。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中還已知為往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)配備空氣壓縮機(jī)、例如渦輪增壓壓縮機(jī)，以用于通過(guò)將空氣壓縮來(lái)增加進(jìn)入內(nèi)燃機(jī)的燃燒室中的空氣量。由于空氣在被壓縮時(shí)溫度顯著升高，因此需要設(shè)置增壓空氣冷卻器(CAC)，以用于降低被壓縮的空氣(下文稱為“增壓空氣”)的溫度并使之適于在內(nèi)燃機(jī)的燃燒室中燃燒。在配備有空氣壓縮機(jī)的內(nèi)燃機(jī)中，增壓空氣的冷卻經(jīng)常分為多個(gè)階段進(jìn)行，尤其是用于對(duì)從壓縮機(jī)出來(lái)的溫度較高的增壓空氣進(jìn)行冷卻的初級(jí)或高溫冷卻階段，以及對(duì)經(jīng)過(guò)初步冷卻的增壓空氣進(jìn)行再次冷卻的次級(jí)或低溫冷卻階段。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
[0004]一方面，本專利技術(shù)提供了一種用于往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)的增壓空氣冷卻系統(tǒng)，該內(nèi)燃機(jī)以氨為燃料并且配備有用于向該內(nèi)燃機(jī)的燃燒室供應(yīng)壓縮的增壓空氣的空氣壓縮機(jī)，其中，該增壓空氣冷卻系統(tǒng)包括液氨氣化單元，該液氨氣化單元布置在所述空氣壓縮機(jī)和所述燃燒室之間的增壓空氣流動(dòng)路徑中，并且構(gòu)造成使液態(tài)氨通過(guò)吸收所述增壓空氣的熱量而氣化，以用于將氣化的氨供應(yīng)到所述燃燒室。
[0005]本專利技術(shù)利用被壓縮的增壓空氣的熱量來(lái)氣化液態(tài)氨，從而避免了或省略了使氨氣化所需的額外熱資源的設(shè)置，由此節(jié)省了能源，并且提高了整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的熱效率。
[0006]另一方面，本專利技術(shù)提供了一種包括上述增壓空氣冷卻系統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)。所述內(nèi)燃機(jī)尤其是以氨為燃料的往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)。
附圖說(shuō)明
[0007]圖1是根據(jù)本專利技術(shù)第一實(shí)施例的增壓空氣冷卻系統(tǒng)的示意圖；
[0008]圖2是根據(jù)本專利技術(shù)第二實(shí)施例的增壓空氣冷卻系統(tǒng)的示意圖。
具體實(shí)施方式
[0009]下面參照附圖說(shuō)明本專利技術(shù)的實(shí)施例。
[0010]本專利技術(shù)涉及往復(fù)活塞式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，尤其是配備有壓縮機(jī)(例如渦輪增壓壓縮機(jī))的內(nèi)燃機(jī)，并且尤其是以氨為燃料運(yùn)行的內(nèi)燃機(jī)。特別地，本專利技術(shù)涉及被空氣壓縮機(jī)壓縮并且隨后將被供應(yīng)到內(nèi)燃機(jī)的燃燒室中的增壓空氣的冷卻技術(shù)。本專利技術(shù)的構(gòu)思在于將增壓空氣的冷卻與液態(tài)氨的氣化吸熱相結(jié)合，從而充分利用內(nèi)燃機(jī)自身運(yùn)行所產(chǎn)生的熱量和/或冷量，實(shí)現(xiàn)節(jié)省能源、提高效率以及簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)成本的效果。
[0011]參見(jiàn)圖1，本專利技術(shù)所涉及的氨燃料內(nèi)燃機(jī)可以包括其中設(shè)置有往復(fù)移動(dòng)式活塞的燃燒室或者更具體地說(shuō)氣缸10(圖中示例性地示出六個(gè)燃燒室)，并且可以配備有獨(dú)立于所述燃燒室或氣缸10的渦輪增壓器20。所述渦輪增壓器20可以包括渦輪21和空氣壓縮機(jī)22。所述渦輪21可以被來(lái)自燃燒室或氣缸10的熱的排氣驅(qū)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，并且可以帶動(dòng)與之相聯(lián)接的空氣壓縮機(jī)22運(yùn)行。所述空氣壓縮機(jī)22可以經(jīng)由端口23(例如與空氣濾器連通的端口)接收新鮮空氣并對(duì)其進(jìn)行壓縮。壓縮后的增壓空氣可以經(jīng)由管路24、25被供應(yīng)至燃燒室或氣缸10，如圖中的空心箭頭所示出的。
[0012]在空氣壓縮機(jī)22與燃燒室或氣缸10之間的增壓空氣流動(dòng)路徑中，具體是在管路24、25中，例如如圖1所示地在管路24和25之間，可以設(shè)置有用于降低增壓空氣的溫度的增壓空氣冷卻系統(tǒng)30。該增壓空氣冷卻系統(tǒng)30可以包括多個(gè)冷卻級(jí)，尤其是初級(jí)或高溫冷卻級(jí)31和次級(jí)或低溫冷卻級(jí)32。
[0013]初級(jí)或高溫冷卻級(jí)31可以包括例如翅片型或盤管型的熱交換器310，該熱交換器310可以經(jīng)由管路311接收溫度相對(duì)較高的冷卻劑、例如溫度較高的水。所述溫度相對(duì)較高的冷卻劑可以在從熱交換器310中流過(guò)之后經(jīng)由管路312進(jìn)一步流向發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體，以便繼續(xù)用作發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑，如圖中的菱形箭頭所示出的。
[0014]次級(jí)或低溫冷卻級(jí)32可以在增壓空氣的流動(dòng)方向上布置在初級(jí)或高溫冷卻級(jí)31的下游，并且構(gòu)造成使經(jīng)過(guò)所述初級(jí)或高溫冷卻級(jí)31的增壓空氣的溫度進(jìn)一步降低。
[0015]根據(jù)本專利技術(shù)，增壓空氣冷卻系統(tǒng)30的至少一個(gè)冷卻級(jí)、尤其是次級(jí)或低溫冷卻級(jí)32可以由液氨氣化單元形成。該液氨氣化單元可以構(gòu)造成使液態(tài)氨通過(guò)吸收增壓空氣的熱量而氣化，并且使氣化的氨能作為燃料被供應(yīng)至內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室或氣缸10。
[0016]如圖1所示，根據(jù)本專利技術(shù)的第一實(shí)施例，液氨氣化單元可以包括熱交換器320，該熱交換器320例如具有翅片型或盤管型構(gòu)造，并且可以經(jīng)由管路321與液態(tài)氨源、例如液氨罐40相連，從而接收液態(tài)氨以作為冷卻劑。熱交換器320可以在另一側(cè)經(jīng)由管路322通向燃燒室或氣缸10的輸入端，尤其是通入預(yù)混合裝置26中，以使得由液態(tài)氨氣化產(chǎn)生的氨氣與已被冷卻至適當(dāng)溫度的增壓空氣以預(yù)定的比例混合，如圖中的實(shí)心箭頭所示出的。由此形成的氨氣與增壓空氣的混合氣可以被送入燃燒室或氣缸10中以進(jìn)行燃燒。
[0017]如可從圖1中看出的，在該第一實(shí)施例中，優(yōu)選地，可以將液氨氣化單元32的熱交換器320設(shè)置成鄰近初級(jí)或高溫冷卻級(jí)31的熱交換器310，例如可以將所述兩個(gè)熱交換器310、320布置在共同的框架或殼體中。
[0018]現(xiàn)在參見(jiàn)圖2，其中示出本專利技術(shù)的增壓空氣冷卻系統(tǒng)的第二實(shí)施例。該第二實(shí)施例中的與第一實(shí)施例相同或相似的元件由相同的附圖標(biāo)記表示，并且不再詳細(xì)說(shuō)明。
[0019]如圖2所示，第二實(shí)施例與第一實(shí)施例的區(qū)別在于液氨氣化單元的構(gòu)型。具體地說(shuō)，在該第二實(shí)施例中，液氨氣化單元未包括熱交換器，而是包括與初級(jí)或高溫冷卻級(jí)31隔開(kāi)一定距離地布置的注入裝置(圖中未示出)。該注入裝置一方面經(jīng)由管路322與液氨罐40
相連，另一方面通入增壓氣體的流動(dòng)管路、尤其是管路25中。
[0020]例如，所述注入裝置可以包括用于向管路25中直接注射或噴射液態(tài)氨的噴嘴。所述噴嘴可以以預(yù)定的圖案或角度伸入管路25中，并且可以被控制器控制以便以受控的流量向管路25中噴射液態(tài)氨的射流或液滴。
[0021]當(dāng)然，注入裝置也可以包括其他形式的注射結(jié)構(gòu)，例如通入管路25中的管道或加壓輸送道等。
[0022]特別地，所述注入裝置(尤其是其輸出端口)可以鄰近預(yù)混合裝置26布置，以便有利于液態(tài)氨在被增壓空氣的熱量氣化成氣態(tài)后隨著所述增壓空氣一起進(jìn)入預(yù)混合裝置26中。
[0023]如可從圖2中看出的，在第二實(shí)施例中，預(yù)混合裝置26可以僅包括與管路25相連通的單一輸入端口，所述管路25中包含了氨氣和增壓空氣的混合氣。與之相比，在第一實(shí)施例中，預(yù)混合裝置26可以包括分別與含有氨氣的管路322以及含有增壓空氣的管路25相連通的不同輸入端口。
...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
【技術(shù)特征摘要】
1.一種用于往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)的增壓空氣冷卻系統(tǒng)，該內(nèi)燃機(jī)以氨為燃料并且配備有用于向該內(nèi)燃機(jī)的燃燒室供應(yīng)壓縮的增壓空氣的空氣壓縮機(jī)，其中，該增壓空氣冷卻系統(tǒng)包括液氨氣化單元，該液氨氣化單元布置在所述空氣壓縮機(jī)和所述燃燒室之間的增壓空氣流動(dòng)路徑中，并且構(gòu)造成使液態(tài)氨通過(guò)吸收所述增壓空氣的熱量而氣化，以用于將氣化的氨供應(yīng)到所述燃燒室。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增壓空氣冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述液氨氣化單元包括以液態(tài)氨為冷卻劑的第一熱交換器。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增壓空氣冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述液氨氣化單元包括用于將液態(tài)氨直接注入所述增壓空氣中的注入裝置。4.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的增壓空氣冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述增壓空氣冷卻系統(tǒng)還包括設(shè)置在所述空氣壓縮機(jī)與所述燃燒室之間的增壓空氣流動(dòng)路徑中的冷卻單...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：黃晨春，歐陽(yáng)林，朱志國(guó)，張保成，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：卡特彼勒發(fā)動(dòng)機(jī)有限及兩合公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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