Изобретение относится к области хранения природного газа в адсорбированном состоянии и использования адсорбированного природного газа для питания двигателя внутреннего сгорания транспортного средства.
Природный газ является одним из самых перспективных альтернативных источников энергии в связи с низкой стоимостью и хорошими экологическими качествами. На сегодня уже более 28 миллионов автомобилей в мире используют природный газ. И согласно прогнозам Международного энергетического агентства доля природного газа, в мировом энергетическом балансе к 2040-ому году не только не упадет в связи с развитием альтернативной энергетики, но и вырастет в 1,46 раза, при этом потребление природного газа на транспорте вырастет в 2,35 раза.
Адсорбированный природный газ (АПГ) - альтернативная технология хранения природного газа, в том числе, и для применения на транспортных средствах. Адсорбированный природный газ отличается высокой энергоэффективностью, а также пожаро- и взрывобезопасностью, обусловленными «связанным» состоянием молекул газа в микропорах и низкими давлениями по сравнению с традиционными системами компримированного (КПГ) и сжиженного (СПГ) природного газа. Однако системы АПГ обладают и недостатками: тепловыми эффектами адсорбции/десорбции (адсорбция и десорбция - экзотермический и эндотермический процессы соответственно), снижающими эффективность заправки/выдачи газа, а также накоплением в адсорбционном материале в результате циклической работы системы высококипящих углеводородов (С2+), входящих в состав природного газа.
Изначально адсорбционные материалы синтезируются в гранулированном или порошкообразном виде и обладают невысокой насыпной плотностью. Для повышения удельной объемной емкости адсорбционной системы аккумулирования требуется увеличивать плотность упаковки адсорбента. В работе [Solovtsova, O.V.; Chugaev, S.S.; Men’shchikov, I.E.; Pulin, A.L.; Shkolin, A.V.; Fomkin, A.A. High-density carbon adsorbents for natural gas storage. Colloid J. 2020, 82, 719-726] показано, что формование под давлением смеси адсорбционного материала со связующим позволяет существенно увеличить удельную объемную емкость системы АПГ с моноблочным адсорбентом, изготовленным по данной технологии, по сравнению с исходным рассыпным адсорбционным материалом.
Адсорбционные системы аккумулирования в силу возникновения тепловых эффектов очень чувствительны к скорости заправки и выдачи газа. Отсутствие специально заложенных приемов утилизации теплоты адсорбции при заправке и подвода теплоты при выдаче газа снижают эффективность (количество газа, пробег) систем АПГ примерно в 2 раза, что особенно проявляется при «быстрой» заправке и выдаче газа. При этом в области автотранспорта скорости заправки и выдачи являются принципиальными, что требует применения специальных технологических приемов, использования дополнительных машин и аппаратов в адсорбционных системах аккумулирования. Как правило, для снижения влияния тепловых эффектов могут быть использованы специальные системы терморегулирования: теплообменники, установленные внутри [Vasiliev, L.L.; Kanonchik, L.E.; Tsitovich, A.P. Adsorption system with heat pipe thermal control for mobile storage of gaseous fuel. Int. J. Therm. Sci. 2017, 120, 252-262], [Ybyraiymkul, D.; Ng, K.C.; Kaltayev, A. Experimental and numerical study of effect of thermal management on storage capacity of the adsorbed natural gas vessel. Appl. Therm. Eng. 2017, 125, 523-531] или снаружи [Zhang, J.; Tan, Y.; Zhang, T.; Yu, K. Investigation of improvement of desorption efficiency using engine cooling water in natural gas vehicle tank. Appl. Therm. Eng. 2018, 133, 117-124], [Patil, K.H.; Sahoo, S. Charge characteristics of adsorbed natural gas storage system based on MAXSORB III. J. Nat. Gas Sci. Eng. 2018, 52, 267-282] адсорбционного аккумулятора, а также циркуляция непосредственно через слой адсорбента газа, нагретого или охлажденного во внешнем теплообменном аппарате [Kanonchik, L.E.; Vasiliev, L.L. Charge dynamics of a low-pressure natural gas accumulator with solid adsorbent, novel thermosyphon and recirculation loop. Int. J. Heat Mass Transf. 2019, 143, 1-9], [Strizhenov, E.M.; Chugaev, S.S.; Men’shchikov, I.E.; Shkolin, A.V.; Zherdev, A.A. Heat and mass transfer in an adsorbed natural gas storage system filled with monolithic carbon adsorbent during circulating gas charging. Nanomaterials 2021, 11, 3274].
В работе [Pupier, O.; Goetz, V.; Fiscal, R. Effect of cycling operations on an adsorbed natural gas storage. Chem. Eng. Process. 2005, 44, 71-79] показано, что накопление примесных углеводородов С2+ в адсорбенте при использовании природного газа с содержанием метана около 92,18% мол. приводит к снижению эффективности системы хранения на 50% после 700 циклов заправки природным газом, что соответствует пробегу автомобиля около 250 000 км. В работе [Romanos, J.; Rash, T.; Dargham, S.A.; Prosniewski, M.; Barakat, F.; Pfeifer, P. Cycling and regeneration of adsorbed natural gas in microporous materials. Energy Fuels 2017, 31, 14332-14337] показано, что при заправке адсорбционной системы природным газом с 85,45% мол. метана, объемная накопительная емкость системы уменьшилась до 50% уже после первых 100 циклов и после этого оставалась постоянной. Авторы работы [Prosniewski, M.; Rash, T.; Romanos, J.; Gillespie, A.; Stalla, D.; Knight, E.; Smith, A.; Pfeifer, P. Effect of cycling and thermal control on the storage and dynamics of a 40-L monolithic adsorbed natural gas tank. Fuel 2019, 244, 447-453] изучали влияние примесей в природном газе с содержанием метана 90,58% мол. в полноразмерной адсорбционной системе с терморегулированием (нагрев при выдаче газа) и без него. Было установлено, что за 20 циклов без использования терморегулирования полезная объемная емкость аккумулирования уменьшилась на 16%, а количество выдаваемого газа на 10%. Однако при использовании нагрева системы при выдаче газа потери эффективности были снижены до 7% и 5% соответственно благодаря более эффективному удалению этана, как основного примесного углеводорода в природном газе. В свою очередь терморегулирование не привело к значительному улучшению в снижении накопления углеводородов тяжелее C2H6, которые продолжали вытеснять метан и этан из системы. Эти данные показывают, что для того, чтобы автомобильная адсорбционная система аккумулирования была эффективна, необходимо использование как терморегулирования адсорбционного аккумулятора, так и системы борьбы с накоплением примесных углеводородов в адсорбенте.
В патенте US6613126B2 обсуждаются решения, позволяющие минимизировать негативное влияние тяжелых гомологов метана в природном газе на показатели адсорбционной системы путем их предварительного сепарирования перед заправкой газом аккумулятора с адсорбентом. Авторами патента представлена схема с разделением природного газа на легкие и тяжелые фракции на базе самого автомобиля. Согласно схеме, поток природного газа сначала проходит через предварительный адсорбер, где происходит отделение пропана и бутана, после чего обогащенный метаном поток аккумулируется в основном адсорбере. При этом для улучшения сорбционно-десорбционных показателей предварительного адсорбера в нем предусмотрен теплообменный контур для утилизации теплоты и холода, образующихся в процессах заправки/выдачи газа.
В похожем патенте US20150001101A1 представлена схема адсорбционной системы с двумя последовательно расположенными аккумуляторами, первый из которых предназначен для улавливания молекул газов C2+, а второй для накопления природного газа, обогащенного метаном. На первом этапе происходит заполнение газом предварительного защитного адсорбера в динамическом режиме при закрытом вентиле, отсекающим основной адсорбер. По мере продвижение фронта потока газа происходит задерживание тяжелых углеводородов в адсорбере, а газовый поток обогащается метаном. После этого клапан между адсорберами открывается и производится напуск газа в основной адсорбер. При полном заполнении основного адсорбера клапан перекрывают. При подаче газа в ДВС осуществляется обратная ситуация - поток газа, выходящий из основного адсорбера «выдувает» молекулы C2+ из защитного адсорбера, одновременно его регенерируя.
В представленных выше патентах не освещена или частично освещена проблема выделения/поглощения теплоты в процессах заправки/выдачи природного газа из адсорбера, что оказывает значительное влияние на работу и эффективность всей системы в целом.
В патенте на полезную модель № 173726 «Устройство для хранения и подачи природного газа потребителю» описывается схема устройства для хранения и подачи природного газа потребителю, содержащего адсорбер, имеющий корпус с патрубками подвода и отвода газа, в котором размещен сорбент, способный поглощать природный газ, а также теплообменник, обеспечивающий теплообмен природного газа с промежуточным теплоносителем. Патрубки подвода и отвода газа соединены между собой замкнутой гидравлической линией, образующей циркуляционный контур, в котором размещены запорные клапана, причем в этом контуре установлены последовательно по направлению течения газа теплообменник и нагнетатель динамического действия, производительность которого изменяется в соответствии с расходом газа, поступающего из устройства потребителю. Достоинством данной схемы является то, что нагретый в теплообменном аппарате циркулирующий природный газ проходит непосредственно через слой адсорбента, нагревая его при выдаче газа потребителю. В качестве недостатка данной схемы можно отметить отсутствие заложенного в схему решения по борьбе с накоплением высококипящих углеводородов С2+.
В патенте US7955415B2 описывается улучшение характеристик адсорбционной системы за счет использования жидкостной системы терморегулирования, позволяющей утилизировать высвобождающуюся теплоту адсорбции во время заправки, а также производить подогрев адсорбера во время выдачи газообразного топлива. Также в конструкции системы может быть предусмотрена установка вакуумного насоса, позволяющего дополнительно извлекать остаточное количество газа из системы при низких давлениях. В патенте указывается, что в адсорбере обычно используется сыпучий адсорбционный материал, например, активный уголь, что является недостатком в связи с его низкой насыпной плотностью, и, как следствие, удельной объемной емкостью. С точки зрения энергоэффективности работы системы спорным моментом является использование вакуумного насоса. Также в данной схеме не предусмотрена функция по борьбе с накоплением примесных углеводородов, содержащихся в природном газе.
К преимуществам бортовых адсорбционных систем аккумулирования природного газа стоит отнести технологическую преемственность по отношению к системам заправки компримированным природным газом с помощью автомобильных газонаполнительных компрессорных станций (АГНКС). В то же время для заправки КПГ требуется высокое давление в системе порядка 30 МПа, которое является чрезмерным для адсорбционных накопителей, работающих при более низком давлении, что и определяет их энергоэффективность. Поэтому для реализации всех достоинств систем АПГ целесообразна разработка новых эффективных способов заправки данных систем.
В работе [Strizhenov, E.M.; Chugaev, S.S.; Men’shchikov, I.E.; Shkolin, A.V.; Zherdev, A.A. Heat and mass transfer in an adsorbed natural gas storage system filled with monolithic carbon adsorbent during circulating gas charging. Nanomaterials 2021, 11, 3274] показано, что циркуляция охлаждаемого во внешнем теплообменном аппарате газа через слой адсорбента является одним из самых эффективных способов заправки систем АПГ, так как охлажденный природный газ напрямую контактирует со слоем адсорбента, который нагревается в процессе заправки, тем самым снижая его температуру, что ведет к увеличению количества заправленного газа в адсорбционном аккумуляторе. Помимо циркуляции газа авторы работы [Men’shchikov, I.E.; Shkolin, A.V.; Strizhenov, E.M.; Khozina, E.V.; Chugaev, S.S.; Shiryaev, A.A.; Fomkin, A.A.; Zherdev, A.A. Thermodynamic behaviors of adsorbed methane storage systems based on nanoporous carbon adsorbents prepared from coconut shells. Nanomaterials 2020, 10, 2243] показали, что при заправке адсорбционной системы также могут эффективно применяться внешние или внутренние теплообменные аппараты, непосредственно охлаждающие адсорбционный аккумулятор.
В патентах US4522159A и US4523548A представлена технологическая схема заправки системы АПГ газом из сети низкого давления при помощи двухступенчатого сжатия с помощью компрессора. В патенте US4531497A рассмотрен случай установки заправочного компрессора непосредственно на борту автомобиля. Недостатками данных схем являются отсутствие системы терморегулирования адсорбционных накопителей, что снижает количество заправляемого газа из-за нагрева адсорбента в процессе заправки, а также отсутствие системы по борьбе с накоплением примесных углеводородов, содержащихся в природном газе.
Наиболее близким по сути и достигаемому результату является патент US4749384A, в котором предложено использовать кольцевую систему заправки бортового адсорбционного аккумулятора охлажденным потоком газа. Природный газ из внешнего источника сжимается до требуемого давления в компрессоре и после прохождения блока очистки поступает в накопители сжатого газа, которые в свою очередь являются источником газа для бортового адсорбционного аккумулятора, который представляет собой баллон, заполненный адсорбционным материалом. Из накопителей газ поступает на линию заправки и далее через входную бортовую газовую линию высокого давления на вход в адсорбционный аккумулятор. Адсорбционный аккумулятор в свою очередь имеет проточную конструкцию и имеет входное и выходное отверстия, таким образом, часть газа сорбируется в динамическом режиме в слое адсорбента, а часть газа, нагретая за счет выделения теплоты адсорбции, выходит обратно в кольцевую систему. Побудителем расхода газа в «кольце» является газодувка, которая направляет вышедший из аккумулятора поток газа в охладители, где газ охлаждается (происходит утилизация теплоты адсорбции) и, получив добавочную порцию из накопителей хранения газа, вновь направляется на заправку аккумулятора. Таким образом, заправка газом осуществляется в динамическом режиме с утилизацией теплоты адсорбции. В патенте говорится о том, что природный газ проходит через систему очистки, в которой эффективно удаляется влага, двуокись углерода, сероводород или другие загрязняющие газы, которые могут присутствовать в основном источнике газа. Однако не говорится, что в системе предусмотрена борьба именно с высококипящими углеводородами, которые имеют свойство накапливаться в адсорбенте, снижая активную емкость адсорбционной системы в процессе ее циклической работы. Работоспособность предложенной схемы заправки может вызывать сомнения в связи с отсутствием в ней какой-либо запорно-регулирующей арматуры. Существенным недостатком описанного бортового адсорбционного аккумулятора является отсутствие системы терморегулирования, нагревающей его при выдаче газа, что приводит к снижению пробега транспортного средства.
Анализ принципиальных схем реализации газо-топливных систем, использующих АПГ, и способов их заправки показал, что в настоящее время оптимальных схем эффективной работы данных систем, в которых заложены решения основных проблем технологии АПГ (утилизация теплоты адсорбции и десорбции, борьба с примесями С2+), не существует.
Целью настоящего изобретения является создание эффективной бортовой адсорбционной системы аккумулирования природного газа с предусмотренными функциями терморегулирования бортовых адсорбционных аккумуляторов и борьбы с накоплением высококипящих углеводородов в моноблочном адсорбенте бортовых адсорбционных аккумуляторов.
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение эффективности работы бортовой адсорбционной системы аккумулирования природного газа и системы ее заправки за счет одновременного обеспечения функции терморегулирования бортовых адсорбционных аккумуляторов при заправке и выдаче газа из них на двигатель транспортного средства, что позволяет увеличить активную емкость адсорбционной системы аккумулирования (количество выдаваемого газа), и функции борьбы с накоплением высококипящих углеводородов в моноблочном адсорбенте бортовых адсорбционных аккумуляторов, позволяющей увеличить количество циклов использования бортовой адсорбционной системы аккумулирования без снижения ее активной емкости, что в совокупности приводит к увеличению пробега транспортного средства.
Заявляемая цель и технический результат достигается при использовании следующих технических решений.
Бортовая адсорбционная система аккумулирования природного газа содержит набор клапанов запорных газовых, фильтр механической очистки, магистрали газовые, два набора бортовых адсорбционных аккумуляторов, заполненные моноблочным адсорбентом, при этом набор клапанов запорных газовых, наборы бортовых адсорбционных аккумуляторов и магистрали газовые образуют газовый контур бортовой адсорбционной системы аккумулирования природного газа, который подключен к двигателю внутреннего сгорания транспортного средства с помощью магистрали газовой через фильтр механической очистки и клапан запорный газовый соответственно, наборы бортовых адсорбционных аккумуляторов содержат систему терморегулирования, подключенную к системе охлаждения двигателя транспортного средства и включающую в себя внутренние и/или внешние теплообменные аппараты бортовых адсорбционных аккумуляторов, насос теплоносителя системы охлаждения двигателя транспортного средства, набор клапанов запорных теплоносителя и магистрали теплоносителя, образующие контур теплоносителя бортовой адсорбционной системы аккумулирования природного газа.
В частном случае, в котором набор бортовых адсорбционных аккумуляторов состоит из различного числа бортовых адсорбционных аккумуляторов.
В другом частом случае, в котором по системе терморегулирования бортовых адсорбционных аккумуляторов циркулирует теплоноситель системы охлаждения двигателя транспортного средства.
В другом частом случае, в котором система терморегулирования бортовых адсорбционных аккумуляторов выполнена с функцией подключения к устройству для охлаждения теплоносителя системы охлаждения двигателя транспортного средства системы заправки бортовой адсорбционной системы аккумулирования природного газа через клапаны запорные теплоносителя.
В другом частом случае, в котором газовый контур бортовой адсорбционной системы аккумулирования природного газа выполнен с функцией подключения к системе заправки бортовой адсорбционной системы аккумулирования природного газа через клапан или клапаны запорные газовые.
В другом частом случае, в котором моноблочный адсорбент наборов бортовых адсорбционных аккумуляторов содержит сквозные каналы круглой или щелевидной формы.
В другом частом случае, в котором в качестве клапана запорного газового, через который газовый контур бортовой адсорбционной системы аккумулирования природного газа подключен к двигателю внутреннего сгорания транспортного средства, применяют мультиклапан газовый.
Способ выдачи природного газа из бортовой адсорбционной системы аккумулирования природного газа, характеризующийся тем, что выдача природного газа на двигатель внутреннего сгорания транспортного средства из наборов бортовых адсорбционных аккумуляторов, заполненных моноблочным адсорбентом, включает на первой стадии выдачу природного газа из первого набора бортовых адсорбционных аккумуляторов, циркуляцию теплоносителя системы охлаждения двигателя транспортного средства через каналы внутренних и/или внешних теплообменных аппаратов первого набора бортовых адсорбционных аккумуляторов и систему охлаждения двигателя транспортного средства с помощью насоса теплоносителя системы охлаждения двигателя транспортного средства, нагрев первого набора бортовых адсорбционных аккумуляторов, на второй стадии выдачу природного газа из второго набора бортовых адсорбционных аккумуляторов через первый набор бортовых адсорбционных аккумуляторов - регенерацию первого набора бортовых адсорбционных аккумуляторов от высококипящих углеводородов, циркуляцию теплоносителя системы охлаждения двигателя транспортного средства через каналы внутренних и/или внешних теплообменных аппаратов первого набора бортовых адсорбционных аккумуляторов и систему охлаждения двигателя транспортного средства с помощью насоса теплоносителя системы охлаждения двигателя транспортного средства, нагрев первого набора бортовых адсорбционных аккумуляторов, на третьей стадии выдачу природного газа из второго набора бортовых адсорбционных аккумуляторов, циркуляцию теплоносителя системы охлаждения двигателя транспортного средства через каналы внутренних и/или внешних теплообменных аппаратов второго набора бортовых адсорбционных аккумуляторов и систему охлаждения двигателя транспортного средства с помощью насоса теплоносителя системы охлаждения двигателя транспортного средства, нагрев второго набора бортовых адсорбционных аккумуляторов.
В частом случае способа, в котором выдача природного газа на двигатель внутреннего сгорания транспортного средства из наборов бортовых адсорбционных аккумуляторов, заполненных моноблочным адсорбентом, включает в себя на третьей стадии выдачу природного газа из первого и второго наборов бортовых адсорбционных аккумуляторов, циркуляцию теплоносителя системы охлаждения двигателя транспортного средства через каналы внутренних и/или внешних теплообменных аппаратов первого и второго наборов бортовых адсорбционных аккумуляторов и систему охлаждения двигателя транспортного средства с помощью насоса теплоносителя системы охлаждения двигателя транспортного средства, нагрев первого и второго наборов бортовых адсорбционных аккумуляторов.
В другом частном случае способа, в котором после каждого полного цикла выдачи газа на двигатель внутреннего сгорания транспортного средства меняют очередность наборов бортовых адсорбционных аккумуляторов, заполненных моноблочным адсорбентом, из которых происходит выдача природного газа.
Достижение технического результата иллюстрируются следующими примерами и чертежами, где показано следующее:
на Фиг. 1 - Бортовая адсорбционная система аккумулирования природного газа с функциями терморегулирования и борьбы с накоплением высококипящих углеводородов с параллельным подключением наборов бортовых адсорбционных аккумуляторов и система ее заправки с циркуляцией охлаждаемого теплоносителя;
на Фиг. 2 - Бортовая адсорбционная система аккумулирования природного газа с функциями терморегулирования и борьбы с накоплением высококипящих углеводородов с последовательным подключением наборов адсорбционных аккумуляторов и система ее заправки с циркуляцией охлаждаемого теплоносителя;
на Фиг. 3 - Бортовая адсорбционная система аккумулирования природного газа с функциями терморегулирования и борьбы с накоплением высококипящих углеводородов с параллельным подключением наборов бортовых адсорбционных аккумуляторов и система ее заправки с циркуляцией охлаждаемого природного газа;
на Фиг. 4 - Бортовая адсорбционная система аккумулирования природного газа с функциями терморегулирования и борьбы с накоплением высококипящих углеводородов с последовательным подключением наборов адсорбционных аккумуляторов и система ее заправки с циркуляцией охлаждаемого природного газа.
Здесь и далее на фигурах используются следующие обозначения:
А - система заправки бортовой адсорбционной системы аккумулирования природного газа;
Б - бортовая адсорбционная система аккумулирования природного газа;
1 - источник природного газа высокого давления;
2 - регулятор давления газа;
3, 9, 11, 20, 22, 25, 26, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 38, 39 - набор клапанов запорных газовых;
4 - устройство для охлаждения теплоносителя системы охлаждения двигателя транспортного средства;
5, 6, 7, 8, 14, 15, 16, 19, 21, 23, 28, 37 - набор клапанов запорных теплоносителя;
10 - фильтр механической очистки;
12 - двигатель внутреннего сгорания транспортного средства;
13 - система охлаждения двигателя транспортного средства;
17 - насос теплоносителя системы охлаждения двигателя транспортного средства;
18, 24 - наборы бортовых адсорбционных аккумуляторов, заполненные моноблочным адсорбентом;
27 - предварительный адсорбер с адсорбентом.
29 - нагнетатель природного газа системы заправки;
30 - устройство для охлаждения природного газа системы заправки;
Пример 1.
Бортовая адсорбционная система аккумулирования природного газа и система заправки с функциями терморегулирования и борьбы с накоплением высококипящих углеводородов, Фиг. 1, включающие в себя - источник природного газа высокого давления (1), регулятор давления газа (2), набор клапанов запорных газовых (3), (9), (11), (20), (22), (25), устройство для охлаждения теплоносителя (4) системы охлаждения двигателя транспортного средства (13), набор клапанов запорных теплоносителя (5), (6), (7), (8), (14), (15), (16), (19), (21), (23), фильтр механической очистки (10), насос теплоносителя (17) системы охлаждения двигателя транспортного средства (13), наборы бортовых адсорбционных аккумуляторов (18), (24), заполненные моноблочным адсорбентом.
Принцип работы системы заключается в следующем. В процессе эксплуатации бортовой адсорбционной системы аккумулирования природного газа и системы ее заправки с функциями терморегулирования и борьбы с накоплением высококипящих углеводородов, Фиг. 1, выполняется следующая технологическая последовательность и режимы.
Режим заправки
Транспортное средство с бортовой адсорбционной системой аккумулирования природного газа Б заправляется природным газом с помощью системы заправки А. Клапан запорный газовый (3) - клапан заправочного устройства системы заправки А. Клапан запорный газовый (9) - ответный клапан для установки заправочного устройства на транспортном средстве с бортовой адсорбционной системой аккумулирования природного газа Б. Клапаны запорные теплоносителя (5), (6) - клапаны устройства для охлаждения теплоносителя (4) системы охлаждения двигателя транспортного средства (13). Клапаны запорные теплоносителя (7), (8) - ответные клапаны для подключения устройства для охлаждения теплоносителя (4) системы охлаждения двигателя транспортного средства (13) к контуру теплоносителя системы охлаждения двигателя транспортного средства (13) бортовой адсорбционной системы аккумулирования природного газа Б.
Заправка бортовой адсорбционной системы аккумулирования природного газа Б осуществляется в одну стадию. Газ из источника природного газа высокого давления (1) (например, от колонки АГНКС) системы заправки А редуцируется до требуемого давления в системе с помощью регулятора давления газа (2) и подается в газовый контур бортовой адсорбционной системы аккумулирования природного газа Б и наборы бортовых адсорбционных аккумуляторов (18), (24), заполненных моноблочным адсорбентом. Наборы бортовых адсорбционных аккумуляторов (18), (24), заполненные моноблочным адсорбентом, содержат внутренние и/или внешние теплообменные аппараты, в каналах которых циркулирует теплоноситель системы охлаждения двигателя транспортного средства (13). Насос теплоносителя (17) системы охлаждения двигателя транспортного средства (13) осуществляет циркуляцию теплоносителя одновременно по контуру последовательно через элементы (17), (16), (8), (5), (4), (6), (7), (18), (19) и по контуру последовательно через элементы (17), (16), (8), (5), (4), (6), (7), (24), (23). При этом теплоноситель охлаждается в устройстве для охлаждения теплоносителя (4) системы охлаждения двигателя транспортного средства (13). В качестве охлаждающего устройства применяются теплообменные аппараты, передающие теплоту, которая выделяется при заправке в моноблочном адсорбенте бортовых адсорбционных аккумуляторов (18), (24), в окружающую среду или хладоносителю холодильной установки. Наборы бортовых адсорбционных аккумуляторов (18), (24), заполненные моноблочным адсорбентом, подобны и могут состоять из различного числа одинаковых адсорбционных аккумуляторов. Тем самым можно обеспечить создание бортовой адсорбционной системы аккумулирования любого требуемого объема. В режиме заправки клапаны запорные газовые (3), (9), (20), (22), (25) открыты, а клапан (11) закрыт. Клапаны запорные теплоносителя (5), (6), (7), (8), (16), (19), (23) открыты, а клапаны (14), (15), (21) закрыты. Заправка заканчивается, когда наборы бортовых адсорбционных аккумуляторов (18), (24), заполненные моноблочным адсорбентом, охладились до требуемой температуры.
Режим выдачи газа
Рассматривается только бортовая адсорбционная система аккумулирования природного газа Б. В данном режиме клапан запорный газовый (9) всегда закрыт. Клапаны запорные теплоносителя (7), (8) всегда закрыты. Выдача газа из бортовой адсорбционной системы аккумулирования природного газа Б на двигатель внутреннего сгорания транспортного средства (12) осуществляется в три стадии.
На первой стадии газ выходит только из набора бортовых адсорбционных аккумуляторов (18), заполненных моноблочным адсорбентом. Клапан запорный газовый (11), через который природный газ подается на двигатель внутреннего сгорания транспортного средства (12), открыт или открывается короткими циклами в зависимости от технологии редуцирования давления (например, в качестве клапана запорного газового (11) может применяться мультиклапан газовый). Выходящий газ проходит через фильтр механической очистки (10), чтобы исключить попадание частиц адсорбента в двигатель внутреннего сгорания транспортного средства (12). Насос теплоносителя (17) системы охлаждения двигателя транспортного средства (13) осуществляет циркуляцию теплоносителя, нагревающегося в системе охлаждения двигателя транспортного средства (13), по контуру последовательно через элементы (17), (15), (13), (14), (21), (18), (19). Тем самым осуществляется нагрев набора бортовых адсорбционных аккумуляторов (18), заполненных моноблочным адсорбентом, которые одновременно охлаждаются в результате десорбции при выдаче из них газа. На первой стадии выдачи клапаны запорные газовые (11), (20) открыты, а клапаны (9), (22), (25) закрыты. Клапаны запорные теплоносителя (14), (15), (19), (21) открыты, а клапаны (7), (8), (16), (23) закрыты. Первая стадия выдачи газа заканчивается, когда в наборе бортовых адсорбционных аккумуляторов (18), заполненных моноблочным адсорбентом, остаточное давление достигнет минимального значения, определяемого клапаном запорным газовым (11) (мультиклапаном) и бортовой электроникой.
На второй стадии газ более высокого давления выходит из набора бортовых адсорбционных аккумуляторов (24), заполненных моноблочным адсорбентом, через набор бортовых адсорбционных аккумуляторов (18), заполненных моноблочным адсорбентом. Таким образом, осуществляется регенерация набора бортовых адсорбционных аккумуляторов (18), заполненных моноблочным адсорбентом, от высококипящих углеводородов. Газ подается порциями за счет регулируемого открытия клапана запорного газового (22). Насос теплоносителя (17) системы охлаждения двигателя транспортного средства (13) осуществляет циркуляцию теплоносителя, нагревающегося в системе охлаждения двигателя транспортного средства (13), по контуру последовательно через элементы (17), (15), (13), (14), (21), (18), (19). Т.е. снова нагревается только набор бортовых адсорбционных аккумуляторов (18), заполненных моноблочным адсорбентом. На второй стадии выдачи клапаны запорные газовые (11), (20) открыты, клапан (22) открывается периодически короткими циклами, а клапаны (9), (25) закрыты. Клапаны запорные теплоносителя (14), (15), (19), (21) открыты, а клапаны (7), (8), (16), (23) закрыты. Вторая стадия выдачи газа заканчивается, когда в наборах бортовых адсорбционных аккумуляторов (18), (24), заполненных моноблочным адсорбентом, остаточное давление достигнет требуемых значений, определяемых клапаном запорным газовым (11) (мультиклапаном) и бортовой электроникой. В конце второй стадии выдачи газа остаточное давление в наборе бортовых адсорбционных аккумуляторов (24), заполненных моноблочным адсорбентом, должно быть выше, чем остаточное давление в наборе бортовых адсорбционных аккумуляторов (18), заполненных моноблочным адсорбентом.
На третьей стадии выдача газа осуществляется из набора бортовых адсорбционных аккумуляторов (24), заполненных моноблочным адсорбентом. Насос теплоносителя (17) системы охлаждения двигателя транспортного средства (13) осуществляет циркуляцию теплоносителя, нагревающегося в системе охлаждения двигателя транспортного средства (13), по контуру последовательно через элементы (17), (15), (13), (14), (21), (24), (23). Т.е. нагревается только набор бортовых адсорбционных аккумуляторов (24), заполненных моноблочным адсорбентом. На третьей стадии выдачи клапаны запорные газовые (11), (25) открыты, а клапаны (9), (20), (22) закрыты. Клапаны запорные теплоносителя (14), (15), (21), (23) открыты, а клапаны (7), (8), (16), (19) закрыты. Третья стадия выдачи газа заканчивается, когда в наборе бортовых адсорбционных аккумуляторов (24), заполненных моноблочным адсорбентом, остаточное давление достигнет минимального значения, определяемого клапаном запорным газовым (11) (мультиклапаном) и бортовой электроникой. В конце третьей стадии открывается клапан запорный газовый (22) и выравнивается давление между наборами бортовых адсорбционных аккумуляторов (18), (24), заполненных моноблочным адсорбентом.
После каждого полного цикла выдачи газа на двигатель внутреннего сгорания транспортного средства (12) должна меняться очередность наборов бортовых адсорбционных аккумуляторов (18), (24), заполненных моноблочным адсорбентом, из которых происходит выдача газа. Т.е. если в первом цикле выдача газа происходила сначала из набора бортовых адсорбционных аккумуляторов (18), заполненных моноблочным адсорбентом, то в следующем цикле выдача газа должна производиться сначала из набора бортовых адсорбционных аккумуляторов (24), заполненных моноблочным адсорбентом.
Пример 2.
Отличается от примера 1 тем, что бортовая адсорбционная система аккумулирования природного газа и система ее заправки включают в себя клапан запорный газовый (26), предварительный адсорбер с адсорбентом (27), клапан запорный теплоносителя (28), но не включают в себя клапаны запорные газовые (20), (25), клапан запорный теплоносителя (23), Фиг. 2.
Принцип работы системы заключается в следующем. В процессе эксплуатации бортовой адсорбционной системы аккумулирования природного газа и системы ее заправки с функциями терморегулирования и борьбы с накоплением высококипящих углеводородов, Фиг. 2, выполняется следующая технологическая последовательность и режимы.
Режим заправки
Транспортное средство с бортовой адсорбционной системой аккумулирования природного газа Б заправляется природным газом с помощью системы заправки А. Клапан запорный газовый (3) - клапан заправочного устройства системы заправки А. Клапан запорный газовый (9) - ответный клапан для установки заправочного устройства на транспортном средстве с бортовой адсорбционной системой аккумулирования природного газа Б. Клапаны запорные теплоносителя (5), (6) - клапаны устройства для охлаждения теплоносителя (4) системы охлаждения двигателя транспортного средства (13). Клапаны запорные теплоносителя (7), (8) - ответные клапаны для подключения устройства для охлаждения теплоносителя (4) системы охлаждения двигателя транспортного средства (13) к контуру теплоносителя системы охлаждения двигателя транспортного средства (13) бортовой адсорбционной системы аккумулирования природного газа Б.
Заправка бортовой адсорбционной системы аккумулирования природного газа Б осуществляется в одну стадию. Газ из источника природного газа высокого давления (1) (например, от колонки АГНКС) системы заправки А редуцируется до требуемого давления в системе с помощью регулятора давления газа (2), проходит через предварительный адсорбер с адсорбентом (27), в котором очищается от высококипящих углеводородов, и подается в газовый контур бортовой адсорбционной системы аккумулирования природного газа Б и наборы бортовых адсорбционных аккумуляторов (18), (24), заполненные моноблочным адсорбентом. Наборы бортовых адсорбционных аккумуляторов (18), (24), заполненные моноблочным адсорбентом, содержат внутренние и/или внешние теплообменные аппараты, в каналах которых циркулирует теплоноситель системы охлаждения двигателя транспортного средства (13). Насос теплоносителя (17) системы охлаждения двигателя транспортного средства (13) осуществляет циркуляцию теплоносителя по контуру последовательно через элементы (17), (8), (5), (4), (6), (7), (18), (28), (24), (16). При этом теплоноситель охлаждается в устройстве для охлаждения теплоносителя (4) системы охлаждения двигателя транспортного средства (13). В качестве охлаждающего устройства применяются теплообменные аппараты, передающие теплоту, которая выделяется при заправке в моноблочном адсорбенте бортовых адсорбционных аккумуляторов (18), (24), в окружающую среду или хладоносителю холодильной установки. Наборы бортовых адсорбционных аккумуляторов (18), (24), заполненные моноблочным адсорбентом, подобны и могут состоять из различного числа одинаковых адсорбционных аккумуляторов. Тем самым можно обеспечить создание бортовой адсорбционной системы аккумулирования любого требуемого объема. В режиме заправки клапаны запорные газовые (3), (9), (22), (26) открыты, а клапан (11) закрыт. Клапаны запорные теплоносителя (5), (6), (7), (8), (16), (28) открыты, а клапаны (14), (15), (19), (21) закрыты. Заправка заканчивается, когда наборы бортовых адсорбционных аккумуляторов (18), (24), заполненные моноблочным адсорбентом, охладились до требуемой температуры. Периодически необходима полная регенерация адсорбента предварительного адсорбера (27) системы заправки, например, с помощью его нагрева, вакуумирования или одновременного нагрева и вакуумирования.
Режим выдачи газа
Рассматривается только бортовая адсорбционная система аккумулирования природного газа Б. В данном режиме клапан запорный газовый (9) всегда закрыт. Клапаны запорные теплоносителя (7), (8) всегда закрыты. Выдача газа из бортовой адсорбционной системы аккумулирования природного газа Б на двигатель внутреннего сгорания транспортного средства (12) осуществляется в три стадии.
На первой стадии газ выходит только из набора бортовых адсорбционных аккумуляторов (18), заполненных моноблочным адсорбентом. Клапан запорный газовый (11), через который природный газ подается на двигатель внутреннего сгорания транспортного средства (12), открыт или открывается короткими циклами в зависимости от технологии редуцирования давления (например, в качестве клапана запорного газового (11) может применяться мультиклапан газовый). Выходящий газ проходит через фильтр механической очистки (10), чтобы исключить попадание частиц адсорбента в двигатель внутреннего сгорания транспортного средства (12). Насос теплоносителя (17) системы охлаждения двигателя транспортного средства (13) осуществляет циркуляцию теплоносителя, нагревающегося в системе охлаждения двигателя транспортного средства (13), по контуру последовательно через элементы (17), (21), (18), (19), (15), (13), (14). Тем самым осуществляется нагрев набора бортовых адсорбционных аккумуляторов (18), заполненных моноблочным адсорбентом, которые одновременно охлаждаются в результате десорбции при выдаче из них газа. На первой стадии выдачи клапан запорный газовый (11) открыт, а клапаны (9), (22) закрыты. Клапаны запорные теплоносителя (14), (15), (19), (21) открыты, а клапаны (7), (8), (16), (28) закрыты. Первая стадия выдачи газа заканчивается, когда в наборе бортовых адсорбционных аккумуляторов (18), заполненных моноблочным адсорбентом, остаточное давление достигнет минимального значения, определяемого клапаном запорным газовым (11) (мультиклапаном) и бортовой электроникой.
На второй стадии газ более высокого давления выходит из набора бортовых адсорбционных аккумуляторов (24), заполненных моноблочным адсорбентом, через набор бортовых адсорбционных аккумуляторов (18), заполненных моноблочным адсорбентом. Тем самым осуществляется регенерация набора бортовых адсорбционных аккумуляторов (18), заполненных моноблочным адсорбентом, от примесей высококипящих углеводородов, не адсорбированных в адсорбенте предварительного адсорбера (27) при заправке. Газ подается порциями за счет регулируемого открытия клапана запорного газового (22). Насос теплоносителя (17) системы охлаждения двигателя транспортного средства (13) осуществляет циркуляцию теплоносителя, нагревающегося в системе охлаждения двигателя транспортного средства (13), по контуру последовательно через элементы (17), (21), (18), (19), (15), (13), (14). Т.е. снова нагревается только набор бортовых адсорбционных аккумуляторов (18), заполненных моноблочным адсорбентом. На второй стадии выдачи клапан запорный газовый (11) открыт, клапан (22) открывается периодически короткими циклами, а клапан (9) закрыт. Клапаны запорные теплоносителя (14), (15), (19), (21) открыты, а клапаны (7), (8), (16), (28) закрыты. Вторая стадия выдачи газа может закончиться при различном соотношении давлений в наборах бортовых адсорбционных аккумуляторов (18), (24), заполненных моноблочным адсорбентом, в пределе - при равном давлении. В любом варианте вторая стадия выдачи газа заканчивается полным открытием клапана запорного газового (22) между двумя наборами бортовых адсорбционных аккумуляторов (18), (24), заполненных моноблочным адсорбентом, и выравниванием давлений между ними на уровне, задаваемом клапаном запорным газовым (11) (мультиклапаном) и бортовой электроникой.
На третьей стадии выдача газа осуществляется из обоих наборов бортовых адсорбционных аккумуляторов (18), (24), заполненных моноблочным адсорбентом. Насос теплоносителя (17) системы охлаждения двигателя транспортного средства (13) осуществляет циркуляцию теплоносителя, нагревающегося в системе охлаждения двигателя транспортного средства (13), по контуру последовательно через элементы (17), (21), (18), (28), (24), (15), (13), (14). Т.е. нагреваются оба набора бортовых адсорбционных аккумуляторов (18), (24), заполненных моноблочным адсорбентом. На третьей стадии выдачи клапаны запорные газовые (11), (22) открыты, а клапан (9) закрыт. Клапаны запорные теплоносителя (14), (15), (21), (28) открыты, а клапаны (7), (8), (16), (19) закрыты. Третья стадия выдачи газа заканчивается, когда в наборах бортовых адсорбционных аккумуляторов (18), (24), заполненных моноблочным адсорбентом, остаточное давление достигнет минимального значения, определяемого клапаном запорным газовым (11) (мультиклапаном) и бортовой электроникой.
Пример 3.
Отличается от примера 1 тем, что бортовая адсорбционная система аккумулирования природного газа и система ее заправки включают в себя клапаны запорные газовые (26), (31), (32), нагнетатель природного газа (29) системы заправки, устройство для охлаждения природного газа (30) системы заправки, но не включают в себя клапаны запорные теплоносителя (5), (6), (7), (8), (16), (21), Фиг. 3. Отличается от примера 1 тем, что моноблочный адсорбент наборов бортовых адсорбционных аккумуляторов (18), (24) содержит каналы круглой или щелевидной формы для интенсификации теплообмена и снижения гидравлических потерь при циркуляции газа через слой моноблочного адсорбента.
Принцип работы системы заключается в следующем. В процессе эксплуатации бортовой адсорбционной системы аккумулирования природного газа и системы ее заправки с функциями терморегулирования и борьбы с накоплением высококипящих углеводородов, Фиг. 3, выполняется следующая технологическая последовательность и режимы.
Режим заправки
Транспортное средство с бортовой адсорбционной системой аккумулирования природного газа Б заправляется природным газом с помощью системы заправки А. Клапаны запорные газовые (3), (31) - клапаны заправочного устройства системы заправки А. Клапаны запорные газовые (9), (32) - ответные клапаны для установки заправочного устройства на транспортном средстве с бортовой адсорбционной системой аккумулирования природного газа Б.
Заправка бортовой адсорбционной системы аккумулирования природного газа Б осуществляется в одну стадию. Газ из источника природного газа высокого давления (1) (например, от колонки АГНКС) системы заправки A редуцируется до требуемого давления в системе с помощью регулятора давления газа (2) и подается в газовый контур бортовой адсорбционной системы аккумулирования природного газа Б. Нагнетатель природного газа (29) системы заправки осуществляет циркуляцию газа одновременно по контуру последовательно через элементы (29), (30), (3), (9), (20), (18), (22), (32), (31) и по контуру последовательно через элементы (29), (30), (3), (9), (25), (24), (32), (31). При этом природный газ охлаждается в устройстве для охлаждения природного газа (30) системы заправки. В качестве охлаждающего устройства применяются теплообменные аппараты, передающие теплоту, которая выделяется при заправке в моноблочном адсорбенте бортовых адсорбционных аккумуляторов (18), (24), в окружающую среду или хладоносителю холодильной установки. Наборы бортовых адсорбционных аккумуляторов (18), (24), заполненные моноблочным адсорбентом, подобны и могут состоять из различного числа одинаковых адсорбционных аккумуляторов. Тем самым можно обеспечить создание бортовой адсорбционной системы аккумулирования любого требуемого объема. В режиме заправки клапаны запорные газовые (3), (9), (20), (22), (25), (26), (31), (32) открыты, а клапан (11) закрыт. Заправка заканчивается, когда наборы бортовых адсорбционных аккумуляторов (18), (24), заполненные моноблочным адсорбентом, охладились до требуемой температуры.
В режиме заправки насос теплоносителя (17) системы охлаждения двигателя транспортного средства (13) выключен, а клапаны запорные теплоносителя (14), (15) закрыты.
Режим выдачи газа
Рассматривается только бортовая адсорбционная система аккумулирования природного газа Б. В данном режиме клапаны запорные газовые (9), (32) всегда закрыты. Выдача газа из бортовой адсорбционной системы аккумулирования природного газа Б на двигатель внутреннего сгорания транспортного средства (12) осуществляется в три стадии.
На первой стадии газ выходит только из набора бортовых адсорбционных аккумуляторов (18), заполненных моноблочным адсорбентом. Клапан запорный газовый (11), через который природный газ подается на двигатель внутреннего сгорания транспортного средства (12), открыт или открывается короткими циклами в зависимости от технологии редуцирования давления (например, в качестве клапана запорного газового (11) может применяться мультиклапан газовый). Выходящий газ проходит через фильтр механической очистки (10), чтобы исключить попадание частиц адсорбента в двигатель внутреннего сгорания транспортного средства (12). Насос теплоносителя (17) системы охлаждения двигателя транспортного средства (13) осуществляет циркуляцию теплоносителя, нагревающегося в системе охлаждения двигателя транспортного средства (13), по контуру последовательно через элементы (17), (18), (19), (15), (13), (14). Тем самым осуществляется нагрев набора бортовых адсорбционных аккумуляторов (18), заполненных моноблочным адсорбентом, которые одновременно охлаждаются в результате десорбции при выдаче из них газа. На первой стадии выдачи клапаны запорные газовые (11), (20) открыты, а клапаны (9), (22), (25), (32) закрыты. Клапаны запорные теплоносителя (14), (15), (19) открыты, а клапан (23) закрыт. Первая стадия выдачи газа заканчивается, когда в наборе бортовых адсорбционных аккумуляторов (18), заполненных моноблочным адсорбентом, остаточное давление достигнет минимального значения, определяемого клапаном запорным газовым (11) (мультиклапаном) и бортовой электроникой.
На второй стадии газ более высокого давления выходит из набора бортовых адсорбционных аккумуляторов (24), заполненных моноблочным адсорбентом, через набор бортовых адсорбционных аккумуляторов (18), заполненных моноблочным адсорбентом. Таким образом, осуществляется регенерация набора бортовых адсорбционных аккумуляторов (18), заполненных моноблочным адсорбентом, от высококипящих углеводородов. Газ подается порциями за счет регулируемого открытия клапана запорного газового (22). Насос теплоносителя (17) системы охлаждения двигателя транспортного средства (13) осуществляет циркуляцию теплоносителя, нагревающегося в системе охлаждения двигателя транспортного средства (13), по контуру последовательно через элементы (17), (18), (19), (15), (13), (14). Т.е. снова нагревается только набор бортовых адсорбционных аккумуляторов (18), заполненных моноблочным адсорбентом. На второй стадии выдачи клапаны запорные газовые (11), (20) открыты, клапан (22) открывается периодически короткими циклами, а клапаны (9), (25), (32) закрыты. Клапаны запорные теплоносителя (14), (15), (19) открыты, а клапан (23) закрыт. Вторая стадия выдачи газа заканчивается, когда в наборах бортовых адсорбционных аккумуляторов (18), (22), заполненных моноблочным адсорбентом, остаточное давление достигнет требуемых значений, определяемых клапаном запорным газовым (11) (мультиклапаном) и бортовой электроникой. В конце второй стадии выдачи газа остаточное давление в наборе бортовых адсорбционных аккумуляторов (24), заполненных моноблочным адсорбентом, должно быть выше, чем остаточное давление в наборе бортовых адсорбционных аккумуляторов (18), заполненных моноблочным адсорбентом.
На третьей стадии выдача газа осуществляется из набора бортовых адсорбционных аккумуляторов (24), заполненных моноблочным адсорбентом. Насос теплоносителя (17) системы охлаждения двигателя транспортного средства (13) осуществляет циркуляцию теплоносителя, нагревающегося в системе охлаждения двигателя транспортного средства (13), по контуру последовательно через элементы (17), (24), (23), (15), (13), (14). Т.е. нагревается только набор бортовых адсорбционных аккумуляторов (24), заполненных моноблочным адсорбентом. На третьей стадии выдачи клапаны запорные газовые (11), (25) открыты, а клапаны (9), (20), (22), (32) закрыты. Клапаны запорные теплоносителя (14), (15), (23) открыты, а клапан (19) закрыт. Третья стадия выдачи газа заканчивается, когда в наборе бортовых адсорбционных аккумуляторов (24), заполненных моноблочным адсорбентом, остаточное давление достигнет минимального значения, определяемого клапаном запорным газовым (11) (мультиклапаном) и бортовой электроникой. В конце третьей стадии открывается клапан запорный газовый (22) и выравнивается давление между наборами бортовых адсорбционных аккумуляторов (18), (24), заполненных моноблочным адсорбентом.
После каждого полного цикла выдачи газа на двигатель внутреннего сгорания транспортного средства (12) должна меняться очередность наборов бортовых адсорбционных аккумуляторов (18), (24), заполненных моноблочным адсорбентом, из которых происходит выдача газа. Т.е. если в первом цикле выдача газа происходила сначала из набора бортовых адсорбционных аккумуляторов (18), заполненных моноблочным адсорбентом, то в следующем цикле выдача газа должна производиться сначала из набора бортовых адсорбционных аккумуляторов (24), заполненных моноблочным адсорбентом.
Пример 4.
Отличается от примера 3 тем, что бортовая адсорбционная система аккумулирования природного газа и система ее заправки включают в себя предварительный адсорбер с адсорбентом (27), клапаны запорные газовые (33), (34), (35), (36), (38), (39), клапан запорный теплоносителя (37), но не включают в себя клапаны запорные газовые (20), (25), клапаны запорные теплоносителя (19), (23), Фиг. 4.
Принцип работы системы заключается в следующем. В процессе эксплуатации бортовой адсорбционной системы аккумулирования природного газа и системы ее заправки с функциями терморегулирования и борьбы с накоплением высококипящих углеводородов, Фиг. 4, выполняется следующая технологическая последовательность и режимы.
Режим заправки
Вариант 1
Транспортное средство с бортовой адсорбционной системой аккумулирования природного газа Б заправляется природным газом с помощью системы заправки А. Клапаны запорные газовые (3), (31) - клапаны заправочного устройства системы заправки А. Клапаны запорные газовые (9), (32) - ответные клапаны для установки заправочного устройства на транспортном средстве с бортовой адсорбционной системой аккумулирования природного газа Б.
Заправка бортовой адсорбционной системы аккумулирования природного газа Б осуществляется в одну стадию. Газ из источника природного газа высокого давления (1) (например, от колонки АГНКС) системы заправки А редуцируется до требуемого давления в системе с помощью регулятора давления газа (2), проходит через предварительный адсорбер с адсорбентом (27), в котором очищается от высококипящих углеводородов, и подается в газовый контур бортовой адсорбционной системы аккумулирования природного газа Б. Нагнетатель природного газа (29) системы заправки осуществляет циркуляцию газа по контуру последовательно через элементы (29), (35), (31), (32), (39), (24), (22), (18), (9), (3), (30). При этом природный газ охлаждается в устройстве для охлаждения природного газа (30) системы заправки. В качестве охлаждающего устройства применяются теплообменные аппараты, передающие теплоту, которая выделяется при заправке в моноблочном адсорбенте бортовых адсорбционных аккумуляторов (18), (24), в окружающую среду или хладоносителю холодильной установки. Наборы бортовых адсорбционных аккумуляторов (18), (24), заполненные моноблочным адсорбентом, подобны и могут состоять из различного числа одинаковых адсорбционных аккумуляторов. Тем самым можно обеспечить создание бортовой адсорбционной системы аккумулирования любого требуемого объема. В режиме заправки клапаны запорные газовые (3), (9), (22), (26), (31), (32), (33), (35), (39) открыты, а клапаны (11), (34), (36), (38) закрыты. Заправка заканчивается, когда наборы бортовых адсорбционных аккумуляторов (18), (24), заполненные моноблочным адсорбентом, охладились до требуемой температуры. Периодически необходима полная регенерация адсорбента предварительного адсорбера (27) системы заправки, например, с помощью его нагрева, вакуумирования или одновременного нагрева и вакуумирования.
В режиме заправки насос теплоносителя (17) системы охлаждения двигателя транспортного средства (13) выключен, а клапаны запорные теплоносителя (14), (15) закрыты.
Вариант 2
Отличается от варианта 1 наличием второй стадии заправки.
На второй стадии заправки нагнетатель природного газа (29) системы заправки осуществляет циркуляцию газа по контуру последовательно через элементы (29), (34), (27), (36), (31), (32), (38), (18), (9), (3), (30). При этом природный газ охлаждается в устройстве для охлаждения природного газа (30) системы заправки, понижая температуру набора бортовых адсорбционных аккумуляторов (18), заполненных моноблочным адсорбентом. То есть накопленные примеси высококипящих углеводородов в адсорбенте предварительного адсорбера (27) выдуваются из него более чистым газом из заправляемого набора бортовых адсорбционных аккумуляторов (18), заполненных моноблочным адсорбентом, в газовый контур, из которого природный газ с примесями снова подается в набор бортовых адсорбционных аккумуляторов (18), заполненных моноблочным адсорбентом. Тем самым осуществляется частичная регенерация адсорбента предварительного адсорбера (27) в рамках процесса заправки. Это позволяет собрать все примеси именно в одном наборе бортовых адсорбционных аккумуляторов (18), заполненных моноблочным адсорбентом, независимо от количества примесей в исходном газе. Периодически необходима полная регенерация адсорбента предварительного адсорбера (27) системы заправки, например, с помощью его нагрева, вакуумирования или одновременного нагрева и вакуумирования. На второй стадии заправки клапаны запорные газовые (3), (9), (26), (31), (32), (34), (36), (38) открыты, а клапаны (11), (22), (33), (35), (39) закрыты. Вторая стадия заправки заканчивается охлаждением набора бортовых адсорбционных аккумуляторов (18), заполненных моноблочным адсорбентом, до требуемой температуры и аккумулированием в них достаточного количества примесей для частичной регенерации адсорбента предварительного адсорбера (27).
На второй стадии заправки насос теплоносителя (17) системы охлаждения двигателя транспортного средства (13) также выключен, а клапаны запорные теплоносителя (14), (15) закрыты.
Режим выдачи газа
Рассматривается только бортовая адсорбционная система аккумулирования природного газа Б. В данном режиме клапаны запорные газовые (9), (32) всегда закрыты. Выдача газа из бортовой адсорбционной системы аккумулирования природного газа Б на двигатель внутреннего сгорания транспортного средства (12) осуществляется в три стадии.
На первой стадии газ выходит только из набора бортовых адсорбционных аккумуляторов (18), заполненных моноблочным адсорбентом. Клапан запорный газовый (11), через который природный газ подается на двигатель внутреннего сгорания транспортного средства (12), открыт или открывается короткими циклами в зависимости от технологии редуцирования давления (например, в качестве клапана запорного газового (11) может применяться мультиклапан газовый). Выходящий газ проходит через фильтр механической очистки (10), чтобы исключить попадание частиц адсорбента в двигатель внутреннего сгорания транспортного средства (12). Насос теплоносителя (17) системы охлаждения двигателя транспортного средства (13) осуществляет циркуляцию теплоносителя, нагревающегося в системе охлаждения двигателя транспортного средства (13), по контуру последовательно через элементы (17), (18), (15), (13), (14). Тем самым осуществляется нагрев набора бортовых адсорбционных аккумуляторов (18), заполненных моноблочным адсорбентом, которые одновременно охлаждаются в результате десорбции при выдаче из них газа. На первой стадии выдачи клапаны запорные газовые (11), (38) открыты, а клапаны (9), (22), (32), (39) закрыты. Клапаны запорные теплоносителя (14), (15) открыты, а клапан (37) закрыт. Первая стадия выдачи газа заканчивается, когда в наборе бортовых адсорбционных аккумуляторов (18), заполненных моноблочным адсорбентом, остаточное давление достигнет минимального значения, определяемого клапаном запорным газовым (11) (мультиклапаном) и бортовой электроникой.
На второй стадии газ более высокого давления выходит из набора бортовых адсорбционных аккумуляторов (24), заполненных моноблочным адсорбентом, через набор бортовых адсорбционных аккумуляторов (18), заполненных моноблочным адсорбентом. Тем самым осуществляется регенерация набора бортовых адсорбционных аккумуляторов (18), заполненных моноблочным адсорбентом, от примесей высококипящих углеводородов. Газ подается порциями за счет регулируемого открытия клапана запорного газового (22). Насос теплоносителя (17) системы охлаждения двигателя транспортного средства (13) осуществляет циркуляцию теплоносителя, нагревающегося в системе охлаждения двигателя транспортного средства (13), по контуру последовательно через элементы (17), (18), (15), (13), (14). Т.е. снова нагревается только набор бортовых адсорбционных аккумуляторов (18), заполненных моноблочным адсорбентом. На второй стадии выдачи клапаны запорные газовые (11), (38) открыты, клапан (22) открывается периодически короткими циклами, а клапаны (9), (32), (39) закрыты. Клапаны запорные теплоносителя (14), (15) открыты, а клапан (37) закрыт. Вторая стадия выдачи газа может закончиться при различном соотношении давлений в наборах бортовых адсорбционных аккумуляторов (18), (24), заполненных моноблочным адсорбентом, в пределе - при равном давлении. В любом варианте вторая стадия выдачи газа заканчивается полным открытием клапана запорного газового (22) между двумя наборами бортовых адсорбционных аккумуляторов (18), (24), заполненных моноблочным адсорбентом, и выравниванием давлений между ними на уровне, задаваемом клапаном запорным газовым (11) (мультиклапаном) и бортовой электроникой.
На третьей стадии выдача газа осуществляется из обоих наборов бортовых адсорбционных аккумуляторов (18), (24), заполненных моноблочным адсорбентом. Насос теплоносителя (17) системы охлаждения двигателя транспортного средства (13) осуществляет циркуляцию теплоносителя, нагревающегося в системе охлаждения двигателя транспортного средства (13), одновременно по контуру последовательно через элементы (17), (18), (15), (13), (14) и по контуру последовательно через элементы (17), (37), (24), (15), (13), (14). Т.е. нагреваются оба набора бортовых адсорбционных аккумуляторов (18), (24), заполненных моноблочным адсорбентом. На третьей стадии выдачи клапаны запорные газовые (11), (22), (38) открыты, а клапаны (9), (32), (39) закрыты. Клапаны запорные теплоносителя (14), (15), (37) открыты. Третья стадия выдачи газа заканчивается, когда в наборах бортовых адсорбционных аккумуляторов (18), (24), заполненных моноблочным адсорбентом, остаточное давление достигнет минимального значения, определяемого клапаном запорным газовым (11) (мультиклапаном) и бортовой электроникой.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| Способ и система заправки бортовых адсорбционных аккумуляторов природного газа с циркуляцией охлаждаемого теплоносителя | 2023 |
|
RU2820373C1 |
| Бортовой адсорбционный аккумулятор природного газа конформной конструкции с системой терморегулирования | 2024 |
|
RU2823822C1 |
| Адсорбционная система обратимого аккумулирования паров сжиженного природного газа | 2022 |
|
RU2781731C1 |
| Способ заправки природным газом адсорбционного аккумулятора | 1984 |
|
SU1472739A1 |
| Адсорбционный газовый терминал | 2016 |
|
RU2648387C1 |
| СПОСОБ ЗАПРАВКИ ТРАНСПОРТА СЖАТЫМ ПРИРОДНЫМ ГАЗОМ (ВАРИАНТЫ) И ПЕРЕДВИЖНАЯ ГАЗОЗАПРАВОЧНАЯ СТАНЦИЯ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ | 2006 |
|
RU2305224C2 |
| Способ наземного адсорбционного хранения природного газа, метана и комплекс для его осуществления (варианты) | 2021 |
|
RU2781395C1 |
| Способ хранения природного газа в адсорбированном виде при пониженных температурах | 2016 |
|
RU2650012C1 |
| Способ и установка адсорбционной осушки и очистки природного газа | 2019 |
|
RU2717052C1 |
| СПОСОБ АДСОРБЦИОННОЙ ОСУШКИ ПРИРОДНОГО ГАЗА | 1993 |
|
RU2073554C1 |
Изобретение относится к области хранения природного газа в адсорбированном состоянии и использования адсорбированного природного газа для питания двигателя внутреннего сгорания транспортного средства. Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение эффективности работы бортовой адсорбционной системы аккумулирования природного газа и системы ее заправки за счет одновременного обеспечения функции терморегулирования бортовых адсорбционных аккумуляторов при заправке и выдаче газа из них на двигатель транспортного средства, что позволяет увеличить активную емкость адсорбционной системы аккумулирования (количество выдаваемого газа), и функции борьбы с накоплением высококипящих углеводородов в моноблочном адсорбенте бортовых адсорбционных аккумуляторов, позволяющей увеличить количество циклов использования бортовой адсорбционной системы аккумулирования без снижения ее активной емкости, что в совокупности приводит к увеличению пробега транспортного средства. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 4 ил.
1. Бортовая адсорбционная система аккумулирования природного газа содержит набор клапанов запорных газовых, фильтр механической очистки, магистрали газовые, два набора бортовых адсорбционных аккумуляторов, заполненные моноблочным адсорбентом, при этом набор клапанов запорных газовых, наборы бортовых адсорбционных аккумуляторов и магистрали газовые образуют газовый контур бортовой адсорбционной системы аккумулирования природного газа, который подключен к двигателю внутреннего сгорания транспортного средства с помощью магистрали газовой через фильтр механической очистки и клапан запорный газовый соответственно, наборы бортовых адсорбционных аккумуляторов содержат систему терморегулирования, подключенную к системе охлаждения двигателя транспортного средства и включающую в себя внутренние и/или внешние теплообменные аппараты бортовых адсорбционных аккумуляторов, насос теплоносителя системы охлаждения двигателя транспортного средства, набор клапанов запорных теплоносителя и магистрали теплоносителя, образующие контур теплоносителя бортовой адсорбционной системы аккумулирования природного газа.
2. Бортовая адсорбционная система аккумулирования природного газа по п. 1, в которой набор бортовых адсорбционных аккумуляторов состоит из различного числа бортовых адсорбционных аккумуляторов.
3. Бортовая адсорбционная система аккумулирования природного газа по п. 1, в которой по системе терморегулирования бортовых адсорбционных аккумуляторов циркулирует теплоноситель системы охлаждения двигателя транспортного средства.
4. Бортовая адсорбционная система аккумулирования природного газа по п. 1, в которой система терморегулирования бортовых адсорбционных аккумуляторов выполнена с функцией подключения к устройству для охлаждения теплоносителя системы охлаждения двигателя транспортного средства системы заправки бортовой адсорбционной системы аккумулирования природного газа через клапаны запорные теплоносителя.
5. Бортовая адсорбционная система аккумулирования природного газа по п. 1, в которой газовый контур бортовой адсорбционной системы аккумулирования природного газа выполнен с функцией подключения к системе заправки бортовой адсорбционной системы аккумулирования природного газа через клапан или клапаны запорные газовые.
6. Бортовая адсорбционная система аккумулирования природного газа по п. 1, в которой моноблочный адсорбент наборов бортовых адсорбционных аккумуляторов содержит сквозные каналы круглой или щелевидной формы.
7. Бортовая адсорбционная система аккумулирования природного газа по п. 1, в которой в качестве клапана запорного газового, через который газовый контур бортовой адсорбционной системы аккумулирования природного газа подключен к двигателю внутреннего сгорания транспортного средства, применяют мультиклапан газовый.
8. Способ выдачи природного газа из бортовой адсорбционной системы аккумулирования природного газа, характеризующийся тем, что выдача природного газа на двигатель внутреннего сгорания транспортного средства из наборов бортовых адсорбционных аккумуляторов, заполненных моноблочным адсорбентом, включает на первой стадии выдачу природного газа из первого набора бортовых адсорбционных аккумуляторов, циркуляцию теплоносителя системы охлаждения двигателя транспортного средства через каналы внутренних и/или внешних теплообменных аппаратов первого набора бортовых адсорбционных аккумуляторов и систему охлаждения двигателя транспортного средства с помощью насоса теплоносителя системы охлаждения двигателя транспортного средства, нагрев первого набора бортовых адсорбционных аккумуляторов, на второй стадии выдачу природного газа из второго набора бортовых адсорбционных аккумуляторов через первый набор бортовых адсорбционных аккумуляторов – регенерацию первого набора бортовых адсорбционных аккумуляторов от высококипящих углеводородов, циркуляцию теплоносителя системы охлаждения двигателя транспортного средства через каналы внутренних и/или внешних теплообменных аппаратов первого набора бортовых адсорбционных аккумуляторов и систему охлаждения двигателя транспортного средства с помощью насоса теплоносителя системы охлаждения двигателя транспортного средства, нагрев первого набора бортовых адсорбционных аккумуляторов, на третьей стадии выдачу природного газа из второго набора бортовых адсорбционных аккумуляторов, циркуляцию теплоносителя системы охлаждения двигателя транспортного средства через каналы внутренних и/или внешних теплообменных аппаратов второго набора бортовых адсорбционных аккумуляторов и систему охлаждения двигателя транспортного средства с помощью насоса теплоносителя системы охлаждения двигателя транспортного средства, нагрев второго набора бортовых адсорбционных аккумуляторов.
9. Способ выдачи природного газа из бортовой адсорбционной системы аккумулирования по п. 8, в котором выдача природного газа на двигатель внутреннего сгорания транспортного средства из наборов бортовых адсорбционных аккумуляторов, заполненных моноблочным адсорбентом, включает в себя на третьей стадии выдачу природного газа из первого и второго наборов бортовых адсорбционных аккумуляторов, циркуляцию теплоносителя системы охлаждения двигателя транспортного средства через каналы внутренних и/или внешних теплообменных аппаратов первого и второго наборов бортовых адсорбционных аккумуляторов и систему охлаждения двигателя транспортного средства с помощью насоса теплоносителя системы охлаждения двигателя транспортного средства, нагрев первого и второго наборов бортовых адсорбционных аккумуляторов.
10. Способ выдачи природного газа из бортовой адсорбционной системы аккумулирования по п. 8, в котором после каждого полного цикла выдачи газа на двигатель внутреннего сгорания транспортного средства меняют очередность наборов бортовых адсорбционных аккумуляторов, заполненных моноблочным адсорбентом, из которых происходит выдача природного газа.
| US 4749384 A, 07.06.1988 | |||
| Адсорбционная система обратимого аккумулирования паров сжиженного природного газа | 2022 |
|
RU2781731C1 |
| 0 |
|
SU163685A1 | |
| US 2014290751 A1, 02.10.2014 | |||
| US 2015001101 A1, 01.01.2015 | |||
| JP 2002267097 A, 18.09.2002 | |||
| JP 2004068633 A, 04.03.2004. | |||
