RU2657841C1

RU2657841C1 - Container for cylinders with compressed natural gas

Info

Publication number: RU2657841C1
Application number: RU2017103281A
Authority: RU
Inventors: Андрей Александрович Евстифеев; Михаил Леонидович Балашов; Владимир Валентинович Тимофеев
Priority date: 2017-01-31
Filing date: 2017-01-31
Publication date: 2018-06-15

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: invention relates to gas supply for vehicles operating on gas engine fuel, namely, for buses and trucks. Container for cylinders with compressed natural gas is made in the form of channel frame (5), which is fixed on the tor of the gas-cylinder vehicle by fixing elements (6). In the container there is gas collector (10), inside which there is gas leakage detection and signaling sensor (12) and splitter (11) connected to quick-disconnect filling device (4) and combined with gas cylinders (7). Quick-disconnect filling device is insulated with a vented corrugation and connected to a vented corrugated hose that is vented to the atmosphere by means of ventilation breather (13).

EFFECT: it is possible to simplify the container construction and increase the reliability in the operation of vehicles running on gas engine fuel.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области газоснабжения транспортных средств, работающих на газомоторном топливе. В частности, изобретение предназначено для использования на транспортных средствах с большим количеством газовых баллонов для компримированного (сжатого) природного газа и высоким потреблением топлива, требующим большого объема для его хранения, а именно, для автобусов и грузовых автомобилей. Преимущественно изобретение может быть использовано в конструкциях газовых баллонных установок и предназначено для автобусов.The invention relates to the field of gas supply for vehicles powered by gas engine fuel. In particular, the invention is intended for use on vehicles with a large number of gas cylinders for compressed (compressed) natural gas and high fuel consumption, requiring a large volume for its storage, namely, for buses and trucks. Advantageously, the invention can be used in the construction of gas cylinder installations and is intended for buses.

Наиболее близким техническим решением заявленного изобретения является контейнер баллонов для сжатого газа (см. патент на полезную модель РФ №42201 U1, кл. B60K 15/07, опубл. 27.11.2004), предназначенный для быстрого демонтажа/монтажа для смены баллонов для сжатого газа, используемых на транспортных средствах, например, при отправке баллонов на техническое освидетельствование, либо замены пустых на заправленные. Контейнер баллонов для сжатого газа содержит баллоны для сжатого газа, контейнер со средством фиксации в нем баллонов и средство крепления контейнера на несущей поверхности транспортного средства. Контейнер выполнен с возможностью герметично закрывать его внутреннюю полость, когда в ней установлены баллоны, при этом во внутренней полости контейнера установлен, по меньшей мере, один датчик для регистрации и сигнализации присутствия указанного газа во внутренней полости контейнера. В известном решении обеспечивается герметичность контейнера в рабочем положении, а наличие датчика обеспечивает контроль за исправностью баллонов и газораспределительной арматуры, чем исключается возможность получения взрывоопасной концентрации газа в контейнере и разрушение баллонов, а также исключается протечка газа при нарушении герметичности баллонов или арматуры. Однако в известном решении выполнение контейнера в герметичном исполнении может привести к взрывоопасному состоянию при утечке газа. Кроме того, известное решение содержит редуктор понижения давления, который не подогревается, что может привести к замерзанию редуктора и прекращению подачи газа в трубопровод.The closest technical solution of the claimed invention is a container of cylinders for compressed gas (see patent for utility model of the Russian Federation No. 42201 U1, class B60K 15/07, publ. 11/27/2004), designed for quick dismantling / installation for changing cylinders for compressed gas used on vehicles, for example, when sending cylinders for technical inspection, or replacing empty ones with refilled ones. The container of cylinders for compressed gas contains cylinders for compressed gas, a container with means for fixing cylinders in it, and means for securing the container on the bearing surface of the vehicle. The container is configured to hermetically close its internal cavity when cylinders are installed in it, while at least one sensor is installed in the internal cavity of the container for detecting and signaling the presence of said gas in the internal cavity of the container. The known solution ensures the tightness of the container in the working position, and the presence of the sensor provides control over the serviceability of the cylinders and gas distribution valves, which excludes the possibility of explosive gas concentration in the container and the destruction of the cylinders, and also prevents gas leakage in case of violation of the tightness of the cylinders or valves. However, in the known solution, the execution of the container in a sealed design can lead to an explosive state in the event of a gas leak. In addition, the known solution includes a pressure reduction gearbox that does not heat up, which can lead to freezing of the gearbox and interruption of gas supply to the pipeline.

Задача заявленного изобретения заключается в создании простого и удобного в обращении контейнера для баллонов с компримированным природным газом (ККПГ) без упомянутых выше недостатков.The objective of the claimed invention is to create a simple and easy to handle container for compressed natural gas cylinders (CCG) without the above disadvantages.

Технический результат заявленного изобретения - упрощение его конструкции и повышение надежности при эксплуатации транспортных средств, работающих на газомоторном топливе.The technical result of the claimed invention is to simplify its design and increase reliability in the operation of vehicles powered by gas fuel.

Предлагаемое изобретение заключается в следующем. Контейнер для баллонов с компримированным природным газом выполняют в виде рамного каркаса, для которого предусмотрены возможности установки на направляющие, вмонтированные в крышу газобаллонного транспортного средства, и закрепления посредством фиксирующих элементов. В контейнере размещен газовый коллектор, внутри которого установлены датчик регистрации и сигнализации утечки газа и разветвитель, подсоединенный к быстроразъемному заправочному устройству и объединенный трубопроводами с газовыми баллонами. На каждом из газовых баллонов установлен электромагнитный клапан. Быстроразъемное заправочное устройство, расположенное внутри газового коллектора, изолировано вентиляционной гофрой и соединено с вентиляционным гофрошлангом, который выводится с помощью вентиляционного сапуна в атмосферу.The invention is as follows. The container for compressed natural gas cylinders is made in the form of a frame frame, for which it is possible to install on rails mounted in the roof of a gas cylinder vehicle and fix it by means of fixing elements. A gas manifold is placed in the container, inside which a gas leak detection and alarm sensor and a splitter are installed, connected to a quick-disconnect filling device and combined by pipelines with gas cylinders. An electromagnetic valve is installed on each of the gas cylinders. A quick-disconnect filling device located inside the gas manifold is insulated by a ventilation corrugation and connected to a ventilation corrugated hose that is vented to the atmosphere by a ventilation breather.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами (фиг. 1-2). На фиг. 1 показано газобаллонное транспортное средство (автобус), на крыше которого смонтирован предлагаемый контейнер для баллонов с компримированным природным газом. На фиг. 2 показан ККПГ (вид сверху).The essence of the invention is illustrated by drawings (Fig. 1-2). In FIG. 1 shows a gas-filled vehicle (bus), on the roof of which the proposed container for compressed natural gas cylinders is mounted. In FIG. 2 shows the KCHP (top view).

На крыше автобуса 1, изображенного на фиг. 1, смонтированы направляющие, например рельсы 2 с фиксирующими элементами и трубопровод высокого давления 3, выход которого подсоединен к топливной системе газобаллонного транспортного средства (на фиг. 1 не показан) автобуса 1. Трубопровод высокого давления 3 по входу снабжен быстроразъемным заправочным устройством 4. ККПГ 5 (см. фиг. 2) выполнен в виде рамного каркаса с возможностью установки на направляющие, например, рельсы 2 автобуса 1 с помощью фиксирующих элементов 6, например, направляющих (см. фиг. 2), внутри ККПГ закреплены газовые баллоны 7, которые снабжены датчиками давления с электромагнитным клапаном 9. Выходы газовых баллонов 7, объединенные трубопроводной обвязкой 8 друг с другом и с разветвителем 11 (типа «паук»), размещены в газовом коллекторе 10, внутри которого установлен датчик регистрации и сигнализации утечки газа 12. Кроме того, в коллекторе обеспечивается воздухообмен с атмосферой через сапуны 13, предусмотренные с обеих сторон коллектора контейнера. Выход трубопроводной обвязки 8 из ККПГ 5 снабжен быстроразъемным заправочным устройством 4, установленным внутри газового коллектора 10, которое изолировано вентиляционной гофрой, также размещенной в газовом коллекторе 10.On the roof of the bus 1 shown in FIG. 1, guides are mounted, for example, rails 2 with locking elements and a high pressure pipe 3, the outlet of which is connected to the fuel system of a gas-balloon vehicle (not shown in FIG. 1) of bus 1. The high pressure pipe 3 is equipped with a quick-disconnect refueling device 4. KKPG 5 (see Fig. 2) is made in the form of a frame frame with the possibility of installation on guides, for example, rails 2 of bus 1 using fixing elements 6, for example, guides (see Fig. 2), a gas cylinder is fixed inside the KPG 7, which are equipped with pressure sensors with an electromagnetic valve 9. The outputs of gas cylinders 7, combined by piping 8 with each other and with a splitter 11 (spider type), are placed in a gas manifold 10, inside which a gas leak detection and alarm sensor 12 is installed In addition, the manifold provides air exchange with the atmosphere through the breathers 13 provided on both sides of the container manifold. The outlet of the piping strapping 8 from KKPG 5 is equipped with a quick-disconnect refueling device 4 installed inside the gas manifold 10, which is insulated by a ventilation corrugation, also located in the gas manifold 10.

Быстроразъемное заправочное устройство может быть реализовано, например, на базе выносного заправочного узла, описанного в кн. Ю.В. Панова, Установка и эксплуатация газобаллонного оборудования автомобилей, Москва, ACADEMA, 2002, стр. 32-33, рис. 3.11.A quick-disconnect refueling device can be implemented, for example, on the basis of a remote refueling unit described in the book. Yu.V. Panova, Installation and operation of gas equipment for automobiles, Moscow, ACADEMA, 2002, pp. 32-33, Fig. 3.11.

Предлагаемое изобретение осуществляется следующим образом.The invention is carried out as follows.

Контейнер устанавливается на направляющие, например, рельсы 2 газобаллонного транспортного средства 1 так, чтобы рамный каркас с закрепленными на нем газовыми баллонами 7 был установлен посредством фиксирующих элементов 6 на смонтированные, например, в верхней части транспортного средства 1 направляющие 2. Далее, контейнер (ККПГ 5) закрепляется с помощью смонтированных на направляющих 2 фиксирующих элементов. Заполненные природным газом баллоны 7 соединяют между собой посредством трубопроводной обвязки 8, выход которой снабжен быстроразъемным заправочным устройством 4. В свою очередь, на газобаллонном транспортном средстве 1 располагают трубопровод высокого давления 3, выход которого подключен к потребителю газа - топливной системе газобаллонного транспортного средства 1, а вход снабжен быстроразъемным заправочным устройством 4. Посредством соединения быстроразъемного заправочного устройства 4, трубопровод высокого давления 3 подключают к трубопроводной обвязке 8. Таким образом, при открытии электромагнитного клапана (на чертеже не показан) природный газ из газовых баллонов 7 по трубопроводной обвязке 8 поступает в трубопровод высокого давления 3 топливной системы газобаллонного транспортного средства, в результате чего запускается двигатель внутреннего сгорания газобаллонного транспортного средства 1. По достижении природным газом, заполняющим баллоны 7, минимального (остаточного) количества в процессе эксплуатации газобаллонного транспортного средства 1, последнее подъезжает к специальной площадке на автомобильной газонаполнительной компрессорной станции (АГНКС), где водитель перекрывает электромагнитный клапан трубопроводной обвязки 8, давая тем самым возможность двигателю выработать остатки природного газа, находящегося в топливной системе газобаллонного транспортного средства, что приводит к остановке работы двигателя внутреннего сгорания. Оператор на АГНКС отключает трубопровод высокого давления 3, размыкая быстроразъемное заправочное устройство 4, далее - разблокирует фиксирующие элементы, удерживающие указанный контейнер КПГ на газобаллонном транспортном средстве 1, после чего снимается контейнер КПГ 5 с остаточным запасом газа и отправляет его на заправку природным газом. Вместо снятого контейнера КПГ 5 на транспортное средство 1 крепят другой контейнер КПГ с заранее заправленными баллонами, таким образом, как это было описано выше, и далее весь цикл повторяется.The container is installed on the rails, for example, the rails 2 of the gas cylinder vehicle 1 so that the frame frame with gas cylinders 7 fixed on it is mounted by means of the fixing elements 6 on the rails 2 mounted, for example, in the upper part of the vehicle 1. Next, the container (CCG 5) is fixed by means of 2 fixing elements mounted on the rails. Cylinders 7 filled with natural gas are connected to each other by means of a piping 8, the outlet of which is equipped with a quick-disconnect refueling device 4. In turn, a high-pressure pipeline 3 is located on the gas-filled vehicle 1, the outlet of which is connected to the gas consumer - the fuel system of the gas-filled vehicle 1, and the inlet is equipped with a quick disconnect refueling device 4. By connecting a quick disconnect refueling device 4, the high pressure pipe 3 is connected to piping 8. Thus, when the solenoid valve is opened (not shown in the drawing), natural gas from gas cylinders 7 through piping 8 enters the high pressure pipe 3 of the fuel system of the gas tank vehicle, as a result of which the internal combustion engine of the gas tank vehicle 1 . Upon reaching natural gas filling cylinders 7, the minimum (residual) amount during operation of the gas cylinder vehicle 1, the last under He drives to a special platform at an automobile gas-filling compressor station (CNG filling station), where the driver closes the solenoid valve of the piping 8, thereby allowing the engine to generate residual natural gas in the fuel system of the gas-filled vehicle, which leads to a stop of the internal combustion engine. The CNG station operator disconnects the high-pressure pipeline 3, opening the quick-disconnect refueling device 4, then unlocks the locking elements that hold the indicated CNG container on the gas-filled vehicle 1, after which the CNG container 5 with the remaining gas supply is removed and sends it to refuel with natural gas. Instead of the removed CNG container 5, another CNG container with pre-filled cylinders is mounted on the vehicle 1, in the same way as described above, and then the whole cycle is repeated.

Рассмотренный выше принцип монтажа контейнера КПГ и дальнейшей его замены на контейнер КПГ с заполненными природным газом баллонами был описан на примере расположения системы замены газовых баллонов в верхней части газобаллонного транспортного средства 1, при этом газовые баллоны 7 в рамном каркасе контейнера КПГ 5 располагаются горизонтально (Фиг. 1-Фиг. 2). Однако такой принцип монтажа и замены контейнера КПГ так же может быть осуществлен и в случае эксплуатации грузовых газобаллонных автомобилей на шасси с топливной системой, оснащенной газовыми баллонами. Например, расположение системы контейнеров КПГ заправки на таких машинах может быть сбоку транспортного средства и за его кабиной, причем баллоны могут располагаться как горизонтально, так и вертикально.The above-described principle of installing an CNG container and replacing it with a CNG container with natural gas cylinders was described by the example of the location of the gas cylinder replacement system in the upper part of the gas cylinder 1, while gas cylinders 7 are arranged horizontally in the frame of the CNG container 5 (Fig. . 1-Fig. 2). However, this principle of installation and replacement of the CNG container can also be implemented in the case of operation of gas-filled cargo vehicles on a chassis with a fuel system equipped with gas cylinders. For example, the location of the CNG refueling container system on such machines can be on the side of the vehicle and behind its cab, and the cylinders can be located either horizontally or vertically.

Кроме того, предложенная конструкция системы замены газовых баллонов на транспортном средстве удобна для замены контейнера КПГ при прохождении освидетельствования баллонов, поскольку так же исключается простой транспорт на время процедуры освидетельствования газовых баллонов вследствие замены контейнера КПГ, отправленного на освидетельствование, на ранее освидетельствованный контейнер КПГ с заполненными баллонами.In addition, the proposed design of a system for replacing gas cylinders on a vehicle is convenient for replacing the CNG container during the examination of cylinders, since the simple transport of the gas cylinders during the procedure for examining gas cylinders due to the replacement of the CNG container sent for inspection with a previously inspected CNG container with filled balloons.

Следует отметить, что на автобусах и грузовых автомобилях баллоны для компримированного природного газа размещаются в настоящее время в свободных полостях транспортного средства. На автобусах баллоны для компримированного природного газа размещаются, как правило, в верхней его части, а именно - на крыше. На газобаллонных автомобилях существует несколько мест для установки газовых баллонов: свободное пространство за кабиной транспортного средства, свободное пространство по бокам от рамного каркаса между передними и задними колесами. Процесс заправки газобаллонного транспортного средства при наличии на борту 8-9 баллонов может составлять от 20 до 40 минут, в то время как на замену одного контейнера КПГ в среднем требуется от 2 до 5 минут.It should be noted that on buses and trucks, cylinders for compressed natural gas are currently placed in the free cavities of the vehicle. On buses, cylinders for compressed natural gas are usually located in its upper part, namely on the roof. On gas-filled cars, there are several places for installing gas cylinders: free space behind the vehicle cabin, free space on the sides of the frame frame between the front and rear wheels. The process of refueling a gas-filled vehicle with 8-9 cylinders on board can take from 20 to 40 minutes, while the replacement of one CNG container takes on average from 2 to 5 minutes.

Следовательно, заявленное изобретение позволяет сделать возможной заправку любого транспортного средства, работающего на компримированном природном газе от 4 до 20 раз быстрее по сравнению с используемой в настоящее время заправкой грузовых транспортных средств на АГНКС, посредством замены контейнера КПГ с опорожненными газовыми баллонами на контейнер КПГ с заполненными газовыми баллонами (например, посредством выносного заправочного устройства на АГНКС), что существенно влияет на эффективность работы транспортного средства. Кроме того, эксплуатация контейнеров КПГ позволяет заправлять транспортное средство через выносное заправочное устройство на АГНКС. Применение контейнеров КПГ позволяет равномерно загрузить производственные мощности АГНКС.Therefore, the claimed invention allows to make it possible to refuel any vehicle operating on compressed natural gas 4 to 20 times faster compared to the currently used refueling of freight vehicles at CNG filling stations by replacing an CNG container with empty gas cylinders with an CNG container filled gas cylinders (for example, through a remote filling device at CNG filling stations), which significantly affects the performance of the vehicle. In addition, the operation of CNG containers allows you to refuel the vehicle through a remote filling device at CNG filling stations. The use of CNG containers allows you to evenly load the production capacity of CNG stations.

Внутри предложенного контейнера ККПГ 5 отсутствует редуктор понижения давления. Практика эксплуатации баллонных редукторов природного газа показывает, что при некоторых условиях в работе редукторов возникают неисправности, вызывающие пульсацию рабочего давления или, в худшем случае, прекращение подачи природного газа к потребителю. Неисправности такого рода возникают в связи с конденсацией, содержащейся в природном газе и окружающей среде влаги на элементах дросселирующего узла редуктора и ее замерзанием.Inside the proposed container KKPG 5 there is no pressure reduction gear. The practice of operating natural gas balloon reducers shows that under certain conditions, the operation of the reducers causes malfunctions that cause a pulsation of the operating pressure or, in the worst case, the interruption of the supply of natural gas to the consumer. Malfunctions of this kind arise due to condensation contained in natural gas and the environment of moisture on the elements of the throttle assembly of the gearbox and its freezing.

Известно, что даже при положительных значениях температуры окружающей среды элементы редуктора в процессе отбора газа охлаждаются до отрицательных температур. Охлаждение редуктора, вызываемое эффектом дросселирования, усиливается еще тем, что в результате расширения газа в баллоне температура его падает и он поступает в редуктор значительно охлажденным.It is known that even with positive values of the ambient temperature, the elements of the reducer are cooled to negative temperatures during the gas extraction process. The cooling of the reducer caused by the throttling effect is further enhanced by the fact that as a result of the expansion of the gas in the cylinder, its temperature drops and it enters the reducer significantly cooled.

В результате на каждые 0,4 МПа падения давления в баллоне температура в баллоне снижается на 1°C. За счет внешнего кожуха, предусмотренного в конструкции, теплообменом с окружающей средой, снижающим интенсивность снижения температуры газа в баллоне, можно пренебречь.As a result, for every 0.4 MPa of pressure drop in the cylinder, the temperature in the cylinder decreases by 1 ° C. Due to the outer casing provided in the design, heat exchange with the environment, which reduces the intensity of lowering the temperature of the gas in the cylinder, can be neglected.

Таким образом, исключение редуктора понижения давления в составе предлагаемого контейнера приводит к его упрощению и повышению надежности его работы.Thus, the exclusion of the pressure reduction gear in the composition of the proposed container leads to its simplification and increase the reliability of its operation.

Для предлагаемого изобретения отсутствует необходимость демонтажа/монтажа каждого по отдельности баллона из контейнера для отправки баллонов на техническое освидетельствование, либо замены пустых на заправленные.For the present invention, there is no need to dismantle / assemble each individual cylinder from the container to send cylinders for technical examination, or replace empty with refilled ones.

Claims

A container for compressed natural gas cylinders made in the form of a frame frame, for which it is possible to install on rails mounted in the roof of a gas cylinder vehicle and fix it by means of fixing elements, a gas manifold is placed in the container, inside which a gas leak detection and alarm sensor is installed and a splitter connected to a quick-disconnect refueling device and combined by pipelines with gas cylinders, each of which It becomes solenoid valve, the quick-recharging device insulated ventilation flexi hose and is connected with the ventilation gofroshlangom which is output via the breather vent to atmosphere.