Способ газификации сжиженного природного газа в бортовых криогенных системах автотранспортных средств

Способ газификации сжиженного природного газа в бортовых криогенных системах автотранспортных средств

Реферат

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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