燃料预加热系统专利检索-外燃机热机引擎专利检索查询-专利查询网

燃料预加热系统

阅读：931发布：2020-08-24

专利汇可以提供燃料预加热系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供燃料节省系统。可通过预燃烧加热燃料将燃料消耗减少5％至40％或更多。燃烧室的排热可用于加热热传递流体，所述热传递流体与引入的燃料流交换热。，下面是燃料预加热系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种系统，其包含：
加热室，其经配置和布置以加热燃料；
燃烧室，其与所述加热室流体连接，其中所述燃烧室经配置和布置以接收在所述加热室中加热的所述燃料并在其中燃烧所述燃料；和
热交换元件，其中所述热交换元件经配置以将由所述燃烧室产生的废热传递至所述加热室。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述系统经构造和布置以使用热传递流体将废热传递至所述加热室。
3.根据权利要求2所述的系统，其中所述加热室包含：
(a)用于所述热传递流体的入口；
(b)管道，其经构造和布置以运输所述热传递流体；
(c)用于所述热传递流体的出口；和
(d)燃料流动管道，其经构造和布置以允许所述燃料与所述热传递流体之间进行热交换。
4.根据权利要求3所述的系统，其中所述加热室包含圆柱形、三棱柱形或矩形棱柱形。
5.根据权利要求3所述的系统，其中所述热传递流体流经所述加热室内部的螺旋加热管道。
6.根据权利要求3所述的系统，其中所述加热室包含具有内部挡板的燃料流动管道。
7.根据权利要求1至6中任一权利要求所述的系统，其中所述系统经配置和布置以使一部分所述燃料在进入所述燃烧室之前不预热。
8.根据权利要求1至6中任一权利要求所述的系统，其进一步包含与所述燃烧室流体连通的排气烟囱。
9.根据权利要求8所述的系统，其中监测所述排气烟囱内部的温度。
10.根据权利要求2至6中任一权利要求所述的系统，其进一步包含池系统，所述池系统经构造和布置以减少所述热传递流体到所述加热室的流动。
11.根据权利要求10所述的系统，其中所述系统经配置以啮合所述池系统，以便当燃料供应减少时或当进入所述燃烧室的所述燃料的温度超过期望水平时，减少所述热传递流体到所述加热室的流动。
12.根据权利要求2至6中任一权利要求所述的系统，其进一步包含用以提供正力使所述热传递流体循环的传递装置。
13.一种系统，其包含：
(a)加热室，其经配置和布置以加热燃料，其中所述加热室包含
(i)用于热传递流体的入口；
(ii)管道，其经构造和布置以运输所述热传递流体；
(iii)用于所述热传递流体的出口；和
(iv)燃料流动管道，其经构造和布置以允许所述燃料与所述热传递流体之间进行热交换，其中所述燃料流动管道任选地包含内部挡板；
(b)燃烧室，其与所述加热室流体连接，其中所述燃烧室经配置和布置以接收在所述加热室中加热的所述燃料并在其中燃烧所述燃料；
(c)热交换元件，其中所述热交换元件经配置以使用所述热传递流体将由所述燃烧室排气产生的废热传递至所述加热室；
(d)传递装置，其用以提供正力使所述热传递流体循环；和
(e)任选地包含池系统，所述池系统经构造和布置以当燃料供应减少时或当进入所述燃烧室的所述燃料的温度超过期望水平时，减少所述热传递流体到所述加热室的流动。
14.根据权利要求13所述的系统，其中所述热传递流体包含式C12H26-C16H34的矿物油并且所述燃料包含天然气、液化石油气(LPG)、液化天然气(LNG)或压缩天然气(CNG)。
15.根据权利要求1至6或13中任一权利要求所述的系统，其中所述热传递流体包含气相。
16.根据权利要求15所述的系统，其中所述气相热传递流体包含空气、氢气、惰性气体、氦、氮气、二氧化碳、六氟化硫、蒸汽或其组合。
17.根据权利要求1至6或13中任一权利要求所述的系统，其中所述热传递流体包含液相。
18.根据权利要求17所述的系统，其中所述液相热传递流体包含水、高纯度去离子水、重水、防冻剂、乙二醇、二乙二醇、或丙二醇、甜菜碱、聚亚烷基二醇、油、矿物油、蓖麻油、硅酮油、氟碳化合物油、变压器油、纳米流体或其组合。
19.根据权利要求18所述的系统，其中所述热传递流体包含矿物油。
20.根据权利要求19所述的系统，其中所述热传递流体包含式C12H26-C16H34的石蜡矿物油。
21.根据权利要求1至6或13中任一权利要求所述的系统，其中进入所述系统的所述燃料包含液体燃料、气体燃料或其组合。
22.根据权利要求1至6或13中任一权利要求所述的系统，其中进入所述系统的所述燃料包含汽油、喷气发动机燃料、天然气、液化石油气(LPG)、液化天然气(LNG)、压缩天然气(CNG)、石脑油、丙烷、柴油、加热用油、煤油、燃料油、馏出燃料油、柴油机燃料油、轻燃料油、残余燃料油、重燃料油、气油、船用燃料、酒精燃料、E85、乙醇燃料、乙醇燃料混合物、生物柴油、生物气或其组合。
23.根据权利要求22所述的系统，其中所述燃料包含天然气、液化石油气(LPG)、液化天然气(LNG)或压缩天然气(CNG)。
24.根据权利要求1至6、13或14中任一权利要求所述的系统，其中所述系统经配置和布置以改装到现有燃料燃烧系统中。
25.根据权利要求1至6、13或14中任一权利要求所述的系统，其中所述系统包含用以调节所述燃料压力和/或阻止所述燃料回流的阀。
26.根据权利要求1至6、13或14中任一权利要求所述的系统，其进一步包含减压站，其中所述减压站经配置以在所述燃料进入所述加热室之前降低所述燃料的压力。
27.根据权利要求1至6、13或14中任一权利要求所述的系统，其进一步包含体积增大站，其中所述体积增大站经配置以在所述燃料进入所述加热室之前使所述燃料的体积增大。
28.根据权利要求1至6、13或14中任一权利要求所述的系统，其中至少一部分燃烧空气在进入所述燃烧室之前预热。
29.根据权利要求1至6、13或14中任一权利要求所述的系统，其中由额外热源加热所述燃料。
30.根据权利要求1至6、13或14中任一权利要求所述的系统，其中所述系统包含以下一者或一者以上：布雷顿(Britalus)旋转式发动机、孔伯(Coomber)旋转式发动机、自由活塞发动机、燃气轮机、航改燃机(aeroderivative)、涡轮喷气机、喷气式发动机、辅助供电单元、工业燃气轮机、涡轮轴发动机、径向燃气轮机、小型喷气机、小型涡轮机、外燃机、旋转式涡轮机、内燃机、内部辐射脉冲结构(Iris)发动机、涡轮风扇发动机、火箭发动机、冲压式喷气发动机、明妥(Minto)轮、轨道式发动机、萨里奇(Sarich)轨道式发动机、往复式发动机、活塞发动机、奎西发动机(quasiturbine engine)(奎宾斯(Quirbines))、无活塞旋转式发动机、旋转式内燃机、旋转考本玛斯晨(RotationsKolbenMaschinen)(RKM)发动机、旋转机械运动式发动机(Trochilic engine)、空气发动机(Engineair engine)、蓝德凸轮发动机(Rand cam engine)、阿特金森循环发动机(Atkinson cycle engine)、液体活塞发动机、齿轮转子发动机(Gerotor engine)、共燃烧室发动机(屯构斯(twingles))、蒸汽发动机、往复式蒸汽发动机、横梁发动机、固定式蒸汽发动机、锅炉、多胀式发动机、单流发动机、蒸汽轮机、非凝汽式汽轮机、背压式汽轮机、凝汽式汽轮机、再热式汽轮机、抽汽式汽轮机、斯特林发动机(Stirling engine)、摆动活塞发动机、振荡活塞发动机、振动式发动机、环形发动机、朱弟发动机(Tschudi engine)和汪克尔发动机(Wankel engine)。
31.根据权利要求1至6、13或14中任一权利要求所述的系统，其中所述系统经构造和布置以使在所述加热室中将所述燃料加热到至少约1℃、2℃、3℃、4℃、5℃、6℃、7℃、8℃、
9℃、10℃、12℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、
75℃、80℃、90℃、95℃、100℃、110℃、120℃、125℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃、
175℃、180℃、190℃、200℃、225℃、250℃、275℃、300℃、325℃、350℃、375℃、400℃、
425℃、450℃、475℃、500℃、525℃、550℃、575℃、600℃、625℃、650℃、675℃、700℃、
725℃、750℃、775℃、800℃、825℃、850℃、875℃、900℃、925℃、950℃、975℃或至少约
1000℃。
32.根据权利要求1至6、13或14中任一权利要求所述的系统，其中所述系统经构造和布置以便在所述加热室中加热所述燃料，以使其以约1℃、2℃、3℃、4℃、5℃、6℃、7℃、8℃、
9℃、10℃、12℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、
75℃、80℃、90℃、95℃、100℃、110℃、120℃、125℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃、
175℃、180℃、190℃、200℃、225℃、250℃、275℃、300℃、325℃、350℃、375℃、400℃、
425℃、450℃、475℃、500℃、525℃、550℃、575℃、600℃、625℃、650℃、675℃、700℃、
725℃、750℃、775℃、800℃、825℃、850℃、875℃、900℃、925℃、950℃、975℃或约1000℃进入所述燃烧室。
33.根据权利要求1至6、13或14中任一权利要求所述的系统，其中所述系统经构造和布置以使由所述系统提供的燃料效率增大至少约1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、
9％、10％、12％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、
75％、80％、90％、95％、100％、110％、120％、125％、130％、140％、150％、160％、170％、
175％、180％、190％、200％、225％、250％、275％、300％、325％、350％、375％、400％、
425％、450％、475％、500％、525％、550％、575％、600％、625％、650％、675％、700％、
725％、750％、775％、800％、825％、850％、875％、900％、925％、950％、975％或至少约
1000％。

说明书全文

燃料预加热系统

[0001] 相关申请案交叉参考

[0002] 本申请案主张2008年12月26日申请的澳大利亚专利申请案2008/09852的权益，所述申请案以引用方式并入本文中。

背景技术

[0003] 工业和消费者应用通常使用矿物燃料产生能量。源自矿物燃料的气体可称作天然气，其包含主要由甲烷组成的气体。发现其与矿物燃料相关，以甲烷晶笼化合物形式存于煤床中，并且在沼泽、沼地和填埋场中由产甲烷有机体产生。其是重要的燃料源、肥料的主要原料和强有力的温室气体。

[0004] 天然气是通过使用燃气轮机和蒸汽轮机来发电的主要来源。大多数电网调峰电厂和一些离网发动机驱动型发电机使用天然气。具体来说，可通过以组合循环模式组合燃气轮机与蒸汽轮机达成高效率。天然气比其它矿物燃料(例如油和煤)燃烧更清洁，并且每单位所释放能量产生较少二氧化碳。对于等量的热来说，燃烧天然气比燃烧石油所产生的二氧化碳少约30％并且比燃烧煤少约45％。因此，使用天然气的组合循环发电是使用矿物燃料可获得的最清洁电源，并且在可以合理成本获得气体的任何地方，此技术均可广泛使用。

[0005] 在所述技术的当前状态，天然气是借助管道或耐压油罐以气体形式或再次以液体形式在耐压油罐中传递至其最终使用目的地。在减压站中减少在高压下借助管道或油罐自气体产生点传递的气体的压力并随后将其递送至最终使用者。使用阀和安全设备以确保所述站的安全并且阻止气体的反向加载。

[0006] 抽取、产生和借助管道或耐压油罐的远距离运输是昂贵过程。在许多系统中，通过管道递送至最终使用者的气体以递送温度进入燃烧室，所述递送温度可根据地理、季节、传递方法和存储位置有所变化。

[0007] 本发明提供许多种燃烧燃料(包括但不限于天然气、液化石油气(LPG)、液化天然气(LNG)、压缩天然气(CNG)、冷压缩天然气(CCNG)等)的燃料节省和增强效率。可通过预燃烧加热燃料将燃料消耗减少5％至40％或更多。

发明内容

[0008] 在一个方面中，本发明提供一种系统，其包含：加热室，其经配置和布置以加热燃料；燃烧室，其与所述加热室流体连接，其中所述燃烧室经配置和布置以接收加热室中加热的燃料并在其中燃烧燃料；和热交换元件，其中所述热交换元件经配置以将燃烧室产生的废热传递至加热室。

[0009] 在一些实施例中，所述系统经构造和布置以使用热传递流体将废热传递至加热室。在一些实施例中，加热室包含：热传递流体用入口；管道，其经构造和布置以运输热传递流体；热传递流体用出口；和燃料流动管道，其经构造和布置以允许燃料与热传递流体之间进行热交换。加热室可包含多种形状，其包括但不限于圆柱形、三棱柱形或矩形棱柱形。在一些实施例中，热传递流体流过加热室内部的螺旋加热管道。燃料流动管道可具有内部挡板以(例如)提供湍流流体以更均匀地加热其中流动的燃料。

[0010] 在一些实施例中，所述系统经配置和布置以使一部分燃料在进入燃烧室之前并不预受热。在一些实施例中，本发明的系统进一步包含与燃烧室流体连通的排气烟囱。可监测排气烟囱内部的温度。所述配置可用于将进入燃烧室的燃料温度控制至最佳水平。

[0011] 在一些实施例中，本发明的系统进一步包含池系统，所述池系统经构造和布置以减少热传递流体到加热室的流动。例如，可将热传递流体分流至池系统以减少其流动。所述池系统可经啮合以当燃料供应减少时或当进入燃烧室的燃料温度超过期望水平时减少热传递流体到加热室的流动。

[0012] 本发明的系统还可包含用以提供使热传递流体循环的正力的传递装置。所述装置可包含泵、阀和其组合。

[0013] 在另一方面中，本发明提供一种系统，其包含：a)加热室，其经配置和布置以加热燃料，其中所述加热室包含：i)热传递流体用入口；ii)管道，其经构造和布置以运输热传递流体；iii)热传递流体用出口；和iv)燃料流动管道，其经构造和布置以允许燃料与热传递流体之间进行热交换，其中所述燃料流动管道任选地包含内部挡板；b)与所述加热室流体连接的燃烧室，其中所述燃烧室经配置和布置以接收加热室中加热的燃料并且在其中燃烧燃料；c)热交换元件，其中所述热交换元件经配置以使用热传递流体将由燃烧室排气产生的废热传递至加热室；d)传递装置，其用以提供使热传递流体循环的正力；和e)任选地包含池系统，其经构造和布置以当燃料供应减少时或当进入燃烧室的燃料温度超过期望水平时减少热传递流体到加热室的流动。在一些实施例中，热传递流体包含式C12H26-C16H34的矿物油并且燃料包含天然气、液化石油气(LPG)、液化天然气(LNG)或压缩天然气(CNG)。

[0014] 在本发明系统的任一者中，热传递流体可包含气相。在一些实施例中，气相热传递流体包含空气、氢气、惰性气体、氦、氮气、二氧化碳、六氟化硫、蒸汽或其组合。

[0015] 在本发明系统的任一者中，热传递流体可包含液相。在一些实施例中，液相热传递流体包含水、高纯度去离子水、重水、防冻剂、乙二醇、二乙二醇、或丙二醇、甜菜碱、聚亚烷基二醇、油、矿物油、蓖麻油、硅酮油、氟碳化合物油、变压器油、纳米流体或其组合。在一些实施例中，热传递流体包含矿物油，例如，式C12H26-C16H34的石蜡矿物油。

[0016] 进入本发明系统的燃料可包含液体燃料、气体燃料或其组合。在一些实施例中，进入所述系统的燃料包含汽油、喷气发动机燃料、天然气、液化石油气(LPG)、液化天然气(LNG)、压缩天然气(CNG)、石脑油、丙烷、柴油、加热用油、煤油、燃料油、馏出燃料油、柴油机燃料油、轻燃料油、残余燃料油、重燃料油、气油、船用燃料、酒精燃料、E85、乙醇燃料、乙醇燃料混合物、生物柴油、生物气或其组合。在一些实施例中，燃料包含天然气、液化石油气(LPG)、液化天然气(LNG)或压缩天然气(CNG)。

[0017] 本发明的系统可经配置和布置以改装到现有燃料燃烧系统中。还可将所述系统纳入新颖燃料燃烧系统中。

[0018] 本发明系统的一些实施例包含用以调节燃料压力和/或阻止燃料回流的阀。一些实施例还包含减压站，其中所述减压站经配置以在燃料进入加热室之前降低燃料压力。一些实施例包含体积增大站，其中所述体积增大站经配置以在燃料进入加热室之前增大燃料的体积。所述布置可用于(例如)使液体燃料膨胀为气相，例如液体天然气膨胀为天然气。

[0019] 在本发明系统的任一者中，所述系统可经构造并布置以使燃烧空气的至少一部分在进入燃烧室之前预受热。另外，可通过额外热源加热燃料。

[0020] 在一些实施例中，本发明的系统包含以下一者或一者以上：布雷顿旋转式发动机(Britalus)、孔伯(Coomber)旋转式发动机、自由活塞发动机、燃气轮机、航改燃机、汽轮喷气机、喷气式发动机、辅助供电单元、工业燃气轮机、涡轮轴发动机、径向燃气轮机、小型喷气机、小型涡轮机、外燃机、旋转式涡轮机、内燃机、内部辐射脉冲结构(Iris)发动机、涡轮风扇发动机、火箭发动机、冲压式喷气发动机、明妥(Minto)轮、轨道式发动机、萨里奇(Sarich)轨道式发动机、往复式发动机、活塞发动机、奎西发动机(quasiturbine engine)(奎宾斯)、无活塞旋转式发动机、旋转式内燃机、旋转考本玛斯晨(RotationsKolbenMaschinen)(RKM)发动机、旋转机械运动式发动机、空气发动机(Engineair engine)、蓝德凸轮发动机(Rand cam engine)、阿特金森循环发动机(Atkinson cycle engine)、液体活塞发动机、齿轮转子发动机、共燃烧室发动机(屯构斯(twingles))、蒸汽发动机、往复式蒸汽发动机、横梁发动机、固定式蒸汽发动机、锅炉、多胀式发动机、单流发动机、蒸汽轮机、非凝汽式汽轮机、背压式汽轮机、凝汽式汽轮机、再热式汽轮机、抽汽式汽轮机、斯特林发动机(Stirling engine)、摆动活塞发动机、振荡活塞发动机、振动式发动机、环形发动机、朱弟发动机(Tschudi engine)和汪克尔发动机(Wankel engine)。本发明可用于为所述或其它燃料燃烧发动机提供燃料节省。

[0021] 在一些实施例中，本发明的系统经构造并布置以使在加热室中将燃料加热到至少约1℃、2℃、3℃、4℃、5℃、6℃、7℃、8℃、9℃、10℃、12℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、90℃、95℃、100℃、110℃、120℃、
125℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃、175℃、180℃、190℃、200℃、225℃、250℃、
275℃、300℃、325℃、350℃、375℃、400℃、425℃、450℃、475℃、500℃、525℃、550℃、
575℃、600℃、625℃、650℃、675℃、700℃、725℃、750℃、775℃、800℃、825℃、850℃、
875℃、900℃、925℃、950℃、975℃或至少约1000℃。可针对每一所运用系统确定最佳燃料预加热。

[0022] 在一些实施例中，本发明的系统经构造并布置以便在加热室中加热燃料，以使其以约1℃、2℃、3℃、4℃、5℃、6℃、7℃、8℃、9℃、10℃、12℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、90℃、95℃、100℃、110℃、120℃、
125℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃、175℃、180℃、190℃、200℃、225℃、250℃、
275℃、300℃、325℃、350℃、375℃、400℃、425℃、450℃、475℃、500℃、525℃、550℃、
575℃、600℃、625℃、650℃、675℃、700℃、725℃、750℃、775℃、800℃、825℃、850℃、
875℃、900℃、925℃、950℃、975℃或约1000℃进入燃烧室。可针对每一所运用系统确定最佳燃料预加热。

[0023] 在一些实施例中，本发明的系统经构造并布置以使由所述系统提供的燃料效率增大至少约1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、12％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、90％、95％、100％、110％、
120％、125％、130％、140％、150％、160％、170％、175％、180％、190％、200％、225％、
250％、275％、300％、325％、350％、375％、400％、425％、450％、475％、500％、525％、
550％、575％、600％、625％、650％、675％、700％、725％、750％、775％、800％、825％、
850％、875％、900％、925％、950％、975％或至少约1000％。

[0024] 以引用方式并入

[0025] 本说明书中所提及的所有公开案、专利和专利申请案均以引用的方式并入本文中，其并入程度如同明确地并单独地指出将每一个别公开案、专利或专利申请案以引用方式并入。附图说明

[0026] 本发明的新颖特征详细阐释于随附权利要求书中。参阅阐述其中利用本发明原理的例示性实施例的下文详细说明和附图将会更好地了解本发明的特征和优点，在附图中：

[0027] 图1阐释本发明实施方案中所用的系统视图。

[0028] 图2阐释本发明实施方案中所用加热室部分的透视图。

[0029] 图3阐释本发明实施方案中所用的另一系统视图。

[0030] 图4阐释利用替代热源实施的系统视图。

[0031] 图5阐释替代气体流动器件。

[0032] 图6阐释使用利雅路(Riello)RS 300800/M BLU系列低NOx调节气体燃烧炉的燃料节省对温度。Y轴显示预加热天然气至燃烧炉的输入温度。X轴显示所实现的燃料节省。

具体实施方式

[0033] 本发明提供燃料节省。本发明的系统在燃烧之前预加热燃料，由此提高燃料效率并减少消耗。在燃烧室之前安装系统的组件。对于膨胀的燃料(例如天然气)来说，可在减压站之后安装组件。本发明系统可改装到现有燃料系统中而不会破坏基本结构。例如，所述系统可改装到现有涡轮发动机、燃气发动机、内燃机、外燃机、锅炉和诸如此类。在其它实施例中，将本发明纳入处于设计阶段的能量产生系统中。

[0034] 根据查理氏(Charles′)定律(也称作体积定律)，在加热时，气体往往膨胀。所述定律阐明，在恒定压力下，给定质量的理想气体的体积因相同因素增大或减小，例如其在绝对温度量表上的温度(即，气体随着温度升高而膨胀)。膨胀系数对于所有常见气体来说在常温下大约相同；为温度每升高一度在0℃下体积的1/273。相反地，当在维持体积的同时加热气体时，压力增大。本发明的系统通过在燃烧之前预加热燃料以改良燃料效率来利用所述原理。尽管预加热燃烧空气可伴随增加有害排放物，但预加热燃料输入可不增加所述排放物并且可通过(例如)降低所燃烧燃料的量来减少排放物。

[0035] 本发明提供许多种气体燃料(包括但不限于天然气、液化石油气(LPG)、液化天然气(LNG)、压缩天然气(CNG)、冷压缩天然气(CCNG)等)的燃料节省和增强效率。所述系统的原理还可适于对使用油或其它燃料和石油产品(例如，轻油、轻油/天然气、重油、柴油、汽油)的系统或其它燃料燃烧系统。所述原理可适于多种工业和个人设置(例如，蒸汽锅炉、汽轮机、家用器具、家庭型锅炉和诸如此类)。各种类型的燃料燃烧加热发动机都可利用本发明的系统。所述发动机包括(但不限于)布雷顿旋转式发动机、孔伯旋转式发动机、自由活塞发动机、燃气轮机、航改燃机、汽轮喷气机、喷气式发动机、辅助供电单元、工业燃气轮机、涡轮轴发动机、径向燃气轮机、小型喷气机、小型涡轮机、外燃机、旋转式涡轮机、内燃机、内部辐射脉冲结构(Iris)发动机、涡轮风扇发动机、火箭发动机、冲压式喷气发动机、明妥轮、轨道式发动机、萨里奇轨道式发动机、往复式发动机、活塞发动机、奎西发动机(奎宾斯)、无活塞旋转式发动机、旋转式内燃机、旋转考本玛斯晨(RKM)发动机、旋转机械运动式发动机、空气发动机、蓝德凸轮发动机、阿特金森循环发动机、液体活塞发动机、齿轮转子发动机、共燃烧室发动机(屯构斯)、蒸汽发动机、往复式蒸汽发动机、横梁发动机、固定式蒸汽发动机、锅炉、多胀式发动机、单流发动机、蒸汽轮机、非凝汽式汽轮机、背压式汽轮机、凝汽式汽轮机、再热式汽轮机、抽汽式汽轮机、斯特林发动机、摆动活塞发动机、振荡活塞发动机、振动式发动机、环形发动机、朱弟发动机和汪克尔发动机。所属领域技术人员应了解，所述系统可用于任一适当设置中，其中燃料经受燃烧。效率增益将取决于每一特定系统。

[0036] 可与本发明系统一起使用的市售燃料包括(但不限于)汽油、喷气发动机燃料、天然气、石脑油、丙烷、柴油、加热用油、煤油、燃料油、馏出燃料油、柴油机燃料油、轻燃料油、残余燃料油、重燃料油、气油、船用燃料、和可再生燃料，例如酒精燃料、E85、乙醇燃料和其混合物、生物柴油和生物气。

[0037] 液化天然气(LNG)是为易于存储或运输暂时转化为液体形式的天然气。液化天然气的体积占气态天然气的约1/600。将天然气纯化去掉某些杂质，随后在接近大气压下通过冷却至约-162℃冷凝成液体。LNG主要用于将天然气运输至市场，其中将其再气化并分布为管道线天然气。

[0038] 压缩天然气(CNG)是通过将天然气压缩至小于其在标准大气压下体积的1％来制备。其在200至220巴(2900-3200psi)的常压下存储并分布于通常呈圆柱形或球形的硬容器中。CNG用于传统汽油内燃机汽车中，所述汽车已转换成双燃料车辆(汽油/CNG)。

[0039] 液化石油气(LPG)是作为燃料用于加热器具和车辆中的烃气体的混合物。LPG包括主要为丙烷的混合物、主要为丁烷的混合物和包括丙烷和丁烷二者的混合物。还可存在小浓度的丙烯和丁烯。LPG是通过精炼石油或‘湿’天然气合成，并且通常源自矿物燃料来源。其可在精炼粗制油期间制造，或在其自地面出现时自油或气流萃取。LPG是在加压钢容器中供应。

[0040] 在一些实施例中，本发明的系统在加热室中加热燃料。可使用任何适当加热方法。所述方法包括(但不限于)电能、太阳能、热蒸汽、热液体或其组合。

[0041] 在一个实施例中，使提供至引入气体的热自燃烧室的废热或烟道气循环。例如，引入的燃料或其一部分可通过与排放气体热交换吸收热。燃料可在燃烧之前与氧来源混合或组合。燃烧空气的常见来源是大气。在一些实施例中，还在燃烧之前使用与预加热燃料相同或不同的热源预加热燃烧空气的一些或全部。

[0042] 由所述系统产生的燃料节省可取决于燃料在燃烧之前加热至的温度。可使用控制系统以针对每一应用将燃料加热至特定温度。例如，当燃料达到特定预加热温度时，可通过许多方法中的任一种减少热交换。例如，可分流一部分燃料以使其不会进入热交换器。或者可降低热交换器中的热空气或液态的流速或体积。当天然气或其它燃料在燃烧之前膨胀时，气体温度可下降，同时压力降低。在所述情形下，可在膨胀步骤之前或之后、或膨胀之前和之后两种情况下预加热燃料。

[0043] 可在燃烧之前将燃料预加热到约1℃、2℃、3℃、4℃、5℃、6℃、7℃、8℃、9℃、10℃、12℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、
90℃、95℃、100℃、110℃、120℃、125℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃、175℃、180℃、
190℃、200℃、225℃、250℃、275℃、300℃、325℃、350℃、375℃、400℃、425℃、450℃、
475℃、500℃、525℃、550℃、575℃、600℃、625℃、650℃、675℃、700℃、725℃、750℃、
775℃、800℃、825℃、850℃、875℃、900℃、925℃、950℃、975℃或约1000℃。在一些实施例中，将燃料预加热到高于约1000℃。

[0044] 可在燃烧之前将燃料预加热到约5℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、90℃、95℃、100℃、110℃、120℃、125℃、
130℃、140℃、150℃、160℃、170℃、175℃、180℃、190℃、200℃、225℃、250℃、275℃、
300℃、325℃、350℃、375℃、400℃、425℃、450℃、475℃、500℃、525℃、550℃、575℃、
600℃、625℃、650℃、675℃、700℃、725℃、750℃、775℃、800℃、825℃、850℃、875℃、
900℃、925℃、950℃、975℃或1000℃。在一些实施例中，将燃料预加热到高于1000℃。

[0045] 在一个实施例中，本发明在燃料和/或燃烧空气燃烧之前通过使用与热烟道气热交换进行预加热。本发明系统中可使用多种类型的热交换。所述热交换器包括(但不限于)壳和管式热交换器、板式热交换器、再生式热交换器、回热式热交换器、绝热轮式热交换器、板翅式热交换器、流体热交换器、废热回收装置、动态刮面式换热器、相变换热交换器、螺旋式热交换器或其组合。可使用不同或相同类型的交换器预加热燃料和燃烧空气。在一些实施例中，随后在燃烧之前预加热燃料和燃烧空气、或任一者的一部分。在某一实施例中，热交换器是直接热交换器。直接接触热交换器涉及在不存在分隔壁情况下两相的热流和冷流之间的热传递。

[0046] 在一些实施例中，经由间接热交换器进行热交换。图1绘示本发明的例示性实施例，其中通过使热传递流体穿过烟道排气以吸收热来预加热燃料。随后在加热室5中使热的热传递流体与燃料进行热交换。

[0047] 如图2中所示，加热室5包含底部部分2和顶部部分3。密封21用于防止泄漏。具有至少一个进口7和至少一个退出口8的气体燃料流动管道1自减压站或体积膨胀站18穿过加热室5。用螺栓4将加热室组件2和3安装在一起并且通过完全覆盖所选区段的气体流动管道1将加热室5安装在气体流动管道上。这两个区段使得加热室5可改装到现有系统中。加热室5可根据特定系统经配置以具有不同大小和形状。例如，当系统用于改装设计中时，加热室5可经配置并适于将燃料运载到燃烧室的现有管道。在一些实施例中，加热室5包含圆柱形、矩形棱柱形、三棱柱形，或沿其长度具有不同形状。考虑到现有能量产生系统，可使用任一适当形状。流体入口6通常存在于加热室5的顶部。在系统开始操作之前，可通过流体入口6向加热室5填充热传递流体。向系统添加热传递流体可为一次操作且可恰好在系统安装之后和系统首次运行之前实施。在燃烧室开启之前，热传递流体可为冷的(例如室温)，或可使用外部热源(电、热、太阳能等)进行预加热。

[0048] 热传递流体自流体排放口9离开加热室5并穿过热传递流体管道10。热传递流体由于与冷却燃料热交换在排放口9处的温度相对其在入口6处的温度降低。热传递流体管道10可由铜或其它适当管道材料构造而成。加热流体穿过热传递流体管道10，其中其到达排气烟囱11以通过与烟道气热交换进行再加热。排气烟囱11处的温度取决于燃料燃烧系统的条件并且范围可为例如100℃至300℃以及高于300℃。在一些实施例中，温度高于100℃、110℃、120℃、125℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃、175℃、180℃、190℃、200℃、225℃、250℃、275℃、300℃、325℃、350℃、375℃、400℃、425℃、450℃、475℃、
500℃、525℃、550℃、575℃、600℃、625℃、650℃、675℃、700℃、725℃、750℃、775℃、
800℃、825℃、850℃、875℃、900℃、925℃、950℃、975℃、1000℃、1500℃、2000℃、2500℃或高于约3000℃。在一些实施例中，热传递流体管道10直接位于烟囱11内。如图中所示，传递管道10的所述区段可为螺旋形以增大加热表面并且由此使进入排气烟囱11的热传递流体吸收更多热。离开排气烟囱11的热流体穿过热传递流体管道10并通过流体入口12进入加热室5。加热流体入口处的阀13可视需要用于释放压力和空气。

[0049] 在加热室5中将热从热传递流体传递至通过燃料管道1以逆流布置流动的燃料。在一些实施例中，系统可经构造和布置以使热传递流体和燃料以顺流布置流动。在所述热传递期间，流经燃料管道1的燃料在横跨加热室5时受热。相反，热传递流体在加热流经燃料管道1的燃料时在热传递期间被冷却。热传递流体在穿过底部部分2处的流体排放口9后流回热传递流体管道10中。热传递流体以连续循环重复上述程序，由此连续加热经过燃料管道1流向燃烧室的燃料。传递装置15可包括泵和提供热传递流体经过系统正向流动的类似装置。

[0050] 在一些实施例中，使用池系统14。当中断燃料流入系统中时或当离开排气烟囱11的热传递流体温度超过附近系统的期望值时，可使池系统14实施操作。以所述方式，系统可防止燃料在进入燃烧室之前预加热所述燃料。可使用各种组件测量自排气烟囱11内离开的热传递流体的温度。在一个实施例中，通过放置于烟囱11内部的温度计19测量排气烟囱11的温度。在另一实施例中，测量热传递流体自身的温度。可视需要在系统的不同点处进行多次温度测量。若离开排气烟囱11的排放烟道气和/或热传递流体的温度降至期望温度以下和/或升至期望温度以上，则可关闭位于传递管道10上的传递装置15上的阀以减少热传递流体流动，由此减少由进入加热室5的热传递流体所携带热的量。

[0051] 当中断燃料流动时，池系统14可中止加热系统起作用并阻止加热燃料管道1中的剩余燃料。在另一实施例中，传递装置15可将热传递流体管道10中的热传递流体传递至排气烟囱11。所属领域技术人员应了解，若适当，传递装置15可包括泵和阀。

[0052] 图3绘示标的系统的另一例示性实施方案，其中加热室5完全围绕燃料管道1而形成整体。燃料管道1自加热室5的两端延伸出。可通过断开或切割掉一部分燃料管道1将加热室5安装于系统中，例如，其离开减压站但在到达燃烧室之前。通过再连接燃料管道10，例如通过在区段20处焊接安装加热室5。

[0053] 图3进一步显示热传递流体在横跨加热室5时热传递流体管道的替代布置。在所述配置中，含有热传递液体的螺旋加热管道卷绕于加热室5内的燃料管道1周围。所述管道的卷绕区段的一端17连接至热传递流体进口12并且另一端连接至热传递流体排放口9。在所述实施方案中，螺旋管道中的流体将热传递至引入的燃料。此外，可构建阀16以调控压力以使其不超过系统的机械强度并阻止回流。

[0054] 图4显示以上本发明的另一例示性实施例，其中在热传递流体进入螺旋加热管道23且其后进入加热室5之前，使用替代热源22加热热传递流体。所述配置可用于代替上文或并靠着阐述的系统。在一个实施例中，当首次启动系统时，使用替代热源22加热热传递流体。替代能源可包含可供应能量的任一适当系统，例如电源、热源、太阳能源、自附近操作的另一燃烧系统供应的能量或诸如此类。当排放温度达到足够程度时，系统可开始自排气烟囱11再循环热。随后若适当可关闭替代能源。若热传递流体的温度过低以致于不足以预加热进入燃烧室的燃料，则替代能源还可经配置并适于供应额外热。

[0055] 在图5中所示的另一例示性实施例中，替代配置用于燃料管道。管道区段26中的内部挡板在燃料流经管道时有利于其混合，由此有利于燃料流的均匀加热。进口24和退出口25包含锥形体连接。结构还可为与如上文所示燃料管道1一起放置的微结构。

[0056] 可使用多种流体作为本发明的热传递流体。在一些实施例中，可加热热传递流体并使用其向燃烧室中热传递高达期望输入温度的燃料。流体也可经选择以在高达其沸点下维持可操作形式和流动特性。流体可包含气体(例如空气或蒸汽)或包含液体(例如水或油)。在一些实施例中，热传递流体当在系统内循环时维持一个相。在一些实施例中，热传递流体在加热和冷却时经历相移。在一非限制性实例中，热传递流体可包含液态水、蒸汽或其组合。例如，流体当自排气烟囱11加热离开时可基本上由气相组成，但当其自加热室5冷却离开时包含液体。

[0057] 可用于传递热的气体包括(但不限于)空气、氢气、惰性气体、氦、氮气、二氧化碳、六氟化硫和蒸汽。可用于传递热的液体包括(但不限于)水、高纯度去离子水、重水、防冻剂(例如，携带有机化学物质(例如乙二醇、二乙二醇或丙二醇)的水)、甜菜碱、聚亚烷基二醇和油。当水不适宜时，例如，在高于水的沸点(即，在大气压下100℃)的温度下，经常使用油。适当油包括(但不限于)矿物油、蓖麻油、硅酮油、氟碳化合物油和变压器油。所述油经常具有高沸点并且可用于工业过程中。还可使用纳米流体，例如上文含有纳米颗粒添加剂的流体。

[0058] 在一些实施例中，本文例示性实施方案中所用的热传递液体包含油。在一些实施例中，油包含矿物油。矿物油或液体石油是自粗制油蒸馏石油以产生汽油和其它以石油为主的产物中的副产物。其是通常包括烷烃(通常为15至40个碳)和环状石蜡的透明无色油。三种基本类别的精炼矿物油包括1)石蜡油，其以正烷烃为主；2)环烷油，其以环烷烃为主；和3)芳香族油，其以芳香族烃为主。

[0059] 在一些实施例中，热传递油包含具有通式CH2-CH2-CH2-CH2…的石蜡油。在一些实施例中，碳链包含C12至C40，例如C12至C16。后一种石蜡油由式C12H26-C16H34阐述。

[0060] 由系统提供的燃料节省将取决于燃料类型、燃烧室类型、改装燃料燃烧系统的可行性、供应至燃料的可用热和许多其它因素。在一些实施例中，系统可达成如下燃料节省：燃料效率增大至少约1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、12％、15％、20％、
25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、90％、95％、100％、
110％、120％、125％、130％、140％、150％、160％、170％、175％、180％、190％、200％、
225％、250％、275％、300％、325％、350％、375％、400％、425％、450％、475％、500％、
525％、550％、575％、600％、625％、650％、675％、700％、725％、750％、775％、800％、
825％、850％、875％、900％、925％、950％、975％或至少约1000％。用于产生等量能量的燃料可减少至少约1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、12％、15％、20％、25％、
30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％或至少约90％。在一些实施例中，燃料用量减少至少约90％。

[0061] 技术人员应了解，可组合其它方法与本发明系统以进一步增大燃料效率。例如，如本文所述，可预加热一些或所有进入燃烧室的燃烧空气。可使用废热或额外热源加热燃烧空气。在一些实施例中，混合燃烧空气和燃料且随后在进入燃烧室之前进行加热。然而，燃烧空气加热可导致排气的有害排放物增加。另外，通过(例如)增大空气/燃料比率调节进入燃烧炉的空气/燃料比率可提供额外燃料节省。在一些实施例中，增大空气/燃料比率可使燃料效率额外增大至少约1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、12％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、90％、95％或
100％。在一些实施例中，观察到由本发明提供的燃料节省随着气体燃料的分子量增大。即，若燃烧较高分子量气体，则获得相当高的节省百分比。

[0062] 图6显示通过实施本发明预加热系统以改装利雅路RS 300 800/M BLU系列低NOx调节气体燃烧炉系统所获得的结果。使用包含C12H26-C16H34的液体热传递油、使用自排气烟囱收回的热预加热供至燃烧炉的天然气。如本文所述构造并布置所述系统。如图6中所示，当进入燃烧炉的燃料输入温度自30℃升高至200℃时，实现约40％的燃料节省。在这些实验期间，进一步观察到在系统外部产生某一能量的时间显著减少，此使得更快速的产生蒸汽。

[0063] 所属领域技术人员应了解，系统的不同组件可经构造并布置以适于多种不同情况。例如，加热室可经构造并布置以适于改装预先存在的产生能量的系统。本文阐述加热室的不同实施例并且若适当可调节所述和其它设计。类似地，热传递流体与排气交换热的方式可取决于特定系统。在一些实施例中，将热传递流体管道10直接放置于排气烟道内。在其它实施例中，与排气间接交换热。技术人员应了解，系统的模组设计有助于所述和其它改良。

[0064] 尽管已在本文中显示并阐述本发明的优选实施例，但所属领域技术人员显然了解所述实施例仅作为实例提供。所属领域技术人员现将构想出许多变更、改变和替代，此并不背离本发明。应了解，可在本发明实践中使用本文所述本发明实施例的各种替代实施例。本发明的范围意欲由以上权利要求书界定且因此在这些权利要求和其等效内容的范围内的方法和结构皆涵盖在本发明内。

标题	发布/更新时间	阅读量
双缸双离心板外燃机系列	2020-05-21	987
离心板、固定板外燃机系列	2020-05-21	863
水冷装置及具有该水冷装置的外燃机	2020-05-20	158
空气工质外燃机	2020-05-13	876
一种新型对喷转子式外燃机气缸及对喷转子式外燃机	2020-05-18	432
外燃机	2020-05-11	606
超能旋风式内外燃机进气转化装置及其制造方法	2020-05-26	64
一种新型对喷转子式外燃机气缸及对喷转子式外燃机	2020-05-18	62
一种新型对喷转子式外燃机气缸及对喷转子式外燃机	2020-05-25	976
高效高温型外燃机	2020-05-23	36

燃料预加热系统

燃料预加热系统

背景技术

发明内容

具体实施方式

该功能需要专业版企业版VIP权限，您可以：