ТОПЛИВНЫЙ КРИОБАК ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Российский патент 1998 года по МПК B60K15/03 F17C13/08 

Изобретение относится к транспортному машиностроению и предназначено для использования в транспортных средствах, применяющих в качестве топлива сжиженный природный газ.

Известен автомобильный бак для жидкого топлива, состоящий из наружного жесткого корпуса, внутри которого размещена емкость, выполненная из упругого материала (заявка ФРГ N 3913871, кл. B 60 R 15/03, 1990)/
Известен также многослойный топливный бак, включающий наружный корпус из морозоустойчивой пластмассы и внутреннюю пластиковую емкость для топлива, причем между корпусом и емкостью имеется теплоизолирующий слой пенопласта (заяв. ЕПВ N 0288587, кл. B 60 К 15/02, публ. 1988).

Указанные топливные баки также неприменимы для топливных систем с СПГ из-за недостаточной теплоизоляции внутренней емкости.

Наиболее близким по своей технической сущности к предлагаемому изобретению является автомобильный криобак, оборудованный арматурой для заправки, дренажа и отбора жидкости, включающий наружный кожух, имеющий внутри теплоизолирующие осевые опоры, на которых закреплена емкость для СПГ, причем полость между кожухом и емкостью вакуумирована и снабжена многослойной теплоизоляцией (образованная информация "Использование сжиженного природного газа на транспорте", Криогенное и вакуумное машиностроение. ЦИИТИхимнефтемаш, сер. ХМ-6. М.: 1987, с. 27, рис. 12 - прототип).

Указанный криобак является сложным по конструкции и недостаточно надежным в эксплуатации. Правая опора для емкости с СПГ выполнена в виде длинной трубы, внутри которой расположены отдельные трубопроводы для заправки, дренажа и питания. Такое решение усложняет технологию изготовления и сборки бака, а сильные тепловые потоки через опору снижают надежность его работы.

Технической задачей изобретения является раздельное расположение арматуры и заправки по сторонам емкости с топливом, исключение ее перемещения внутри кожуха и снабжение емкости нагревателем, использующим тепло системы охлаждения двигателя транспортного средства для улучшения эксплуатационных качеств криобака.

Техническая задача решается тем, что в топливном криобаке для транспортного средства, включающем кожух, внутри которого на теплоизолирующих опорах закреплена емкость для топлива, причем полость между кожухом и емкостью вакуумирована, питающий трубопровод для соединения с топливной системой транспортного средства, дренажное устройство, емкость для топлива имеет центральный пояс, на котором радиально закреплены цапфы, подвижно связанные с теплоизолирующими опорами, установленными на кожухе соответственно, питающий трубопровод имеет участок с подогревателем, выполненным с возможностью использования тепла от системы охлаждения двигателя транспортного средства, при этом дренажное устройство имеет перфорированную трубку, установленную внутри емкости над уровнем топлива.

Достигаемая техническая задача решается тем, что внутренняя емкость соединена с опорами на кожухе подвижно при помощи цапф, прикрепленных к емкости радиально в плоскости, проходящей через ее центр масс, что позволяет значительно уменьшить сечение удерживающих емкость опор. Благодаря уменьшенному сечению цапф снижается до минимума тепловой поток от кожуха к емкости. Тем самым, увеличивается срок хранения СПГ в криобаке - улучшение эксплуатационных качеств.

На фиг. 1 показан криобак, продольное сечение; на фиг.2 - то же, поперечное сечение.

В примере конкретного исполнения показана конструкция топливного криобака, разработанная для грузового автомобиля типа КамАЗ. Хотя теоретически достаточно трех цапф, закрепленных на емкости по окружности под углом 120^o, на практике оптимальной является схема с четырьмя цапфами, расположенными крестообразно под углом 90^o.

Криобак включает наружный кожух 1 и внутреннюю емкость 2, между которыми имеется вакуумно-насыпная изоляция 3. Средняя обечайка внутренней емкости 2 выполнена в виде опорного пояса 4, на котором радиально установлены цапфы 5, подвижно связанные с тепловыми опорами 6, соответственно закрепленными на кожухе 1.

Сквозь стенку емкости 2 проходят заправочный 7 и питающий 8 трубопроводы. Дренажное устройство 9 имеет перфорированную трубку 10. На кожухе установлено предохранительное устройство 11, которое содержит разрядную мембрану 12.

Питающий трубопровод 8 соединен с подогревателем топлива 13, расположенным снаружи криобака. Выход 14 подогревателя выполнен с возможностью соединения с топливной системой двигателя грузовика. Криобак имеет так же ультразвуковые датчики уровня 15 и осушитель 16, содержащий поглотитель водяных паров типа силикагель. Датчики 15 связаны с выходными клеммами 17 при помощи кабелей 18. На фиг.2 так же показан узел 19 крепления криобака на шасси грузовика.

Теплопереходы 20, удерживающие цапфы 5, выполнены на навитой в виде спирали металлической ленты и имеют большое термосопротивление. Внутренняя емкость 2 изготовлена из высокопрочной коррозионностойкой стали. Дренажное устройство 9 выполнено с возможностью присоединения к заправочной магистрали источника СПГ.

Топливный криобак работает следующим образом.

Для заправки криобака заправочные магистрали источника СПГ присоединяют к питающему трубопроводу 7 и дренажному трубопроводу 9.

Таким образом, заправку производят одновременно по двум магистралям: через трубопровод 7 снизу, как обычно, и через дренажный трубопровод 9. При этом криогенная жидкость, поступающая в емкость 2 сверху из отверстий трубки 10, орошая пары топлива, оставшиеся в емкость от предыдущей заправки, охлаждают их. Тем самым, компенсируется ожидаемый рост давления паров над поверхностью топлива при заполнении емкости. Такое решение позволяет исключить выброс дренажных паров в атмосферу при заправке криобака, без применения насосов. При этом повышается экономичность и безопасность криобака. Датчики 15 монтируют уровень топлива в емкости, который должен оставаться ниже трубки 10.

Конструкция криобака допускает при необходимости заправку через одну магистраль, которую присоединяют к трубопроводу 7. В этом случае дренажное устройство (9-10) используют непосредственно для улавливания дренажных паров.

При передвижении с использованием СПГ топливную систему автомобиля перекачивают на криобак. При этом СПГ поступает по трубопроводу 8 и подогреватель 13, где испаряется и в газообразном виде поступает через переходник 14 в двигатель.

При нарушении герметичности внутренней емкости 2, например, в результате аварии при дорожно-транспортном происшествии СПГ может проникнуть в теплоизолирующую полость между емкостью и кожухом и закипеть. При этом давление в полости будет расти, может достигнуть предельно допустимого значения. Тогда разрывается мембрана 12 и газ через устройство 11 уходит в атмосферу, что предотвращает разрушение кожуха.

В соответствии с описанной выше системой-схемой был изготовлен опытный образец криобака для грузового автомобиля КамАЗ и проведены его испытания, показавшие удовлетворительные результаты.

Использование: в транспортном машиностроении, конкретно в транспортных средствах, использующих в виде топлива сжиженный природный газ (СПГ). Сущность изобретения: криобак состоит из герметичного кожуха, внутри которого на теплоизолирующих опорах закреплена емкость для СПГ, оборудованная средствами заправки, дренажа и выдачи СПГ в топливную систему транспортного средства. Емкость для СПГ связана с опорами подвижно при помощи цапф, закрепленных на ней радиально в плоскости, проходящей через ее центр масс. Средство выдачи СПГ имеет подогреватель для испарения топлива, выполненный с возможностью использования тепла от системы охлаждения двигателя. Дренажное устройство выполнено с возможностью подключения к дополнительной заправочной магистрали источника СПГ при заправке по двум магистралям и снабжено разбрызгивателем топлива в виде перфорированной трубки. При заправке через одну магистраль трубка служит для улавливания дренажных паров. 2 ил.

Топливный криобак транспортного средства, преимущественно для сжиженного природного газа, содержащий кожух, внутри которого на теплоизолирующих опорах закреплена емкость для топлива, полость между которой и кожухом вакуумирована, питающий трубопровод для соединения с топливной системой транспортного средства и дренажное устройство, отличающийся тем, что емкость для топлива снабжена центральным силовым поясом, на котором радиально закреплены цапфы, подвижно связанные с теплоизолирующими опорами, установленными на кожухе соответственно, а питающий трубопровод снабжен участком с подогревателем, выполненным с возможностью использования тепла от системы охлаждения двигателя транспортного средства, при этом дренажное устройство снабжено перфорированной трубкой, установленной внутри емкости в ее верхней части.