ОХЛАЖДЕНИЕ СЖИЖЕННОГО ПРИРОДНОГО ГАЗА В ПРОЦЕССЕ РАБОТЫ Российский патент 2018 года по МПК F17C5/00 

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННУЮ ЗАЯВКУ

Настоящая заявка испрашивает приоритет предварительной патентной заявки США № 61/814697, озаглавленной "Охлаждение сжиженного природного газа в процессе работы" и поданной 22 апреля 2013 г., описание которой во всей своей полноте включается в настоящий документ посредством данной ссылки.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Для обеспечения надлежащей работы многочисленных устройств, в которых используется сжиженный природный газ (СПГ) требуется регулирование давления кипения и температуры СПГ, подаваемого в устройство. Особый интерес представляет регулирование давления кипения (т. е. давление насыщения) СПГ во встроенных топливных баках транспортных средств. Традиционные системы подачи топлива поддерживают достаточно высокое давление насыщения или давление кипения СПГ, чтобы обеспечивать присутствие давления, подающего природный газ в двигатель потребляющего устройства.

В системах потребляющих устройств, которые включают встроенный насос, топливные баки транспортного средства, в которых содержится СПГ, можно использовать встроенный насос вместо выпуска испаряющегося природного газа. Это увеличивает продолжительность содержания СПГ в топливном баке транспортного средства, пока не становится необходимым выпуск газа. В процессе подачи СПГ сжиженный природный газ поглощает тепло, в том числе в процессе перекачивания и других обычных операций. Чтобы эффективно отводить тепло и подавать СПГ в топливный бак транспортного средства потребляющего устройства, приспособление для отвода тепла от СПГ может находиться на пути подачи сжиженного природного газа, после распределительного насоса, на пути в топливный бак транспортного средства. Такие конфигурации обеспечивают снижение давления насыщения СПГ в процессе введения сжиженного природного газа в потребляющее устройство.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение предлагает системы и устройства для регулирования температуры и давления насыщения сжиженного природного газа (СПГ) в процессе введения СПГ в потребляющее устройство, в частности, топливный бак потребляющего СПГ транспортного средства. Кроме того, предлагаются способы подачи СПГ в потребляющее устройство при минимальном обоснованном давлении насыщения.

Согласно некоторым вариантам осуществления, предлагается система подачи криогенного текучего топлива при заданном давлении насыщения в топливный бак. Топливный бак может включать исходный резервуар, насос, охлаждающий компонент, имеющий температуру окружающей среды трубопровод и термочувствительный клапан. Исходный резервуар имеет верхнюю часть и вторую часть, и исходный резервуар содержит топливо, причем топливо составляют газовая часть и жидкостная часть. Насос находится в сообщении по текучей среде с частью исходного резервуара через паропровод и с нижней частью исходного резервуара через жидкостной трубопровод, причем данный насос предназначается, чтобы перекачивать топливо из исходного резервуара в топливный бак транспортного средства. Охлаждающий компонент предназначается, чтобы окружать охлаждающий трубопровод охлаждающей криогенной текучей средой, причем данный охлаждающий трубопровод находится в сообщении по текучей среде с выпуском насоса на первом конце и с регулируемым впускным трубопроводом на втором конце, и регулируемый впускной трубопровод находится в сообщении по текучей среде с топливным баком транспортного средства. Имеющий температуру окружающей среды трубопровод имеет первый конец, присоединенный к выпуску насоса, и второй конец, присоединенный к регулируемому впускному трубопроводу. Термочувствительный клапанный контроллер присоединяется к регулирующему клапану холодного топлива на втором конце охлаждающего трубопровода, к теплому топливному регулирующему клапану на втором конце имеющего температуру окружающей среды трубопровода, и к регулируемому впускному трубопроводу. Согласно таким вариантам осуществления, термочувствительный клапанный контроллер предназначается, чтобы измерять температуру топлива в регулируемом впускном трубопроводе и регулировать поток топлива через регулирующий клапан холодного топлива и теплый топливный регулирующий клапан, а также чтобы поддерживать температуру топлива в регулируемом впускном трубопроводе в пределах заданного температурного интервала.

Следующие отличительные особенности могут присутствовать в системе в любом обоснованном сочетании. Согласно некоторым вариантам осуществления, охлаждающий компонент включает охлаждающий резервуар, имеющий верхнюю часть и нижнюю часть, причем верхняя часть охлаждающего компонента окружает газовую часть охлаждающей криогенной текучей среды, и нижняя часть охлаждающего компонента окружает жидкостную часть охлаждающей криогенной текучей среды. Согласно некоторым таким вариантам осуществления, система дополнительно включает регулирующий давление клапан в сообщении по текучей среде с охлаждающим компонентом, причем данный регулирующий давление клапан присоединяется к верхней части охлаждающего компонента. Согласно некоторым вариантам осуществления, регулирующий давление клапан выпускает охлаждающую криогенную текучую среду, когда давление охлаждающей криогенной текучей среды в охлаждающем компоненте превышает заданный уровень температуры. Система может включать альтернативный выпускной трубопровод, причем данный альтернативный выпускной трубопровод имеет первый конец в сообщении по текучей среде с жидкой частью охлаждающей криогенной текучей среды и второй конец в сообщении по текучей среде с выпускным клапаном. Альтернативный выпускной трубопровод может также включать контактную часть, которая находится в контакте с газовой частью топлива в исходном резервуаре. Согласно таким вариантам осуществления, скорость выпуска охлаждающей криогенной текучей среды из альтернативного выпускного трубопровода зависит от установленного уровня давления пара топлива внутри исходного резервуара. Система может дополнительно включать распределительный резервуар в сообщении по текучей среде с регулируемым впускным трубопроводом и с топливным баком транспортного средства, и система может дополнительно включать прямой впускной трубопровод, у которого первый конец находится в сообщении по текучей среде с исходным резервуаром, и второй конец находится в сообщении по текучей среде с распределительным резервуаром. Топливо может представлять собой сжиженный природный газ. Согласно некоторым вариантам осуществления, охлаждающая криогенная текучая среда может представлять собой азот. Охлаждающий компонент может включать два резервуара, соединенных через трубопровод, который включает обратный клапан. Согласно таким вариантам осуществления, два резервуара могут представлять собой первый резервуар, в котором содержится охлаждающая криогенная текучая среда при первом давлении, и второй резервуар, в котором содержится охлаждающая криогенная текучая среда при втором давлении, причем первое давление составляет менее чем второе давление или равняется ему. Кроме того, согласно таким вариантам осуществления, первый резервуар находится в сообщении по текучей среде со сжижающим устройством, второй резервуар предназначается, чтобы окружать охлаждающий трубопровод охлаждающей криогенной текучей средой, и обратный клапан может предназначаться, чтобы допускать движение текучей среды только из первого резервуара во второй резервуар, когда первое и второе давление являются одинаковыми.

Согласно родственному аспекту, предлагается система подачи криогенного текучего топлива при заданном давлении насыщения в топливный бак. Данная система может включать исходный резервуар, насос, охлаждающий компонент, имеющий температуру окружающей среды трубопровод и термочувствительный клапанный контроллер. Исходный резервуар может иметь верхнюю часть и вторую часть, причем данный исходный резервуар содержит топливо, и это топливо составляют газовая часть и жидкостная часть. Насос может находиться в сообщении по текучей среде с верхней частью исходного резервуара через паропровод и присоединяться к нижней части исходного резервуара через жидкостной трубопровод, причем данный насос может предназначаться, чтобы перекачивать топливо из исходного резервуара в топливный бак транспортного средства. В охлаждающем компоненте может содержаться охлаждающая криогенная текучая среда, причем данный охлаждающий компонент находится в сообщении по текучей среде со сжижающим устройством. Насос, регулируемый впускной трубопровод и регулируемый впускной трубопровод могут находиться в сообщении по текучей среде с топливным баком транспортного средства. Имеющий температуру окружающей среды трубопровод может иметь первый конец, присоединенный к выпуску насоса, и второй конец, присоединенный к регулируемому впускному трубопроводу. Термочувствительный клапанный контроллер может присоединяться к регулирующему клапану холодного топлива на втором конце охлаждающего трубопровода, к теплому топливному регулирующему клапану на втором конце имеющего температуру окружающей среды трубопровода и к регулируемому впускному трубопроводу. Термочувствительный клапанный контроллер может предназначаться, чтобы измерять температуру топлива в регулируемом впускном трубопроводе и регулировать поток топлива через регулирующий клапан холодного топлива и теплый топливный регулирующий клапан, чтобы поддерживать температуру топлива в регулируемом впускном трубопроводе в пределах заданного температурного интервала, причем данное топливо представляет собой сжиженный природный газ при втором давлении, и первое давление составляет менее чем второе давление.

Согласно некоторым вариантам осуществления, следующие отличительные особенности могут присутствовать в системе в любом обоснованном сочетании. Сжижающее устройство системы может предназначаться, чтобы отводить тепло от охлаждающей криогенной текучей среды с использованием электроэнергии. Система может дополнительно включать распределительный резервуар, который находится в сообщении по текучей среде с регулируемым впускным трубопроводом и с топливным баком транспортного средства. Система может дополнительно включать прямой впускной трубопровод, у которого первый конец находится в сообщении по текучей среде с исходным резервуаром, и второй конец находится в сообщении по текучей среде с распределительным резервуаром. Система может дополнительно включать выпускной паропровод, у которого первый конец находится в сообщении по текучей среде с охлаждающим компонентом, и второй конец присоединяется к исходному резервуару. Выпускной паропровод может предназначаться, чтобы перемещать паровую часть топлива из исходного резервуара в охлаждающий компонент. Согласно некоторым таким вариантам осуществления, сжижающее устройство может включать теплоотводные трубопроводы, через которые движется теплоотводная текучая среда, причем данные теплоотводные трубопроводы присоединяются к отдельному источнику теплоотводной текучей среды, и движение теплоотводной текучей среды регулируется одним или несколькими клапанами сжижающего устройства, чтобы поддерживать давление охлаждающей криогенной текучей среды в охлаждающем компоненте.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

НА ЧЕРТЕЖАХ:

фиг. 1 представляет примерную технологическую схему системы хранения и подачи сжиженного природного газа с жидкоазотным охлаждающим компонентом;

фиг. 2 представляет еще одну примерную технологическую схему системы хранения и подачи сжиженного природного газа с жидкоазотным охлаждающим компонентом, в которой жидкий азот содержится на двух уровнях давления;

фиг. 3 представляет примерную технологическую схему системы хранения и подачи сжиженного природного газа, в которой сборный резервуар содержит очень холодный сжиженный природный газ, который остается холодным посредством сжижающего устройства; и

фиг. 4 представляет такую же примерную технологическую схему системы хранения и подачи сжиженного природного газа, как на фиг. 3, в которой в сжижающем устройстве используется жидкий азот.

Аналогичные условные номера на чертежах обозначают одинаковые или аналогичные устройства.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Системы подач криогенных текучих сред, в частности, тех текучих сред, которые используются в качестве топлива, должны быть способными регулировать давление насыщения (т. е. давление кипения) и температуру текучих сред в процессе хранения и подачи. В случае сжиженного природного газа (СПГ) эти системы должны обеспечивать, чтобы давление насыщения допускало течение природного газа в заданное место, такое как двигатель автомобиля, и одновременно сохранялась способность хранения СПГ при достаточно низком давлении насыщения, чтобы увеличивалось время до тех пор, пока не потребуется выпуск газа из топливного бака транспортного средства в системе. С учетом изложенных выше фактов, существует потребность в усовершенствованных системах и способах подачи сжиженного природного газа при минимальном обоснованном давлении насыщения в процессе введения СПГ в потребляющее устройство.

В настоящем документе описывается система хранения и подачи криогенной текучей среды. Данная система описывается здесь в контексте использования для подачи сжиженного природного газа (СПГ) из большого резервуара под высоким давлением в топливный бак транспортного средства, из которого топливо поступает в использующий природный газ двигатель потребляющего устройства. Однако несмотря на то, что настоящее изобретение описывается, в первую очередь, в отношении подачи топлива в топливный бак транспортного средства, присоединенный к двигателю, следует понимать, что описанная система может предназначаться для использования в любом устройстве, в котором применяются криогенные текучие среды.

Фиг. 1 представляет примерную технологическую схему системы хранения и подачи сжиженного природного газа с жидкоазотным охлаждающим компонентом. Данную систему составляют содержащий сжиженный природный газ (СПГ) резервуар 100, имеющий изоляционный слой 101, паровую часть 102 и жидкостную часть 103; погружной насос 105; жидкоазотный (LN2) компонент 120; сжижающее устройство 125; распределитель СПГ 110; а также топливный бак транспортного средства 115. Резервуар СПГ 100 присоединяется к погружному насосу 105 через жидкостной трубопровод 135 и паропровод 130. Погружной насос 105, в свою очередь, имеет выпускной трубопровод, который разделяется на охлаждающий трубопровод 155 и имеющий температуру окружающей среды трубопровод 150. Охлаждающий трубопровод 155 и имеющий температуру окружающей среды трубопровод 150 снова соединяются в имеющий регулируемую температуру впускной трубопровод 175, который ведет в распределитель 110. Термочувствительный клапанный контроллер 170 располагается на регулируемом впускном трубопроводе 175 и присоединяется к регулирующим поток клапанам 160, 165, которые содержат имеющий температуру окружающей среды трубопровод 150 и охлаждающий трубопровод 155, соответственно. Резервуар СПГ 100 также присоединяется непосредственно к распределителю 110 через прямой впускной трубопровод 140. Распределитель 110 присоединяется к автомобильному топливному баку 115 через питающий бак трубопровод 180, который имеет соединительный переходник 185, который стыкуется с соединительным элементом на автомобильном топливном баке 115.

Жидкоазотный компонент 120 представляет собой охлаждающий компонент. Изоляционный слой 121 окружает часть резервуара жидкоазотного компонента 120. Внутри жидкоазотного компонента 120 находятся паровая часть 122 и жидкостная часть 123. Сжижающее устройство 125 присоединяется к жидкоазотному компоненту 120 таким образом, что сжижающее устройство 125 находится в сообщении по текучей среде с паровой частью 122 жидкоазотного компонента. Регулирующий давление азота клапан 126 также находится в сообщении по текучей среде с паровой частью 122 жидкоазотного компонента.

Жидкий азот не находится в непосредственном контакте с СПГ в системе, которая представлена на фиг. 1. Вместо этого жидкий азот окружает потока СПГ или протекает через резервуар СПГ 100, чтобы отводить тепло от СПГ. Погружная трубка 191 находится в сообщении по текучей среде с жидкостной частью 123 жидкоазотного компонента 120 с альтернативным выпускающий азот трубопровод 192, который проходит через паровую часть 102 резервуара СПГ 100. Альтернативный выпускающий азот трубопровод 192 заканчивается выпускающим азот клапаном 193. Охлаждающий трубопровод 155, который находится в сообщении по текучей среде, выпускает СПГ из погружного насоса 105, причем регулируемый впускной трубопровод 175 проходит через изоляционный слой 121 и жидкостную часть 123 жидкоазотного компонента 120.

В процессе работы сжиженный природный газ (СПГ) содержится при определенной температуре в резервуаре СПГ 100 посредством регулирования давления насыщения СПГ в резервуаре 100, когда жидкий азот проходит через альтернативный выпускающий азот трубопровод 192, а также этому способствует изоляционный слой 101. Когда СПГ перемещается в топливный бак транспортного средства 115, СПГ может протекать двумя путями из резервуара СПГ 100.

СПГ можно также выпускать из резервуара СПГ 100 через жидкостной трубопровод 135 с помощью погружного насоса 105. Действие погружного насоса 105 может способствовать нагреванию СПГ. Когда погружной насос 105 своим действием пропускает СПГ через имеющий температуру окружающей среды трубопровод 150 и охлаждающий трубопровод 155, то термочувствительный клапанный контроллер 170 измеряет температуру в регулируемом впускном трубопроводе 175 и регулирует управляющие потоком клапаны 160 и 165 соответствующим образом до тех пор, пока не будет обнаружена желательная температура в регулируемом впускном трубопроводе 175. При протекании СПГ через охлаждающий трубопровод 155 от СПГ отводится тепло после тех точек на его пути, где энергия используется для создания потока. Отвод тепла и регулирование температуры подачи в регулируемом впускном трубопроводе 175 позволяет подавать СПГ при соответствующем низком давление насыщения.

Жидкоазотный компонент 120 поддерживается на таких уровнях температуры и давлении, которые позволяют ему эффективно охлаждать СПГ, который протекает через охлаждающий трубопровод 155. В системе, представленной на фиг. 1, жидкий азот выпускается в окружающую среду, чтобы поддерживались на подходящих уровнях давление и температура внутри жидкоазотный компонента 120. Часть жидкого азота, которая выпускается в форме газообразного азота, может выходить из жидкоазотного компонента 120 через регулирующий давление азота клапан 126 или альтернативный выпускающий азот трубопровод 192, который присоединяется к выпускающему азот клапану 193. Тепло, поглощаемое жидким азотом, который окружает охлаждающий трубопровод 155, может приводить к повышению давления внутри жидкоазотного компонента 120, и регулирующий давление азота клапан 126 позволяет выпускать газообразный азот в атмосферу и снижать внутреннее давление. Давление внутри жидкоазотного компонента 120 может также снижаться, когда жидкий азот проходит вверх по погружной трубке 191 через альтернативный выпускной трубопровод 192, который находится в контакте с паровой частью 102 резервуара СПГ 100. Помимо снижения давления в жидкоазотном компоненте 120, движение жидкого азота через альтернативный выпускной трубопровод 192 может отводить тепло от резервуар СПГ 100, а также снижать в нем давление. Сжижающее устройство 125 также способствует поддержанию жидкого азота внутри жидкоазотного компонента 120 на подходящих уровнях температуры и давления. Когда оказывается нежелательным выпуск азота в атмосферу, сжижающее устройство 125 может использовать электроэнергию, чтобы отводить тепло из системы на фиг. 1.

Фиг. 2 представляет еще одну примерную технологическую схему системы хранения и подачи сжиженного природного газа с жидкоазотным охлаждающим компонентом, в которой жидкий азот содержится на двух уровнях давления. Система, которая представлена на фиг. 2, представляет собой замкнутую систему, таким образом, что азот не выпускается в окружающую среду.

Система на фиг. 2 включает, в основном, такие же компоненты, как система на фиг. 1. Система, представленная на фиг. 2, включает жидкоазотный охлаждающий компонент 220, который отличается от жидкоазотного компонента 120, представленного на фиг. 1. Жидкоазотный охлаждающий компонент включает 220 два резервуара 222, 223, находящихся при различных давлениях. Имеющий низкое давление резервуар 222 составляют паровая часть 222a и жидкостная часть 222b. Аналогичным образом, имеющий высокое давление резервуар 223 составляют паровая часть 223a и жидкостная часть 223b. Имеющий низкое давление резервуар 222 находится в сообщении по текучей среде со сжижающим устройством 125, в то время как имеющий высокое давление резервуар 223 окружает охлаждающий трубопровод 155 и погружную трубку 191. Имеющий низкое давление резервуар 222 также находится в сообщении по текучей среде с обратным трубопроводом 294, к которому присоединяются альтернативный выпускающий азот трубопровод 192 и выпускающий азот клапан 193. Паровые части обоих резервуаров 222a, 223a также находятся в сообщении по текучей среде с управляющей клапанной системой 226. Жидкостная часть имеющего низкое давление резервуара 222b находится в сообщении по текучей среде с имеющим высокое давление резервуаром 223 через трубопровод 224, имеющий обратный клапан, который допускает движение текучей среды только в одном направлении, а именно из имеющего низкое давление резервуара 222 в имеющий высокое давление резервуар 223.

В системе, представленной на фиг. 2, сжижающее устройство 125 находится в контакте только с содержимым имеющего низкое давление резервуара 222. Сжижающее устройство 125 способствует поддержанию меньшего давления в имеющем низкое давление резервуаре 222, чем в имеющем высокое давление резервуаре 223, даже в случае поступления жидкого азота после прохождения через альтернативный выпускающий азот трубопровод 192 и выпускающий азот клапан 193, поглощая тепло от паровой части 102 резервуара СПГ 100. В процессе работы сжижающего устройства 125 имеющий низкое давление резервуар 222, в конечном счете, заполняется холодным жидким азотом. Когда в имеющем низкое давление резервуаре 222 достигается заданный уровень холодного жидкого азота, паровые части имеющих низкое и высокое давление резервуаров 222a и 223a, соответственно, могут выравниваться посредством приведения в действие управляющая клапанная система 226. Приведение в действие управляющей клапанной системы 226 также заставляет обратный клапан в трубопроводе 224 выпускать холодный жидкий азот из имеющего низкое давление резервуара 222 и направлять его в имеющий высокое давление резервуар 223.

Как правило, перепад давления между имеющим низкое давление резервуаром 222 и имеющим высокое давление резервуаром 223 предотвращает это течение холодного жидкого азота. Приведение в действие управляющей клапанной системы 226 выравнивает давление внутри резервуаров жидкоазотного охлаждающего компонента 220, приводя в действие обратный клапан в трубопроводе 224. Таким образом, азот не выпускается из системы, представленной на фиг. 2, и используется электроэнергия, чтобы отводить тепло от текучих сред в системе через сжижающее устройство 125.

Фиг. 3 представляет примерную технологическую схему системы хранения и подачи сжиженного природного газа, в которой используется второй сборный резервуар СПГ, в котором содержится очень холодный сжиженный природный газ, причем его низкую температуру поддерживает сжижающее устройство. Второй сборный резервуар СПГ представляет собой имеющий низкое давление резервуар СПГ 320, который составляют паровая часть 320a и жидкостная часть 320b. Помимо замены жидкоазотного компонента (120, 220 на фиг. 1 и 2), система, представленная на фиг. 3, отличается от обсуждаемых выше систем тем, что отсутствует охлаждающий трубопровод 155, который проходит через резервуар жидкоазотного компонента. Вместо этого имеющий низкое давление выпускной трубопровод 396 придает пониженное давление насыщения и пониженную температуру СПГ, который проходит через имеющий регулируемую температуру впускной трубопровод 175. Выпускной паропровод 397 обеспечивает гидравлическое сообщение паровой части 102 резервуара СПГ 100 и паровой части 320a имеющего низкое давление резервуара СПГ 320. Разгрузочный трубопровод 395 и клапан 326 также присоединяются к имеющему низкое давление резервуару СПГ 320. Разгрузочный трубопровод 395 обеспечивает гидравлическое сообщение имеющего низкое давление резервуара СПГ 320 и трубопроводов, ведущих в распределитель 110. Распределитель 110 находится в сообщении по текучей среде с резервуаром СПГ 100 через трубопровод 140.

Сжижающее устройство 125 может использовать электроэнергию, чтобы отводить тепло от пара, поступающего через выпускной паропровод 397, а также от жидкости или пара в процессе перекачивания в имеющий низкое давление резервуар СПГ 320 посредством погружного насоса 105.

Как и на фиг. 1 и 2, здесь присутствует термочувствительный контроллер 370, который измеряет температуру в имеющем регулируемую температуру впускном трубопроводе 175, а затем регулирует поток через клапаны 365 и 160 соответствующим образом. Клапан, который регулирует поток холодного СПГ 365, располагается между выпуском погружного насоса 105 и впуском имеющего низкое давление СПГ 320. Имеющий низкое давление выпускной трубопровод 396 обеспечивает гидравлическое сообщение жидкостной части 320b имеющего низкое давление резервуара СПГ 320 и имеющего регулируемую температуру впускного трубопровода 175. Выпуск из погружного насоса 105 присоединяется к паровой части 320a имеющего низкое давление резервуара СПГ 320.

В процессе работы сжиженный природный газ может протекать в системе, представленной на фиг. 3, из резервуара СПГ 100 в распределитель 110 через погружной насос 105 или из имеющего низкое давление резервуара СПГ 320. Чтобы иметь возможность регулирования давления насыщения и температуры СПГ, который поступает в распределитель 110, работает сжижающее устройство 125, которое отводит тепло от природного газа внутри имеющего низкое давление резервуара СПГ 320. Природный газ поступает в имеющий низкое давление резервуар СПГ 320 через выпускной паропровод 397 или из погружного насоса 105 через управляющий клапан 365.

В процессе работы сжижающего устройства 125 холодный СПГ накапливается в имеющем низкое давление резервуаре СПГ 320. Если холодный СПГ не требуется для потребляющего устройства, холодный СПГ может вытекать через разгрузочный трубопровод 395 в распределитель 110 через прямой впускной трубопровод 140 (действующий как обратный трубопровод) в резервуар СПГ 100. Такой обратный поток может осуществляться, когда накапливается заданное количество холодного СПГ, или когда давление внутри имеющего низкое давление резервуара СПГ 320 достигает заданного значения.

Когда термочувствительный клапанный контроллер 370 обнаруживает потребность в холодном СПГ, он может приводить в действие клапан 365 между погружным насосом 105 и имеющим низкое давление резервуаром СПГ 320. Это заставляет холодный СПГ вытекать из жидкостной части 320b имеющего низкое давление резервуара СПГ 320 через имеющий низкое давление выпускной трубопровод 396 в имеющий регулируемую температуру впускной трубопровод 175.

Фиг. 4 представляет такую же примерную технологическую схему системы хранения и подачи сжиженного природного газа, как на фиг. 3, в которой в сжижающем устройстве 425 используется жидкий азот вместо электроэнергии, чтобы отводить тепло от СПГ, протекающего через систему подачи. Сжижающее устройство 425 включает трубопроводы, через которые жидкий азот протекает внутри имеющего низкое давление резервуара СПГ 320. Жидкоазотные трубопроводы образуют контур, который проходит через паровую часть 320a имеющего низкое давление резервуара СПГ 320, а также через жидкостную часть 320b. Датчик давления, который измеряет давление внутри имеющего низкое давление резервуара СПГ 320, работает в сочетании с клапанами и температурными датчиками, которые измеряют температуру жидкого азота, выходящего из имеющего низкое давление резервуара СПГ 320, чтобы регулировать поток жидкого азота, и таким образом, температуру и давление насыщения СПГ внутри имеющего низкое давление резервуара СПГ 320.

Хотя в настоящем документе описываются устройства, системы и способы, имеющие отношение к хранению и подаче топлива, в частности, сжиженного природного газа (СПГ), используемого в качестве топлива для транспортных средств, данные устройства, системы и способы можно использовать и для других криогенных текучих сред. Кроме того, данные устройства, системы и способы можно использовать для любого типа систем хранения и подачи криогенных текучих сред. Описания примерных вариантов осуществления, которые проиллюстрированы на прилагаемых чертежах, могут не включать устройства и приспособления для управления системой, такие как вспомогательные клапаны, термопредохранительные клапаны, выравнивающие и измерительные схемы, снижающие первичное давление схемы и заправочные схемы.

Хотя настоящее описание содержит многочисленные конкретные данные, оно должно истолковываться не в качестве ограничений объема изобретения, которое заявляется, или которое может быть заявлено, но в качестве описания отличительных особенностей, характеризующих конкретные варианты осуществления. Определенные отличительные особенности, которые представлены в настоящем описании в контексте отдельных вариантов осуществления, могут быть также реализованы в сочетании в одном варианте осуществления. С другой стороны, разнообразные отличительные особенности, которые представлены в контексте одного варианта осуществления, могут быть также реализованы во множестве вариантов осуществления, в том числе отдельно или в любой подходящей субкомбинации. Кроме того, хотя отличительные особенности могут описываться выше как действующие в определенных комбинациях и даже первоначально заявляться в данном качестве, одна или несколько отличительных особенностей из заявленной сочетания могут в некоторых случаях исключаться из комбинации, и заявленная комбинация может превращаться в субкомбинацию или видоизмененную субкомбинацию. Аналогичным образом, хотя операции проиллюстрированы на чертежах в определенной последовательности, это не следует понимать как требование того, чтобы такие операции осуществлялись в определенной представленной последовательности или в последовательном порядке, или чтобы, в целях достижения желательных результатов, осуществлялись все проиллюстрированные операции.

Хотя варианты осуществления разнообразных способов и устройств подробно описываются в настоящем документе по отношению к определенным модификациям, следует понимать, что также являются возможными и другие модификации, способы применения, варианты осуществления и соответствующие сочетания. Таким образом, идея и объем прилагаемой формулы изобретения не должны ограничиваться описаниями вариантов осуществления, которые представлены в настоящем документе.

Изобретение относится к средствам подачи топлива. Система подачи криогенного топлива в топливный бак содержит исходный резервуар, насос, охлаждающий компонент, имеющий температуру окружающей среды трубопровод, у которого первый конец присоединен к выпуску насоса и второй конец присоединен к регулируемому впускному трубопроводу, термочувствительный клапанный контроллер и регулируемый впускной трубопровод, находящийся в сообщении с топливным баком. Насос сообщается с верхней и нижней частью резервуара посредством паропровода и жидкостного трубопровода соответственно. Охлаждающий компонент выполнен с возможностью окружения охлаждающего трубопровода охлаждающей криогенной текучей средой. Охлаждающий трубопровод соединен с выпуском насоса на первом конце и с регулируемым впускным трубопроводом на втором конце. Термочувствительный клапанный контроллер выполнен с возможностью измерения температуры топлива в регулируемом впускном трубопроводе и регулирования потока топлива через регулирующий клапан холодного топлива и регулирующий клапан теплого топлива. Использование изобретения обеспечивает достижение минимального обоснованного давления насыщения при одновременном введении криогенной текучей среды в сборный резервуар на потребляющем устройстве. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Система подачи криогенного текучего топлива при заданном давлении насыщения в топливный бак, содержащая:

исходный резервуар, имеющий верхнюю часть и вторую часть, причем исходный резервуар содержит топливо и топливо содержит газовую часть и жидкостную часть;

насос сообщающийся по текучей среде с верхней частью исходного резервуара посредством паропровода и нижней частью исходного резервуара посредством жидкостного трубопровода, причем насос выполнен с возможностью перекачивания топлива из исходного резервуара в топливный бак транспортного средства;

охлаждающий компонент, выполненный с возможностью окружения охлаждающего трубопровода охлаждающей криогенной текучей средой, причем охлаждающий трубопровод соединен по текучей среде с выпуском насоса на первом конце и с регулируемым впускным трубопроводом на втором конце и регулируемый впускной трубопровод находится в сообщении по текучей среде с топливным баком транспортного средства;

имеющий температуру окружающей среды трубопровод, у которого первый конец присоединен к выпуску насоса и второй конец присоединен к регулируемому впускному трубопроводу; и

термочувствительный клапанный контроллер, соединенный с:

регулирующим клапаном холодного топлива на втором конце охлаждающего трубопровода;

регулирующим клапаном теплого топлива на втором конце имеющего температуру окружающей среды трубопровода; и

регулируемым впускным трубопроводом,

причем упомянутый термочувствительный клапанный контроллер выполнен с возможностью измерения температуры топлива в регулируемом впускном трубопроводе и регулирования потока топлива через регулирующий клапан холодного топлива и регулирующий клапан теплого топлива, чтобы поддерживать температуру топлива в регулируемом впускном трубопроводе в пределах заданного температурного интервала.

2. Система по п. 1, в которой охлаждающий компонент включает охлаждающий резервуар, имеющий верхнюю часть и нижнюю часть, причем верхняя часть охлаждающего компонента окружает газовую часть охлаждающей криогенной текучей среды и нижняя часть охлаждающего компонента окружает жидкостную часть охлаждающей криогенной текучей среды.

3. Система по п. 2, дополнительно включающая регулирующий давление клапан в сообщении по текучей среде с охлаждающим компонентом, причем данный регулирующий давление клапан соединен с верхней частью охлаждающего компонента.

4. Система по п. 3, в которой регулирующий давление клапан выпускает охлаждающую криогенную текучую среду, когда давление охлаждающей криогенной текучей среды в охлаждающем компоненте превышает предварительно установленную температуру.

5. Система по п. 2, дополнительно включающая альтернативный выпускной трубопровод, причем данный альтернативный выпускной трубопровод включает первый конец в сообщении по текучей среде с жидкостной частью охлаждающей криогенной текучей среды, второй конец в сообщении по текучей среде с выпускным клапаном и контактную часть, которая находится в контакте с газовой частью топлива в исходном резервуаре.

6. Система по п. 5, в которой скорость выпуска охлаждающей криогенной текучей среды из альтернативного выпускного трубопровода зависит от заданного уровня давления пара топлива внутри исходного резервуара.

7. Система по п. 1, дополнительно включающая распределительный резервуар, находящийся в сообщении по текучей среде с регулируемым впускным трубопроводом и с топливным баком транспортного средства, и дополнительно включающая прямой впускной трубопровод, имеющий первый конец в сообщении по текучей среде с исходным резервуаром и второй конец в сообщении по текучей среде с распределительным резервуаром.

8. Система по п. 1, дополнительно включающая сжижающее устройство в сообщении по текучей среде с охлаждающим компонентом, причем данное сжижающее устройство предназначается, чтобы отводить тепло от охлаждающей криогенной текучей среды с использованием электроэнергии.

9. Система по п. 1, в которой топливо представляет собой сжиженный природный газ.

10. Система по п. 1, в которой охлаждающая криогенная текучая среда представляет собой жидкий азот.

11. Система по п. 1, в которой охлаждающий компонент содержит два резервуара, соединенные трубопроводом, включающим обратный клапан, первый резервуар для содержания охлаждающей криогенной текучей среды при первом давлении и второй резервуар для содержания охлаждающей криогенной текучей среды при втором давлении, причем первое давление меньше, чем второе давление, или равно ему, первый резервуар находится в сообщении по текучей среде со сжижающим устройством, второй резервуар выполнен с возможностью окружения охлаждающего трубопровода охлаждающей криогенной текучей средой и обратный клапан выполнен с возможностью пропускания потока текучей среды только из первого резервуара во второй резервуар, когда первое и второе давление являются одинаковыми.

12. Система подачи криогенного текучего топлива при заданном давлении насыщения в топливный бак, содержащая:

исходный резервуар, имеющий верхнюю часть и вторую часть, причем исходный резервуар содержит топливо и топливо содержит газовую часть и жидкостную часть;

насос в сообщении по текучей среде с верхней частью исходного резервуара посредством паропровода и нижней частью исходного резервуара посредством жидкостного трубопровода, причем данный насос выполнен с возможностью перекачивания топлива из исходного резервуара в топливный бак транспортного средства;

охлаждающий компонент, содержащий охлаждающую криогенную текучую среду, причем данный охлаждающий компонент находится в сообщении по текучей среде со сжижающим устройством, насосом и регулируемым впускным трубопроводом и регулируемый впускной трубопровод находится в сообщении по текучей среде с топливным баком транспортного средства;

имеющий температуру окружающей среды трубопровод, у которого первый конец соединен с выпуском насоса, а второй конец соединен с регулируемым впускным трубопроводом; и

термочувствительный клапанный контроллер, соединенный с:

регулирующим клапаном холодного топлива на втором конце охлаждающего трубопровода;

регулирующим клапаном теплого топлива на втором конце имеющего температуру окружающей среды трубопровода; и

регулируемым впускным трубопроводом,

причем термочувствительный клапанный контроллер выполнен с возможностью измерения температуры топлива в регулируемом впускном трубопроводе и регулирования потока топлива через регулирующий клапан холодного топлива и регулирующий клапан теплого топлива для поддержания температуры топлива в регулируемом впускном трубопроводе в пределах заданного температурного интервала, причем топливо представляет собой сжиженный природный газ при первом давлении и охлаждающая криогенная текучая среда содержит сжиженный природный газ при втором давлении, причем первое давление меньше, чем второе давление.

13. Система по п. 12, в которой сжижающее устройство выполнено с возможностью отвода тепла от охлаждающей криогенной текучей среды с использованием электроэнергии.

14. Система по п. 1, дополнительно содержащая распределительный резервуар, находящийся в сообщении по текучей среде с регулируемым впускным трубопроводом и с топливным баком транспортного средства, и дополнительно содержащая прямой впускной трубопровод, у которого первый конец находится в сообщении по текучей среде с исходным резервуаром и второй конец находится в сообщении по текучей среде с распределительным резервуаром.

15. Система по п. 1, дополнительно включающая выпускной паропровод, у которого первый конец находится в сообщении по текучей среде с охлаждающим компонентом и второй конец присоединяется к исходному резервуару, причем данный выпускной паропровод выполнен с возможностью перемещения паровой части топлива из исходного резервуара в охлаждающий компонент.

16. Система по п. 12, в которой сжижающее устройство содержит теплоотводные трубопроводы, через которые движется теплоотводная текучая среда, причем данные теплоотводные трубопроводы присоединены к отдельному источнику теплоотводной текучей среды, поток теплоотводной текучей среды регулируется одним или несколькими клапанами сжижающего устройства, чтобы поддерживать давление охлаждающей криогенной текучей среды в охлаждающем компоненте.