КРИОГЕННЫЙ БАК

Полезная модель относится к криогенным бортовым топливным системам для автотранспорта, работающего на сжиженном природном газе (далее в тексте - СПГ).
Одной из проблем при заправке криогенного топливного бака потоком СПГ является необходимость оставлять незаполненным 11-15% объема бака для обеспечения компенсации теплового расширения СПГ.
Известен криогенный бак, в котором расположен рычажно-поплавковый измеритель уровня сжиженного природного газа (СПГ). Измеритель уровня СПГ находится в сообщенном с наружным корпусом криогенного бака посредством торцевых опор внутреннем корпусе и состоит из поплавка и связанного с рычагом датчика уровня. При достижении максимально допустимого уровня СПГ в баке рычаг поплавка нажимает на запорный клапан, прекращая таким образом поступление СПГ в бак (Горбачев С.П., Попов В.П., Подосинников В.В., Полохов В.Г. (ООО «ВНИИГАЗ») «Стенд для испытания криогенных бортовых топливных систем» (материалы конференций "Опыт и проблемы использования природного газа в качестве моторного топлива" и "Альтернативные энергоносители на основе газовых технологий: СУГ, СПГ, СЖТ, топливные элементы, ДМЭ, биогаз", 27-28 сентября 2005 г., Москва, МВК «Сокольники»), Информационный бюллетень НГА №4 (21), декабрь 2005 г. (показан на рисунке «Конструкция криогенного топливного бака ЭКИП»).
Недостатком известного криогенного бака является то, что рычажно-поплавковые ограничители, одновременно являющиеся измерителями уровня сжиженного природного газа, работают нестабильно во время заправки бака. Как правило, объем поплавка (с целью уменьшения так называемого «паразитного» объема) выбирается минимальным, а усилие, необходимое для закрытия запорного клапана, обеспечивается соотношением плеч рычага, что делает такую конструкцию чувствительной к увеличению усилий в рычажном механизме.
2
Кроме того, при заправке криогенного бака, внутри которого расположена описанная конструкция рычажно-поплавкового механизма, происходит интенсивное перемешивание оставшегося в баке СПГ с вновь поступающим топливом. Частицы отложений, находящиеся на дне бака (масло, кристаллы CO, гидраты метана и т.д.), взбалтываются и в виде взвеси попадают в зону контакта между подвижными деталями и направляющими частями рычажно-поплавкового механизма. Это приводит к заеданиям в его перемещении и нестабильной работе запорного клапана, а также к затягиванию времени заправки. В то же время, если делать объем поплавка большим, то это приводит к тому, что эта часть полезного объема бака не может быть использована.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является криогенный бак, состоящий из сообщенных друг с другом посредством торцевых опор внутреннего и наружного корпусов, во внутреннем корпусе расположен компенсационный бачок, образованный перегородкой с отверстиями для слива жидкости, расположенными в верхней части перегородки и сообщающими емкость внутреннего сосуда с полостью компенсационного бачка. Кроме того, криогенный бак содержит наполнительный трубопровод, снабженный соплом Вентури, область разряжения которого соединена трубопроводом с полостью компенсационного бачка. При заправке поступающий в бак СПГ создает в сопле Вентури разряжение, что обеспечивает опорожнение компенсационного бачка (Технический отчет «Современные бортовые системы хранения СПГ», рис.3 «Топливный бак СПГ», опубл. 31.10.2003).
Известный криогенный бак решает проблему, описанную в предыдущем источнике информации, а также обеспечивает бездренажную заправку криогенного бака. Однако наряду с преимуществами известный криогенный бак имеет следующие недостатки: такое конструктивное решение не обеспечивает незаполненного компенсационного объема бака при всех видах заправки СПГ (как бездренажной, так и дренажной), а также не обеспечивает использования объема, занимаемого поплавком, в качестве компенсационного объема.
Технический результат, на достижение которого направлена заявленная полезная модель, состоит в устранении указанных выше недостатков, а именно повышает надежность работы криогенного бака и расширяет его функциональные возможности за счет гарантированного обеспечения незаполненности компенсационного объема бака при любых видах заправки СПГ (дренажной и бездренажной), а также за счет использования занимаемого поплавком объема в качестве компенсационного объема.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в заявленном криогенном баке, состоящем из соединенных друг с другом посредством торцевых опор наружного корпуса и внутреннего корпуса, в котором в свою очередь расположены наполнительный трубопровод и компенсационный бачок поплавкового типа, согласно полезной модели наполнительный трубопровод содержит запорный клапан, а указанный компенсационный бачок расположен в верхней части внутреннего корпуса криогенного бака таким образом, что один конец компенсационного бачка подвижно соединен со стенкой внутреннего корпуса криогенного бака, а второй конец - с запорным клапаном нагнетательного трубопровода, при этом в нижней части компенсационного бачка выполнены отверстия, сообщающие его внутреннюю полость с полостью внутреннего корпуса криогенного бака.
Сущность заявленного технического решения поясняется чертежом, на котором показан криогенный бак 1, состоящий из внутреннего 2 и наружного корпусов 3, сообщенных друг с другом торцевыми опорами 4. Криогенный бак 1 оснащен двумя трубопроводами (5, 7): соответственно наполнительным, который снабжен запорным клапаном 6, и дренажным. Кроме того, во внутреннем корпусе 2 криогенного бака 1 расположен компенсационный бачок 8 поплавкового типа. Один конец компенсационного бачка 8 подвижно соединен со стенкой внутреннего корпуса 2, например, шарнирно с помощью оси 9, а другой конец компенсационного бачка 8 контактирует с запорным клапаном 6, а в нижней части компенсационного бачка 8 выполнены отверстия 10 для слива жидкости, сообщающие внутреннюю полость компенсационного бачка 8 с полостью внутреннего корпуса 2 криогенного бака 1.
Работа заявленного криогенного бака осуществляется следующим образом.
В случае бездренажной заправки криогенного бака 1 (при закрытом дренажном трубопроводе 7) СПГ поступает через наполнительный трубопровод 5. По мере увеличения уровня СПГ в криогенном баке 1, расположенный в его внутреннем корпусе 2 компенсационный бачок-поплавок 8 начинает всплывать до тех пор, пока не осуществится перекрытие расположенного в наполнительном трубопроводе 5 запорного клапана 6, вследствие чего заправка СПГ в криогенный бак 1 заканчивается. При этом внутренняя полость компенсационного бачка-поплавка 8 остается незаполненной. При тепловом расширении жидкая фаза СПГ поступает во внутреннюю полость компенсационного бачка-поплавка 8 через отверстия 10. При израсходовании части СПГ, когда его уровень опустится ниже отверстия компенсационного бачка-поплавка 8, жидкая фаза СПГ вытекает из его внутренней полости, после чего криогенный бак 1 снова можно заправлять с гарантированным обеспечением незаполненного компенсационного объема.
При дренажной заправке криогенного бака 1 (например, когда бак долго не эксплуатировался и не «захоложен» до обычной, рабочей температуры), дренажный трубопровод 7 открыт и через него осуществляется удаление из криогенного бака 1 излишней паровой фазы. При наполнении криогенного бака 1 до заданного уровня, компенсационный бачок-поплавок 8 всплывает перекрывает запорный клапан 6 наполнительного трубопровода 5, вследствие чего заканчивается поступление СПГ во внутренний корпус 2 и обеспечивается незаполненный объем внутренней полости компенсационного бачка-поплавка 8 после дренажной заправки.
Использование в современных криогенных бортовых топливных системах заявленной конструкции криогенного бака с расположенным внутри компенсационным бачком поплавкового типа обеспечивает незаполненность компенсационного объема бака как при дренажной, так и при бездренажной заправке, что позволяет улучшить функциональные возможности криогенного бака.