БАК КРИОГЕННЫЙ ТОПЛИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА, РАБОТАЮЩЕГО НА СЖИЖЕННОМ ПРИРОДНОМ ГАЗЕ

При использовании СПГ в качестве моторного топлива очень важно время бездренажного хранения топлива в баке, которое зависит как от теплопритоков извне, так и от температурного расслоения жидкости (стратификации), возникающей при хранении в закрытых емкостях при давлении, и так называемого «старения» СПГ, когда состав остаточного СПГ изменяется в сторону обогащения высококипящими компонентами.
Накапливание тяжелых углеводородов в нижней части сосуда при заливке новых порций СПГ может привести к их загустеванию и, как следствие, к забивке вязкой фазой трубопроводов и импульсных трубок уровнемера.
Известен способ организации конвективных потоков в жидкости /см. Япония, 6097080 В4 кл. 5 F 17 C 13/00 (IP 89327688 18.12.89)/, основанный на системе подогрева ее нижних слоев. Образующиеся при подогреве газовые пузырьки и слои теплой жидкости поднимаются, вызывая перемешивание всей массы жидкости. В стационарных условиях осуществить систему подогрева можно разными способами, так например, используя подогретый азот. Перемешивание жидкости можно вести и традиционным механическим путем, но это требует установки дополнительного довольно громоздкого оборудования /см. а.с. СССР №189206 (заявка №3046821 от 19.07. 1982 г)/.
В транспортных баках это использовать практически невозможно.
В транспортных баках, которые часто заправляются, идет дополнительное накапливание тяжелых углеводородов за счет оставшегося в баке топлива.
Известен бак криогенный топливный транспортного средства, работающего на сжиженном природном газе (СПГ) /(см. P/N 3835849 Rev А 4/99)/, состоящий из криогенного бака, представляющего собой два сосуда один внутри другого; внутренний сосуд снаружи обмотан изоляцией, а межстенное пространство между сосудами отвакуумировано, и системы заправки и подачи топлива к двигателю транспортного средства, включающей указатель уровня СПГ, испаритель наддува и арматуру.
К недостатку этого топливного бака следует отнести возможность стратификации в жидкости и накапливания тяжелых углеводородов, приводящие к забивке импульсных трубок измерителя уровня и трубопроводов.
Целью предлагаемого изобретения является устранение возникновения стратификации и накапливания тяжелых фракций в нижних слоях жидкости а, следовательно, и увеличение срока бездренажного хранения топлива и повышение надежности подачи топлива из бака автотранспортного средства.
Устранение накапливания тяжелых углеводородов достигается тем, что патрубок отбора жидкости на испаритель наддува, находящийся внутри сосуда, выполнен двустенным, межстенное пространство отвакуумировано, на внутренний патрубок установлен подогреватель, а конец патрубка, выполненный, например с косым срезом, расположен непосредственно на нижней образующей сосуда.
Для естественного перемешивания жидкости во время движения транспортного средства вдоль нижней образующей внутреннего сосуда закреплен, как минимум, один отрезок трубы, изогнутый вверх, например,
по профилю днища сосуда, и его верхний срез расположен выше горизонтальной оси сосуда.
Для пояснения сущности предлагаемого технического решения представлены:
Фиг.1 (а,б). Бак криогенный топливный двигателя транспортного средства, работающего на сжиженном природном газе.
Фиг.2 Узел установки патрубка испарителя наддува.
Фиг.3 (а,б) Устройство для перемешивания слоев жидкости.
Бак криогенный топливный двигателя транспортного средства, работающего на сжиженном природном газе (СПГ), (см. фиг.1а) состоит из криогенного топливного бака 1, системы заправки 2, системы газосброса 3 и арматуры.
Криогенный топливный бак 1 (см. фиг.1а,б) представляет собой двустенный цилиндрический резервуар 4, выполненный, например, из нержавеющей стали. Внутренний сосуд 5 криогенного бака 1 закреплен в кожухе 6. На поверхность внутреннего сосуда 5 нанесена высокоэффективная теплоизоляция 7, а межстенное пространство 8 между внутренним сосудом 5 и кожухом 6 отвакуумировано.
В верхней части внутреннего сосуда 5 установлена ловушка 9 (см. фиг.16), предотвращающая выброс жидкого топлива в трубопровод 10 подачи газовой фазы в двигатель при движении транспортного средства.
Криогенный топливный бак 1 снабжен указателем уровня 11, соединенным с ним линией 12. Для поднятия давления в системе (см фиг.1а) и во внутреннем сосуде 5 криогенного топливного бака 1 предусмотрен испаритель наддува 13, встроенный в трубопровод 14 перед вентилем 15, соединяющим его с газовой полостью внутреннего сосуда 5.
Патрубок 16 испарителя наддува 13 (см.фиг.2), расположенный внутри сосуда 5, выполнен двустенным, с корпусом 17, межстенное пространство между которыми отвакуумировано, и имеет подогреватель 18, например, электрический, размещенный на его поверхности. Конец патрубка 16 выполнен, например, со срезом 19 и размещен на нижней образующей внутреннего сосуда 5.
Устройство для перемешивания жидкости, хранящейся во внутреннем сосуде 5, выполнено следующим образом (см фиг.3).
Вдоль нижней образующей внутреннего сосуда 5 закреплен отрезок трубы 20 (см. фиг 3а), один конец которого изогнут вверх, например, по профилю днища 21 сосуда 5, а его верхний срез 22 расположен выше горизонтальной оси 23 внутреннего сосуда 5. В сосуде можно разместить, например, отрезок трубы 24 (см. фиг.3б) как зеркальное изображение отрезка 20. При необходимости количество устанавливаемых отрезков труб может быть увеличено, а также изменена их конфигурация.
Работа устройства заключается в постоянном перемещении нижних слоев жидкости в верхнюю зону сосуда при неустановившемся движении транспортного средства.
Во время хранения СПГ при неработающем двигателе, когда отбор жидкости и газа из внутреннего сосуда 5 не ведется, в последнем происходит температурное расслоение жидкости за счет теплопритоков из окружающей среды и образования верхнего равновесного прогретого слоя, что ведет к быстрому росту давления в баке. Кроме того, при длительном хранении идет процесс так называемого «старения СПГ», при котором в нижнем слое скапливается более тяжелая фракция углеводородов.
Во время движения транспортного средства более интенсивно испаряются верхние прогретые слои жидкости, а перемешивание нижних вязких слоев идет недостаточно активно, кроме того, нередко дозаливка
жидкого топлива идет при не полностью использованном топливе и слой с тяжелыми углеводородами накапливается.
Внутренний сосуд 5 (см.фиг.1) криогенного топливного бака 1 транспортного средства заполняется сжиженным природным газом через систему заправки 2 до уровня, соответствующего коэффициенту заполнения 90% по указателю уровня 11, с открытым вентилем газосброса в системе заправки 2, через который сбрасываются пары в дренажную магистраль (на фиг.1 не показана).
При работе двигателя и падении давления в системе включается испаритель наддува 13 и подогреватель 18 при открытом вентиле 15, давление во внутреннем сосуде и системе повышается за счет испарения части жидкости. По достижении необходимого давления выключается подогреватель 18 и подача жидкости в испаритель наддува 13 прекращается закрытием вентиля 15.
Подогреватель 18 автоматически включается каждый раз, когда двигатель переходит на работу от паровой фазы. Подогреватель 18 за счет нагрева локальной зоны обеспечивает разжижение плотных накоплений в нижних слоях топлива и свободный проход жидкости в патрубок 16 и далее в испаритель наддува 13 и топливную магистраль двигателя. При необходимости подогреватель 18 можно включить вручную.
Подогреватель 18, установленный в нижней части бака, обеспечивает надежность эксплуатации транспортного средства независимо от качества газомоторного топлива.
Для устранения расслоения жидкого топлива при движении транспортного средства предусмотрено устройство принудительного перемешивания: при разгоне или торможении, а также на поворотах жидкость нижнего слоя под действием сил инерции попадает в отрезок трубы 20 (и/или в 24) и фонтанирует в верхний слой. При этом происходит перемешивание жидкости по всему объему сосуда 5, за счет чего уменьшается
скорость стратификации и старения топлива, а, следовательно, и увеличивается длительность его хранения и повышается надежность работы топливной системы в целом.