БАК КРИОГЕННЫЙ ТОПЛИВНЫЙ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА, РАБОТАЮЩЕГО НА ПРИРОДНОМ ГАЗЕ

Известны устройства для заправки транспортных средств сжиженным природным газом (см. Обзорную информацию ХМ-6 «Криогенное и вакуумное машиностроение» Использование сжиженного природного газа на транспорте, М., ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1987 г.), которые обеспечивают заправку транспортных средств при атмосферном давлении со сбросом газа в газгольдер или ресивер, бездренажную заправку или заправку с использованием насоса. Эти устройства не решают конкретные технические проблемы.
Наиболее близким по технической сущности является бак криогенный топливный транспортного средства, работающего на сжиженном природном газе (патент WO 2005036047, МПК F17C 9/00, опубликован 2005-04-21), состоящий из двух сосудов, расположенных один внутри другого; внутренний сосуд снаружи обмотан тепловой изоляцией, а межстенное пространство между внутренним и внешним сосудами отвакуумировано, компенсационной емкости, заполненной паровой фазой топлива, систем трубопроводов заправки и выдачи топлива, предохранительной и регулирующей арматуры.
Недостатком устройства является то, что компенсационная емкость объемом, согласно международным стандартам, не менее 10% от объема топливного бака транспортного средства, размещена во внутреннем сосуде бака. Использование компенсационной емкости обеспечивает безопасную эксплуатацию бака, но размещение ее во внутреннем сосуде значительно снижает полезный объем бака.
Целью предлагаемого технического решения является увеличение полезного объема бака, при сохранении условий его безопасной эксплуатации.
Предлагаемый криогенный топливный бак транспортного средства, работающего на сжиженном природном газе, состоит из двух сосудов, расположенных один внутри другого; внутренний сосуд снаружи обмотан тепловой изоляцией, а межстенное пространство между внутренним и внешним сосудами отвакуумировано, компенсационной емкости, заполненной паровой фазой топлива, систем трубопроводов заправки и выдачи топлива, предохранительной и регулирующей арматуры. Компенсационная емкость расположена вне криогенного топливного бака и соединена трубопроводом с верхней частью внутреннего сосуда бака.
Для пояснения сущности предлагаемого технического решения представлены:
Фиг.1 Бак криогенный топливный. Принципиальная схема.
Фиг.2 Бак криогенный топливный. Внешний вид
Бак 1 риогенный топливный транспортного средства, работающего на сжиженном природном газе, например метане (фиг.1), представляет собой цилиндрический двухстенный резервуар, состоящий из внешнего сосуда-кожуха 2, и внутреннего сосуда 3, на внешней поверхности которого намотана тепловая изоляция 4, а межстенное пространство между внутренним сосудом 3 и кожухом 2 отвакуумировано.
В верхней части внутреннего сосуда 3 в газовой полости установлена ловушка 5 с отверстиями 6 для предотвращения выброса капель жидкого топлива в процессе заправки бака в трубопровод 7. На трубопроводе 7 установлен регулятор давления 8.
Нижняя часть внутреннего сосуда 3 соединена с двигателем транспортного средства посредством трубопроводов 9 и 10. На последнем установлены вентиль 11, скоростной клапан 12 и теплообменник-испаритель 13.
Криогенный топливный бак снабжен указателем уровня 14.
Для поднятия и поддержания рабочего давления во внутреннем сосуде 3 криогенного топливного бака 1 предусмотрен испаритель наддува 15, встроенный в трубопровод 16, соединяющий нижнюю часть внутреннего сосуда 3 с верхней частью внутреннего сосуда 3. На трубопроводе 16 установлен вентиль 17 и регулятор давления 18.
Трубопровод 19 подачи сжиженного топлива в бак 1 проходит от заправочной горловины 20 через обратный клапан 21 к внутреннему сосуду 3.
Трубопровод 22 газосброса из сосуда 3 расположен между трубопроводом 7 и горловиной газосброса 23. На выходном участке трубопровода 22 установлен скоростной клапан 24, отрегулированный на определенный перепад давления при плотности паровой фазы природного газа. К трубопроводу 22 подсоединена компенсационная емкость 25, постоянно соединенная с верхней частью емкости 3 и составляющая с ней единое целое, клапаны предохранительные 26, трубопровод 27 с вентилем 28. Компенсационная емкость 25 может быть подсоединена к трубопроводу 22 как до скоростного клапана 24, так и после него и может быть выполнена, например, в виде одной или нескольких нетеплоизолированных труб 29 (фиг.2), расположенных вдоль криогенного топливного бака 1.
Устройство работает следующим образом.
Внутренний сосуд 3 (см. фиг.1) криогенного бака 1 заправляется сжиженным природным газом по трубопроводу 19 из стороннего реципиента (на фиг.1 не показан), подсоединенного к заправочной горловине 20. Заправка может вестись с помощью насоса или методом передавливания. При этом вентили 11 и 17 закрыты.
Сжиженный газ проходит по трубопроводу 19, через обратный клапан 21, трубопровод 9 в сосуд 3. Образующиеся при этом в сосуде 3 пары проходят по трубопроводам 7 и 22, через скоростной клапан 24 и горловину газосброса 23, после чего утилизируются. Установленная на трубопроводе 22 компенсационная емкость 25, заполняется паровой фазой топлива. Наличие компенсационной емкости позволяет полностью на 100% заполнять объем внутреннего сосуда 3, при этом для термического расширения жидкости используется объем компенсационной емкости 25.
После того как сосуд 3 заполнится сжиженным природным газом, в трубопроводы 7 и 22 начинает поступать жидкая фаза топлива. Как только она доходит до скоростного клапана 24, на его входе и выходе создается большой перепад давления и клапан 24 закрывается, прекращая выход топлива из сосуда 3. Во внутреннем сосуде 3 начинает расти давление, что является сигналом для прекращения подачи жидкого топлива в сосуд 1. Заправочная горловина 20 и горловина газосброса 23 закрываются, а скоростной клапан 24 благодаря своей конструкции (имеет перепускной канал) открывается.
После окончания заправки вентиль 17 открывается. Если в сосуде 3 после заправки давление ниже рабочего, то открывается регулятор давления 18, жидкая фаза топлива поступает в испаритель наддува 15, испаряется и газ наддува поступает в верхнюю часть сосуда 3, поднимая в нем давление до рабочего значения. Система готова к работе. Плавно, чтобы не закрылся скоростной клапан 12, открывается вентиль 11 и через открытый скоростной клапан 12 топливо поступает в двигатель (на фиг.1 не показан) транспортного средства. Причем, если давление в сосуде 3 выше верхней границы рабочего давления, то открывается регулятор давления 8 и топливо в двигатель поступает по трубопроводу 7 и 10 из газовой полости сосуда 3, понижая в нем давление до рабочего. После снижения давления до рабочего регулятор давления 8 закрывается и в двигатель из нижней части сосуда 3 начинает поступать жидкая фаза топлива по трубопроводам 9 и 10. Процедура наддува - подъема давления в баке до рабочего происходит автоматически благодаря регулятору давления 18. Вентили 11 и 17 при работе двигателя открыты. Закрываются они только при длительной остановке транспортного средства и при заправке криогенного бака 1 топливом.
Благодаря такому расположению компенсационной емкости 25 полезный объем бака криогенного топливного транспортного средства, работающего на сжиженном природном газе, увеличивается на величину заполняемой жидкостью газовой полости в верхней части сосуда 3 (минимально на 10% от объема сосуда), сохраняя при этом условия его безопасной эксплуатации. Установка скоростного клапана 24 на выходном участке трубопровода газосброса 22 позволяет прекращать заправку как только внутренний сосуд 3 заполнится на 100% и излишки жидкости попадут на скоростной клапан 24.