PL235446B1 - Układ zasilania autobusu skroplonym powietrzem - Google Patents

Abstract

Układ zasilania autobusu skroplonym powietrzem, składa się ze stacjonarnego punktu przygotowania powietrza, w którym powietrze schłodzone w wielostopniowym układzie chłodzenia jest wykraplane do fazy ciekłej i magazynowane w zbiorniku magazynującym (12) połączonym ze stacją tankowania (18) wyposażoną w dystrybutor, przez który skroplone powietrze jest przetłaczane do mobilnego zbiornika ciekłego powietrza (20) autobusu. Wielostopniowy układ chłodzenia zawiera wymiennik wielostrumieniowy (9) wyposażony w stacjonarny obieg chłodniczy (A) do odzysku ciepła, w skład którego wchodzi magazyn (30) zimnego czynnika chłodniczego i magazyn (25) ciepłego czynnika chłodniczego. Autobus jest wyposażony w mobilny wymiennik ciepła (21) do regazyfikacji skroplonego powietrza oraz mobilny obieg chłodniczy (B), w skład którego wchodzi zbiornik (28) ciepłego czynnika chłodniczego i zbiornik (29) zimnego czynnika chłodniczego. Stacja tankowania (18) jest wyposażona w kolektor zimnego czynnika chłodniczego łączący zbiornik (29) zimnego czynnika chłodniczego z magazynem (30) zimnego czynnika chłodniczego, oraz kolektor ciepłego czynnika chłodniczego łączący magazyn (25) ciepłego czynnika chłodniczego ze zbiornikiem (28) ciepłego czynnika chłodniczego.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest układ zasilania autobusu skroplonym powietrzem.

Z publikacji zgłoszenia patentowego US20170016577 znany jest system magazynowania energii w skroplonym powietrzu o zwiększonej sprawności dzięki zastosowaniu instalacji pozwalającej na odzyskiwanie ciepła wydzielanego podczas sprężania powietrza w trybie ładowania magazynu i chłodu uzyskanego podczas regazyfikacji i rozprężania powietrza.

Z publikacji zgłoszenia patentowego US2002178724 znany jest sposób zasilania pojazdu regazyfikowanym gazem, na przykład powietrzem. W rozwiązaniu tym na pokładzie pojazdu produkowane jest ciekłe powietrze kosztem ciepła, którego źródłem może być energia promieniowania słonecznego, energia sprężania powietrza, ciepło wydzielane w wyniku tarcia, itp. Na pokładzie pojazdu zachodzi następnie regazyfikacja, a pary gazu podczas rozprężania powodują pracę układu tłokowego, zapewniając pojazdowi energię mechaniczną.

Z opisu patentowego US 4294323 A znany jest pojazd zasilany ciekłym azotem. Azot w postaci ciekłej jest magazynowany w zbiornikach mobilnych, a następnie zregazyfikowany gaz o podwyższonym ciśnieniu rozpręża się w turbinie, napędzając pojazd energią mechaniczną.

W stacjonarnej instalacji przygotowania powietrza zachodzi proces skraplania powietrza poprzez wstępne chłodzenie oraz zdławienie i jego magazynowanie w zaizolowanych zbiornikach. Układ zużywa energię elektryczną, aby sprężyć powietrze przed procesem skraplania oraz chłód odzyskany w procesie regazyfikacji. Energia elektryczna jest używana do zasilenia sprężarek. Następnie gaz jest wstępnie chłodzony i trafia na zawór dławiący, gdzie w wyniku negatywnego efektu Joule’a-Thomsona ochładza się i częściowo skrapla. Zmagazynowana faza ciekła może być przetłaczana pompą kriogeniczną poprzez dystrybutor do mobilnego zbiornika.

Celem wynalazku jest zminimalizowanie energochłonności procesu skraplania i regazyfikacji powietrza w instalacji stacjonarnej poprzez wykorzystanie czynnika zimnego magazynowanego w obiegu chłodniczym autobusu zasilanego regazyfikowanym powietrzem.

Układ zasilania autobusu skroplonym powietrzem, złożony ze stacjonarnego punktu przygotowania powietrza, w którym powietrze schłodzone w wielostopniowych układzie chłodzenia jest wykraplane do fazy ciekłej i magazynowane w zbiorniku magazynującym połączonym ze stacją tankowania wyposażoną w dystrybutor, przez który skroplone powietrze jest przetłaczane do mobilnego zbiornika ciekłego powietrza autobusu, według wynalazku charakteryzuje się tym, że wielostopniowy układ chłodzenia zawiera wymiennik wielostrumieniowy wyposażony w stacjonarny obieg chłodniczy do odzysku ciepła, w skład którego wchodzi magazyn zimnego czynnika chłodniczego i magazyn ciepłego czynnika chłodniczego, a autobus jest wyposażony w mobilny wymiennik ciepła do regazyfikacji skroplonego powietrza oraz mobilny obieg chłodniczy, w skład którego wchodzi zbiornik ciepłego czynnika chłodniczego i zbiornik zimnego czynnika chłodniczego, przy czym stacja tankowania jest wyposażona w kolektor zimnego czynnika chłodniczego łączący zbiornik zimnego czynnika chłodniczego z magazynem zimnego czynnika chłodniczego, oraz kolektor ciepłego czynnika chłodniczego łączący magazyn ciepłego czynnika chłodniczego ze zbiornikiem ciepłego czynnika chłodniczego.

Wynalazek jest realizowany poprzez zastosowanie stacji tankowania wyposażonej w dwa dodatkowe kolektory łączące stacjonarny obieg chłodniczy stacjonarnego punktu zasilania i mobilny układ chłodniczy autobusu. Wraz ze skroplonym powietrzem autobus zasilany jest w czynnik chłodniczy ciepły a oddaje do stacji czynnik chłodniczy zimny. Chłód odzyskany w procesie regazyfikacji jest magazynowany w zbiorniku zimnego czynnika chłodniczego znajdującego się w autobusie, a następnie jest przetłaczany do stacjonarnego punktu przygotowania powietrza, by zostać wykorzystanym przy procesie skraplania i zapewnić odzysk energii, co zwiększy ekonomiczną opłacalność przedsięwzięcia.

Wynalazek jest objaśniony w przykładzie realizacji na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat technologiczny układu zasilania autobusu skroplonym powietrzem, a fig. 2 schemat blokowy instalacji układu zasilania.

Prezentowany układ składa się ze stacjonarnego punktu przygotowania powietrza wyposażonego w wielostopniowy układ schładzania powietrza ze stacjonarnym obiegiem chłodniczym A wymiennika wielostrumieniowego 9, oraz autobusu z mobilnym obiegiem chłodniczym B mobilnego wymiennika ciepła 21. W stacjonarnym punkcie przygotowania powietrza, powietrze schłodzone w wielostopniowych układzie chłodzenia jest wykraplane do fazy ciekłej i magazynowane w zbiorniku magazynującym 12 połączonym ze stacją tankowania 18 wyposażoną w dystrybutor, przez który skroplone powietrze jest przetłaczane do mobilnego zbiornika ciekłego powietrza 20 autobusu. Proces skraplania powietrza

PL 235 446 B1 może być prowadzony wtedy, gdy występuje nadwyżka energii w sieci i jest ona relatywnie tania. Wielostopniowy układ chłodzenia zawiera wymiennik wielostrumieniowy 9 wyposażony w stacjonarny obieg chłodniczy A do odzysku ciepła, w skład którego wchodzi magazyn 30 zimnego czynnika chłodniczego i magazyn 25 ciepłego czynnika chłodniczego. Autobus jest wyposażony w mobilny wymiennik ciepła 21 do regazyfikacji skroplonego powietrza oraz mobilny obieg chłodniczy B, w skład którego wchodzi zbiornik 28 ciepłego czynnika chłodniczego i zbiornik 29 zimnego czynnika chłodniczego.

Faza gazowa procesu technologicznego instalacji obejmuje wlot strumienia gazu wlotowego 1, który łączy się ze strumieniem obiegu recyrkulacji 15 i poprzez pierwszy mieszalnik 2, kierowany jest do pierwszej sprężarki 3, następnie do pierwszego wymiennika 4, gdzie następuje chłodzenie powietrza. Następnie strumień powietrza kierowany jest na drugą sprężarkę 5, zza której trafia do drugiego wymiennika 6, na trzecią sprężarkę 7 i trzeci wymiennik 8. W kolejnym etapie strumień powietrza trafia na pierwszy wymiennik wielostrumieniowy 9, gdzie zachodzi kolejny proces schładzania. Zza wymiennika wielostrumieniowego 9 strumień powietrza kierowany jest na zawór dławiący 10, gdzie w wyniku efektu Joule’a-Thompsona częściowo się wykrapla. Następnie powstały strumień dwufazowy 11 trafia na separator faz 12, gdzie jest rozdzielany na fazę ciekłą 13 i gazową 14. Faza gazowa 14 kierowana jest na wymiennik wielostrumieniowy 9 gdzie ogrzewa się, a następnie łączy się obiegiem recyrkulacji 15 ze strumieniem gazu wlotowego 1 poprzez pierwszy mieszalnik 2. Faza ciekła 13 kierowana jest do zbiornika magazynującego 16. Skroplone powietrze jest następnie przetłaczane pompą kriogeniczną z dystrybutora do zbiornika znajdującego się w autobusie, w którym znajduje się także zbiornik czynnika chłodniczego ciepłego i zimnego. W czasie jazdy autobusu następuje ogrzewanie skroplonego powietrza za pomocą zmagazynowanego wcześniej czynnika chłodniczego ciepłego i jego regazyfikacja. Następnie gaz kierowany jest do silnika pneumatycznego - tłokowego bądź wirowego, który zasila autobus.

Podczas tankowania autobusu, strumień wylotowy ciekłego powietrza 17 trafia do stacji tankowania 18 skąd strumieniem zasilającym 19 kierowany jest do mobilnego zbiornika ciekłego powietrza 20. W czasie jazdy autobusu, ciekłe powietrze z mobilnego zbiornika ciekłego powietrza 20 trafia na mobilny wymiennik ciepła 21 gdzie odbywa się proces regazyfikacji i wstępnego podgrzania. Następnie gazowe powietrze kierowane jest na ekspander 22, gdzie rozpręża się, wytwarzając energię mechaniczną do zasilenia autobusu. Powietrze zza ekspandera 22 kierowane jest strumieniem wylotowym 23 na zewnątrz układu. Stacja tankowania 18 jest wyposażona w kolektor zimnego czynnika chłodniczego łączący zbiornik 29 czynnika chłodniczego zimnego z magazynem 30 zimnego czynnika chłodniczego, oraz kolektor ciepłego czynnika chłodniczego łączący magazyn 25 ciepłego czynnika chłodniczego ze zbiornikiem 28 ciepłego czynnika chłodniczego. W wymienniku wielostrumieniowym 9 zachodzi chłodzenie gazu strumieniem czynnika chłodniczego 24 mobilnego obiegu chłodniczego B. Zza wymiennika wielostrumieniowego 9 strumień ten jest kierowany do magazynu 25 ciepłego czynnika chłodniczego, skąd strumieniem zasilającym czynnika ciepłego 26 trafia do stacji tankowania 18, skąd strumienie m zasilającym czynnika chłodniczego ciepłego 27 kierowany jest do zbiornika 28 ciepłego czynnika chłodniczego. W czasie jazdy autobusu czynnik chłodniczy ciepły jest pobierany ze zbiornika 28 ciepłego czynnika chłodniczego ciepłego na mobilny wymiennik ciepła 21, gdzie ogrzewa powietrze a następnie jest kierowane do zbiornika 29 zimnego czynnika chłodniczego. Podczas tankowania następuje przetłaczanie czynnika chłodniczego zimnego ze zbiornika 29 zimnego czynnika chłodniczego poprzez stację tankowania 18 do magazynu 30 czynnika chłodniczego zimnego, skąd jest pobierany do wymiennika wielostrumieniowego 9. W prezentowanym rozwiązaniu autobus podczas jazdy emituje tylko i wyłącznie powietrze. Jest to bardzo korzystne ze względu na poprawę jakości powietrza w miastach.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   1. Układ zasilania autobusu skroplonym powietrzem, złożony ze stacjonarnego punktu przygotowania powietrza, w którym powietrze schłodzone w wielostopniowych układzie chłodzenia jest wykraplane do fazy ciekłej i magazynowane w zbiorniku magazynującym (12) połączonym ze stacją tankowania (18) wyposażoną w dystrybutor, przez który skroplone powietrze jest przetłaczane do mobilnego zbiornika ciekłego powietrza (20) autobusu, znamienny tym, że wielostopniowy układ chłodzenia zawiera wymiennik wielostrumieniowy (9) wyposażony w stacjonarny obieg chłodniczy (A) do odzysku ciepła, w skład którego wchodzi magazyn (30) zimnego czynnika chłodniczego i magazyn (25) ciepłego czynnika chłodniczego, a autobus

   PL 235 446 Β1 jest wyposażony w mobilny wymiennik ciepła (21) do regazyfikacji skroplonego powietrza oraz mobilny obieg chłodniczy (B), w skład którego wchodzi zbiornik (28) ciepłego czynnika chłodniczego i zbiornik (29) zimnego czynnika chłodniczego, przy czym stacja tankowania (18) jest wyposażona w kolektor zimnego czynnika chłodniczego łączący zbiornik (29) zimnego czynnika chłodniczego z magazynem (30) zimnego czynnika chłodniczego, oraz kolektor ciepłego czynnika chłodniczego łączący magazyn (25) ciepłego czynnika chłodniczego ze zbiornikiem (28) ciepłego czynnika chłodniczego.