RU2770770C2

RU2770770C2 - System for local storage of liquefied natural gas with tight membrane control

Info

Publication number: RU2770770C2
Application number: RU2020103428A
Authority: RU
Inventors: Антон Андреевич Вдовичев; Алексей Дмитриевич Шорохов; Анатолий Анатолиевич Смелик; Сергей Александрович Артюхов; Владимир Сергеевич Ивановский; Сергей Владимирович Саркисов; Вячеслав Леонидович Ржавитин
Original assignee: Федеральное государственное автономное учреждение "Военный инновационный технополис "ЭРА"
Priority date: 2020-01-27
Filing date: 2020-01-27
Publication date: 2022-04-21
Also published as: RU2020103428A; RU2020103428A3

Abstract

FIELD: cryogenic equipment.SUBSTANCE: invention relates to cryogenic fuel tanks and can be used as a system for local storage of LNG on cars, heavy vehicles and other transportation means. Cryogenic fuel tank for transportation of liquefied natural gas on vehicles includes a sealed membrane placed inside an intermediate shell, fixed to it by four pairs of pneumatic shock absorbers. Shock absorbers are connected to inner wall of intermediate shell by fixed supports, with tight membrane — by hinged joints. Tank comprises a layer of screen-vacuum heat insulation located in the cavity between the intermediate shell and the outer protective shell, connected by thermal bridges of cylindrical type. Filling pipeline comprises a perforated tube with multiple holes, a flexible part in the form of a metal hose, a check valve, shutoff and control valve, pneumatic drive and filling neck. Fuel liquid phase thermal expansion compensation system consists of a float-type compensator tank with a connecting pipe, connecting upper part of compensator and space of sealed membrane, drain tube with check valve. System for maintaining a stable stationary position of the LNG mirror includes a control unit connected by a communication system with a tank position sensor, it is connected by communication system with compressor to force air into pneumatic shock absorbers via pipelines via check valve, distribution manifold and automatic valves.EFFECT: providing a long period of drainless storage of cryogenic fuel in an on-board tank installed on a vehicle, by adjusting the position of the cryogenic container to maintain a stable position of the liquefied gas, preventing an increase in excess pressure and temperature stratification, which will make it possible to increase energy efficiency of fuel plant, increasing its economic and ecological indices.3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к малолитражным криогенным цистернам (МКЦ) для автотранспорта, работающего на сжиженном природном газе (СПГ). Изобретение позволяет увеличить период бездренажного хранения путем уменьшения эффекта стратификации, ролловера, а также общего уменьшения кинематики жидкости, связанной с движением транспортного средства. Данный патент актуален для применения на автотранспорте, работающем на сжиженном газомоторном топливе.The invention relates to small-capacity cryogenic tanks (MCC) for vehicles running on liquefied natural gas (LNG). EFFECT: invention allows to increase the period of non-drainage storage by reducing the effect of stratification, rollover, as well as a general decrease in the kinematics of the fluid associated with the movement of the vehicle. This patent is relevant for use in vehicles running on liquefied gas motor fuel.

Известно устройство обеспечения теплового режима криогенной емкости [патент RU 2413661 от 10.03.2011], содержащее криогенную емкость с экранно-вакуумной теплоизоляцией, систему предохранительных и запорно-регулировочных клапанов и гермооболочку, крепление которой к слою теплоизоляции осуществляется с помощью неметаллических бобышек. Устройство не обладает системой поддержания стабильного неподвижного положения криогенного топлива внутри сосуда. Жесткое крепление равномерно распределенных по внутренней поверхности гермооболочки бобышек к слою теплоизоляции не обеспечивает перемещения внутреннего сосуда относительно внешнего кожуха.A device for ensuring the thermal regime of a cryogenic tank [patent RU 2413661 dated March 10, 2011] is known, containing a cryogenic tank with screen-vacuum thermal insulation, a system of safety and shut-off and control valves and a containment shell, which is attached to the thermal insulation layer using non-metallic bosses. The device does not have a system for maintaining a stable fixed position of the cryogenic fuel inside the vessel. Rigid fastening of the bosses evenly distributed over the inner surface of the containment to the thermal insulation layer does not ensure the movement of the inner vessel relative to the outer casing.

Известна емкость для хранения криогенной жидкости [патент RU 2338118 от 10.11.2008]. Устройство представляет собой конструкцию с герметичной внешней оболочкой, внутри которой расположен экран, окружающий внутренний сосуд для хранения криогенного топлива. Внешняя оболочка и экран покрыты слоем экранно-вакуумной теплоизоляции, что позволяет повысить теплозащитные свойства криогенной емкости. Крепление внутреннего сосуда и экрана выполнено продольными цепями с кронштейнами на крайних обечайках цилиндрической части внешней оболочки, обеспечивающими снижение воздействие транспортных нагрузок на сосуд. Сосуд и экран дополнительно установлены на две пары стеклотекстолитовых опор, состоящих из двух частей - верхней, которая установлена на экране и свободно контактирует с поверхностью сосуда, и нижней, жестко закрепленной к внешней оболочке и свободно контактирующей с поверхностью экрана. Данная конструкция позволяет достичь максимально полезного объема сосуда, что осуществляется за счет его усадки и усадки экрана в противоположных направлениях. Такая емкость имеет усложненную схему разделения опор промежуточным экраном, что делает невозможным ее применение в качестве прототипа изобретения.Known capacity for storing cryogenic liquid [patent RU 2338118 from 10.11.2008]. The device is a structure with a sealed outer shell, inside which there is a screen surrounding the inner vessel for storing cryogenic fuel. The outer shell and screen are covered with a layer of screen-vacuum thermal insulation, which makes it possible to increase the heat-shielding properties of the cryogenic tank. The fastening of the inner vessel and the screen is made by longitudinal chains with brackets on the extreme shells of the cylindrical part of the outer shell, which reduce the effect of transport loads on the vessel. The vessel and the screen are additionally mounted on two pairs of fiberglass supports, consisting of two parts - the upper one, which is installed on the screen and freely contacts the vessel surface, and the lower one, rigidly fixed to the outer shell and freely in contact with the screen surface. This design makes it possible to achieve the maximum useful volume of the vessel, which is carried out due to its shrinkage and shrinkage of the screen in opposite directions. Such a container has a complicated scheme of separation of supports by an intermediate screen, which makes it impossible to use it as a prototype of the invention.

Известна емкость для хранения и подачи криогенного топлива [патент RU 2270788 от 27.02.2006], состоящее из защитного кожуха, внутреннего сосуда с экранно-вакуумной тепловой изоляцией, закрепленного к кожуху с помощью подвижной и неподвижной опоры; трубопровода подачи топлива от двухпозиционного заборного устройства, трубопровода дренажа-наддува. Данная емкость учитывает температурные расширения внутренней и внешней емкости при заправке сосуда криогенным продуктом. Опоры, на которых внутренний сосуд крепится к защитному кожуху, содержат тонкостенные тела вращения конической формы. При этом подвижная опора в виде цилиндра связана тонкостенным телом вращения, установленным на защитном кожухе, через телескопически входящую в нее втулку. За счет этого обеспечивается перемещение внутреннего сосуда относительно внешнего при знакопеременных ускорениях во время движения транспортного средства.Known capacity for storage and supply of cryogenic fuel [patent RU 2270788 dated 27.02.2006], consisting of a protective casing, an inner vessel with screen-vacuum thermal insulation, fixed to the casing with a movable and fixed support; a fuel supply pipeline from a two-position intake device, a drainage-pressure pipeline. This container takes into account the thermal expansion of the inner and outer containers when filling the vessel with a cryogenic product. The supports on which the inner vessel is attached to the protective casing contain thin-walled bodies of revolution of a conical shape. At the same time, the movable support in the form of a cylinder is connected by a thin-walled body of revolution mounted on a protective casing through a sleeve telescopically included in it. This ensures the movement of the inner vessel relative to the outer vessel with alternating accelerations during the movement of the vehicle.

Недостатком данной емкости является наличие неподвижной опоры, что не позволяет изменять положение внутренней емкости относительно точки закрепления и уменьшает диапазон перемещений конструкции при обеспечении устойчивого равновесия криогенного топлива в жидком состоянии.The disadvantage of this container is the presence of a fixed support, which does not allow changing the position of the inner container relative to the fixing point and reduces the range of movement of the structure while ensuring a stable equilibrium of the cryogenic fuel in the liquid state.

Задачей изобретения является обеспечение длительного периода бездренажного хранения криогенного топлива в бортовой емкости, устанавливаемой на автотранспортном средстве, путем регулирования положения криогенной емкости для поддержания стабильного положения сжиженного газа, недопущения повышения избыточного давления и температурного расслоения, что позволит повысить энергетическую эффективность топливной установки, увеличив ее экономические и экологические показатели.The objective of the invention is to provide a long period of non-drainage storage of cryogenic fuel in an onboard tank installed on a motor vehicle by regulating the position of the cryogenic tank to maintain a stable position of liquefied gas, preventing an increase in excess pressure and temperature stratification, which will improve the energy efficiency of the fuel plant, increasing its economic and environmental performance.

Как известно, одним из значимых факторов, влияющих на время удержания метана в криогенном топливном баке в жидком состоянии, является переход кинетической энергии криогенного топлива в тепло. Кинематика жидкости напрямую связана с динамическим состоянием топливного бака. Резкие движения транспортного средства,As is known, one of the significant factors affecting the retention time of methane in a cryogenic fuel tank in a liquid state is the conversion of the kinetic energy of the cryogenic fuel into heat. The kinematics of the fluid is directly related to the dynamic state of the fuel tank. Violent vehicle movements

сопровождающиеся знакопеременными ускорениями, приводят к возникновению вибраций, качений сжиженного газа в малолитражной цистерне. Возникают удары криогенного продукта, его трение о внутренние поверхности сосуда, что приводит к повышению интенсивности испарения СПГ и, как следствие, росту избыточного давления. Негативными последствиями перехода кинематической энергии топлива в тепло является повышение степени температурного расслоения (стратификации) в верхнем слое жидкой фазы по сравнению с основной массой, что вызывает резкое увеличение давления в сосуде и может привести к хаотичному конвекционному перемешиванию слоев топлива - явлению ролловера. Таким образом, важным становиться обеспечение стабильного неподвижного положения зеркала сжиженного метана на границе разделения фаз «жидкость-газ», предотвращение процесса кипения СПГ.accompanied by alternating accelerations, lead to vibrations, rolling of liquefied gas in a small-capacity tank. There are impacts of the cryogenic product, its friction against the inner surfaces of the vessel, which leads to an increase in the intensity of LNG evaporation and, as a result, an increase in excess pressure. The negative consequences of the transition of the kinematic energy of the fuel into heat is an increase in the degree of temperature stratification (stratification) in the upper layer of the liquid phase compared to the main mass, which causes a sharp increase in pressure in the vessel and can lead to chaotic convection mixing of fuel layers - the rollover phenomenon. Thus, it becomes important to ensure a stable fixed position of the liquefied methane mirror at the “liquid-gas” phase separation boundary, and to prevent the LNG boiling process.

Технический результат достигается за счет того, что в криогенный топливный бак для перевозки сжиженного природного газа на автотранспорте, включающего герметичную мембрану, помещенную внутрь промежуточной оболочки, закрепленную к ней четырьмя парами пневматических амортизаторов с каждой с торцов емкости, соединяющихся с внутренней стенкой промежуточной оболочки неподвижными опорами, с герметичной мембраной шарнирными соединениями; слой экранно-вакуумной тепловой изоляции, расположенный в полости между промежуточной оболочкой и наружной защитной оболочкой, соединенный посредством тепловых мостов цилиндрического типа; заправочный трубопровод, содержащий перфорированную трубку с многочисленными отверстиями, гибкую часть в виде металлорукава, обратный клапан, запорно-регулировочный вентиль с пневмоприводом и заправочную горловину; систему компенсации температурного расширения жидкой фазы топлива, состоящую из бака-компенсатора поплавкового типа с соединительной трубкой, соединяющей верхнюю часть компенсатора и пространство герметичной мембраны, сливной трубки с обратным клапаном; системы поддержания стабильного неподвижного положения зеркала СПГ, включающую блок управления, соединенный системой связи с датчиком положения емкости, соединенный системой связи с компрессором, нагнетающим воздух в пневматические амортизаторы по трубопроводам через обратный клапан, распределительный коллектор и автоматические клапаны, соединенный системой связи с датчиком положения жидкой фазы, расположенным внутри бака-компенсатора поплавкового типа.The technical result is achieved due to the fact that in a cryogenic fuel tank for transporting liquefied natural gas on vehicles, including a sealed membrane placed inside the intermediate shell, fixed to it by four pairs of pneumatic shock absorbers from each end of the tank, connected to the inner wall of the intermediate shell by fixed supports , with sealed membrane swivel joints; a layer of screen-vacuum thermal insulation located in the cavity between the intermediate shell and the outer protective shell, connected by means of thermal bridges of a cylindrical type; a filling pipeline containing a perforated tube with numerous holes, a flexible part in the form of a metal hose, a check valve, a shut-off and control valve with a pneumatic actuator and a filling neck; a system for compensating for thermal expansion of the liquid phase of the fuel, consisting of a float-type compensator tank with a connecting tube connecting the upper part of the compensator and the space of the sealed membrane, a drain tube with a check valve; systems for maintaining a stable fixed position of the LNG mirror, including a control unit connected by a communication system to a tank position sensor, connected by a communication system to a compressor that pumps air into pneumatic shock absorbers through pipelines through a check valve, a distribution manifold and automatic valves, connected by a communication system to a liquid position sensor phases located inside the float-type compensator tank.

В случае возникновения боковых качений, вибраций топливного бака, связанных со знакопеременными ускорениями, резкими поворотами, либо торможениями транспортного средства, на котором установлена система локального хранения СПГ, происходит переход кинетической энергии жидкой фазы метана, возрастающей в результате толчков топлива о стенки сосуда, в тепло. В момент отклонения зеркала сжиженного газа срабатывает датчик положения жидкой фазы, передающий сигнал на блок управления, который запускает компрессор, что приводит к регулированию жесткости пневматических амортизаторов, изменяющих положение конструкции герметичной мембраны таким образом, чтобы ее верхняя поверхность была параллельна горизонтальной плоскости. Подтверждение выполненного механического действия, а также отсутствие угловых отклонений внутреннего сосуда СПГ производится с помощью датчика положения емкости. С целью предотвращения критического повышения жесткости амортизаторов регистрируются поступающие в блок управления сигналы с датчиков давления, расположенных внутри каждого пневматического амортизатора.In the event of lateral rolls, vibrations of the fuel tank associated with alternating accelerations, sharp turns, or braking of the vehicle on which the LNG local storage system is installed, the kinetic energy of the methane liquid phase, which increases as a result of fuel pushes against the walls of the vessel, is converted into heat . At the moment of deflection of the liquefied gas mirror, the liquid phase position sensor is triggered, transmitting a signal to the control unit, which starts the compressor, which leads to the regulation of the rigidity of pneumatic shock absorbers that change the position of the sealed membrane structure so that its upper surface is parallel to the horizontal plane. Confirmation of the performed mechanical action, as well as the absence of angular deviations of the LNG inner vessel, is carried out using a container position sensor. In order to prevent a critical increase in the rigidity of the shock absorbers, the signals received by the control unit from pressure sensors located inside each pneumatic shock absorber are recorded.

На фигуре 1 показана принципиальная схема малолитражной криогенной цистерны для транспортировки сжиженного природного газа, продольное сечение; на фигуре 2 - то же, поперечное сечение.The figure 1 shows a schematic diagram of a small-capacity cryogenic tank for transporting liquefied natural gas, a longitudinal section; figure 2 - the same, cross section.

Криогенный бак включает в себя следующие функциональные элементы: 1 - топливный бак; 2 - наружная защитная оболочка; 3 - промежуточная оболочка; 4 - тепловые мосты цилиндрического типа; 5 - слой экранно-вакуумной тепловой изоляции; 6 - пневматические амортизаторы; 7 - неподвижные опоры; 8 - герметичная мембрана; 9 - шарнирные соединения; 10 - датчик давления; 11 - компрессор; 12 - автоматический клапан; 13 - распределительный коллектор; 14 - обратный клапан; 15 - трубопроводом подачи воздуха; 16 - фильтр грубой очистки; 17 - датчик положения емкости; 18 - датчик положения жидкой фазы; 19 - бак-компенсатор поплавкового типа; 20, 21 - цилиндрические стержни; 22, 23 - шарниры; 24 - соединительная трубка; 25 - сливная трубка; 26 - обратный клапан; 27 - перфорированная трубка; 28 - отверстия; 29 - заправочная горловина; 30 - заправочный трубопровод; 31 - запорно-регулировочный вентиль с пневмоприводом; 32 - обратный клапан; 33 - металлорукав; 34 - блок управления; 35, 36, 37, 38 - система связи.The cryogenic tank includes the following functional elements: 1 - fuel tank; 2 - outer protective shell; 3 - intermediate shell; 4 - thermal bridges of cylindrical type; 5 - a layer of screen-vacuum thermal insulation; 6 - pneumatic shock absorbers; 7 - fixed supports; 8 - sealed membrane; 9 - swivel joints; 10 - pressure sensor; 11 - compressor; 12 - automatic valve; 13 - distribution manifold; 14 - check valve; 15 - air supply pipeline; 16 - coarse filter; 17 - tank position sensor; 18 - liquid phase position sensor; 19 - float type expansion tank; 20, 21 - cylindrical rods; 22, 23 - hinges; 24 - connecting tube; 25 - drain tube; 26 - check valve; 27 - perforated tube; 28 - holes; 29 - filling neck; 30 - filling pipeline; 31 - shut-off and control valve with pneumatic drive; 32 - check valve; 33 - metal hose; 34 - control unit; 35, 36, 37, 38 - communication system.

Криогенный топливный бак 1 включает наружную защитную оболочку 2 из нержавеющей стали, которая сообщается с промежуточной оболочкой 3 посредством тепловых мостов цилиндрического типа 4, обеспечивающих жесткую связь двух оболочек. Пространство между защитной оболочкой 2 и промежуточной оболочкой 3 содержит слой экранно-вакуумной тепловой изоляции 5.The cryogenic fuel tank 1 includes an outer protective shell 2 made of stainless steel, which communicates with the intermediate shell 3 through thermal bridges of cylindrical type 4, providing a rigid connection between the two shells. The space between the protective shell 2 and the intermediate shell 3 contains a layer of screen-vacuum thermal insulation 5.

Пневматические амортизаторы 6, закрепленные с внутренней стороны промежуточной оболочки 3 неподвижными опорами 7, связаны с герметичной мембраной 8 из аустенитной никелированной стали шарнирными соединениями 9, что делает возможным изменение ее расположения относительно горизонтальной плоскости. Крепление герметичной мембраны 8 осуществляется четырьмя парами пневматических амортизаторов 6, которые расположены под углом к вертикальной оси емкости с двух торцевых сторон в нижней и верхней областях полусферической части. Каждый пневматический амортизатор 6, внутри которого расположен датчик давления 10, связан с компрессором 11 через автоматический клапан 12, регулирующий количество подаваемого воздуха, распределительный коллектор 13 и обратный клапан 14 трубопроводом подачи воздуха 15. Перед компрессором устанавливается фильтр грубой очистки 16 для предотвращения попадания в систему трубопроводов частиц пыли и грязи из атмосферы.Pneumatic shock absorbers 6, fixed on the inner side of the intermediate shell 3 by fixed supports 7, are connected to a hermetic membrane 8 made of austenitic nickel-plated steel by hinge joints 9, which makes it possible to change its location relative to the horizontal plane. The hermetic membrane 8 is fastened by four pairs of pneumatic shock absorbers 6, which are located at an angle to the vertical axis of the container from two end sides in the lower and upper regions of the hemispherical part. Each pneumatic shock absorber 6, inside which a pressure sensor 10 is located, is connected to the compressor 11 through an automatic valve 12 that regulates the amount of air supplied, a distribution manifold 13 and a check valve 14 by an air supply pipeline 15. A coarse filter 16 is installed in front of the compressor to prevent entry into the system pipelines of particles of dust and dirt from the atmosphere.

На внешней поверхности герметичной мембраны 8 размещен датчик положения емкости 17. Во внутренней полости герметичной мембраны 8 установлен бак-компенсатор поплавкового типа 9, содержащий внутри себя датчик положения жидкой фазы 18. Крепление бака-компенсатора поплавкового типа 19 выполнено с двух сторон к внутренней поверхности промежуточной оболочки 3 цилиндрическими стержнями 20 и 21 с шарнирами 22 и 23, за счет которых совершаются отклонения бака-компенсатора поплавкового типа 19 относительно вертикали. Внутренняя полость бака-компенсатора поплавкового типа 15 сообщается с пространством герметичной мембраны 8 криогенного топливного бака 1 посредством соединительной трубки 24. В нижней части бака-компенсатора поплавкового типа 19 установлена сливная трубка 25 с обратным клапаном 26, предназначенная для удаления жидкой фазы топлива при снижении уровня заполнения герметичной мембраны 8.A tank position sensor 17 is placed on the outer surface of the sealed membrane 8. In the inner cavity of the sealed membrane 8, a float-type compensator tank 9 is installed, containing a liquid phase position sensor 18. The float-type compensator tank 19 is fastened on both sides to the inner surface of the intermediate shells 3 with cylindrical rods 20 and 21 with hinges 22 and 23, due to which the float-type expansion tank 19 is deflected relative to the vertical. The internal cavity of the float-type compensator tank 15 communicates with the space of the sealed membrane 8 of the cryogenic fuel tank 1 through a connecting tube 24. A drain pipe 25 with a check valve 26 is installed in the lower part of the float-type compensator tank 19, designed to remove the liquid phase of the fuel when the level decreases. filling the sealed membrane 8.

Подача сжиженного газа производится с помощью перфорированной трубки 27 с отверстиями 28, обеспечивающей струйное поступление криогенной жидкости во внутреннюю полость герметичной мембраны 8. Перфорированная трубка 27 соединена с заправочной горловиной 29, посредством которой выполняется заполнение топливного бака 1 сжиженным газом, заправочным трубопроводом 30 через запорно-регулировочный вентиль с пневмоприводом 31 и обратный клапан 32, обеспечивающий однонаправленное движение сжиженного газа. Часть заправочного трубопровода 30, расположенная в пространстве между промежуточной оболочкой 3 и герметичной мембраной 8 выполнена в виде металлорукава 33, тем самым, обеспечивается подвижность емкости СПГ и недопущение упругих деформаций заправочного трубопровода 30.The supply of liquefied gas is carried out using a perforated tube 27 with holes 28, which ensures the jet flow of cryogenic liquid into the internal cavity of the sealed membrane 8. The perforated tube 27 is connected to the filling neck 29, through which the fuel tank 1 is filled with liquefied gas, the filling pipeline 30 through the shut-off a pneumatic control valve 31 and a check valve 32, which ensures the unidirectional movement of liquefied gas. Part of the filling pipeline 30, located in the space between the intermediate shell 3 and the sealed membrane 8, is made in the form of a metal hose 33, thereby ensuring the mobility of the LNG tank and preventing elastic deformations of the filling pipeline 30.

Датчики давления 10 в пневматических амортизаторах 6 соединены с блоком управления 34 системой связи 35. Кроме того, блок управления 34 также сообщается с компрессором 11, датчиком положения емкости 17 и датчиком положения жидкой фазы 18 системами связи 36, 37 и 38 соответственно.Pressure sensors 10 in pneumatic shock absorbers 6 are connected to control unit 34 by communication system 35. In addition, control unit 34 also communicates with compressor 11, container position sensor 17 and liquid phase position sensor 18 by communication systems 36, 37 and 38, respectively.

Топливный криогенный бак работает следующим образом. При осуществлении бездренажной заправки криогенного топливного бака 1 СПГ направляется через заправочную горловину 29 по заправочному трубопроводу 30, содержащему запорно-регулировочный вентиль с пневмоприводом 31, обратный клапан 32 и гибкий участок в виде металлорукава 33, к перфорированной трубке 27, расположенной внутри герметичной мембраны 8. По причине наличия многочисленных отверстий 28 на перфорированной трубке 27 в ходе поступления в емкость криогенного топлива выполняется орошение газообразной фазы СПГ, оставшейся от предыдущего заполнения топливного бака 1, тем самым обеспечивается охлаждение газообразного метана, сопровождающееся понижением избыточного давления, и, как следствие, предотвращается возможное стравливание паров в систему дренажа (на фигуре не показана).Fuel cryogenic tank works as follows. When performing non-drainage refueling of a cryogenic fuel tank 1, LNG is sent through the filling neck 29 along the filling pipeline 30, which contains a shut-off and control valve with a pneumatic actuator 31, a check valve 32 and a flexible section in the form of a metal hose 33, to a perforated tube 27 located inside the sealed membrane 8. Due to the presence of numerous holes 28 on the perforated tube 27, in the course of entering the cryogenic fuel tank, the LNG gaseous phase remaining from the previous filling of the fuel tank 1 is refluxed, thereby cooling the gaseous methane, accompanied by a decrease in excess pressure, and, as a result, preventing possible bleeding vapors into the drainage system (not shown in the figure).

Герметичная мембрана 8, установленная внутри промежуточной оболочки 2, поверх которой расположен слой экранно-вакуумной тепловой изоляции 3 и наружная защитная оболочка 2 выполнена из аустенитной никелированной стали. Экранно-вакуумная тепловая изоляция 5 обеспечивает минимальные теплопоступления внутрь топливного бака 1. При этом с целью недопущения дополнительного теплопритока крепление промежуточной оболочки 3 и наружной защитной оболочки 2 производится тепловыми мостами цилиндрического типа 4.Hermetic membrane 8 installed inside the intermediate shell 2, on top of which there is a layer of screen-vacuum thermal insulation 3 and the outer protective shell 2 is made of austenitic nickel-plated steel. The screen-vacuum thermal insulation 5 ensures minimal heat input into the fuel tank 1. At the same time, in order to prevent additional heat gain, the fastening of the intermediate shell 3 and the outer protective shell 2 is carried out by thermal bridges of cylindrical type 4.

Заправка топливного бака 1 продолжается до 75% заполнения герметичной мембраны 8 сжиженным газом, после чего запорно-регулировочный вентиль с пневмоприводом 31 перекрывает подачу криогенного топлива. По мере увеличения уровня СПГ происходит всплывание бака-компенсатора поплавкового типа 19 за счет цилиндрических стержней 20 и 21 с шарнирами 22 и 23, соединяющими его с внутренней поверхностью герметичной мембраны 8. Бак-компенсатор поплавкового типа 19 обеспечивает безопасное хранение СПГ: его внутренняя полость содержит газообразное топливо и предназначена для заполнения жидким метаном в случае его температурного расширения через соединительную трубку 24. При уменьшении степени заполнения сжиженного газа избытки топлива удаляются с помощью сливной трубки 25 с обратным клапаном 26.Refueling of the fuel tank 1 continues until 75% of the sealed membrane 8 is filled with liquefied gas, after which the shut-off and control valve with a pneumatic actuator 31 shuts off the supply of cryogenic fuel. As the LNG level increases, the float type compensator tank 19 floats due to cylindrical rods 20 and 21 with hinges 22 and 23 connecting it to the inner surface of the sealed membrane 8. The float type compensator tank 19 ensures safe storage of LNG: its internal cavity contains gaseous fuel and is designed to be filled with liquid methane in the event of its thermal expansion through the connecting tube 24. When the degree of filling of liquefied gas decreases, excess fuel is removed using a drain tube 25 with a check valve 26.

Система поддержания устойчивого равновесия СПГ работает следующим образом. В случае начинающегося качения топливного бака 1 при переменном движении транспортного средства с целью предотвращения возникновения состояния неустойчивого равновесия как поверхности сжиженного газа, так и основной массы криогенного топлива: возрастания толчков и ударов СПГ о стенки герметичной мембраны 8, срабатывает датчик положения жидкой фазы 18 внутри бака-компенсатора поплавкового типа 19, чувствительный элемент которого (на фигуре не показан) регистрирует положение зеркала сжиженного метана. Датчик положения жидкой фазы 18 направляет сигнал по системе связи 38 к блоку управления 34, который параллельно анализирует поступающую информацию с датчика положения емкости 17 по системе связи 37 об угле отклонения верхней части герметичной мембраны 8 по отношению к плоскости топлива.The LNG stable equilibrium system works as follows. In the case of starting rolling of the fuel tank 1 with the variable movement of the vehicle in order to prevent the occurrence of an unstable equilibrium state of both the surface of the liquefied gas and the bulk of the cryogenic fuel: an increase in shocks and impacts of the LNG against the walls of the sealed membrane 8, the liquid phase position sensor 18 is triggered inside the tank - float-type compensator 19, the sensitive element of which (not shown in the figure) registers the position of the liquefied methane mirror. The liquid phase position sensor 18 sends a signal via the communication system 38 to the control unit 34, which simultaneously analyzes the incoming information from the container position sensor 17 via the communication system 37 about the angle of deviation of the upper part of the sealed membrane 8 with respect to the fuel plane.

Для погашения кинетической энергии жидкости и поддержания горизонтального положения свободной поверхности сжиженного газа, набегающего на боковые стенки сосуда блок управления 34 подает сигнал через систему связи 36 компрессору 11, который производит забор воздуха, нагнетая его в пневматические амортизаторы 6 через обратный клапан 14 распределительный коллектор 13 и автоматические клапаны 12 по трубопроводам подачи воздуха 15, и, тем самым, регулирует их жесткость. Подача воздуха осуществляется только в ту группу пневматических амортизаторов 6, которая должна увеличить свою длину; в других пневматических амортизаторах 6 происходит сжатие стержня путем удаления воздуха по специальным выпускным трубопроводам в атмосферу (на фигуре не показаны). Подтверждение выполненного механического действия регистрируется блоком управления 34 с помощью датчика положения емкости 17, а информация о жесткости пневматических амортизаторов 6 считывается с датчиков давления 10 в каждом пневматическом амортизаторе 6.To extinguish the kinetic energy of the liquid and maintain the horizontal position of the free surface of the liquefied gas flowing onto the side walls of the vessel, the control unit 34 sends a signal through the communication system 36 to the compressor 11, which takes in air, forcing it into the pneumatic shock absorbers 6 through the check valve 14, the distribution manifold 13 and automatic valves 12 through the air supply lines 15, and thereby regulates their rigidity. Air is supplied only to that group of pneumatic shock absorbers 6, which should increase its length; in other pneumatic shock absorbers 6, the rod is compressed by removing air through special exhaust pipes into the atmosphere (not shown in the figure). The confirmation of the performed mechanical action is recorded by the control unit 34 using the container position sensor 17, and information about the stiffness of the pneumatic shock absorbers 6 is read from the pressure sensors 10 in each pneumatic shock absorber 6.

Таким образом, разработанная система регулирования положения емкости СПГ дает возможность уменьшить кинематику топлива в жидком состоянии, тем самым увеличить время бездренажного хранения, что позволит повысить энергетическую и экономическую эффективность системы локального хранения сжиженного газа, применяемой на автотранспорте.Thus, the developed system for controlling the position of the LNG tank makes it possible to reduce the kinematics of the fuel in the liquid state, thereby increasing the time of non-drainage storage, which will improve the energy and economic efficiency of the local storage system for liquefied gas used in motor vehicles.

Claims

1. A small-capacity cryogenic tank of a vehicle running on liquefied natural gas, consisting of a sealed membrane located inside the intermediate shell, fixed to it by four pairs of pneumatic shock absorbers on each side of the ends of the tank, connected to the inner wall of the intermediate shell by fixed supports, with a sealed membrane - swivel joints; a layer of screen-vacuum thermal insulation installed inside the cavity between the intermediate shell and the outer protective shell, connected by means of thermal bridges of a cylindrical type; a filling pipeline having a perforated tube with numerous holes, a flexible part in the form of a metal hose, a check valve, a shut-off and control valve with a pneumatic actuator and a filling neck; systems for compensating for thermal expansion of the liquid phase of the fuel, including a float-type compensator tank with a connecting tube connecting the upper part of the compensator and the space of the sealed membrane, a drain tube with a check valve; a system for maintaining a stable fixed position of the mirror and the main LNG volume, including a control unit connected to the tank position sensor by a communication system installed on the surface of a sealed membrane, connected by a communication system to a compressor that pumps air into pneumatic shock absorbers through air supply pipelines through a check valve, a distribution manifold and automatic valves, connected by a communication system to a liquid phase position sensor located inside the float-type compensator tank.

2. A small-capacity cryogenic tank according to claim 1, characterized in that the inner hermetic membrane is attached to the wall of the intermediate shell with pneumatic shock absorbers, with the help of which its position is regulated.

3. A small-capacity cryogenic tank according to claim 1, characterized in that the filling pipeline is connected to a sealed membrane with a metal hose.