БАК КРИОГЕННЫЙ ТОПЛИВНЫЙ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА, РАБОТАЮЩЕГО НА СЖИЖЕННОМ ПРИРОДНОМ ГАЗЕ
CRYOGENIC FUEL TANK OF VEHICLE OPERATING ON LIQUEFIED NATURAL GAS

Изобретение относится к области криогенной техники и может быть использовано в качестве топливной емкости транспорта, работающего на сжиженном природном газе.
Известны различные устройства для использования сжиженного природного газа в качестве моторного топлива транспортных средств, которые обеспечивают заправку и питание транспортных средств, без дренажную заправку или заправку с использованием насоса [Криогенное и вакуумное машиностроение. ЦИИТИхимнефтемаш, сер. ХМ-6. М.: 1987].
Известен автомобильный криобак, оборудованный арматурой для заправки, дренажа и отбора жидкости, включающий наружный кожух, имеющий внутри теплоизолирующие осевые опоры, на которых закреплена емкость для СПГ, причем полость между кожухом и емкостью вакуумирована и снабжена многослойной теплоизоляцией [информация "Использование сжиженного природного газа на транспорте". - Криогенное и вакуумное машиностроение. ЦИИТИхимнефтемаш, сер. ХМ-6. М.: 1987, с. 27, рис. 12].
Указанный криобак является сложным по конструкции и недостаточно надежным в эксплуатации. Правая опора для емкости с СПГ выполнена в виде длинной трубы, внутри которой расположены отдельные трубопроводы для заправки, дренажа и питания. Такое решение усложняет технологию изготовления и сборки бака, а сильные тепловые потоки через опору снижают надежность его работы.
Известен топливный криобак транспортного средства, преимущественно для сжиженного природного газа, содержащий кожух, внутри которого на теплоизолирующих опорах закреплена емкость для топлива, полость между которой и кожухом вакуумирована, питающий трубопровод для соединения с топливной системой транспортного средства и дренажное устройство, отличающийся тем, что емкость для топлива снабжена центральным силовым поясом, на котором радиально закреплены цапфы, подвижно связанные с теплоизолирующими опорами, установленными на кожухе соответственно, а питающий трубопровод снабжен участком с подогревателем, выполненным с возможностью использования тепла от системы охлаждения двигателя транспортного средства, при этом дренажное устройство снабжено перфорированной трубкой, установленной внутри емкости в ее верхней части [патент РФ № 2108242. МПК F17C 13/08. Опубликован 10.04.1998, бюл. №10]. Указанный криобак является сложным по конструкции и недостаточно надежным в эксплуатации.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является бак криогенный топливный транспортного средства, работающего на сжиженном природном газе, состоящий из двух сосудов, расположенных один внутри другого, теплоизоляции, систем трубопроводов для заправки и выдачи жидкости, предохранительной и регулирующей арматуры (прототип) [патент РФ № 114747. МПК F17 C 9/00. Опубликован 10.04.2012, бюл. № 10].
Заявляемое изобретение и прототип имеют следующие общие основные технические признаки: наличие двух сосудов, расположенных один внутри другого, обмотка тепловой изоляцией, системы трубопроводов для заправки и выдачи жидкости, предохранительную и регулирующую арматуру, а также то, что пространство между стенками внутреннего и внешнего сосуда отвакуумировано.
Заявляемое изобретение отличается от прототипа тем, что предохранительная, запорно-регулирующая аппаратура заключены в моноблок, в который приходит вся криогенная обвязка криогенного топливного бака, сообщая внутренний объем с наружными входами/выходами.
Основным недостатком прототипа является сложность его конструкции, предусматривающей расположение регулирующей и запорной арматуры отдельно друг от друга на собственном трубопроводе, что способствует увеличению пути прохождения продукта и увеличения времени отклика аппаратуры, а также увеличение количества слабых мест магистралей (в конкретном случае количество сварных стыков и/или паек).
В предлагаемом изобретении недостаток прототипа устраняется следующим образом: Применение агрегатного блока (моноблок) позволяет сократить общую длину сварного шва, сварочные, слесарные, а также работы по выявлению дефектов сварочных швов за счет концентрации всех узлов в одном устройстве. Конструкция наиболее приспособлена для массового выпуска, т.к. может поступать на этап сборки и приварки уже собранной и с настроенной арматурой, а процесс сборки и настройки происходит на отдельных высокопроизводительных участках.
Основной задачей предлагаемого технического решения является упрощение конструкции криогенного топливного бака, уменьшение количества соединений, надежную фиксацию внутреннего сосуда относительно наружного, а также повышение уровня безопасности сосуда при эксплуатации.
Схема работы заявляемого устройства отличается от известных аналогов тем, что системы трубопроводов и клапанов заключены в два отдельно расположенных блока, что существенно сокращает затраты на изготовление, а также облегчает доступ к нужным элементам при эксплуатации.
Для пояснения сущности предлагаемого технического решения на фиг. 1 представлена общая схема криогенного топливного бака (далее «криобак»).
Криобак транспортного средства, работающего на сжиженном природном газе, например, метане, представляющий собой цилиндрический двустенный резервуар, состоящий из внешнего сосуда-кожуха 7, и внутреннего сосуда 8, на внешней поверхности которого намотана тепловая изоляция, а меж стенное пространство между внутренним сосудом и кожухом отвакуумировано.
На схеме на фиг. 1 также разграничены две области:
- область «А» - это перечень предохранительной и запорной арматуры центрального блока клапанов;
- область «В» - это перечень запорной и регулирующей арматуры блока испарителя собственных нужд.
На фиг. 2 изображена детализация области блока клапанов, а на фиг. 3 изображена детализация области блока испарителя собственных нужд.
Корпусы блоков выполнены цельнолитыми, соответственно каналы внутри блоков, выполняющие роль трубопроводов, гарантировано имеют достаточную герметичность и прочность. Конструкция основного (центрального) блока клапанов выполнена таким образом, что «юбка» с тыльной стороны выполняет функцию фиксации внутреннего сосуда, относительно наружного, тем самым обеспечивая защиту внутренних компонентов от статических, динамических и осевых нагрузок, возникающих при движении автотранспорта. Блоки собираются и настраиваются отдельно, до момента установки на бак, тем самым минимизируя возможные варианты брака.
Описание устройства топливного криобака (фиг. 1).
Криобак транспортного средства работающего на сжиженном природном газе, например, метане, представляющей собой цилиндрический двустенный резервуар, состоящий из внешнего сосуда-кожуха 7, и внутреннего сосуда 8, на внешней поверхности которого намотана тепловая изоляция, а межстенное пространство между внутренним сосудом 8 и кожухом 7 отвакуумировано.
В верхней части внутреннего сосуда 8 в газовой полости установлена трубка газосброса, соединенная с соответствующим выводом на блоке. Далее конструкция блока снабжена системой каналов и ответвлений, которые сообщаются с клапаном газосброса (связь по газу) 17, клапаном экономии (экономайзером) 19, выходом на манометр 1, выходом на предохранительные клапана 2 и 20 и входом с испарителя собственных нужд 15. Экономайзер так же сообщается с клапаном выдачи продукта 18. В центральном блоке предусмотрена система каналов для обратного клапана 4 жидкой фазы продукта, соединенного с клапаном выдачи продукта 18.
Нижняя часть внутреннего сосуда 8 соединена с трубопроводом блока испарителя (обл. «В» на схеме на фиг. 1), далее система каналов сообщает жидкую фазу продукта с запорным клапаном 13, который в свою очередь обеспечивает поступление жидкой фазы в регулятор давления 14, предварительно отрегулированный на нужный уровень давления в магистрали испарителя собственных нужд 15. Криогенный топливный бак снабжен указателем уровня жидкости 6, коаксиальный кабель которого выходит через заправочный канал блока клапанов, снабженный гермовводом - узлом для герметичного ввода кабеля. Для поднятия и поддержания рабочего давления во внутреннем сосуде 8 криогенного топливного бака предусмотрен испаритель собственных нужд 15, встроенный в трубопровод, соединяющий нижнюю и верхнюю части внутреннего сосуда 8. Трубопровод подачи сжиженного топлива в бак проходит от заправочного коннектора 16, через клапан 4, к центральному блоку клапанов (обл. «А» на схеме на фиг. 1) и присоединяется посредством резьбового соединения.
Осуществление изобретения.
Устройство работает следующим образом. Внутренний сосуд 8 криобака заправляется сжиженным природным газом через коннектор 16. Заправка может вестись с помощью насоса или методом передавливания. При этом клапан 13 закрыт, а клапан 17 открыт и подсоединен к коннектору связи по газу (на схеме не указан). Сжиженный газ проходит по трубопроводу, через клапан 4, центральный блок в сосуд 8, образующиеся при этом в сосуде 8 пары проходят по трубопроводу газовой фазы, через клапан газосброса 17 и коннектор газосброса (связи по газу), после чего утилизируются. После того как сосуд 8 заполнится сжиженным природным газом до нужного уровня, датчик уровня выдает сигнал на блок управления (на схеме не отображен), при этом сигнал коммутируется в световой или звуковой- заправка прекращается. После окончания заправки клапан 17 закрывается. Если в сосуде 8 после заправки давление ниже рабочего, то открывается клапан 13, жидкая фаза топлива поступает за счет гидростатического давления в испаритель наддува (испаритель собственных нужд) 15, испаряется и газ наддува поступает в верхнюю часть сосуда 8, поднимая в нем давление до рабочего значения. Система готова к работе. Плавно, чтобы не закрылся скоростной клапан 12, открывается регулятор давления 9 и через открытый скоростной клапан 12 топливо поступает в двигатель транспортного средства. Причем, если давление в сосуде 8 выше верхней границы рабочего давления, то открывается клапан экономии 19 и топливо в двигатель поступает из газовой полости сосуда 8, понижая в нем давление до рабочего. После снижения давления до рабочего клапан экономии 19 закрывается и в двигатель начинает поступать жидкая фаза топлива по трубопроводу из нижней части сосуда 8. Процедура наддува - подъема давления в баке до рабочего происходит автоматически благодаря регулятору давления 14. Вентили 13 и 18 при работе двигателя открыты. Закрываются они только при длительной остановке транспортного средства и при заправке криогенного бака топливом. Требуемый объем газовой фазы внутри бака 8 при заправке обеспечивается своевременной остановкой процедуры заправки по сигналу датчика уровня, а также гарантированным объемом с помощью компенсатора незаполняемого объема 21, установленного внутри бака 8. Компенсатор незаполняемого объема 21 выполняет роль предохранительного устройства при термическом расширении жидкости в процессе эксплуатации.
Технические результаты:
уменьшение количества сварных соединений и обеспечение надежной фиксации внутреннего сосуда относительно наружного, а также повышение безопасности сосуда при эксплуатации.