Бак криогенный топливный транспортного средства, работающего на сжиженном природном газе

Известно транспортное средство, работающее на сжиженном природном газе (СПГ), и устройства для его заправки (см. обзорную информацию «Криогенное и вакуумное машиностроение. Использование сжиженного природного газа на транспорте», М.: ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1987 г.), которые обеспечивают заправку криогенных баков транспортных средств при атмосферном давлении со сбросом газа в газгольдер, бездренажную заправку или заправку с использованием насоса. Эти устройства не решают конкретные технические задачи, касающиеся криогенных топливных баков.
Наиболее близким по технической сущности является бак криогенный топливный транспортного средства, работающего на сжиженном природном газе (см. патент RU 118717 МКИ F17С 9/00, опубл. 27.07.2012. Бюл. №21), состоящий из двух сосудов, расположенных один внутри другого, теплоизоляции в межстенном пространстве сосудов, компенсационной емкости, расположенной во внутреннем сосуде, трубопроводов заправки сосуда и выдачи топлива в двигатель, предохранительной и регулирующей арматуры.
Недостатком этого криогенного топливного бака является то, что температура топлива, поступающего в двигатель, изменяется в широком диапазоне в зависимости от расхода топлива. С уменьшением нагрузки на двигатель расход топлива уменьшается и его температура повышается, так как расход греющей жидкости, в частности тосола, в теплообменнике постоянен.
Целью предлагаемого технического решения является обеспечение температуры топлива, поступающего в двигатель, в заданных пределах.
Предлагаемое устройство - криогенный топливный бак транспортного средства, работающего на сжиженном природном газе, состоящий из двух сосудов, расположенных один внутри другого, теплоизоляции в межстенном пространстве сосудов, компенсационной емкости, расположенной во внутреннем сосуде, трубопроводов для заправки и выдачи топлива, предохранительной и регулирующей арматуры.
На трубопроводе, соединяющем трубопровод подачи топлива в испаритель наддува с трубопроводом подачи топлива в двигатель, установлен клапан, управляемый сигналом от датчика температуры, установленного на трубопроводе подачи топлива в двигатель.
Для пояснения сущности предлагаемого технического решения на фигуре представлена принципиальная схема криогенного топливного бака.
Криогенный топливный бак 1 транспортного средства, работающего на сжиженном природном газе, например метане, состоящий из внешнего сосуда-кожуха 2, и внутреннего сосуда 3, на внешней поверхности которого намотана тепловая изоляция 4.
В верхней части внутреннего сосуда 3 установлена компенсационная емкость 5 и устройство 6 для струйного ввода топлива в бак 1. Устройство 6 имеет отверстия 7.
Нижняя часть внутреннего сосуда 3 соединена с двигателем транспортного средства (на фигуре не показан) трубопроводом 8. На трубопроводе 8 установлены: вентиль 9, скоростной клапан 10, регулятор давления 11, манометр 12, теплообменник-испаритель 13, теплообменник-регулятор 14, датчик температуры 15.
Криогенный топливный бак снабжен манометром 16 и указателем уровня жидкости 17.
Реципиент с топливом (на фигуре не показан) соединен через горловину 18 реципиента трубопроводом 19, разветвляющимся на трубопровод 20 с вентилем 21 и трубопровод 22 с обратным клапаном 23, с внутренним сосудом 3.
Для поднятия и поддержания рабочего давления во внутреннем сосуде 3 криогенного топливного бака 1 предусмотрен испаритель наддува 24, встроенный в трубопровод 25, соединяющий нижнюю и верхнюю части внутреннего сосуда 3. На трубопроводе 25 установлен вентиль 26 и регулятор давления 27.
Трубопровод 25 соединен трубопроводом 28 с теплообменником-регулятором 14. На трубопроводе 28 установлен клапан 29.
Выход теплообменника-регулятора 14 соединен трубопроводом 30 с трубопроводом 8 подачи топлива в двигатель.
От трубопровода 20 отходит трубопровод 31 с вентилем 32 и предохранительными клапанами 33 и 34, который соединяет верхнюю часть сосуда 3 с газосбросом 35.
Устройство работает следующим образом.
Заправка внутреннего сосуда 3 топливом может осуществляться как без сброса образующихся паров (бездренажная заправка), так и со сбросом образующихся паров через газосброс 35.
При бездренажной заправке топливо из горловины 18 реципиента поступает по трубопроводам 19 и 20, через вентиль 21 в устройство 6 и через отверстия 7 впрыскивается во внутренний сосуд 3, а через обратный клапан 23 и трубопровод 22 поступает в нижнюю часть сосуда 3. Пар, первоначально заполнявший сосуд 3, конденсируется, вступая в контакт с холодными струями топлива, давление в сосуде падает и происходит его заполнение топливом. По мере заполнения сосуда 3 топливом давление в нем растет и, при выравнивании давления в сосуде 3 и в реципиенте с топливом, заправка прекращается. Контроль осуществляется по манометру 16 и уровнемеру 17.
При бездренажной заправке вентили 9, 26 и 32 закрыты.
Заправка топливом внутреннего сосуда 3 со сбросом образующихся в нем паров по трубопроводу 31 через вентиль 32 и газосброс 35, осуществляется по трубопроводам 19 и 22 через обратный клапан 23. Окончание заправки определяется по манометру 16 и уровнемеру 17.
При заправке со сбросом образующихся паров вентили 21, 26 и 9 закрыты, вентиль 32 открыт.
Для обеспечения безаварийной эксплуатации криогенного топливного бака 1 во внутреннем сосуде 3 размещена компенсационная емкость 5, занимающая в соответствии с нормативными документами 10% от объема паровой зоны сосуда 3.
Если во внутреннем сосуде 3 после заправки давление ниже рабочего, то открывается вентиль 26 и топливо по трубопроводу 25 через регулятор давления 27 поступает, под действием гидростатического давления топлива, в испаритель наддува 24. В нем топливо испаряется за счет тепла окружающей среды и образовавшийся газ подается по трубопроводу 25 и 20 в верхнюю часть внутреннего сосуда 3, поднимая в нем давление до рабочего значения, контролируемого по манометру 16. При этом все вентили, кроме вентиля 26, закрыты. После достижения в сосуде 3 величины рабочего давления, регулятор давления 27 автоматически закрывается и система готова к работе. Открываются вентиль 9, скоростной клапан 10 и регулятор давления 11, настроенный на величину давления подачи топлива в двигатель, и по трубопроводу 8 топливо поступает в теплообменник-испаритель 13, где топливо испаряется за счет теплообмена с жидкостью из контура охлаждения двигателя (например, тосолом). После этого топливо поступает в теплообменник-регулятор 14, где устанавливается его температура, требуемая для эффективной работы двигателя. Давление и температура топлива, поступающего в двигатель, контролируются манометром 12 и датчиком температуры 15.
Если температура топлива перед двигателем выше требуемой для его эффективной работы, то по сигналу от датчика 15 открывается клапан 29 и в теплообменник-регулятор 14 начинает поступать холодное топливо из внутреннего сосуда 3. В результате этого температура топлива, подаваемого в двигатель, снижается до заданного значения. После прохождения теплообменника-регулятора 14 топливо из трубопровода 28 проходит по трубопроводу 30, поступает в трубопровод 8 и подается в двигатель. По достижении заданного значения температуры топлива, подаваемого в двигатель, датчик 15 подает сигнал на клапан 29 и тот закрывается.
Таким образом, благодаря установке на трубопроводе 28 клапана 29, управляемого сигналом от датчика температуры 15, обеспечивается оптимальная для работы двигателя температура поступающего в него топлива.