Устройство зарядки пневмобаллонов Советский патент 1992 года по МПК F17C5/06 

Устройство содержит ИГВД 1, ЕСГ 2 с испарителем 3 и теплообменником 4, смеситель 5, датчики давления б и температу- ры 7, а также пневмомагистрали с вентилями (редукторами) 8-12, дренажно- предохранительным 13, обратным и регулируемым 14 клапанами, управляющая магистраль которого содержит вентиль 15. Корпус ЕСГ 2, как и выходящие из него магистрали, покрыт теплоизоляцией 16. Визуальный контроль за наполнением баллона 17 может осуществляться по манометру 18 и термометру 19, связанному с датчиком 7. Для автоматического определения величины m заряженного газа может служить расчетный блок 20, содержащий блоки деления 21, умножения 22, задания величины 23 газовой постоянной R для заряжаемого газа, величины 26 объема V баллона 17 и индикации 24 ве- личины т. ЕСГ 2 содержит заливочную горловину с заглушкой, дренажно-предо- хранительные клапаны и другие необходи- мые устройства для емкостей со сжиженными газами. Баллон 17 содержит вентиль 25. Предварительно известна прочностная характеристика баллона 17 в виде зависимости допустимого давления газа в нем от температуры Т (фиг.1,4,6,8, кривая М).

В статическом состоянии ИГВД 1 через заправочную магистраль, содержащую нормально закрытый вентиль (НЗВ) 8, смеситель 5 и НЗВ 25, связан с наполняемым баллоном 17. Эта магистраль содержит так- же НЗВ 27 для дренажа и через обратный клапан и НЗВ 12 сообщается с ЕСГ2. Заправочная магистраль содержит также параллельную магистраль, содержащую НЗВ 9 и теплообменник 4, содержащийся в ЕСГ 2. Последний содержит магистраль с испарителем 3 и НЗВ 11, а также сообщается через НЗВ 10 и клапан 14 с ИГВД 1. Клапан 14, в свою очередь, сообщается пнев- момагистралью через вентиль 15 с заправочной магистралью и стыкуется к ней между НЗВ 25 и смесителем 5. ЕСГ 2 и магистрали, по которым может подаваться сжиженный газ, снабжены теплоизоляцией 16. Баллон 17 снабжен датчиками температуры 7 и давления 6, связанными с расчетным блоком 20, а также термометрами 17 и манометром 18.

В исходном положении вентили 8-12, 15, 25 и 27 закрыты, ИГВД .1 и ЕСГ 2 запол- нены сжатым и сжиженным газом. В соответствии с молекулярной массой заряжаемого газа на блоках23 и 26 набраны величины R и V. Затем открывают вентиль 25 баллона 17.

Если материал баллона 17 допускает контакт со сжиженным газом, то зарядка осуществляется путем прямого впрыска из ЕСГ 2 требуемой массы сжиженного газа. Для этого открывают вентиль 12 и, если нет необходимости задействовать ИГВД 1, открывают вентиль 11 и пропускают сжиженный газ через испаритель 3, после чего он, превращаясь в газообразную фазу, вытесняет жидкий газ из ЕСГ 2 через вентиль 12, обратный клапан (ОК), смеситель 5 и вентиль 25 внутрь баллона 17. Эту операцию можно провести ускоренно (без задействования испарителя 3, вентиль 11 закрыт), открыв вентили 10 и 15 (клапан 14 открыт ввиду малости давления в баллоне 17). Газ из ИГВД 1 вытесняет жидкий газ из ЕСГ 2 в баллон 17 тем же путем. В координатах Т-Р состояние газа в баллоне 17 описывается траекторией АЕК: АЕ - снижение температуры от исходной То до температуры жидкого газа Тж, масса газа увеличивается от начальной т0 до требуемой- mk; EK - постепенное отогревание баллона 17с газом до нормальной температуры Т0, вентиль 25 при этом закрыт, баллон 17 заряжен.

Если материал баллона 17 может охлаждаться только до величины ТДОп, то осуществляется дополнительный подвод газа из ИГВД 1, для чего проводятся те же операции, что и ранее, только открываются еще вентили 15 и 8. Благодаря смесителю 5 температура газа на входе в баллон 17 не падает до Тж. При этом зарядка в координатах Т-Р идет по траектории АДЖК (фиг.6): АД - впрыск жидкого газа; ДЖ - вдув газа из ИГВД 1; ЖК - выравнивание температуры газа в баллоне 17 до нормальной Т0. Если доля жидкого газа велика, то зарядка идет по траектории ( - отогревание баллона 17), если не велика - то АД Ж К (Ж К - остывание баллона 17). Когда процесс доходит до точки Ж (Ж), вентиль 25 закрывают.

Если материал баллона 17 не допускает контакта с жидким газом, то осуществляется зарядка охлажденным газом, для чего открывается вентиль 9 (вентили 10, 11, 12, 15, 8 закрыты), газ из ИГВД 1, охлаждаясь в теплообменнике 4, попадает в баллон 17. Возможно ускорение зарядки путем прямого направления части газа из ИГВД 1 в баллон 17, для чего открывается вентиль 8. По достижении в баллоне 17 массы газа mk, вентиль 25 закрывают. В координатах Т-Р этот процесс идет по траектории АИК (фиг.8): АИ - вдув газа; ИК - выравнивание температуры ( - весь газ проходит через теплообменник 4; АИ К - часть газа про- пускается через вентиль 8).

Контроль заряженной массы газа оператор может осуществлять по манометру 18 и термометру 19, регулярно проводя вычисления по формуле

m

PV RT

где Р, Т, m - текущие значения давления, температуры и массы газа в баллоне 17; R - газовая постоянная, которая равна

8314 ч

--- (« - молекулярная масса заряжаемого газа).

По достижении m mk оператор зарядку прекращает, для чего закрывает вентили 25, 11, 12, 8, 9, 10, 15 И стравливает в систему вентиляции избыток газа через вентиль 27.

Процесс контроля за заряженной массой газа может осуществляться и по индикатору 24 блока 20, реализующего формулу

(1).

При использовании предлагаемого устройства значительно ускоряется процесс, зарядки баллонов - из него полностью исключается операция остывания недозаряженного баллона (фиг. 1, участок БВ, при массе

mi mk), длительность которой может достигать нескольких часов. Время зарядки баллонов газовых автомобилей может быть сокращено в несколько раз.

5

Формула изобретения Устройство зарядки пневмобаллонов, содержащее источник высокого давления, подключенный к заряженному баллону че10 рез пневмомагистрали, запорные элементы и регулируемый-клапан, отличающее- с я тем, что, с целью повышения скорости зарядки, оно снабжено емкостью для сжиженного газа, имеющей испарительную си15 стему наддува и смеситель, подключенный к жидкостной полости емкости через запорный и обратный клапаны и к входу заряжаемого баллона, источник высокого давления содержит теплообменник, размещенный в

20 емкости и подключенный посредством теплоизолированной пневмомагистрали с запорным элементом к смесителю, при этом заряжаемый баллон сообщен через предохранительный клапан и вентиль с регулиру25 емым клапаном, который установлен на пневмомагистрали, соединяющей источник высокого давления с паровой полостью емкости.

Фиг.1

Фиг.5

Фиг.7

Фиг.6