RU39675U1

RU39675U1 - TANK CRYOGENIC FUEL ENGINE OF A VEHICLE OPERATING ON LIQUEFIED NATURAL GAS

Info

Publication number: RU39675U1
Application number: RU2004107619/22U
Authority: RU
Inventors: А.В. Брагин; Н.М. Еремина; С.Б. Мильман; О.М. Попов; В.Н. Удут
Original assignee: Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Гелиймаш"
Priority date: 2004-03-17
Filing date: 2004-03-17
Publication date: 2004-08-10

Abstract

1. Бак криогенный топливный двигателя транспортного средства, работающего на сжиженном природном газе (СПГ), состоящий из криогенного бака, представляющего собой два сосуда один внутри другого, внутренний сосуд снаружи обмотан изоляцией, а межстенное пространство между сосудами отвакуумировано, системы заправки и подачи топлива к двигателю транспортного средства, включающей указатель уровня СПГ, испаритель наддува и арматуру, отличающийся 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.2. Бак криогенный по п.1, отличающийся тем, что вдоль нижней образующей внутреннего сосуда закреплен, как минимум, один отрезок трубы, изогнутый вверх, например, по профилю днища сосуда, и его верхний срез расположен выше уровня горизонтальной оси сосуда.1. The tank is a cryogenic fuel engine of a vehicle operating on a liquefied natural gas (LNG), consisting of a cryogenic tank, which is two vessels one inside the other, the inner vessel is insulated from the outside, and the space between the vessels is evacuated, the fueling and fuel supply systems to a vehicle engine including an LNG level gauge, a boost evaporator and fittings, characterized in that the nozzle for fluid selection on the boost evaporator located inside the vessel is made two ennym, evacuate the space between the walls, the inner tube heater is installed, and an end pipe configured, for example, with an oblique cut, is located directly on the lower generatrix sosuda.2. The cryogenic tank according to claim 1, characterized in that along the lower generatrix of the inner vessel, at least one pipe section is curved upward, for example, along the profile of the bottom of the vessel, and its upper section is located above the horizontal axis of the vessel.

Description

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.When using LNG as a motor fuel, it is very important that the fuel be stored in a tank without drainage, which depends on both external heat influx and temperature stratification of the liquid (stratification) that occurs when stored in closed containers under pressure, and the so-called “aging” of LNG, when the composition of the residual LNG changes in the direction of enrichment with high boiling components.

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.The accumulation of heavy hydrocarbons in the lower part of the vessel during the filling of new portions of LNG can lead to their thickening and, as a result, to clogging the pipelines and impulse tubes of the level gauge with the viscous phase.

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)/.A known method of organizing convective flows in a liquid / see Japan, 6097080 B4 cl. 5 F 17 C 13/00 (IP 89327688 12/18/89) /, based on the heating system of its lower layers. The resulting gas bubbles and layers of warm liquid rise, causing mixing of the entire mass of liquid. Under stationary conditions, the heating system can be implemented in various ways, for example, using heated nitrogen. Mixing the liquid can be carried out in the traditional mechanical way, but this requires the installation of additional rather bulky equipment / cm. A.S. USSR No. 189206 (application No. 3046821 of July 19, 1982).

В транспортных баках это использовать практически невозможно.In transport tanks it is almost impossible to use.

В транспортных баках, которые часто заправляются, идет дополнительное накапливание тяжелых углеводородов за счет оставшегося в баке топлива.In transport tanks, which are often refueled, there is an additional accumulation of heavy hydrocarbons due to the fuel remaining in the tank.

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.Known tank cryogenic fuel vehicle operating on liquefied natural gas (LNG) / (see P / N 3835849 Rev A 4/99) /, consisting of a cryogenic tank, which is two vessels one inside the other; the inner vessel is wrapped with insulation from the outside, and the inter-wall space between the vessels is evacuated, and the system for refueling and supplying fuel to the vehicle engine includes an LNG level indicator, a boost evaporator and valves.

К недостатку этого топливного бака следует отнести возможность стратификации в жидкости и накапливания тяжелых углеводородов, приводящие к забивке импульсных трубок измерителя уровня и трубопроводов. The disadvantage of this fuel tank is the possibility of stratification in the liquid and the accumulation of heavy hydrocarbons, leading to clogging of the pulse tubes of the level meter and pipelines.

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.The aim of the invention is to eliminate the occurrence of stratification and accumulation of heavy fractions in the lower layers of the liquid and, consequently, increase the period of drainage-free storage of fuel and increase the reliability of fuel supply from the tank of a vehicle.

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.The elimination of the accumulation of heavy hydrocarbons is achieved by the fact that the liquid intake pipe to the boost evaporator located inside the vessel is double-walled, the interwall space is evacuated, a heater is installed on the internal pipe, and the pipe end made, for example, with an oblique cut, is located directly on the lower generatrix of the vessel.

Для естественного перемешивания жидкости во время движения транспортного средства вдоль нижней образующей внутреннего сосуда закреплен, как минимум, один отрезок трубы, изогнутый вверх, например, For natural mixing of the liquid while the vehicle is moving along the lower generatrix of the inner vessel, at least one pipe section is bent upward, for example,

по профилю днища сосуда, и его верхний срез расположен выше горизонтальной оси сосуда.along the profile of the bottom of the vessel, and its upper section is located above the horizontal axis of the vessel.

Для пояснения сущности предлагаемого технического решения представлены:To clarify the essence of the proposed technical solutions are presented:

Фиг.1 (а,б). Бак криогенный топливный двигателя транспортного средства, работающего на сжиженном природном газе.Figure 1 (a, b). Tank is a cryogenic fuel engine of a liquefied natural gas vehicle.

Фиг.2 Узел установки патрубка испарителя наддува.Figure 2 The installation site of the pipe evaporator boost.

Фиг.3 (а,б) Устройство для перемешивания слоев жидкости.Figure 3 (a, b) Device for mixing layers of liquid.

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.Tank cryogenic fuel engine of a vehicle operating on liquefied natural gas (LNG) (see figa) consists of a cryogenic fuel tank 1, a refueling system 2, a gas discharge system 3 and valves.

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.The cryogenic fuel tank 1 (see figa, b) is a double-walled cylindrical tank 4, made, for example, of stainless steel. The inner vessel 5 of the cryogenic tank 1 is fixed in the casing 6. Highly efficient thermal insulation 7 is applied to the surface of the inner vessel 5, and the interstitial space 8 between the inner vessel 5 and the casing 6 is evacuated.

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.A trap 9 is installed in the upper part of the inner vessel 5 (see Fig. 16), which prevents the release of liquid fuel into the pipeline 10 for supplying the gas phase to the engine when the vehicle is moving.

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.The cryogenic fuel tank 1 is equipped with a level gauge 11 connected to it by a line 12. To increase the pressure in the system (see Fig. 1a) and in the inner vessel 5 of the cryogenic fuel tank 1, a boost evaporator 13 is installed, which is integrated in the pipe 14 in front of the valve 15 connecting it with the gas cavity of the inner vessel 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.The nozzle 16 of the boost evaporator 13 (see FIG. 2) located inside the vessel 5 is double-walled, with a housing 17, the inter-space between which is evacuated, and has a heater 18, for example, an electric one, located on its surface. The end of the pipe 16 is made, for example, with a cut 19 and placed on the lower generatrix of the inner vessel 5.

Устройство для перемешивания жидкости, хранящейся во внутреннем сосуде 5, выполнено следующим образом (см фиг.3).A device for mixing the liquid stored in the inner vessel 5 is made as follows (see figure 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.A segment of pipe 20 is fixed along the lower generatrix of the inner vessel 5 (see Fig. 3a), one end of which is bent upward, for example, along the profile of the bottom 21 of the vessel 5, and its upper cut 22 is located above the horizontal axis 23 of the inner vessel 5. The vessel can be placed for example, a pipe segment 24 (see fig. 3b) as a mirror image of a segment 20. If necessary, the number of installed pipe segments can be increased, as well as their configuration.

Работа устройства заключается в постоянном перемещении нижних слоев жидкости в верхнюю зону сосуда при неустановившемся движении транспортного средства.The operation of the device consists in the constant movement of the lower layers of liquid in the upper zone of the vessel during unsteady movement of the vehicle.

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.During storage of LNG with the engine off, when liquid and gas are not taken from the inner vessel 5, the latter undergoes temperature separation of the liquid due to heat influx from the environment and the formation of the upper equilibrium heated layer, which leads to a rapid increase in pressure in the tank. In addition, during prolonged storage, the so-called “LNG aging” process takes place, in which a heavier hydrocarbon fraction accumulates in the lower layer.

Во время движения транспортного средства более интенсивно испаряются верхние прогретые слои жидкости, а перемешивание нижних вязких слоев идет недостаточно активно, кроме того, нередко дозаливка During the movement of the vehicle, the upper heated layers of liquid evaporate more intensively, and the mixing of the lower viscous layers is not active enough, in addition, often

жидкого топлива идет при не полностью использованном топливе и слой с тяжелыми углеводородами накапливается.liquid fuel goes with not fully used fuel and the layer with heavy hydrocarbons accumulates.

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).The inner vessel 5 (see Fig. 1) of the vehicle’s cryogenic fuel tank 1 is filled with liquefied natural gas through the fueling system 2 to a level corresponding to a fill factor of 90% according to level gauge 11, with the gas discharge valve open in the fueling system 2 through which the vapor is discharged in the drainage line (not shown in figure 1).

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.When the engine is running and the pressure drops in the system, the boost evaporator 13 and the heater 18 are turned on with the valve 15 open, the pressure in the inner vessel and the system increases due to the evaporation of part of the liquid. Upon reaching the required pressure, the heater 18 is turned off and the flow of liquid into the boost evaporator 13 is stopped by closing the valve 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.The heater 18 is automatically switched on each time the engine switches to operation from the vapor phase. The heater 18 due to the heating of the local zone provides the liquefaction of dense accumulations in the lower layers of the fuel and the free passage of liquid into the pipe 16 and further into the boost evaporator 13 and the engine fuel line. If necessary, the heater 18 can be turned on manually.

Подогреватель 18, установленный в нижней части бака, обеспечивает надежность эксплуатации транспортного средства независимо от качества газомоторного топлива.The heater 18, installed in the lower part of the tank, ensures reliable operation of the vehicle regardless of the quality of gas engine fuel.

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 To eliminate the separation of liquid fuel during vehicle movement, a forced mixing device is provided: during acceleration or braking, as well as during bends, the liquid of the lower layer under the action of inertia forces enters the pipe segment 20 (and / or 24) and gushes into the upper layer. When this happens, the mixing of the liquid throughout the volume of the vessel 5, due to which it decreases

скорость стратификации и старения топлива, а, следовательно, и увеличивается длительность его хранения и повышается надежность работы топливной системы в целом.the rate of stratification and aging of the fuel, and, consequently, increases the duration of its storage and increases the reliability of the fuel system as a whole.

Claims

1. The tank is a cryogenic fuel engine of a vehicle operating on a liquefied natural gas (LNG), consisting of a cryogenic tank, which is two vessels one inside the other, the inner vessel is insulated from the outside, and the space between the vessels is evacuated, the fueling and fuel supply systems to a vehicle engine including an LNG level gauge, a boost evaporator and fittings, characterized in that the nozzle for fluid selection on the boost evaporator located inside the vessel is made two ennym, evacuate the space between the walls, the inner tube heater is installed, and the end fitting made of, for example, with an oblique cut, is located directly on the lower generatrix of the container.

2. The cryogenic tank according to claim 1, characterized in that along the lower generatrix of the inner vessel, at least one pipe section is curved upward, for example, along the profile of the bottom of the vessel, and its upper section is located above the horizontal axis of the vessel.