Способ газификации сжиженного природного газа в бортовых криогенных системах автотранспортных средств

Изобретение относится к криогенной технике, конкретно, к способу газификации сжиженного природного газа в бортовых криогенных системах автотранспортных средств. Способ газификации сжиженного природного газа в бортовых криогенных системах автотранспортных средств включает испарение жидкости и последующий подогрев образовавшегося при испарении газа, подаваемого потребителю. Испарение жидкости происходит за счет ее внутренней энергии непосредственно в криогенном сосуде топливного бака из-за нарушения равновесного состояния между паровой и жидкой фазами в результате постоянного отбора газа. Для компенсации внутренней энергии, отнимаемой у жидкости при ее кипении, используют внешний рекуперативный испаритель жидкости, который обеспечивает подачу подогретого газа в криогенный сосуд. Интенсивность подачи подогретого газа в криогенный сосуд регулируют скоростью потока подогретого в калориферном теплообменнике воздуха, подаваемого на внешний рекуперативный испаритель жидкости вентилятором с управляемым приводом. Использование изобретения позволит повысить эффективность и безопасность процесса газификации. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к способу газификации криогенных жидкостей и может быть использовано в бортовых криогенных системах автотракторных средств при замещении нефтяных топлив сжиженным природным газом (СПГ).

Известны способы газификации криогенных жидкостей путем испарения части жидкости в испарителе наддува, поддержания за счет этого избыточного давления в криогенном сосуде, вытеснения жидкости под действием избыточного давления в продукционный испаритель, испарения жидкости с применением различных видов теплоносителей и подогрева, образовавшегося при испарении газа (см. а.с. СССР №832240, кл. F 17 С 9/02).

Известны также способы газификации сжиженного природного газа в автомобильных криогенных системах питания двигателей, основанные на попеременном использовании паров жидкости, образовавшихся при ее кипение в криогенном сосуде из-за теплопритоков окружающей среды и газа и получаемого в результате испарения жидкости в продукционном испарителе. Переключение подачи газа в систему питания двигателей осуществляется посредством электромагнитных клапанов, управляемых в зависимости от давления в криогенном сосуде (см. Газобаллонные автомобили / Е.Г.Григорьев, Б.Д.Колубаев, В.В.Ерохов и др. - М.: Машиностроение, 1989. - 216 с.- Автомобильная криогенная система питания фирмы "Газ де Франс").

Однако автомобильные системы питания двигателей должны обеспечивать высокую динамику подачи топлива. В криогенных системах при небольших объемах потребления топлива роль аккумулирующего устройства выполняет продукционный испаритель. С ростом объемов потребления топлива использовать испаритель в качестве аккумулирующего звена становится экономически нецелесообразно и технически трудно реализовать использование из-за существенного увеличения его размеров.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ регазификации "регазификатор", в котором испарение жидкости осуществляется непосредственно в криогенном сосуде (см. а.с. №481752, кл. F 17 С /00 - прототип). Газификатор представляет собой теплоизолированный сосуд, внутри которого размещается радиатор, теплоприток к которому обеспечивает электронагреватель, установленный на наружной поверхности сосуда.

К недостаткам указанного способа газификации следует отнести то, что, во-первых, снижается полезный объем криогенного сосуда из-за размещения внутри его радиатора, во-вторых, ухудшаются теплоизолирующие свойства криогенного сосуда и тем самым существенно сокращается время бездренажного хранения, в-третьих, не предусматривается управление процессом газификации в оперативном режиме. Кроме того, при размещении электронагревателя на криогенном сосуде значительно снижается его пожаровзрывобезопасность.

Целью изобретения (техническая задача) является улучшение технических показателей, расширение области применения, снижение инерционности и повышение управляемости процесса газификации сжиженного природного газа.

Поставленная цель достигается тем, что в способе газификации сжиженного природного газа в бортовых криогенных системах автотранспортных средств жидкость в криогенном сосуде топливного бака кипит и испаряется за счет своей скрытой теплоты испарения из-за нарушения равновесного состояния между паровой и жидкой фазами при постоянном отборе газа из паровой подушки. Для компенсации внутренней энергии, отнимаемой у жидкости при ее кипении, используется внешний рекуперативный подогреватель жидкой фазы СПГ. Интенсивность подогрева регулируется скоростью потока подогретого в калориферном теплообменнике воздуха, подаваемого на внешний рекуперативный испаритель жидкости вентилятором с управляемым приводом.

Достигаемый технический результат заключается в том, что в криогенном сосуде не применяется встроенный теплоисточник, поэтому его пространство полностью используется для создания необходимого запаса топлива. Вместе с тем, объем пространства криогенного сосуда, занимаемого паровой фазой сжиженного природного газа по условиям эксплуатации криогенных сосудов (минимум 10% от геометрического объема сосуда), и высокая скорость фазового перехода за счет внутренней энергии жидкости (примерно равная скорости звука) обеспечивают стабильный отбор газа для питания двигателей автотракторных средств на всех эксплуатационных режимах (улучшение технических показателей, снижение пожаровзрывобезопасности). За счет регулирования интенсивности подачи подогретого в калорифере воздуха на внешний рекуперативный подогреватель жидкой фазы СПГ существенно снижаются массогабаритные характеристики оборудования и затраты на его изготовление.

Изобретение поясняется чертежом, на котором показана схема бортовой криогенной системы автотранспортных средств с прилагаемым способом газификации. На чертеже приняты следующие обозначения: 1 - криогенный сосуд топливного бака со сжиженным природным газом; 2 - безопасное дренажное устройство; 3, 6, 8, 20 - запорные вентили; 4, 9 - электромагнитные клапана; 10 - заправочное быстроразъемное соединение с запорным клапаном; 11 - теплообменник рекуперативный для подогрева газа; 12, 23 - присоединительные устройства теплообменников к системе выпуска отработавших газов; 14 - фильтр; 15, 18 - датчики давления; 16 - индикаторы утечки СПГ; 17 - индикатор уровня СПГ; 19 - манометр; 21 - подогреватель СПГ; 22 - теплообменник-калорифер для подогрева воздуха; 24 - вентилятор; 25 - воздухозаборник; 26 - электродвигатель вентилятора; 27 - микроконтроллер; 28 - электромагнит выключателя блокировки; 29 - электромагнит механизма установки запальной дозы.

Криогенный сосуд топливного бака наполняется сжиженным природным газом бездренажным способами с давлением 0,5 МПа по быстроразъемному заправочному устройству с запорным клапаном 10. Из паровой подушки криогенного сосуда газ за счет перепада давления поступает в кожухотрубный рекуперативный телообменник 11. В качестве теплоносителя в подогревателе используются отработавшие газы двигателя. Установленный выходной уровень температуры газа из подогревателя 0±20°С. Регулятор давления 13 обеспечивает давление на входе в систему питания газодизеля в пределах 0,3±0,01 МПа. Запорные клапана 8, 9 позволяют отключать подачу газа в систему питания газодизеля дистанционно (с помощью электромагнита) и вручную согласно установленному регламенту. Быстроразъемное соединение с запорными элементами 10 создает благоприятные условия для снятия и установки топливного бака при проведении технических воздействий на автомобилях-самосвалах в помещениях, несоответствующих требованиям пожаровзрывобезопасности. Фильтр 14 обеспечивает очистку газового топлива от механических и других примесей. Контроль давления газа, подаваемого в систему питания двигателя, осуществляется с помощью датчика давления 15, который имеет обратную связь регулятором давления 13.

Рекуперативный подогреватель 21 компенсирует потери энергии СПГ в криогенном сосуде. Интенсивность подачи подогретого газа в криогенный сосуд регулируется скоростью и температурой потока воздуха, подаваемого на рекуперативный испаритель 21. Воздух подогревается в калориферном теплообменнике 22. Вентилятор 24 для нагнетания воздуха имеет регулируемый электропривод 26. Управляющие воздействия формируется микропроцессорным контроллером 27, на основе синтеза данных о термодинамических характеристиках газового топлива.

С этой целью уровень СПГ в криогенном сосуде и давление внутри его контролируются индикатором уровня 17, датчиком давления 18 и манометром 19.

Перевод работы двигателя с дизельного режима на газодизельный и обратно осуществляется на прогретом двигателе (температура охлаждающей жидкости на выходе из дизеля 80-90°С) с помощью механизма установки запальной дозы, работа привода которого обеспечивается электромагнитом 28. Для предотвращения одновременной подачи газа и неограниченной (полной) дозы дизельного топлива используется датчик блокировки 29.

Место установки БКМ СПГ выполняется в виде полуоткрытого отсека с естественной и принудительной вентиляцией, исключающих попадание газа в генератор, высоковольтную аппаратуру управления, тяговые электродвигатели. По периметру отсека устанавливаются индикаторы 16 типа ИМА-1, выполненные, как и их блоки питания, во взрывозащищенном исполнении.

Приведенные выше сведения позволяют сделать вывод, что предлагаемое техническое решение отвечает критериям новизны, неочевидности и промышленной применимости, в связи с чем представляется к правовой защите патентом на изобретение.

1. Способ газификации сжиженного природного газа в бортовых криогенных системах автотранспортных средств, включающий испарение жидкости и последующий подогрев образовавшегося при испарении газа, подаваемого потребителю, отличающийся тем, что испарение жидкости происходит за счет ее внутренней энергии непосредственно в криогенном сосуде топливного бака из-за нарушения равновесного состояния между паровой и жидкой фазами в результате постоянного отбора газа.

2. Способ газификации сжиженного природного газа в бортовых криогенных системах автотранспортных средств по п.1, отличающийся тем, что для компенсации внутренней энергии, отнимаемой у жидкости при ее кипении из-за нарушения равновесного состояния между паровой и жидкой фазами, используется внешний рекуперативный подогреватель жидкости.

3. Способ газификации сжиженного природного газа в бортовых криогенных системах автотранспортных средств по п.1, отличающийся тем, что интенсивность подачи подогретого газа в криогенный сосуд для компенсации внутренней энергии, отнимаемой у жидкости при ее кипении из-за нарушения равновесного состояния между паровой и жидкой фазами, регулируется скоростью потока подогретого в калориферном теплообменнике воздуха, подаваемого на внешний рекуперативный подогреватель жидкости вентилятором с управляемым приводом.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к криогенной технике и может быть использовано для хранения, газификации и подачи кислорода потребителю в передвижных условиях с возможностью применения в авиации, на флоте, в высотном альпинизме и в медицине.

Изобретение относится к хранению и подаче газов из сосудов, может найти применение для циклической выработки сжиженных рабочих тел из шаробаллонной системы и позволяет повысить эффективность способа путем более полной выработки рабочего тела.

Изобретение относится к газовой промышленности, в частности к области испытаний газоперекачивающих агрегатов на основе авиационных двигателей. Генератор для газификации сжиженного природного газа и подачи газообразного продукта потребителю содержит по меньшей мере два соединенных между собой газификатора высокого давления, полости которых соединены с устройствами отвода газообразного продукта и подвода к магистралям подачи газообразного продукта потребителю. Каждый газификатор снабжен нагревательным элементом и подключенным к нему задатчиком давления, работающим в соответствии с зависимостью давления природного газа в замкнутом объеме от температуры и степени заполнения газификатора сжиженным природным газом β. Техническим результатом является обеспечение постоянства давления при подаче газовой составляющей потребителю в течение определенного промежутка времени при упрощении конструкции. 2 ил.

Группа изобретений относится к регазификации сжиженного природного газа (СПГ), а именно к способам и системам, в которых используются циклы Брайтона для регазификации СПГ. Энергоустановка, включающая устройство для регазификации сжиженного природного газа, содержит: компрессор, предназначенный для сжатия рабочей текучей среды; систему рекуперации тепла, предназначенную для обеспечения тепла для рабочей текучей среды; турбину, предназначенную для производства работы с использованием рабочей текучей среды. Также один или более теплообменников, предназначенных для передачи тепла от рабочей текучей среды к сжиженному природному газу первой стадии, находящемуся при первом давлении, и к одному сжиженному природному газу второй стадии, находящемуся при втором давлении, а также к сжатой рабочей текучей среде. Также описаны способ для осуществления регазификации сжиженного природного газа и способ модификации устройства для регазификации сжиженного природного газа. Группа изобретений позволяет повысить эффективность процесса сжижения, а также общую эффективность цикла выработки электроэнергии с использованием сбрасываемого тепла. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области подготовки к транспортированию смеси газа и газового конденсата. Способ включает очистку природного газа, многоступенчатое охлаждение его до температуры от -30 до -50°С с добавлением охлажденного до температуры от -20 до -50°С конденсата в количестве от 3 до 10 вес. %. Полученную углеводородную смесь охлаждают до температуры от -40 до -50°С при давлении от 10 до 12 МПа до однофазного жидкого состояния. Обеспечивается возможность транспортирования смеси сжиженных углеводородных газов с газоконденсатных месторождений Севера по магистральным трубопроводам. 4 ил.

Изобретение может быть использовано в системах топливоподачи двигателей внутреннего сгорания. Предложено устройство и способ подачи газообразного топлива из тендера 20 в двигатель внутреннего сгорания 30 тепловоза, включая хранение топлива при сверхнизкой температуре в криогенном баке 50 на тендере 20; нагнетание топлива из криогенного бака 50 до первого давления с помощью насосов 60 и 70; перевод топлива в газообразное состояние под первым давлением с помощью теплообменника 90 на указанном тендере 20; и подачу топлива, переведенного в газообразное состояние, из тендера 20 в двигатель внутреннего сгорания 30; при этом давление паров газообразного топлива лежит в диапазоне 310-575 бар. 2 н. и 40 з.п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к холодильной технике. Устройство для охлаждения потребителя холода включает контур охлаждения (2) для циркуляции охлаждающей жидкости. Контур включает насос (5) и переохладитель (6), имеющий контейнер (7), жидкостно соединенный через подводящий трубопровод (12) с дроссельным вентилем (14) с баком (11) для хранения охлаждающей жидкости и служащий для размещения охлаждающей ванны. Трубопровод (15) для отвода газа, расположенный на контейнере (7), для отвода испарившейся охлаждающей жидкости. Теплообменник (9), который погружен в охлаждающую ванну (8) и интегрирован в контур охлаждения (2). От контура охлаждения (2) ответвлен соединительный трубопровод (17), жидкостно соединенный с баком (11) для хранения и/или с подводящим трубопроводом (12), ведущим к охлаждающей ванне (8) переохладителя (6), выше по потоку от дроссельного вентиля (14). Техническим результатом является возможность обойтись без использования отдельного сосуда для уравнивания. 7 з.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх