微氣化器陣列連網(wǎng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明廣泛地涉及微氣化器陣列連網(wǎng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在第二次世界大戰(zhàn)期間，在難以獲得傳統(tǒng)汽油時，在歐洲微氣化器被大規(guī)模地使用以為內(nèi)燃機(jī)交通工具提供動力?，F(xiàn)在將描述這種裝置的基本運(yùn)轉(zhuǎn)原理。首先，在由往復(fù)式活塞發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣歧管產(chǎn)生的輕度真空下，在封閉的容器內(nèi)燃燒干燥的生物質(zhì)。布置空氣入口和氣化器輸出流連接，使得僅僅部分地燃燒生物質(zhì)，產(chǎn)生包含一氧化碳并且可以額外地包含氫氣和氣態(tài)烴的廢氣流。該氣體可以在內(nèi)燃機(jī)中被進(jìn)一步燃燒，以產(chǎn)生軸功率。
[0003]圖1(現(xiàn)有技術(shù))圖解了這樣裝置的典型的設(shè)備布置圖，該裝置包括氣化器、過濾器、啟動和關(guān)閉擴(kuò)口(flare)、空氣混合閥和內(nèi)燃機(jī)。正常的啟動程序是點火氣化器，并使它升溫至產(chǎn)生充足量的可燃燒氣體的溫度，以至少使附接的內(nèi)燃機(jī)空轉(zhuǎn)。這通常通過首先發(fā)送氣化器的輸出至擴(kuò)口裝置進(jìn)行，這保護(hù)操作人員不遭受由氣化器產(chǎn)生的高度毒性的一氧化碳?xì)怏w。使用啟動空氣流通過氣化器的各種方案，諸如將吸氣栗并入擴(kuò)口裝置或者將直列式(inline)鼓風(fēng)機(jī)并入擴(kuò)口裝置，由此在氣化器中產(chǎn)生部分真空。可選地，在氣化器上可以利用輸入鼓風(fēng)機(jī)，以迫使空氣通過系統(tǒng)。然而，因為氣化器裝置中的正壓力可導(dǎo)致高度毒性的一氧化碳?xì)怏w從各種系統(tǒng)零件一一諸如監(jiān)視口、生物質(zhì)進(jìn)料和排灰口和各種系統(tǒng)相互連接一一泄漏，所以這一般被認(rèn)為是較不期望的。
[0004]—旦建立空氣流通過氣化器，其燃燒區(qū)可以由用于開始木材點火的各種技術(shù)中任一種點火，由目前使用的最常見的技術(shù)之一的丙烷噴燈裝置發(fā)動。取決于氣化器的大小和位于氣化器中的生物質(zhì)燃料的氧化態(tài)和水分含量，啟動通常將花費3至30分鐘。為了保持區(qū)域安全，擴(kuò)口應(yīng)當(dāng)配備有點火器，其燒掉逸出的一氧化碳?xì)怏w。一旦在氣化器輸出流中存在足量的可燃燒氣體，擴(kuò)口閥被關(guān)閉，發(fā)電機(jī)組(genset)氣化器閥被打開，并利用動態(tài)調(diào)節(jié)空氣入口閥以曲柄發(fā)動(crank)附接的發(fā)動機(jī)，從而提供適合于點火發(fā)動機(jī)氣缸(一個或多個)的可燃燒的混合物。在正常運(yùn)轉(zhuǎn)中，發(fā)動機(jī)的排量轉(zhuǎn)速(RPM)和負(fù)荷需求提供調(diào)整輸入空氣流至氣化器的程度，并且因此調(diào)整在其內(nèi)部部分燃燒過程中生物質(zhì)消耗的速度。該部分燃燒過程通常消耗那個輸入流中的全部氧氣，所以發(fā)動機(jī)上的空氣入口閥被調(diào)節(jié)以為用于期望的輸出功率的適合空燃比提供足夠的氧氣。
[0005]關(guān)閉發(fā)動機(jī)點火系統(tǒng)和/或關(guān)閉其空氣供應(yīng)閥，其停止發(fā)動機(jī)和停止使空氣流動通過氣化器。氣化器核心溫度可以充分超過1000攝氏度，并且系統(tǒng)可配備有多個絕熱層，使得它通常將花費若干小時用于將氣化器冷卻至室溫。重啟延遲通常與氣化器關(guān)閉的時間的量直接成比例，關(guān)閉幾分鐘的持續(xù)時間導(dǎo)致幾乎瞬時重啟，這是由于由系統(tǒng)保留的殘余的可燃燒氣體和高的燃燒區(qū)核心溫度。
[0006]內(nèi)燃機(jī)通常在特定設(shè)計點產(chǎn)生峰值運(yùn)轉(zhuǎn)效率。這樣的設(shè)計點由低側(cè)上摩擦和附件損失和高端上非最佳燃燒動力學(xué)占主導(dǎo)，尤其是如果發(fā)動機(jī)設(shè)計者已經(jīng)推動發(fā)動機(jī)的峰值輸出額定功率經(jīng)過最佳燃燒運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域。同樣地，氣化器受到低端上熱損失限制，低端上熱損失將限制內(nèi)部核心溫度，并因此限制氣化速度和質(zhì)量。在高端，氣化器系統(tǒng)約束——如生物質(zhì)質(zhì)量流、空氣質(zhì)量流、噴氣幾何結(jié)構(gòu)和熱區(qū)幾何結(jié)構(gòu)一一限制氣化器的性能。因此，氣化器和內(nèi)燃機(jī)的結(jié)合通常將導(dǎo)致峰值運(yùn)轉(zhuǎn)效率的相當(dāng)窄的功率范圍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的實施方式涉及微氣化器陣列連網(wǎng)。
[0008]本發(fā)明的一個實施方式涉及設(shè)備，該設(shè)備包括:多氣化器陣列，該多氣化器陣列包括連接兩個或更多個微氣化器系統(tǒng)的共用氣化器總線或多頭(mult1-tap)管道;和多個用于調(diào)整在微氣化器陣列內(nèi)氣體流動的閥
【附圖說明】
[0009]圖1是圖解通常的微氣化器設(shè)備布置圖的圖。
[0010]圖2是圖解包括連接兩個或更多個微氣化器系統(tǒng)的共用氣化器總線或多頭管道的多氣化器陣列的圖。
[0011]圖3是圖解包括連接兩個或更多個微氣化器系統(tǒng)的共用氣化器總線或多頭管道的多氣化器陣列的圖。
[0012]圖4是圖解包括連接兩個或更多個微氣化器系統(tǒng)的共用氣化器總線或多頭管道的另一個多氣化器陣列的圖。
【具體實施方式】
[0013]在下面的段落中，將通過實例參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實施方式。貫穿該說明書，所示的優(yōu)選實施方式和實例應(yīng)被認(rèn)為是示例性的，而不是對本發(fā)明的限制。如本文中所使用，“本發(fā)明”指本文描述的發(fā)明的實施方式中的任意一個，以及任意等效形式。此外，貫穿該文件參考“本發(fā)明”的各種特征(一個或多個)不意味著所有要求保護(hù)的實施方式或方法必須包括參考的特征(一個或多個)。
[0014]本發(fā)明的實施方式涉及兩個或更多個微氣化器系統(tǒng)在下述應(yīng)用中的使用，在這些應(yīng)用中:(i)隨時間對軸功率的需求廣泛地并快速地改變，和(ii)生物質(zhì)轉(zhuǎn)化效率是重要的，諸如在微電網(wǎng)中。
[0015]圖2圖解了多氣化器陣列100，其包括連接兩個或更多個微氣化器系統(tǒng)120的共用的氣化器總線110或多頭管道，微氣化器系統(tǒng)120諸如參考圖1描述的氣化器。在圖解的實施方式中，每個氣化器系統(tǒng)120包括氣化器130、過濾器140和發(fā)動機(jī)發(fā)電機(jī)組(enginegenSet)150。氣化器總線110和每個微氣化器系統(tǒng)120之間的相互作用由如圖2中所描繪的四個氣流閥155、160、165、170的動態(tài)控制限定。利用該幾何結(jié)構(gòu)，若干模式的運(yùn)轉(zhuǎn)是可能的，由此與隔離單元的簡單陣列一一即沒有氣化器總線相互連接一一相比，提供增強(qiáng)的系統(tǒng)生產(chǎn)效率(throughput efficiency) ο
[0016]圖2描繪了使用數(shù)個閥，其包括閥1(155)、閥2(160)、閥3(165)和閥4(170)。雖然在該實施方式中采用了四個閥，但是可以采用任意數(shù)目的閥，而不背離本發(fā)明的范圍。為了解釋多氣化器陣列的運(yùn)轉(zhuǎn)模式，現(xiàn)在將描述每個閥的功能。
[0017]閥I包括氣化器輸出閥155。該閥155調(diào)整抽取空氣通過氣化器130的速度。
[0018]閥2包括氣化器總線閥160。該雙向閥160調(diào)整從氣化器130至氣化器總線110的氣體流動，或從總線110至發(fā)動機(jī)的氣體流動，或者關(guān)閉以使系統(tǒng)與總線110隔離。
[0019]閥3包括發(fā)動機(jī)燃料輸入閥165。該閥16 5調(diào)整至發(fā)動機(jī)的輸入氣體的量，和部分負(fù)責(zé)調(diào)整真空的量或氣化器總線110和大氣條件之間的壓力差(pressure delta)。
[0020]閥4包括發(fā)動機(jī)空氣輸入閥170。該閥170，結(jié)合閥3(165): (i)調(diào)整至發(fā)動機(jī)的空氣燃料混合物，和(ii)通過發(fā)動機(jī)調(diào)整真空產(chǎn)生的量或抽吸作用。
[0021]仍然參考圖2，利用圖解的氣體流動網(wǎng)絡(luò)配置，眾多數(shù)量的運(yùn)轉(zhuǎn)模式是可能的?，F(xiàn)在將描述若干關(guān)鍵運(yùn)轉(zhuǎn)模式。
[0022]模式A包括常規(guī)的隔咼系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)。在該模式中，閥I(155)被打開，閥2(160)被關(guān)閉，并且閥3和4(165、170)由發(fā)動機(jī)控制器調(diào)制，其可以是自動的或者是手動控制的，從而產(chǎn)生期望的功率輸出。模式A需要氣化器130處于運(yùn)轉(zhuǎn)溫度下。
[0023]模式B包括無擴(kuò)口(f Iare Iess)氣化器啟動。在該模式下，一個或多個排列的系統(tǒng)120正以一定功率運(yùn)轉(zhuǎn)，并且期望使一個或多個額外的氣化器上線(on line)。在模式B中，除了來自本處(local)氣化器130的氣體流之外，一個或多個運(yùn)轉(zhuǎn)的系統(tǒng)的閥1、2和4(155、160、170)被調(diào)節(jié)以從氣化器總線110抽取氣體。這在最初裝滿空氣的氣化器總線110上產(chǎn)生部分真空，由此補(bǔ)償由閥4 (170)正常供應(yīng)的流動的部分。至氣化器總線110的空氣供應(yīng)由系統(tǒng)以啟動模式提供，其中閥I和2 (155、160)是打開的，并且閥3和4 (165、170)是關(guān)閉的。由此抽取空氣通過不燃燒的氣化器以供應(yīng)向一個或多個運(yùn)轉(zhuǎn)的系統(tǒng)發(fā)動機(jī)提供動力所需的一些空氣。然后通過任意常規(guī)的手段點火該氣化器120，并且隨著其可燃燒氣體的產(chǎn)生增加，在相應(yīng)的氣體接收發(fā)動機(jī)(一個或多個)中的閥4(170)被調(diào)節(jié)以保持適當(dāng)?shù)目杖急?。一旦該氣化?20達(dá)到運(yùn)轉(zhuǎn)溫度，通過以曲柄發(fā)動和啟動其對應(yīng)的發(fā)動機(jī)，所有運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)可被切換至模式A(包括該剛剛啟動的氣化器)。
[0024]模式C包括氣化器關(guān)閉。利用在關(guān)閉的氣化器120中的殘留氣體從而使進(jìn)入周圍環(huán)境的一氧化碳?xì)怏w的泄漏最小化并有效利用氣化器120中儲存的熱能是期望的。在該運(yùn)轉(zhuǎn)模式下，當(dāng)氣化器系統(tǒng)100被關(guān)閉時，首先通過關(guān)閉閥3和4(165、170)并打開閥2(160)來關(guān)閉其發(fā)動機(jī)，由此使得運(yùn)轉(zhuǎn)的氣化器120貢獻(xiàn)于整個系統(tǒng)。接著，以有序的方式逐漸關(guān)小(throttle back)閥I或2(155或160)至關(guān)閉并冷卻氣化器120。當(dāng)由該氣化器120產(chǎn)生的氣流從可燃燒的氣體模式加速下降至低流動的氣體一一該氣體包含一些殘留的氧氣一一時，一個或多個總線系統(tǒng)必須調(diào)節(jié)閥2、3和4(160、165、170)以利用由該氣化器120產(chǎn)生的氣流。
[0025]模式D包括熱空轉(zhuǎn)。為了維持對瞬時負(fù)荷需求的快速響應(yīng)能力，保持一個或多個氣化器120處于熱空轉(zhuǎn)以便當(dāng)需要時它們可以迅速加速以產(chǎn)生大量的可燃燒氣體可以是期望的。這可以通過關(guān)閉它們相應(yīng)的發(fā)動機(jī)并維持它們在低流動速度實現(xiàn)，如在模式C中描述的。作為可選的控制方案，使用相同的技術(shù)，它們可在高流動水平和低流動水平之間脈動。
[0026]模式E包括峰值功率生成。如果系統(tǒng)發(fā)動機(jī)并入現(xiàn)代電子點火控制器，它們可被配置為以類似于許多最新模型車的啟動/停止運(yùn)轉(zhuǎn)的方式快速地啟動和運(yùn)行，所述最新模型車在停止燈處關(guān)閉它們的發(fā)動機(jī)并當(dāng)施加油門時非常快地啟動。因此，發(fā)動機(jī)可以比氣化器120更快的多地加速。然而，運(yùn)轉(zhuǎn)的氣化器具有充滿可燃燒氣體的大量過濾器體積，使得以滿功率運(yùn)行的一個或多個發(fā)動機(jī)可以從它們的過濾器箱向其它發(fā)動機(jī)貢獻(xiàn)少量的氣體，而基本上不減少它們的功率輸出。在該運(yùn)轉(zhuǎn)模式中，在以一定功率運(yùn)轉(zhuǎn)的一個或多個系統(tǒng)上，閥2(160)被打開，并且在目前處于關(guān)閉狀態(tài)的額外系統(tǒng)上，閥2、3和4(160、165、170)被打開而閥I (155)被關(guān)閉，以提供快速的瞬時功率響應(yīng)。
[0027]在一些實施方式中，采用多模式運(yùn)轉(zhuǎn)。如連網(wǎng)拓?fù)鋵W(xué)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員理解的，多模式運(yùn)轉(zhuǎn)是可能的，特別是在系統(tǒng)的大陣列中，而不背離本發(fā)明的范圍。在這樣的系統(tǒng)中，必須注意相互連接的總線線路的復(fù)雜性。
[0028]圖3是圖解多氣化器陣列200的圖，該