Система и способ хранения жидкого и газообразного топлива
LIQUID AND GASEOUS FUEL STORAGE SYSTEM AND METHOD

Перекрестная ссылка на родственные заявки
[0001] В настоящей заявке испрашивается приоритет по предварительной 5 заявке США 62/406606, поданной 11 октября 2016 г., которая полностью включена в настоящий документ посредством ссылки.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
[0002] Настоящее изобретение в целом относится к хранению и распределению топлива и, в частности, к системе и способу хранения жидкого и газообразного топлив в приподнятой и модульной конструкции.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0003] Станции хранения и распределения топлива очень востребованы по всему миру, поскольку все больше и больше автомобилей вводятся в эксплуатацию на дорогах для удовлетворения транспортных потребностей постоянно растущего населения. Однако  строительство и эксплуатация обычных станций обслуживания и распределения топлива являются длительными, дорогостоящими и ресурсозатратными задачами. Должны быть учтены анализ и исследования ожидаемого спроса, станция должна быть спроектирована так, чтобы удовлетворить ожидаемый спрос, также должны быть получены разрешения, и длительный процесс строительства должен быть начат и завершен до того, как сможет быть откачан первый галлон бензина.
[0004] Несмотря на ресурсозатратные задачи по строительству и эксплуатации, традиционные станции распределения топлива имеют многочисленные недостатки в охране окружающей среды, безопасности и техническом обслуживании. Во-первых, станции распределения топлива классифицируются как объекты с потенциально высоким воздействием на окружающую среду. Например, автомобильное топливо обычно хранится в подземных баках, из которых топливо выкачивается в топливораздаточный модуль перед поступлением в автомобиль. Эти баки обычно изготавливаются из металла или стеклопластика. Подземная установка этих баков требует относительно больших экскавационных работ и зоны охвата, что создает много потенциальных проблем. Одной известной проблемой, связанной с подземными топливными баками, является утечка или просачивание в окружающий грунт. Это, в частности, относится к металлическим бакам, которые со временем могут подвергаться коррозии или разрушаться, особенно во влажном грунте. Просачивание в окружающий грунт приводит как к постоянной потере топлива, так и к загрязнению окружающей среды (грунта и воды). Кроме 5 того, в случае затопления баки, установленные под землей, являются неэффективными, и топливо в них может быть загрязнено водой и отложениями в воде.
[0005] Кроме того, топливные баки зарыты в землю с толстым бетонным блоком, размещенным в верхней части бака, под конструкцией станции, что затрудняет выполнение работ по техническому обслуживанию топливных баков. Когда топливный бак оказывается неисправным, стоимость ремонта и замены неисправного подземного топливного бака может быть чрезвычайно высокой.
[0006] Другим недостатком традиционных станций хранения и распределения топлива является невозможность изменить конфигурацию станции с точки зрения вместимости или вида предлагаемого топлива. Сегодня использование альтернативных энергетических видов топлива для перевозки и спрос на них быстро растет, и можно ожидать, что виды требуемого топлива и скорость их потребления резко возрастут по сравнению с тем, что наблюдалось до настоящего времени. Соответственно, новые поколения станций распределения топлива должны быть гибкими в размерах и видах топлива, хранение и распределение которого они могут обеспечить, для удовлетворения меняющихся потребностей в топливе.
[0007] С учетом вышеизложенного, существует потребность в станции хранения и распределения топлива, в которой можно безопасно хранить различные виды топлива с минимальным воздействием на окружающую среду, и которая может быть легко модифицирована или реконфигурирована для соответствия меняющемуся спросу на топливо.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0008] С учетом вышеупомянутых проблем и потребностей основной задачей настоящего изобретения является создание системы хранения и/или распределения жидкого и газообразного топлива.
[0009] Другой задачей настоящего изобретения является создание системы хранения топлива в приподнятом над землей положении.
[0010] Другой задачей настоящего изобретения является создание системы хранения топлива, которая имеет модульную структуру, чтобы  можно было легко приспосабливаться к изменениям спроса на топливо и вида топлива.
Эти и другие задачи настоящего изобретения, а также предпочтительные варианты осуществления изобретения станут более понятными при изучении описания, формулы и чертежей в совокупности.
[0011] В варианте осуществления система хранения топлива включает в себя опорную конструкцию, поддерживающую по меньшей мере один топливный бак на предварительно определенном расстоянии над землей. Топливный бак включает в себя внутренний бак, способный вмещать газообразное топливо, промежуточный бак, охватывающий внутренний бак и образующий первое кольцевое пространство между ними, и внешний бак, охватывающий промежуточный бак и образующий второе кольцевое пространство между ними. Первое кольцевое пространство заполнено ударопоглощающей смолой для поглощения напряжений конструкции, а второе кольцевое пространство заполнено изолирующим материалом, обеспечивающим огнестойкость и баллистическую стойкость. Промежуточный бак соединен с опорной конструкцией и по меньшей мере одним смежным топливным баком, и предотвращает передачу нагрузки на внутренний бак. Топливные баки сами по себе служат конструктивными опорными элементами для системы, с устранением необходимости в использовании отдельных  несущих нагрузку балок и элементов.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0012] Настоящее изобретение станет более понятным после прочтения следующего ниже описания неограничивающих вариантов его осуществления, данного со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано следующее.
[0013] На фиг. 1 показан вид сбоку в поперечном сечении системы хранения и распределения топлива согласно варианту осуществления изобретения, иллюстрирующий  хранение жидкого топлива.
[0014] На фиг. 2 показан схематичный вид топливного бака системы хранения топлива с фиг. 1, иллюстрирующий расположение различных точек взаимного соединения для поддержки конструкции.
[0015] На фиг. 3 показан вид сбоку в поперечном сечении  системы хранения и распределения топлива согласно другому варианту осуществления изобретения, иллюстрирующий хранение газообразного топлива.
[0016] На фиг. 4 показан вид сбоку в поперечном сечении системы хранения и  распределения топлива согласно другому варианту осуществления изобретения, иллюстрирующий хранение газообразного топлива.
[0017] На фиг. 5 показан увеличенный вид в поперечном сечении участка хранения топлива в системе хранения и распределения топлива с фиг. 4.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0018] На фиг.1 показана система хранения топлива в форме модульной станции 100 хранения топлива согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения. Система 100 хранения топлива включает в себя множество опорных ножек 102, 104, закрепленных или иным образом контактирующих с землей 106. В одном из вариантов осуществления опорные ножки 102 могут представлять собой длинные опорные ножки, расположенные на противоположных сторонах системы 100, при этом опорная ножка 104 может представлять собой более короткую ножку, расположенную между длинными опорными ножками 102. Также, как показано на фиг. 1, система 100 включает в себя множество баков 108 хранения топлива, поддерживаемых в приподнятом положении над землей 106 с помощью ножек 102, 104. В одном из вариантов осуществления каждый бак 108 может быть размещен в корпусе 110, который может создавать привлекательный внешний вид системы 100, и на котором может быть размещена реклама или другая  графика.
[0019] На фиг. 1 показаны баки 108, способные вмещать жидкое топливо, такое как бензин и т.п. В одном из вариантов осуществления каждый бак 108 может хранить один и тот же вид топлива, хотя предполагается, что в каждом из баков могут храниться различные виды топлива, без отклонения от общих аспектов изобретения. Например, баки 108 могут хранить различные виды углеводородного топлива, включая, но без ограничения, бензин, дизельное топливо, сжатый природный газ (СПГ), сжиженный нефтяной газ (СНГ ), водород и метанол.
[0020] В варианте осуществления вся система 100 и ее компоненты, в том числе топливные баки 108 и ножки 102, 104, имеют конструкцию с по меньшей мере двойной стенкой для противопожарной защиты и ударопрочности. Например, каждый бак 108 включает в себя внешнюю стенку 112 и внутреннюю стенку 114. В одном из вариантов осуществления пространство между внешней стенкой 112 и внутренней стенкой 114 каждого бака может быть заполнено огнестойким и баллистически стойким материалом 116, как подробно описано ниже. Аналогично, каждая из ножек 102, 104 может иметь конструкцию с двойной стенкой, имеющую внешнюю стенку 118 и внутреннюю стенку 120.
[0021] Важно, что благодаря конструкции с двойными стенками ножки и баки хранения топлива имеют класс огнестойкости по меньшей мере 2,5 часов, являются баллистически стойкими и соответствуют требованиям Госдепартамента США по ударопрочности транспортного средства для класса К12 (т.е. ударное проникновение составляет менее 36 дюймов для транспортного средства весом 15 000 фунтов, движущегося со скоростью 50 миль в час). Такая конструкция обеспечивает целостную, прочную структуру с высокой устойчивостью к напряжению конструкции.
[0022] Также, как показано на фиг. 1, внешние длинные опорные ножки 102 прикреплены непосредственно к внешним бакам 108 с помощью монтажных кронштейнов 122 или аналогичных механизмов, при этом сами баки 108 непосредственно взаимно соединены друг с другом с помощью конструкционных элементов или монтажных кронштейнов 124. Как показано на фиг. 2, каждый бак 108 включает в себя множество узловых точек или точек 126 соединения для непосредственного соединения с другими баками 108 или ножками 102 с помощью монтажного кронштейна или аналогичных непосредственных соединений. Благодаря использованию множества точек непосредственного взаимного соединения между самими баками 108 и опорными ножками 102 можно повысить жесткость конструкции и устойчивость к нагрузке. Кроме того, данное непосредственное взаимное соединение во множестве точек позволяет самим бакам 108 функционировать в качестве несущих нагрузку конструкционных элементов, что устраняет необходимость в использовании массивных опорных балок или т.п.
[0023] На фиг. 3 показана приподнятая модульная система 300 хранения топлива согласно другому варианту осуществления изобретения. Система 300 в целом аналогична системе 100, где те же номера позиций обозначают те же части. Система 300 включает в себя множество опорных ножек 302, закрепленных или иным образом контактирующих с землей 306 и поддерживающих множество баков 308 хранения  топлива в приподнятом над землей 306 положении. В одном из вариантов осуществления каждый бак 308 может быть размещен внутри корпуса 310. Баки 308, проиллюстрированные на фиг. 3, специально предназначены для хранения СНГ.
[0024] В одном из вариантов осуществления вся система 300 и ее компоненты, включая топливные баки 308 и ножки 102, как и система 100, имеют конструкцию с двойной стенкой для огнеустойчивости и ударопрочности. Кроме того, как и в системе 100 с фиг. 1, опорные ножки 302 прикреплены непосредственно к внешним бакам 308 с помощью конструкционных монтажных кронштейнов 322 или аналогичных механизмов, при этом сами баки 308 непосредственно взаимно соединены друг с другом с помощью конструкционных элементов или монтажных кронштейнов 324 во множестве точек соединения. Аналогично, благодаря использованию множества точек непосредственного взаимного соединения между самими баками 308 и опорными ножками 302 можно повысить жесткость конструкции и устойчивость к нагрузке. Кроме того, данное непосредственное взаимное соединение во множестве точек позволяет самим бакам 108 функционировать в качестве несущих нагрузку конструкционных элементов, что устраняет необходимость в использовании массивных опорных балок или т.п.
[0025] Далее со ссылкой на фиг.4 показана приподнятая модульная система 400  хранения топлива согласно другому варианту осуществления изобретения. Система 400 в целом аналогична системам 100 и 300. Система 400 включает в себя множество опорных ножек 402, закрепленных или иным образом контактирующих с землей 406, и поддерживающих множество топливных баков 408 в приподнятом над землей 406 положении. В одном из вариантов осуществления каждый бак 408 может быть размещен в 30 корпусе 410. Баки 408, проиллюстрированные на фиг. 4, специально предназначены для хранения СПГ.
[0026] Как описано выше, вся система 400 и ее компоненты, включая топливные баки 408 и ножки 402, как и в системах 100 и 300, имеют конструкцию с двойными 35 стенками для огнеустойчивости и ударопрочности. Кроме того, как и в системе 100 с фиг. 1, опорные ножки 402 прикреплены непосредственно к внешним бакам 408 с помощью конструкционных монтажных кронштейнов 422 или аналогичных механизмов, при этом сами баки 408 непосредственно взаимно соединены друг с другом с помощью конструкционных элементов или монтажных кронштейнов 424 во множестве точек взаимного соединения. Опять же, благодаря использованию  множества точек непосредственного взаимного соединения между самими баками 408 и опорными ножками 402 можно повысить жесткость конструкции и устойчивость к нагрузке. Кроме того, данное непосредственное взаимное соединение во множестве точек позволяет самим бакам 408 функционировать в качестве несущих нагрузку конструкционных элементов, что устраняет необходимость в использовании массивных опорных балок или т.п.
[0027] Далее со ссылкой на фиг.5 показана подробная иллюстрация конструкции приподнятого бака для системы 400 хранения. Как показано на чертеже, каждый бак 108 имеет конфигурацию с тройными стенками и имеет внутренний бак 430, промежуточный бак 432 и внешний бак 434. Промежуточный бак 432 охватывает внутренний бак 430 и расположен на расстоянии от него, с образованием первого кольцевого пространства 436 между ними. Аналогично, внешний бак 434 охватывает промежуточный бак 432 и расположен на расстоянии от него, с образованием второго кольцевого пространства 438 между ними. В одном из вариантов осуществления внутренний бак способен вмещать газообразное топливо высокого давления, такое как СПГ или водород. В предпочтительном варианте осуществления первое кольцевое пространство 436 между внутренним баком 430 и промежуточным баком 434 заполнено смолой, а второе кольцевое пространство 438 между промежуточным баком 434 и внешним баком 434 заполнено теплоизоляционным материалом.
[0028] При использовании газ высокого давления размещен во внутреннем баке 430, при этом смола внутри первого кольцевого пространства 436 действует в качестве ударопоглотителя или поглотителя напряжений конструкции между внутренним баком 430 и промежуточным баком 432. Как показано на фиг. 5, конструкционные опорные/соединительные элементы 422, обеспечивающие взаимное соединение ножек 402 и бака 408, проходят между ножками 408 и промежуточным баком 432, при этом элементы 424 взаимного соединения проходят между промежуточным баком 432 одного элемента 408 бака к промежуточному баку 432 соседнего элемента 408 бака. Таким образом, промежуточный бак 432 функционирует как конструкционный элемент, непосредственно соединяющий соседние баки и несущий нагрузку, и как усиливающий элемент. Важно отметить, что данная конфигурация, в частности использование промежуточного бака 432, несущего нагрузку системы 400, предотвращает передачу напряжений конструкции на внутренний бак 430, вмещающий газообразное топливо высокого давления.
5[0029] В дополнение к изложенному выше, теплоизоляционный материал внутри второго кольцевого пространства 438 служит в качестве изолирующего слоя, обеспечивая как огнестойкость, так и баллистическую стойкость. В одном из вариантов осуществления теплоизоляционный материал внутри кольцевого пространства 438 может быть пиролитом (монолитный цемент с перлитом) или другим изолирующим материалом. Внешний бак 434 в свою очередь служит в качестве герметизирующего сосуда для системы 400 и защиты от элементов. Каждый из баков 430, 432, 434 может быть изготовлен из стали, хотя также могут быть использованы другие материалы, известные в данной области техники, без отклонения от общих аспектов изобретения.
[0030] Важно отметить, что бак 408 с тройными стенками устраняет любые напряжения конструкции на внутреннем баке 430, вмещающем газообразное топливо. Кроме того, как проиллюстрировано на фиг. 5, теплоизолятор 440, такой как пиролит, может быть использован также в соединительных элементах 424, 424 или вокруг них, чтобы обеспечить еще большую огнестойкость и баллистическую стойкость системы 400 в целом.
[0031] Описанные выше системы показаны как автономные системы хранения  топлива, однако настоящее изобретение этим не ограничено. В частности, помимо хранения топлива, системы могут быть конфигурированы для аналогичного распределения топлива для промышленных, коммерческих и пассажирских автомобилей.
[0032] Выше раскрыты и описаны подробные варианты осуществления заявленного изобретения, однако специалистам в данной области техники будет ясно, что в них могут быть внесены различные изменения, и признаки могут быть заменены на эквивалентные без изменения сущности изобретения. Кроме того, могут быть выполнены модификации для адаптации конкретной ситуации или материала к идее изобретения, без изменения сущности изобретения. Таким образом, предусмотрено, что изобретение не ограничено конкретными вариантами осуществления, раскрытыми в вышеизложенном подробном описании, но включает в себя все варианты его осуществления, соответствующие раскрытым здесь сведениям.