УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАПРАВКИ ТОПЛИВОМ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ

Известны  устройства  для заправки автомобилей сжиженным природным газом  (см. Обзорную информацию ХМ-6 «Криогенное и вакуумное машиностроение». Использование сжиженного природного газа на транспорте. М., ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1987 г.), которые ведутся как при атмосферном давлении, так и при повышенном давлении со сбросом газа в газгольдер или ресивер при бездренажной заправке или при передавливании в заправочную емкость с использованием насоса без сброса газовой фазы, которые не отражают решений конкретных технических проблем.
Известна система заправки криогенной емкости сжиженным газом (см. патент RU 2221965, МКИ 7F 17C 6/00, 13/00, Публ. 20.01.04r, Бюл. №2), содержащая емкость (заправщик) с криогенным сжиженным газом, заправочную и дренажную магистрали, соединенные трубопроводом с перепускным клапаном и датчиками давления и температуры. Система работает при переохлаждении криогенного продукта до заправки до равновесной температуры, например, вакуумированием и откачкой паров из заправочной емкости, что требует установки дополнительного оборудования, в частности, вакуумного насоса.
Известно также устройство для заправки криогенным топливом транспортных средств, взятое нами за прототип (см. ЕР 0779470 А1, МКИ 6F 17C 9/00, публ. 18.06.97 г., Patentblatt 1997/25, Приор. 14.12.95,
DE 19546659), содержащее резервуар для подачи криогенного топлива под давлением, топливный бак транспортного средства, подводящий трубопровод и перепускной трубопровод, имеющие гибкие участки, контактирующие с соединением, связанным с топливным баком; измерительное устройство для определения объема жидкого криогенного топлива, клапана и датчики температуры и давления, установленные в клапанную коробку.
К недостаткам устройства следует отнести сложность устройства, использование двойного замера расходов по жидкости и газу и то, что для создания давления в трубопроводе подачи жидкого криогенного топлива требуется наличие двух емкостей: накопительного бака низкого давления и резервуара для подачи топлива под давлением, газовые полости которых связаны трубопроводом с компрессором, с помощью которого газ из накопительного бака низкого давления подается в резервуар для подачи топлива под давлением.
Целью предлагаемого технического решения является  создание устройства для заправки криогенным топливом топливных криогенных баков транспортных средств под давлением с выбором алгоритма заправки по датчику температуры, установленному на перепускном трубопроводе.
Предлагаемое устройство для заправки транспортных средств сжиженным природным газом (СПГ), например метаном, (см. фиг.1,2 и 3) состоит из резервуара 1 для хранения и подачи топлива (СПГ), криогенного топливного бака 2, подводящего 3, перепускного 4 и дренажного 5 трубопроводов. Подводящий 3 и перепускной 4 трубопроводы имеют гибкие участки 6 и 7, соединенные через разрывные устройства 8 и 9 с заправочным шлангом 10, выполненным в виде металлорукава, и перепускным шлангом 11, контактирующими с заправочной насадкой 12 заправочного пистолета 13, пристыковываемого при заправке к горловине 14 заправляемого криогенного топливного бака 2 транспортного средства, а по окончании
заправки  (в нерабочем положении)  - к идентичной горловине 15, установленной на корпусе 16 заправочной колонки 17, внутри которой вмонтированы вышеперечисленные трубопроводы 3,4,5 с арматурой и датчиками.(см фиг.3).
Основной подводящий трубопровод 3 (см.фиг.1) служит для подачи СПГ в криогенный топливный бак 2 транспортного средства (на фиг.1 не показан) и состоит из фильтра 18 для очистки от механических примесей, холодного вентиля 19, расходомера-счетчика 20 для сжиженного газа с электронным указателем 21 (см. фиг.3), размещенным на корпусе 16 колонки  заправочной  17,  клапанов   22  и  23,  например, электропневмогидроклапанов, двух предохранительных клапанов 24 и 25, предохраняющих заправляемый криогенный топливный бак 2 и арматуру основного подводящего трубопровода 3 от превышения давления. Сброс газа из предохранительных клапанов 24 и 25 соединен трубопроводом 26 с подачей на свечу или системой утилизации (на фиг не показана).
Для контроля температуры и давления заправляемого потока газа на подводящем трубопроводе 3 установлены датчики температуры 27 и давления 28, а для визуального контроля давления - манометры 29 и 30.
Клапан 23, например электропневмогидроклапан, служит для сброса паров испаряющейся при захолаживании жидкости из основного подводящего трубопровода 3 в дренажный  трубопровод  26 через дроссельную шайбу 31, а далее на свечу или в систему утилизации (на фиг. не показаны).
На перепускном трубопроводе 4 установлены: вентиль 32, датчик температуры 33, по которому в зависимости от температурного состояния заполняемого топливного бака 2 (холодный или теплый) выбирается алгоритм начала заполнения,  датчик перелива 34, контролирующий попадание жидкости в трубопровод 4, характеризующее окончание заправки, и манометр 35.
В целях безопасности и для очистки и осушки всей системы трубопроводов и арматуры заправочной колонки 17 от остаточного воздуха (газа) перед работой предусмотрена линия продувки 36 газообразным азотом, присоединяемая с помощью штуцеров 37 и 38 к азотному баллону (на фиг.1 не показан) через шаровой кран 39 к основному подводящему трубопроводу 3 перед фильтром 18, а через шаровой кран 40 - к насадке 15 (в нерабочем положении) смонтированной на корпусе 16 заправочной колонки 17. Для контроля давления подаваемого азота на линии продувки 37 установлен манометр 41.
Устройство работает следующим образом.
Заправочный пистолет 13 пристыковывается к горловине  14 криогенного топливного бака 2.  СПГ из резервуара для хранения 1, находящегося под давлением, поступает в подводящий трубопровод 3 и заправочную колонку 17, пройдя очистку от механических примесей в фильтре 18, открытый вентиль 19 и расходомер-счетчик 20 подходит к нормально закрытому электропневмогидроклапану 22, который открывается по сигналу  оператора на открытие, и далее поступает на вход электропневмогидроклапана 23 и по металлорукаву 7 через разрывное устройство 8 и заправочный шланг 10 к заправочной насадке 12 заправочного пистолета 13, пристыкованного к горловине 14 заправляемого криогенного топливного бака 2 транспортного средства..
При открытом электропневмогидроклапане 22 первоначально идет захолаживание основного подводящего трубопровода 3.
В процессе захолаживания парожидкостная смесь, образующаяся в трубопроводе 3, сбрасывается через электропневмогидроклапан 23 и трубопровод 26 в систему утилизации или на свечу (на фиг. не показаны), при этом пары газа из топливного бака 2 по перепускному шлангу 11 через
разрывное устройство 9 и гибкий трубопровод 6 поступает в перепускной трубопровод 4, при открытом вентиле 32 в дренажный трубопровод 5 и далее также в систему утилизации или на свечу. По показаниям датчика температуры 33 на перепускном трубопроводе 4 определяется состояние заправляемого топливного бака 2, которое может быть «теплым» или «холодным», и, соответственно, по его сигналам формируется алгоритм системы управления: заправка «теплого» или заправка « холодного» бака.
Процесс захолаживания заканчивается, когда температура СПГ в основном подводящем трубопроводе 3 достигнет 132К, а давление 0,2 - 0,25 МПа. Сигнал от датчиков температуры 27 и давления 28 подается на электропневмогидроклапан 23, который закрывается, поток СПГ идет по трубопроводу 3 через открытый клапан 22, гибкий металлорукав 7, разрывное устройство 8 и заправочный шланг 10 на заполнение криогенного топливного бака 2. При этом пары СПГ из топливного бака 2 транспортного средства через перепускной шланг 11 заправочного пистолета 13, разрывное устройство 9, гибкий металлорукав 6 по перепускному 4 и дренажному 5 трубопроводам подаются в систему утилизации или на свечу.
По сигналу от расходомера-счетчика 20 или при появлении в перепускном трубопроводе 4 по показаниям датчика перелива 35 жидкой фазы СПГ на электропневмогидроклапан 22 подаются электрические сигналы на закрытие и одновременно электрические сигналы на открытие на электропневмогидроклапан 23. Заправка криогенного топливного бака 2 транспортного средства закончена.
При снижении в дренажном трубопроводе 5 давления ниже 0,05 МПа электропневмогидроклапан 23 закрывается. Заправочный пистолет 13 отстыковывается от горловины 14 криогенного топливного бака 2 и пристыковывается к идентичной горловине 15 на корпусе 16 заправочной колонки 17.
В случае превышения давления в основном подающем трубопроводе 3 выше 0,55 + 0,02 МПа срабатывают предохранительные клапаны 24 и 25, при этом СПГ по трубопроводу 26 также поступает в систему утилизации или на свечу.
Весь процесс заправки осуществляется автоматически в соответствии с заданным алгоритмом.
Для очистки и осушки всей системы трубопроводов и арматуры заправочной колонки 17 перед работой от остаточного воздуха (газа) с помощью штуцеров 37 и 38 к линии 36 продувки подсоединяется баллон с газообразным азотом (на фиг 1 не показан)., а затем в зависимости от необходимости продувается или основной подводящий трубопровод 3 с арматурой (заправочная колонка 17) при стыковке горловин 13 и 15 в нерабочем положении (см фиг.1) и подачей азота через шаровой кран 40. При необходимости продувки и осушки топливного бака 2 - подачей азота через шаровой кран 39 и основную линию подачи 3 (и далее как при заправке), в обоих случаях с выходом газа в систему утилизации или на свечу.
Благодаря такому выполнению устройства для заправки топливом транспортных средств  достигается достоверная оценка состояния топливного бака перед заправкой и, соответственно, выбор режима заправки, что является более экономичным.