RU2382268C2 - Fuel tank and gas storage and supply plant - Google Patents
Fuel tank and gas storage and supply plant Download PDFInfo
- Publication number
- RU2382268C2 RU2382268C2 RU2008117973/06A RU2008117973A RU2382268C2 RU 2382268 C2 RU2382268 C2 RU 2382268C2 RU 2008117973/06 A RU2008117973/06 A RU 2008117973/06A RU 2008117973 A RU2008117973 A RU 2008117973A RU 2382268 C2 RU2382268 C2 RU 2382268C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- heat exchanger
- housing
- fuel
- fuel tank
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к устройствам обеспечения газообразным топливом или его компонентами первичных и вторичных двигателей, например, средств передвижения, включая автомобили с двигателями внутреннего сгорания, электромобили с топливными элементами и пр.The invention relates to devices for providing gaseous fuel or its components to primary and secondary engines, for example, vehicles, including cars with internal combustion engines, electric vehicles with fuel cells, etc.
При изучении справочно-информационного и патентного фондов были выделены аналоги предлагаемых устройств в виде:When studying reference and information and patent funds, analogues of the proposed devices were identified in the form of:
- цельных автономно функционирующих сосудов, внутри которых находится непосредственно газ или газопоглощающий сорбент. Устройства этого вида отнесены к топливным бакам для хранения и подачи газа;- integral autonomously functioning vessels, inside of which there is directly a gas or gas-absorbing sorbent. Devices of this type are classified as fuel tanks for storing and supplying gas;
- газосодержащих составных агрегатов, выполняющих ряд унифицированных функций в составе сложных систем. Устройства этого вида отнесены к установкам для хранения и подачи газа.- gas-containing composite units that perform a number of unified functions as part of complex systems. Devices of this type are assigned to gas storage and supply units.
Из аналогов топливного бака для хранения и подачи газа:From analogues of a fuel tank for storing and supplying gas:
- наиболее известным является баллон, приведенный в "Новом политехническом словаре", главный редактор А.Ю.Ишлинский, научное издательство "Большая Российская энциклопедия", Москва, 2000, стр.40. Баллон представляет собой газонепроницаемую оболочку, изготовляемую в зависимости от назначения из металлов, полимеров и пр. В таких устройствах может храниться под избыточным давлением практически любой газ;- the most famous is the balloon cited in the "New Polytechnical Dictionary", editor-in-chief A.Yu. Ishlinsky, scientific publishing house "Big Russian Encyclopedia", Moscow, 2000, p. 40. The cylinder is a gas-tight shell, made depending on the purpose of metals, polymers, etc. In such devices, almost any gas can be stored under excess pressure;
- известна емкость для хранения газа, приведенная в патенте №2222749 RU, F17С 5/04, 1/12, публикация 27.01.2004, БИ №3. Данная емкость предназначается для хранения сжиженных газов и содержит герметичный кожух, внутренний сосуд, трубу наполнения-опорожнения с запорным вентилем, трубу газосброса с запорным вентилем. Вокруг внутреннего сосуда установлен экран с трубопроводом, а в верхней части внутреннего сосуда и экрана выполнены отверстия, сообщающие их полости с полостью герметичного кожуха. Кроме того, один конец трубопровода экрана соединен с трубой газосброса, а другой его конец введен в полость внутреннего сосуда. При этом устанавливается определенное соотношение объема внутреннего сосуда к объему герметичного кожуха;- a known gas storage tank is given in patent No. 2222749 RU,
- известна емкость для хранения криогенных топлив, приведенная в патенте №2270788 RU, В64D 37/02, В64G 1/40, публикация 27.02.2006, БИ №6. Эта емкость содержит герметичный защитный кожух, внутренний сосуд с теплоизоляцией, трубопроводы заправки, дренажа-наддува и подачи топлива, а также заборный механизм. Внутренний сосуд крепится к защитному кожуху на двух опорах, содержащих тонкостенные тела вращения, например, конической формы, снабженные теплозащитными кольцевыми проставками и экранно-вакуумной теплоизоляцией. В одной из опор указанное тонкостенное тело вращения, закрепленное на кожухе, соединено с втулкой, телескопически связанной с цилиндром, прикрепленным к внутреннему сосуду, обеспечивая относительное перемещение внутреннего сосуда и защитного кожуха. Заборный механизм емкости может содержать жестко соединенные друг с другом запорные клапаны, сообщающиеся с соответствующими им полостями около днищ внутреннего сосуда и управляемые электропневматической системой.- the known capacity for storing cryogenic fuels is given in patent No. 2270788 RU, B64D 37/02,
Аналогом установки для хранения и подачи газа является система подачи топлива для топливных элементов электромобилей, приведенная в патенте №2233511 RU, Н01М 8/04, В60L 11/18, публикация 27.07.2004, БИ №21. В составе этой системы имеется топливный (водородный) бак. Для обеспечения функционального назначения через патрубки бак соединен с другими составными частями и модулями системы подачи топлива трубопроводными магистралями подачи и отбора газа, а также подвода и отвода рабочей среды теплообменника, обеспечивающего заданные режимы работы установки. Кроме того, установка оснащается коммутирующими элементами в виде запорных вентилей средствами измерений и контроля параметров.An analogue of the installation for storing and supplying gas is the fuel supply system for fuel cells of electric vehicles, as described in patent No. 2233511 RU, Н01М 8/04, В60L 11/18, publication July 27, 2004, BI No. 21. This system has a fuel (hydrogen) tank. To ensure the functional purpose through the nozzles, the tank is connected to other components and modules of the fuel supply system by pipelines of gas supply and selection, as well as supply and removal of the working medium of the heat exchanger, providing the given operating modes of the installation. In addition, the installation is equipped with switching elements in the form of shut-off valves by means of measurement and parameter control.
Общими недостатками указанных аналогов являются невысокий уровень их безопасности при хранении газов и низкое значение отношения массы хранимого газа к массе устройства.Common disadvantages of these analogues are the low level of their safety during storage of gases and the low value of the ratio of the mass of the stored gas to the mass of the device.
Из известных топливных баков для хранения и подачи газа наиболее близким к заявляемому техническому решению является топливный бак системы подачи топлива для топливных элементов электромобилей по патенту №2233511 RU, Н01М 8/04, В60L 11/18, публикация 27.07.2004, БИ №21. Согласно описанию, приведенному в патенте, этот топливный бак предназначен для сорбционного хранения газа и содержит корпус с патрубками, в корпусе установлены гидрид твердого металла или поглощающий водород сплав (твердый сорбент), коллекторная система, обеспечивающая поверхность соприкосновения сорбента с газом и соединенная с патрубками подачи и отбора газа, а также теплообменник с полостью, соединенной с патрубками подвода и отвода рабочей среды. Установленный в корпусе устройства сорбент характеризуется большой, измеряемой между противоположными стенками корпуса протяженностью непрерывного тела как в продольном, так и в поперечном направлениях. Коллекторная система образована внутренними каналами, соединяющими сорбент с патрубками подачи и отбора газа. Теплообменник расположен внутри сорбента, а патрубки подвода и отвода рабочей среды теплообменника выведены с одной стороны корпуса.Of the known fuel tanks for storing and supplying gas, the closest to the claimed technical solution is the fuel tank of the fuel supply system for electric vehicle fuel cells according to RU patent No. 2233511, Н01М 8/04,
Данный источник выбран в качестве прототипа топливного бака для хранения и подачи газа.This source is selected as a prototype fuel tank for storing and supplying gas.
Указанный прототип устройства характеризуется по сравнению с аналогами более высокими уровнями как безопасности при хранении газа, так и отношения массы хранимого газа к массе устройства. Однако и этот топливный бак имеет ряд недостатков:The specified prototype of the device is characterized, in comparison with analogues, higher levels of safety during storage of gas, and the ratio of the mass of stored gas to the mass of the device. However, this fuel tank has several disadvantages:
- в связи с тем, что геометрическое тело сорбента характеризуется большими габаритами в продольном и поперечном направлениях, а коллекторная система, образованная внутренними каналами, соединяющими сорбент с патрубками подачи и отбора газа, не имеет развитого характера и не обеспечивает достаточной площади соприкосновения, при использовании сорбента с невысокой пористостью могут реализоваться или потеря работоспособности, или недопустимо большое время, в течение которого бак может быть заправлен топливом. Так как при заправке газ не будет иметь возможность доступа и перетекания по всему объему сорбента, эксплуатация средства передвижения с таким топливным баком будет или невозможна, или недостаточно эффективна;- due to the fact that the geometric body of the sorbent is characterized by large dimensions in the longitudinal and transverse directions, and the collector system formed by internal channels connecting the sorbent to the gas supply and extraction nozzles does not have a developed character and does not provide a sufficient contact area when using the sorbent with low porosity, either a loss of working capacity or an unacceptably long time can be realized during which the tank can be filled with fuel. Since during refueling the gas will not be able to access and flow over the entire volume of the sorbent, the operation of a vehicle with such a fuel tank will either be impossible or not effective enough;
- известно, что процесс сорбции большинства газов является экзотермическим. Для отвода тепла внутри бака устанавливается теплообменник с рабочей средой. В качестве рабочей среды чаще всего используется жидкость, которая в случае неисправности теплообменника или подводящих трубопроводов может вытечь. Отсутствие рабочей среды в полости теплообменника может привести к несанкционированному повышению температуры корпуса с соответствующим ростом избыточного давления до таких значений, при которых корпус может разрушиться. Поэтому уровень безопасности данного бака недостаточен;- It is known that the sorption process of most gases is exothermic. To remove heat, a heat exchanger with a working medium is installed inside the tank. The working fluid is most often used fluid, which in the event of a malfunction of the heat exchanger or supply piping can leak. The absence of a working medium in the cavity of the heat exchanger can lead to an unauthorized increase in the temperature of the housing with a corresponding increase in overpressure to such values that the housing can break. Therefore, the safety level of this tank is insufficient;
- теплообменник, размещенный в теле сорбента, не отводит тепло от корпуса, так как все известные твердые сорбенты имеют невысокую теплопроводность. Вследствие низкой эффективности работы теплообменника, установленного таким образом, возможен перегрев корпуса.- the heat exchanger located in the body of the sorbent does not remove heat from the housing, since all known solid sorbents have low thermal conductivity. Due to the low efficiency of the heat exchanger installed in this way, the case may overheat.
Из известных установок для хранения и подачи газа наиболее близкой к заявляемому техническому решению является установка для сорбционного хранения газа, приведенная в сборнике работ, выполненных в рамках ГППИ НАН Беларуси "Водород", статья "Терморегулируемая система хранения водорода с использованием углеродных материалов". Авторы Канончик Л.Е., Бабенко В.А., Васильев Л.Л. ГНУ, "Институт тепло- и массообмена им. А.В.Лыкова", стр.1068-1069. Из материалов, представленных в этой статье, следует, что указанная установка содержит секции, в которых размещен твердый сорбент, систему, обеспечивающую подачу и отбор газа, а также теплообменники и систему подвода и отвода рабочей среды. Теплообменники с полостями для рабочей среды в виде тепловых труб выполнены между каждыми четырьмя соседними секциями во внутренних продольных ребрах (перегородках). Коллекторные системы каждой секции, обеспечивающие поверхность соприкосновения сорбента с газом, соединены между собой через каналы подачи и отбора газа, а полости тепловых труб - через каналы подвода и отвода рабочей среды.Of the known installations for storing and supplying gas, the closest to the claimed technical solution is the installation for sorption storage of gas given in the collection of works carried out as part of the State Hydrometeorological Institute of the National Academy of Sciences of Belarus "Hydrogen", the article "Temperature-controlled hydrogen storage system using carbon materials". Authors Kanonchik L.E., Babenko V.A., Vasiliev L.L. GNU, "A.V. Lykov Institute of Heat and Mass Transfer", pp. 1068-1069. From the materials presented in this article, it follows that this installation contains sections in which a solid sorbent is placed, a system that provides gas supply and selection, as well as heat exchangers and a system for supplying and discharging a working medium. Heat exchangers with cavities for the working medium in the form of heat pipes are made between every four adjacent sections in the internal longitudinal ribs (partitions). The collector systems of each section, which provide the contact surface of the sorbent with gas, are interconnected via gas supply and selection channels, and the heat pipe cavities are connected through the supply and exhaust channels of the working medium.
Данный источник выбран в качестве прототипа установки для хранения и подачи газа.This source is selected as a prototype installation for storing and supplying gas.
Указанный прототип устройства имеет ряд недостатков:The specified prototype of the device has several disadvantages:
- невозможность замены поврежденных секций;- the impossibility of replacing damaged sections;
- теплообменник с полостями для рабочей среды в виде тепловых труб, установленных во внутренних продольных ребрах (перегородках) между каждыми четырьмя соседними секциями, естественно, отводит тепло от частей этих ребер (перегородок) в области их контакта с тепловыми трубами. В то же время наружные стенки корпуса удалены от тепловых труб и поэтому могут перегреваться. По той же причине вследствие невысокой теплопроводности сорбента неэффективно может отводиться тепло и непосредственно из его объема. Установка для хранения и подачи газа с такими теплообменниками потребует заметно более длительное время для ее заправки топливом. Эксплуатация средства передвижения с таким устройством будет или невозможна, или недостаточно эффективна.- a heat exchanger with cavities for the working medium in the form of heat pipes installed in the internal longitudinal ribs (partitions) between each four adjacent sections, naturally, removes heat from parts of these ribs (partitions) in the area of their contact with the heat pipes. At the same time, the outer walls of the housing are removed from the heat pipes and therefore may overheat. For the same reason, due to the low thermal conductivity of the sorbent, heat can be removed efficiently directly from its volume. An installation for storing and supplying gas with such heat exchangers will require a noticeably longer time for refueling. Operation of a vehicle with such a device will either be impossible or not effective enough.
Следует отметить, что не только указанные аналоги, но и прототипы как топливного бака, так и установки для хранения и подачи газа имеют низкие удельные характеристики, в частности, отношение массы хранимого газа к массе всего устройства составляет не более 0,8%.It should be noted that not only the indicated analogues, but also the prototypes of both the fuel tank and the gas storage and supply unit have low specific characteristics, in particular, the ratio of the mass of stored gas to the mass of the entire device is not more than 0.8%.
Задачей настоящего изобретения является повышение отношения массы хранимого газа к массе всего устройства, а также работоспособности устройства, его безопасности, уровней надежности и удобства эксплуатации.The objective of the present invention is to increase the ratio of the mass of stored gas to the mass of the entire device, as well as the operability of the device, its safety, levels of reliability and ease of use.
При использовании предлагаемого изобретения достигается следующий технический результат:When using the invention, the following technical result is achieved:
- отношение массы хранимого газа к массе всего устройства повышается в 1,5-2 раза и составляет 1,5-1,6%;- the ratio of the mass of the stored gas to the mass of the entire device increases by 1.5-2 times and amounts to 1.5-1.6%;
- работоспособность устройства обеспечивается во всех режимах, в том числе в аварийных ситуациях, при этом установка для хранения и подачи газа, содержащая две и более секции, сохраняет работоспособность даже в тех случаях, когда неповрежденной остается только одна секция из числа предусмотренных конструкцией устройства;- the operability of the device is ensured in all modes, including in emergency situations, while the installation for storing and supplying gas, containing two or more sections, remains operable even in cases when only one section from the number provided by the design of the device remains intact;
- предлагаемые технические решения позволяют гарантировать безопасность устройства как при несанкционированном повышении температуры окружающей среды, так и в случае сквозного механического пробития стенок корпуса;- the proposed technical solutions make it possible to guarantee the safety of the device both in case of unauthorized increase in the ambient temperature, and in the case of through mechanical penetration of the walls of the case;
- уровень надежности устройства повышается с одновременным увеличением гарантированного числа циклов "Заправка-отбор газа";- the reliability level of the device increases with a simultaneous increase in the guaranteed number of cycles "Refueling-gas selection";
- устройство обеспечивает удобства эксплуатации как потребителям объектов, например, средств передвижения, оснащенных этими устройствами, так и предприятиям, проводящим их сервисное обслуживание.- the device provides ease of use to both consumers of objects, for example, vehicles equipped with these devices, and to enterprises conducting their service.
Решение поставленной задачи и достижение технического результата обеспечивается тем, что в известном топливном баке для хранения и подачи газа, содержащем корпус с патрубками, в котором установлены твердый сорбент, способный поглощать газ, коллекторная система, обеспечивающая поверхность соприкосновения сорбента с газом и соединенная с патрубками подачи и отбора газа, теплообменник с полостью, соединенной с патрубками подвода и отвода рабочей среды согласно изобретению:The solution of this problem and the achievement of a technical result is ensured by the fact that in a known fuel tank for storing and supplying gas, comprising a housing with nozzles, in which a solid sorbent capable of absorbing gas is installed, a collector system providing a contact surface of the sorbent with gas and connected to the supply nozzles and gas extraction, a heat exchanger with a cavity connected to the nozzles for supplying and discharging a working medium according to the invention:
- теплообменник размещен между корпусом и сорбентом;- a heat exchanger is placed between the housing and the sorbent;
- коллекторная система размещена внутри сорбента;- the collector system is placed inside the sorbent;
- коллекторная система выполнена в виде пористых прослоек;- the collector system is made in the form of porous layers;
- пористые прослойки установлены с обеспечением пневматического соединения между собой.- porous interlayers are installed with pneumatic connection between themselves.
При этом:Wherein:
- пористые прослойки выполнены из материала с высокой теплопроводностью и установлены с обеспечением механического контакта друг с другом и, по крайней мере, одна из них - в контакте с теплообменником;- porous interlayers are made of a material with high thermal conductivity and are installed to ensure mechanical contact with each other and at least one of them is in contact with the heat exchanger;
- в полости теплообменника установлен гофрированный элемент;- a corrugated element is installed in the cavity of the heat exchanger;
- корпус выполнен многослойным путем намотки на герметизирующий слой из материала, стойкого к воздействию используемого газа, волокон или лент с высокими теплостойкостью и модулем упругости;- the housing is made by multilayer by winding on the sealing layer of a material resistant to the effects of the used gas, fibers or tapes with high heat resistance and elastic modulus;
- на противоположных сторонах корпуса выполнены местные утолщения, а патрубки установлены в местах утолщений, причем патрубки подачи и отбора газа, соединенные с коллекторной системой, размещены с разных сторон корпуса и, независимо от их установки, с разных сторон корпуса размещены патрубки подвода и отвода рабочей среды теплообменника;- local thickenings are made on opposite sides of the housing, and the nozzles are installed in the places of the thickenings, and the gas supply and exhaust pipes connected to the collector system are placed on different sides of the housing and, regardless of their installation, the working supply and exhaust pipes are placed on different sides of the housing heat exchanger media;
- патрубок подачи газа с ближней к нему половиной коллекторной системы и патрубок отбора газа с остальной ее частью выполнены симметричными;- the gas supply pipe with the half of the collector system closest to it and the gas pipe with the rest of it are symmetrical;
- на корпусе установлен, по крайней мере, один предохранительный клапан, пневматически соединенный с внутренним объемом топливного бака.- at least one safety valve is installed on the body, pneumatically connected to the internal volume of the fuel tank.
Совокупность признаков предложенного топливного бака для хранения и подачи газа способствуют решению поставленной задачи и достижению технического результата:The set of features of the proposed fuel tank for storing and supplying gas contribute to solving the problem and achieving a technical result:
- размещение теплообменника с полостью для рабочей среды между корпусом и сорбентом позволяет отводить тепло непосредственно от корпуса, что исключает возможность его перегрева и способствует повышению эффективности работы теплообменника, а также уровней безопасности и надежности устройства;- placement of a heat exchanger with a cavity for the working medium between the casing and the sorbent allows you to remove heat directly from the casing, which eliminates the possibility of overheating and helps to increase the efficiency of the heat exchanger, as well as the safety and reliability of the device;
- размещение коллекторной системы внутри сорбента и в каналах перед патрубками подачи и отбора газа обеспечивает возможность получения развитого характера и достаточной площади поверхности соприкосновения с газом при использовании сорбента с любой, в том числе невысокой пористостью. Это приводит к уменьшению времени, в течение которого бак может быть заправлен топливом, и повышению уровней удобства эксплуатации и надежности устройства;- placement of the collector system inside the sorbent and in the channels in front of the gas supply and extraction nozzles provides the possibility of obtaining a developed character and a sufficient surface area of contact with the gas when using the sorbent with any, including low porosity. This leads to a decrease in the time during which the tank can be filled with fuel, and increase levels of ease of use and reliability of the device;
- выполнение коллекторной системы в виде пористых прослоек из материала с высокой теплопроводностью, которые размещены с обеспечением пневматического соединения между собой, а также механического контакта друг с другом и, как минимум, одной из пористых прослоек - с теплообменником, обеспечивает возможность получения дополнительного радиатора, в котором функцию рабочей среды выполняет используемый газ. Кроме того, за счет наличия теплового моста (непрерывной цепи из механически контактирующих теплопроводных прослоек между собой и, как минимум, одной из них с теплообменником) работа теплообменника становится более эффективной. Это исключает возможность разрушения корпуса от перегрева и способствует повышению уровней безопасности и надежности устройства;- the implementation of the collector system in the form of porous interlayers of a material with high thermal conductivity, which are placed to provide pneumatic connection between each other, as well as mechanical contact with each other and at least one of the porous interlayers - with a heat exchanger, which makes it possible to obtain an additional radiator, in where the function of the working medium is performed by the gas used. In addition, due to the presence of a thermal bridge (a continuous chain of mechanically contacting heat-conducting layers between each other and at least one of them with a heat exchanger), the operation of the heat exchanger becomes more efficient. This eliminates the possibility of destruction of the housing from overheating and helps to increase the levels of safety and reliability of the device;
- благодаря размещению в полости теплообменника гофрированного элемента работа теплообменника становится более эффективной. Это также исключает возможность разрушения корпуса от перегрева и способствует повышению уровней безопасности и надежности устройства;- due to the placement of a corrugated element in the cavity of the heat exchanger, the operation of the heat exchanger becomes more efficient. This also eliminates the possibility of destruction of the housing from overheating and helps to increase the levels of safety and reliability of the device;
- выполнение корпуса многослойным путем намотки на герметизирующий слой из материала, стойкого к воздействию используемого газа, волокон или лент с высокими теплостойкостью и модулем упругости позволяет уменьшить массу устройства, повысить уровень удобства его эксплуатации и за счет исключения возможности разрушения с образованием разлетающихся осколков гарантировать безопасность даже в случае сквозного механического пробития стенки корпуса;- the implementation of the housing in a multilayer way by winding on a sealing layer of material resistant to the used gas, fibers or tapes with high heat resistance and elastic modulus allows to reduce the mass of the device, increase the level of ease of use and by eliminating the possibility of destruction with the formation of flying fragments to guarantee safety even in case of through mechanical penetration of the body wall;
- выполнение на противоположных сторонах корпуса местных утолщений и размещение патрубков в местах утолщений таким образом, чтобы патрубки подачи и отбора газа были размещены с разных сторон корпуса и независимо от их установки с разных сторон корпуса были размещены также патрубки подвода и отвода рабочей среды теплообменника, во-первых, позволяет получить корпус с геометрической формой, механическое упрочнение которой может быть выполнено наиболее простым из известных способов, во-вторых, способствует уменьшению времени, в течение которого бак может быть заправлен топливом, и повышению уровня удобства эксплуатации средства передвижения с таким топливным баком, и, в-третьих, повышает эффективность работы теплообменника. В совокупности это способствует повышению уровней безопасности и надежности устройства;- execution of local thickenings on opposite sides of the housing and placement of nozzles in the places of thickenings so that the gas supply and exhaust nozzles are placed on different sides of the housing and, independently of their installation, the nozzles for supplying and discharging the working medium of the heat exchanger are also placed on different sides of the housing first, it allows you to get a body with a geometric shape, the mechanical hardening of which can be performed by the simplest known methods, and secondly, helps to reduce the time during orogo tank can be filled with fuel and raising easy operation of the vehicle with the fuel tank, and, thirdly, increases the efficiency of the heat exchanger performance. Together, this helps to increase the levels of safety and reliability of the device;
- выполнение патрубка подачи газа с ближней к нему половиной коллекторной системы и патрубка отбора газа с остальной ее частью симметричными позволяет увеличить гарантированное число циклов "Заправка - отбор газа", что способствует сохранению высокого уровня надежности устройства в течение более длительного времени эксплуатации. При этом в области каждой половины коллекторной системы сорбент может быть выполнен в виде набора прессованных брикетов, которые могут быть установлены с обеспечением механического контакта по наружным поверхностям с пористыми прослойками. В этом случае работа теплообменника становится более эффективной;- the implementation of the gas supply pipe with the nearest half of the collector system and the gas pipe with the rest symmetrical allows you to increase the guaranteed number of cycles "Refueling - gas selection", which helps to maintain a high level of reliability of the device for a longer operating time. Moreover, in the area of each half of the collector system, the sorbent can be made in the form of a set of pressed briquettes, which can be installed to provide mechanical contact on the outer surfaces with porous layers. In this case, the operation of the heat exchanger becomes more efficient;
- размещение на корпусе устройства, по крайней мере, одного предохранительного клапана, пневматически соединенного с внутренним объемом топливного бака через дополнительные патрубки, позволяет гарантировать безопасность устройства при несанкционированном повышении температуры окружающей среды.- the placement on the device’s body of at least one safety valve, pneumatically connected to the internal volume of the fuel tank through additional nozzles, allows you to guarantee the safety of the device in case of unauthorized increase in ambient temperature.
Следует отметить, что в патрубках подачи и отбора газа, а также подвода и отвода рабочей среды теплообменника могут быть установлены запорные вентили, которые позволят расширить технологические возможности изготовителя, выполнять активирование сорбента и заправку газом с использованием более простого оборудования и с меньшими затратами по времени, что повышает уровень удобства эксплуатации топливного бака.It should be noted that shutoff valves can be installed in the pipes for gas supply and selection, as well as for supplying and discharging the working medium of the heat exchanger, which will expand the manufacturer’s technological capabilities, activate the sorbent and refuel with gas using simpler equipment and with less time, which increases the level of ease of use of the fuel tank.
Решение поставленной задачи и достижение технического результата обеспечивается также установкой для хранения и подачи газа, содержащей секции, в которых размещен твердый сорбент, систему, обеспечивающую подачу и отбор газа, теплообменники и систему подвода и отвода рабочей среды, в которой согласно изобретению:The solution of the problem and the achievement of the technical result is also provided by the installation for storing and supplying gas, containing sections in which the solid sorbent is placed, a system for supplying and selecting gas, heat exchangers and a system for supplying and discharging a working medium, in which according to the invention:
- секции выполнены в виде сменных топливных баков;- sections are made in the form of replaceable fuel tanks;
- топливные баки размещены на монтажной ферме;- fuel tanks are placed on the mounting farm;
- теплообменник установлен в каждом баке;- a heat exchanger is installed in each tank;
- система подвода и отвода рабочей среды соединена с теплообменником каждого топливного бака. При этом:- a system for supplying and discharging a working medium is connected to a heat exchanger of each fuel tank. Wherein:
- монтажная ферма содержит балку, топливные баки размещены с четырех сторон балки на протяжении ее длины, крепление топливных баков к балке выполнено при помощи тонкостенных сферообразных сегментов с фланцами на торцах, при этом сегменты расположены снизу и сверху баков, нижние сегменты за полюсную часть закреплены на балке, а фланцевые части сегментов жестко соединены с соседними, расположенными как на той же стороне фермы, так и на сторонах, перпендикулярных к ней, фланцы верхних и нижних сегментов подтянуты друг к другу до получения механического контакта с поверхностями бака;- the mounting truss contains a beam, fuel tanks are placed on four sides of the beam over its length, the fuel tanks are attached to the beam using thin-walled sphere-shaped segments with flanges at the ends, while the segments are located on the bottom and top of the tanks, the lower segments are fixed to the pole part on beam, and the flanged parts of the segments are rigidly connected to neighboring ones located both on the same side of the truss and on the sides perpendicular to it, the flanges of the upper and lower segments are pulled together to obtain a fur anic contact with tank surfaces;
- монтажная ферма выполнена с возможностью вращения вместе с топливными баками вокруг оси установки;- mounting truss is made with the possibility of rotation together with fuel tanks around the axis of the installation;
- топливные баки пневматически соединены с системой подачи и отбора газа через элементы с односторонней проводимостью;- fuel tanks are pneumatically connected to the gas supply and selection system through elements with one-sided conductivity;
- топливные баки установлены на ферме с возможностью изменения направления течения газа через их внутренние каналы при сорбции и десорбции.- fuel tanks are installed on the farm with the ability to change the direction of gas flow through their internal channels during sorption and desorption.
Совокупность признаков предложенной установки для хранения и подачи газа также способствуют решению поставленной задачи и достижению технического результата:The set of features of the proposed installation for storing and supplying gas also contribute to solving the problem and achieving a technical result:
- выполнение секций в виде сменных топливных баков, размещение этих топливных баков на монтажной ферме, наличие теплообменника в каждом баке и соединение системы подвода и отвода рабочей среды с теплообменниками каждого топливного бака способствуют повышению уровней удобства эксплуатации, эффективности работы теплообменника, работоспособности и надежности всего устройства;- the implementation of sections in the form of replaceable fuel tanks, the placement of these fuel tanks on the mounting farm, the presence of a heat exchanger in each tank and the connection of the supply and exhaust system of the working medium to the heat exchangers of each fuel tank contribute to increased levels of ease of use, heat exchanger efficiency, operability and reliability of the entire device ;
- наличие балки в составе монтажной фермы, размещение топливных баков с четырех сторон балки на протяжении ее длины, крепление топливных баков к балке при помощи тонкостенных сферообразных сегментов с фланцами на торцах, расположение сегментов снизу и сверху баков, крепление нижних сегментов за полюсную часть на балке, жесткое соединение фланцевых частей сегментов с соседними, расположенными как на той же стороне фермы, так и на сторонах, перпендикулярных к ней, и подтягивание фланцев верхних и нижних сегментов друг к другу до получения механического контакта с поверхностями бака способствуют повышению уровней удобства эксплуатации, безопасности и надежности устройства;- the presence of the beam as part of the mounting truss, the placement of fuel tanks on four sides of the beam over its length, the fastening of the fuel tanks to the beam using thin-walled sphere-shaped segments with flanges at the ends, the location of the segments below and above the tanks, fixing the lower segments for the pole part on the beam rigid connection of the flanged parts of the segments with neighboring ones located both on the same side of the truss and on the sides perpendicular to it, and pulling the flanges of the upper and lower segments to each other until mechanically contact with the surface of the tank serves to enhance ease of use, safety and reliability of the device;
- выполнение монтажной фермы с возможностью вращения вместе с топливными баками, как минимум, вокруг одной оси устройства, также способствует повышению уровней удобства его эксплуатации, безопасности и надежности;- the implementation of the mounting truss with the possibility of rotation together with fuel tanks, at least around one axis of the device, also helps to increase levels of ease of use, safety and reliability;
- пневматическое соединение топливных баков с системой подачи и отбора газа через элементы с односторонней проводимостью позволяет обеспечить работоспособность устройства во всех режимах, в том числе в аварийных ситуациях. Например, в случае сквозного пробития корпуса одного из топливных баков его внутренний объем сообщается с окружающей средой и давление в этом баке сразу же падает. Однако за счет избыточного давления в других баках элемент с односторонней проводимостью, идущий от патрубка отбора газа из испорченного бака, перекрывается, и рабочее давление в соединительных трубопроводах устройства сохраняется. При этом установка для хранения и подачи газа, содержащая две и более секции, сохраняет работоспособность даже в тех случаях, когда неповрежденной непосредственно в аварии (или по каким-либо другим причинам) остается только одна секция из числа предусмотренных конструкцией устройства;- pneumatic connection of fuel tanks with a gas supply and selection system through elements with one-sided conductivity allows the device to operate in all modes, including in emergency situations. For example, in the case of a through penetration of the body of one of the fuel tanks, its internal volume communicates with the environment and the pressure in this tank immediately drops. However, due to excess pressure in other tanks, the one-sided conductivity element coming from the gas outlet pipe from the damaged tank is blocked, and the working pressure in the connecting pipelines of the device is maintained. Moreover, the installation for storing and supplying gas, containing two or more sections, remains operational even in those cases when only one section from the number provided by the device design remains intact directly in the accident (or for some other reasons);
- размещение, крепление и соединение топливных баков на монтажной ферме с возможностью изменения направления течения газа через их внутренние каналы при сорбции и десорбции позволяют увеличить гарантированное число циклов "Заправка - отбор газа" при наличии любого количества топливных баков в пределах от одного до максимального числа, предусмотренного конструкцией устройства. Это способствует сохранению высокого уровня надежности устройства в течение более длительного времени эксплуатации.- placement, fastening and connection of fuel tanks on the mounting farm with the possibility of changing the direction of the gas flow through their internal channels during sorption and desorption allow you to increase the guaranteed number of cycles "Refueling - gas selection" in the presence of any number of fuel tanks in the range from one to the maximum number, provided by the design of the device. This helps to maintain a high level of reliability of the device for a longer operating time.
Следует отметить, что предлагаемый вариант устройства обладает рядом дополнительных преимуществ, так как с целью повышения уровней безопасности, надежности и удобства эксплуатации топливные баки на монтажной ферме могут быть соединены между собой с обеспечением возможности:It should be noted that the proposed version of the device has a number of additional advantages, since in order to increase the levels of safety, reliability and ease of use, fuel tanks on the mounting farm can be interconnected to provide the possibility of:
- проведения процессов сорбции и десорбции газа и управления работой установки для хранения и подачи газа при наличии любого количества установленных на ферме топливных баков в пределах от одного до максимального числа, предусмотренного конструкцией устройства;- carrying out processes of sorption and desorption of gas and controlling the operation of the installation for storing and supplying gas in the presence of any number of fuel tanks installed on the farm in the range from one to the maximum number provided for by the design of the device;
- подключения установки для хранения и подачи газа к управляющему микрокомпьютеру с предварительно установленными программами;- connecting the installation for storing and supplying gas to the control microcomputer with pre-installed programs;
- контроля работоспособности каждого топливного бака и установки для хранения и подачи газа в целом с использованием показаний датчиков давления, установленных на топливных баках.- monitoring the operability of each fuel tank and installation for storing and supplying gas as a whole using the readings of pressure sensors installed on the fuel tanks.
Кроме того, в случае использования водорода выводы предохранительных клапанов каждого топливного бака могут быть соединены между собой дополнительным трубопроводом с общим выходом наружу, который может быть размещен на монтажной ферме в зоне, исключающей образование взрывоопасной смеси водорода с кислородом из воздуха окружающей среды. Эти меры позволяют обеспечить безопасность устройства при несанкционированном повышении температуры окружающей среды.In addition, in the case of using hydrogen, the safety valve terminals of each fuel tank can be interconnected by an additional pipeline with a common outlet to the outside, which can be placed on the mounting truss in an area that excludes the formation of an explosive mixture of hydrogen and oxygen from ambient air. These measures help to ensure the safety of the device in case of unauthorized increase in ambient temperature.
Упрощенные схемы, позволяющие пояснить техническую сущность изобретения, представлены на фиг.1, 2, 3, 4 и 5.Simplified schemes to clarify the technical essence of the invention are presented in figures 1, 2, 3, 4 and 5.
На фиг.1 и 2 представлены конструктивные схемы вариантов топливного бака для хранения и подачи газа (используемый газ, рабочая среда теплообменников, датчики давления, предохранительные клапаны и запорные вентили не показаны).Figures 1 and 2 show structural diagrams of options for a fuel tank for storing and supplying gas (gas used, working medium of heat exchangers, pressure sensors, safety valves and shut-off valves are not shown).
На фиг.3 представлена конструктивная схема варианта установки для хранения и подачи газа (датчики давления, предохранительные клапаны и запорные вентили топливных баков, а также жгуты, трубопроводы, запорные вентили и прочая соединительная арматура установки не показаны).Figure 3 presents a structural diagram of a variant of the installation for storing and supplying gas (pressure sensors, safety valves and shut-off valves of the fuel tanks, as well as bundles, pipelines, shut-off valves and other connecting fittings of the installation are not shown).
На фиг.4 и 5 представлены варианты схем соединения топливных баков в составе установки для хранения и подачи газа (теплообменники показаны без обозначений).Figures 4 and 5 show options for connecting fuel tanks as part of a gas storage and supply unit (heat exchangers are shown without designations).
Вариант топливного бака, представленный на фиг.1, содержит корпус 1 с патрубками А1, А2, B1, Б2 и В. Внутри корпуса 1 установлен сорбент 2, тело которого состоит из составных частей Г, Г1, Д и Д1. В зависимости от габаритов топливного бака и типа используемого сорбента указанные составные части могут представлять собой, например, навески порошкообразного или гранулированного материала, отсеки с насыпными прессованными таблетками и пр.The fuel tank variant shown in FIG. 1 comprises a
Коллекторная система 3, обеспечивающая поверхность соприкосновения с газом, выполнена из пневматически соединенных и механически контактирующих между собой пористых прослоек: Е и E1 - в виде цилиндров, Ж, Ж1, К - в виде пластин, И, И1 - в виде тонкостенных втулок.The
Теплообменник 4 с соединенными между собой полостями Л и Л1 для прокачки рабочей среды установлен между корпусом 1 и телом сорбента 2 (место соединения полостей не показано).A
С теплообменником 4 механически контактируют пористые прослойки коллекторной системы 3: пластины Ж, Ж1 - по одной из сторон, втулки И, И1 - по одному из торцов, а пластина К - по контуру.The porous interlayers of the
Коллекторная система 3 соединена с патрубками А1 и А2 - соответственно подачи и отбора газа. Полости Л и Л1 теплообменника 4 соединены с патрубками В1 и Б2 - соответственно подвода и отвода рабочей среды. Внутренний объем бака соединен с патрубком В, предназначенным для установки датчика давления.The
Пористые прослойки Е, E1, Ж, Ж1 установлены в каналах на пути к патрубкам A1 и А2, прослойки И, И1, К - в теле сорбента 2.Porous interlayers E, E 1 , G, G 1 are installed in the channels on the way to the nozzles A 1 and A 2 , interlayers I, I 1 , K - in the body of the
Для размещения патрубков на корпусе 1 выполнены местные утолщения П и Р. В патрубках A1 и А2 устанавливаются коммутирующие элементы, в качестве которых могут использоваться запорные вентили с ручным или электро-пневмо-гидравлическим управлением.To accommodate the nozzles on the
Такие же вентили могут быть установлены в патрубках Б1 и Б2.The same valves can be installed in the nozzles B 1 and B 2 .
Вариант топливного бака, представленный на фиг.2, отличается от варианта, представленного на фиг.1, тем, что:The fuel tank embodiment of FIG. 2 differs from the embodiment of FIG. 1 in that:
- корпус 1 выполнен многослойным, при этом внутренний герметизирующий слой С выполнен в виде тонкостенного лейнера, поверх которого выполнена силовая оболочка Т;- the
- между теплообменником 4 и телом сорбента 2 дополнительно установлены пористые прослойки У и У1 в виде тонкостенных полусфер;- between the
- в полостях Л и Л1 теплообменника 4 установлены гофрированные элементы соответственно Ф и Ф1 в виде тонкостенных полусфер с ребрами;- in the cavities L and L 1 of the heat exchanger 4, corrugated elements F and F 1, respectively, are installed in the form of thin-walled hemispheres with ribs;
- составные части Г, Г1, Д, Д1 сорбента 2 выполнены в виде цельных прессованных до получения высокой плотности брикетов, установленных с обеспечением механического контакта по наружным поверхностям с пористыми прослойками Ж, Ж1, И, И1, К;- the components G, G 1 , D, D 1 of the sorbent 2 are made in the form of solid pressed briquettes to obtain a high density, installed with mechanical contact on the outer surfaces with porous interlayers Ж, Ж 1 , И, И 1 , К;
- местные утолщения П и Р на противоположных сторонах корпуса 1 выполнены симметричными, при этом патрубки A1 и А2 установлены с разных сторон корпуса. Также с разных сторон корпуса установлены патрубки Б, и Б2;- local bulges P and P on opposite sides of the
- брикеты сорбента 2, коллекторная система 3, полости Л и Л1 теплообменника 4, внутренние каналы, соединяющие коллекторную систему 3 с патрубками A1 и А2, а также внутренние каналы, соединяющие полости Л и Л1 теплообменника 4 с патрубками B1 и Б2, выполнены симметричными;- briquettes of
- на местном утолщении Р корпуса 1 выполнен дополнительный, соединенный с внутренним объемом топливного бака патрубок B1, предназначенный для установки предохранительного клапана.- at the local thickening P of the
Вариант устройства, представленный на фиг.3, содержит топливные баки 5, которые установлены на монтажной ферме 6 с возможностью их демонтажа с целью переустановки или замены. Монтажная ферма 6 содержит балку 7. Топливные баки 5 размещены с четырех сторон балки 7 на протяжении всей ее длины. Крепление топливных баков 5 к балке 7 выполнено при помощи тонкостенных сферообразных сегментов 8 и 9 с фланцами соответственно Ц и Ч. Оба фланца могут быть круглыми, квадратными, прерывистыми (в виде местных отбортовок) и т.п. По наружным поверхностям сегментов 8 и 9 могут быть выполнены ребра жесткости. В теле сегментов могут быть выполнены сквозные отверстия, уменьшающие массу деталей. Дополнительно в теле сегментов 8 могут быть выполнены фиксаторы пространственного положения баков 5. Сегменты 8 располагаются снизу, а сегменты 9 - сверху баков 5. Сегменты 8 за нижнюю полюсную часть закреплены на балке 7 в точках "а" и "б". Фланцы Ц сегментов 8 по длине ребер I, II, III, IV с использованием стяжек 10, 11, 12 и 13 механически жестко соединены с соседними, расположенными как на той же стороне фермы 6, так и на сторонах, перпендикулярных к ней.A variant of the device shown in figure 3, contains
Например, по длине ребра III, см. вид А, фланцы Ц соседних сегментов 8 соединены четырьмя отдельными стяжками, каждая из которых соединяет фланцы в двух или четырех точках (на виде А стяжки не показаны):For example, along the length of rib III, see view A, the flanges C of
- "в", "к";- "VK";
- "г", "л", "д", "м";- "g", "l", "d", "m";
- "е", "н", "ж", "п";- "e", "n", "f", "p";
- "и", "р".- "and", "p".
По длине ребер I, II, IV соединение фланцев Ц соседних сегментов 8 выполняется аналогичным образом.Along the length of the ribs I, II, IV, the connection of the flanges C of the
После установки топливных баков 5 фланцы Ц и Ч соответственно сегментов 8 и 9 при помощи шпилек 14 с гайками 15 подтягиваются друг к другу до получения механического контакта с поверхностями бака.After installing the
Монтажная ферма 6 выполнена с возможностью вращения вместе с топливными баками 5 вокруг продольной оси устройства.Mounting
В патрубках каждого топливного бака вмонтированы, см. фиг.4 и 5 (для примера показан первый бак): в патрубке подачи газа - запорный вентиль Кр1-Б1, в патрубке отбора газа - запорный вентиль Кр2-Б1, в одном из патрубков, соединенных с внутренней полостью бака - предохранительный клапан Кпр-Б1, а в другом - датчик давления ДД-Б1. В патрубках подвода и отвода рабочей среды могут быть установлены такие же запорные вентили, как в патрубках подачи и отбора газа.Mounted in the nozzles of each fuel tank, see Figs. 4 and 5 (the first tank is shown for example): in the gas supply pipe, the shut-off valve Kr1-B1, in the gas pipe, the shut-off valve Kr2-B1, in one of the pipes connected with the internal cavity of the tank - the safety valve K pr -B1, and in the other - the pressure sensor DD-B1. In the nozzles for supplying and discharging the working medium, the same shut-off valves can be installed as in the nozzles for supplying and taking off gas.
Установка содержит также (на фиг.3, 4 и 5 не показаны): соединительные трубопроводы Tp1 и Тр2 - соответственно для подачи и отбора газа, Тр3 и Тр4 - для подвода и отвода рабочей среды, и соединительный жгут Жг1.The installation also contains (not shown in FIGS. 3, 4 and 5): connecting pipelines Tp1 and Tr2 - for supplying and withdrawing gas, respectively, Tr3 and Tr4 - for supplying and discharging the working medium, and a connecting harness Zhg1.
Для соединения с топливными баками от указанных соединительных трубопроводов выполняются подводящие магистрали, см. фиг.4 и 5 (для примера показан первый бак): выход канала подачи газа В1-Б1 - магистраль Тр1-Б1, выход канала отбора газа В2-Б1 - магистраль Тр2-Б1, выход канала подвода рабочей среды В3-Б1 - магистраль Тр3-Б1, выход канала отвода рабочей среды В4-Б1 - магистраль Тр4-Б1.To connect to the fuel tanks from the indicated connecting pipelines, supply lines are made, see Figs. 4 and 5 (the first tank is shown as an example): the output of the gas supply channel B1-B1 - trunk Tr1-B1, the output of the gas withdrawal channel B2-B1 - highway Tr2-B1, the output of the channel for supplying the working medium V3-B1 - Tr3-B1 highway, the output of the channel for withdrawing the working medium V4-B1 - trunk Tr4-B1.
Для соединения с топливными баками от указанного соединительного жгута Жг1 выполняются подводящие ответвления, см. фиг.4 и 5 (для примера показан первый бак) - под выход Ш1-Б1 от ДД-Б1 имеется ответвление Жг1-Б1.To connect to the fuel tanks from the specified connecting harness Zhg1, lead-in branches are made, see Figs. 4 and 5 (the first tank is shown for example) - there is a branch Zhg1-B1 under the output Ш1-Б1 from DD-B1.
Топливные баки 5 выполнены в соответствии с фиг.1 или 2.
Все составные части и элементы установки для хранения и подачи газа могут быть закрыты декоративным защитным кожухом (не показано).All components and elements of the installation for storing and supplying gas can be closed with a decorative protective cover (not shown).
При использовании установки для хранения и подачи газа, работающей на водороде, рекомендуется схема соединения топливных баков по варианту, представленному на фиг.5. При этом выводы всех предохранительных клапанов установки соединяются дополнительным трубопроводом Тр5 (на фиг.3, 4 и 5 не показан), выход которого размещается в зоне, исключающей образование взрывоопасной смеси водорода с кислородом из воздуха окружающей среды. На фиг.5 для примера показан первый бак, у которого вывод В5-Б1, идущий от предохранительного клапана КПР-Б1, соединяется с трубопроводом Тр5 через дополнительную магистраль Тр5-Б1.When using the installation for storage and supply of gas running on hydrogen, it is recommended that the connection diagram of the fuel tanks according to the variant shown in Fig.5. At the same time, the conclusions of all the safety valves of the installation are connected by an additional pipeline Tr5 (not shown in FIGS. 3, 4 and 5), the outlet of which is located in the zone that excludes the formation of an explosive mixture of hydrogen and oxygen from the ambient air. Figure 5 shows, for example, the first tank, in which the output B5-B1, coming from the safety valve K PR- B1, is connected to the pipeline Tr5 through an additional line Tr5-B1.
В случае соединения топливных баков согласно схеме, представленной на фиг.4, их внутренние полости образуют единый объем. Без дополнительного оборудования замена топливных баков или их перестановка невозможны, так как это приведет к нарушению герметичности единого объема. Однако данная схема является наиболее простой для реализации.In the case of connecting the fuel tanks according to the scheme shown in figure 4, their internal cavities form a single volume. Without additional equipment, replacement of fuel tanks or their rearrangement is impossible, as this will lead to a violation of the integrity of a single volume. However, this scheme is the easiest to implement.
При использовании установки для хранения и подачи газа по вариантам схем соединения топливных баков, представленным на фиг.4 и 5, обеспечивается возможность контроля работоспособности каждого топливного бака и установки для хранения и подачи газа в целом с использованием показаний датчиков давления типа ДД-Б1, установленных на топливных баках, соединения топливных баков между собой, их подключения к управляющему микрокомпьютеру с предварительно установленными программами и управления работой установки. Вариант схемы соединения топливных баков, представленный на фиг.5, дополнительно отличается от варианта, представленного на фиг.4, тем, что в подводящих магистралях Тр1-Б1 и Тр2-Б1 (для примера показан первый бак):When using the installation for storing and supplying gas according to the options for connecting fuel tanks shown in Figs. 4 and 5, it is possible to monitor the operability of each fuel tank and installation for storing and supplying gas in general using the readings of pressure sensors of the DD-B1 type, installed on fuel tanks, connecting fuel tanks to each other, connecting them to a control microcomputer with pre-installed programs, and controlling the operation of the installation. The embodiment of the fuel tank connection diagram shown in FIG. 5 further differs from the embodiment shown in FIG. 4 in that in the supply lines Tr1-B1 and Tr2-B1 (the first tank is shown for example):
а) на входе и выходе каждого топливного бака установлены элементы с односторонней проводимостью - соответственно обратные клапаны ОК1-МБ1 и ОК2-МБ1;a) elements with one-sided conductivity are installed at the inlet and outlet of each fuel tank - check valves OK1-MB1 and OK2-MB1, respectively;
б) перед обратными клапанами установлена коммутирующая арматура в виде запорных вентилей соответственно Кр1-МБ1 и Кр2-МБ1.b) switching valves in the form of shut-off valves Kr1-MB1 and Kr2-MB1, respectively, are installed in front of the check valves.
Несмотря на незначительные отличия, эта схема позволяет использовать внутренние полости топливных баков типа Б1 не только как единый объем, но и как объем, образованный любым количеством из числа установленных на ферме топливных баков в пределах от одного до двенадцати.Despite minor differences, this scheme allows the use of internal cavities of fuel tanks of type B1 not only as a single volume, but also as the volume formed by any number from the number of fuel tanks installed on the farm in the range from one to twelve.
Данная схема обеспечивает возможность:This scheme provides the ability to:
- более безопасного использования водорода;- safer use of hydrogen;
- перестановки или соединения топливных баков (типа представленного на фиг.2) таким образом, чтобы при сорбции и десорбции происходила смена направления течения газа.- rearrangement or connection of fuel tanks (such as shown in figure 2) so that during sorption and desorption there is a change in direction of gas flow.
Порядок работы топливного бака для хранения и подачи газа зависит от варианта его исполнения. Топливный бак, представленный на фиг.1, поступает в эксплуатацию с запорными вентилями, установленными в патрубках A1 и А2, и с датчиком давления, установленным в патрубке В. Бак, представленный на фиг.2 - имеет дополнительно предохранительный клапан в патрубке В1. Примеры схем установки и подсоединения к топливному баку запорных вентилей, датчика давления, предохранительного клапана и трубопроводов для подачи и отбора газа, а также для подвода и отвода рабочей среды теплообменника, представлены на фиг.4 и 5, см. топливный бак Б1.The order of operation of the fuel tank for storing and supplying gas depends on its design. The fuel tank shown in figure 1, comes into operation with shut-off valves installed in the nozzles A 1 and A 2 , and with a pressure sensor installed in the nozzle B. The tank shown in figure 2 - has an additional safety valve in the nozzle B 1 . Examples of schemes for installing and connecting shut-off valves, a pressure sensor, a safety valve, and pipelines for supplying and selecting gas, as well as for supplying and discharging a working medium of a heat exchanger, are presented in Figs. 4 and 5, see fuel tank B1.
В процессе изготовления топливного бака любого варианта при открытых запорных вентилях выполняется активирование (обезгаживание) используемого в них сорбента, при этом температура и длительность этой операции определяются типом используемого сорбента. В зависимости от этого устанавливаются режим работы теплообменника и тип его рабочей среды. После активирования вентили закрываются, и бак в таком виде может быть передан потребителю. Однако более предпочтительно потребителю передавать бак уже заправленный газом. Заправка топливного бака газом (процесс сорбции) выполняется после подсоединения к нему трубопроводов для подачи и отбора газа, а также для подвода и отвода рабочей среды теплообменника по схеме, аналогичной представленным на фиг.4 и 5. При этом температура и длительность процесса заправки газом определяются типом используемого сорбента.In the process of manufacturing a fuel tank of any option, with open shut-off valves, the sorbent used in them is activated (degassed), and the temperature and duration of this operation are determined by the type of sorbent used. Depending on this, the operating mode of the heat exchanger and the type of its working medium are set. After activation, the valves are closed, and the tank in this form can be transferred to the consumer. However, it is more preferable for the consumer to transfer the tank already filled with gas. Refueling a fuel tank with gas (sorption process) is carried out after connecting pipelines to it for supplying and withdrawing gas, as well as for supplying and discharging the working medium of the heat exchanger according to a scheme similar to that shown in Figs. 4 and 5. The temperature and duration of the gas filling process are determined type of sorbent used.
При проведении процесса сорбции газ подается, см. фиг.1 и 2, сначала, например, через патрубок А1. Затем он попадает во внутренние каналы, пористые прослойки Е, Ж (У), И, К, И1, Ж1 (У1), Е1. При проведении процесса десорбции газ может отводиться из топливного бака через внутренние каналы и патрубок А2. Через некоторое количество циклов "Заправка-отбор газа" топливного бака, представленного на фиг.2, газ целесообразно подавать через патрубок А2, а отводить - через патрубок A1. Это обусловлено тем, что при проведении процесса сорбции газа происходит разбухание тела сорбента. Твердое пористое тело растрескивается, разрушается и превращается практически в исходный порошкообразный продукт, из которого были получены составные части (брикеты) сорбента. В дальнейшем при проведении процессов как сорбции, так и десорбции, перемещаясь с потоком используемого газа, мелкие частицы порошкообразного продукта, в который превращается тело сорбента 2, могут забить пористые прослойки и перекрыть пути доступа газа к его внутренним слоям. Благодаря тому, что сорбент 2 (составные части или брикеты Г, Г1, Д и Д1), коллекторная система 3, теплообменник 4, внутренние каналы, соединяющие коллекторную систему 3 с патрубками подачи и отбора газа, а также внутренние каналы, соединяющие полости Л и Л1 теплообменника 4 с патрубками подвода и отвода рабочей среды, в этом баке выполнены симметричными, обеспечивается возможность смены направления течения газа внутри топливных баков. При смене направления течения доступ газа к внутренним слоям составных частей (или брикетов) Г, Г1, Д и Д1 может быть более свободным и, вследствие этого, время протекания процессов сорбции и десорбции может быть сокращено.During the sorption process, gas is supplied, see FIGS. 1 and 2, first, for example, through pipe A 1 . Then it enters the internal channels, the porous interlayers E, G (Y), I, K, I 1 , G 1 (Y 1 ), E 1 . During the desorption process, gas can be removed from the fuel tank through the internal channels and pipe A 2 . After a number of cycles "Refueling-sampling gas" of the fuel tank shown in figure 2, it is advisable to supply gas through the pipe A 2 , and discharge through the pipe A 1 . This is due to the fact that during the process of gas sorption, the sorbent body swells. The solid porous body cracks, collapses and turns almost into the initial powdery product from which the constituent parts (briquettes) of the sorbent were obtained. Subsequently, during both sorption and desorption processes, moving with the flow of the gas used, small particles of the powdery product into which the body of the
Отбор газа (процесс десорбции) из топливного бака осуществляется потребителем по мере надобности. Количество газа, остающегося в баке на конкретный момент времени, определяется с использованием показаний установленного в патрубке В датчика давления. При этом температурный режим процесса десорбции определяется также типом используемого сорбента.The selection of gas (desorption process) from the fuel tank is carried out by the consumer as needed. The amount of gas remaining in the tank at a particular point in time is determined using the readings of the pressure sensor installed in the pipe B. Moreover, the temperature regime of the desorption process is also determined by the type of sorbent used.
Порядок работы с установкой для хранения и подачи газа зависит от используемых вариантов как топливных баков, так и схемы их соединения, примеры исполнения которой представлены на фиг.4 и 5.The procedure for working with the installation for storing and supplying gas depends on the options used as fuel tanks and their connection diagrams, examples of which are presented in Figs. 4 and 5.
При использовании любой схемы установка для хранения и подачи газа может комплектоваться топливными баками, у которых сорбент может находиться в одном из следующих состояний:Using any scheme, the gas storage and supply unit can be equipped with fuel tanks, in which the sorbent can be in one of the following states:
- "Не активирован";- "Not activated";
- "Активирован, но не заправлен газом";- "Activated but not fueled by gas";
- "Активирован и заправлен газом".- "Activated and fueled by gas."
При использовании установки по схеме, представленной на фиг.4, все комплектуемые топливные баки должны находиться в одинаковом состоянии. После комплектования установки топливными баками в состоянии по варианту "Не активирован" - активирование сорбента и заправка газом выполняются одновременно всех баков, в состоянии по варианту "Активирован, но не заправлен газом" - одновременно все баки заправляются газом, в состоянии по варианту "Активирован и заправлен газом" - активирование сорбента и заправка баков газом не требуются, так как в таком виде установка находится в полной готовности к работе. При использовании данной схемы активирование сорбента и заправка газом одновременно всех баков, находящихся в состоянии по варианту "Не активирован", с практической точки зрения могут быть не всегда удобными, так как в этом случае требуется большой расход рабочей среды для теплообменников.When using the installation according to the scheme shown in figure 4, all equipped fuel tanks must be in the same condition. After completing the installation with fuel tanks in the “Not activated” option - activation of the sorbent and gas refueling are performed for all tanks simultaneously, in the “Activated but not refueling” option — all tanks are refueled at the same time, in the “Activated and filled with gas "- activation of the sorbent and refueling of tanks with gas are not required, since in this form the installation is in full readiness for work. When using this scheme, activating the sorbent and gasing simultaneously all the tanks that are in the “Not activated” version, from a practical point of view, may not always be convenient, since in this case a large flow rate of the working medium for heat exchangers is required.
При использовании установки по схеме, представленной на фиг.5, возможно комплектовать топливными баками и эксплуатировать так же, а в случае эксплуатации топливных баков, представленных на фиг.2, - дополнительно:When using the installation according to the scheme shown in figure 5, it is possible to complete with fuel tanks and operate in the same way, and in the case of operation of the fuel tanks shown in figure 2, additionally:
- демонтировать с установки любое количество топливных баков;- dismantle any number of fuel tanks from the installation;
- переставлять топливные баки местами;- rearrange fuel tanks in places;
- заправлять газом каждый топливный бак индивидуально;- refuel each fuel tank individually;
- эксплуатировать установку при наличии любого количества топливных баков в пределах от одного до двенадцати.- operate the installation in the presence of any number of fuel tanks ranging from one to twelve.
Следует отметить, что при выполнении индивидуальной заправки газом одного топливного бака для его теплообменника не требуется большого количества рабочей среды.It should be noted that when performing individual gas refueling of one fuel tank for its heat exchanger does not require a large amount of working medium.
Работоспособность как топливного бака, так и установки для хранения и подачи газа, обеспечивается практически с любым типом сорбента при изготовлении составных частей:The operability of both the fuel tank and the installation for storing and supplying gas is ensured with almost any type of sorbent in the manufacture of components:
- для топливного бака, представленного на фиг.1:- for the fuel tank shown in figure 1:
- корпуса 1 (включая утолщения П, Р и теплообменник 4) - из коррозионно-стойких стальных сплавов, обладающих достаточной стойкостью к воздействию используемого газа;- housing 1 (including thickenings P, P and heat exchanger 4) - from corrosion-resistant steel alloys with sufficient resistance to the effects of the gas used;
- пористых прослоек - из меди или сплавов с высокой теплопроводностью;- porous interlayers - from copper or alloys with high thermal conductivity;
- для топливного бака, представленного на фиг.2:- for the fuel tank shown in figure 2:
- корпуса 1 (включая утолщения П, Р, тонкостенный герметизирующий слой С и теплообменник 4) - из коррозионно-стойких алюминиевых сплавов, обладающих максимальной стойкостью к воздействию большинства используемых газов в течение длительного времени в области эксплуатационных температур от минус 50 до плюс 350°С, а для случая использования водорода - минимальным коэффициентом его диффузии через стенку.- housing 1 (including thickenings П, Р, thin-walled sealing layer C and heat exchanger 4) - from corrosion-resistant aluminum alloys with maximum resistance to the effects of most gases for a long time in the range of operating temperatures from minus 50 to plus 350 ° С , and for the case of using hydrogen - the minimum coefficient of diffusion through the wall.
При этом для изготовления частей корпуса 1, включающих местные утолщения П и Р, используются - прочные, а для лейнера С и теплообменника 4 - пластичные легкодеформируемые алюминиевые сплавы;Moreover, for the manufacture of parts of the
- пористых прослоек - как для топливного бака, представленного на фиг.1, из меди или сплавов с высокой теплопроводностью;- porous interlayers - as for the fuel tank shown in figure 1, of copper or alloys with high thermal conductivity;
- гофрированных элементов Ф и Ф1 - из меди или сплавов с высокой теплопроводностью;- corrugated elements Ф and Ф 1 - from copper or alloys with high thermal conductivity;
- силовой оболочки Т - с использованием высокопрочной синтетической нити, обладающей стойкостью в течение длительного времени к воздействию эксплуатационных температур.- power sheath T - using high-strength synthetic filament, which is resistant for a long time to the effects of operating temperatures.
В качестве сорбента могут использоваться гидриды твердых металлов, например палладия, ванадия и др. В равной мере возможны варианты применения поглощающих водород сплавов, содержащих, например, титан, цирконий, хром, марганец и пр.Solid metal hydrides, for example, palladium, vanadium, etc. can be used as sorbent. The use of hydrogen-absorbing alloys containing, for example, titanium, zirconium, chromium, manganese, etc., is equally possible.
Устройство с многослойным корпусом и местными утолщениями на противоположных сторонах было опробовано экспериментально. При этом в области местных утолщений корпус был изготовлен из алюминиевого сплава Д20, а герметизирующий слой (лейнерная часть) - из алюминиевого сплава АМц ГОСТ 4784-97.The device with a multilayer case and local thickenings on opposite sides was tested experimentally. At the same time, in the field of local thickenings, the case was made of aluminum alloy D20, and the sealing layer (liner part) was made of aluminum alloy АМЦ GOST 4784-97.
Силовая оболочка была выполнена путем намотки синтетической нити "Вискоза-77" линейной плотности 29,4 текс по ТУ6-06-845-79. Данная нить сохраняет работоспособность до 400°С.The power shell was made by winding a synthetic viscose rayon-77 thread with a linear density of 29.4 tex according to TU6-06-845-79. This thread remains operational up to 400 ° C.
Практические результаты, полученные при испытаниях устройства с многослойным корпусом, показывают, что при использовании предлагаемого изобретения:Practical results obtained when testing a device with a multilayer case, show that when using the invention:
- отношение массы хранимого газа к массе всего устройства повышается в 1,5-2 раза и составляет 1,5-1,6%;- the ratio of the mass of the stored gas to the mass of the entire device increases by 1.5-2 times and amounts to 1.5-1.6%;
- разрушение корпуса происходит без образования разлетающихся осколков под воздействием избыточного давления не менее 120 МПа (1200 кгс/см2);- the destruction of the body occurs without the formation of flying fragments under the influence of excess pressure of at least 120 MPa (1200 kgf / cm 2 );
- при наличии предохранительного клапана это устройство позволяет гарантировать безопасность эксплуатации как при несанкционированном повышении температуры окружающей среды выше 350°С, так и в случае сквозного механического пробития стенок корпуса.- in the presence of a safety valve, this device allows to guarantee safe operation both in case of unauthorized increase in the ambient temperature above 350 ° C, and in the case of through mechanical penetration of the walls of the housing.
При соединении топливных баков в составе установки для хранения и подачи газа по приведенным в описании схемам, работоспособность устройства обеспечивается во всех режимах, в том числе в аварийных ситуациях. Уровень надежности устройства повышается с одновременным увеличением гарантированного числа циклов "Заправка-отбор газа". Устройство обеспечивает повышение уровня удобства эксплуатации как потребителям объектов, например средств передвижения, оснащенных этими устройствами, так и предприятиям, проводящим их сервисное обслуживание.When connecting the fuel tanks as part of the installation for storing and supplying gas according to the schemes described in the description, the operability of the device is ensured in all modes, including in emergency situations. The level of reliability of the device increases with a simultaneous increase in the guaranteed number of cycles "Refueling-gas selection". The device provides an increase in the level of ease of use for both consumers of objects, such as vehicles equipped with these devices, and for enterprises that carry out their service.
Установка для хранения и подачи газа, содержащая две и более секции, при ее использовании по схеме, представленной на фиг.5, сохраняет работоспособность в аварийных ситуациях даже в тех случаях, когда неповрежденной остается только одна секция из числа предусмотренных конструкцией устройства.Installation for storing and supplying gas, containing two or more sections, when used according to the scheme shown in figure 5, remains operational in emergency situations even when only one section from the number provided by the device design remains intact.
Claims (11)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008117973/06A RU2382268C2 (en) | 2008-05-04 | 2008-05-04 | Fuel tank and gas storage and supply plant |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008117973/06A RU2382268C2 (en) | 2008-05-04 | 2008-05-04 | Fuel tank and gas storage and supply plant |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2008117973A RU2008117973A (en) | 2009-11-10 |
| RU2382268C2 true RU2382268C2 (en) | 2010-02-20 |
Family
ID=41354459
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008117973/06A RU2382268C2 (en) | 2008-05-04 | 2008-05-04 | Fuel tank and gas storage and supply plant |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2382268C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU173726U1 (en) * | 2016-12-21 | 2017-09-07 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) | Device for storing and supplying natural gas to the consumer |
| RU2693497C1 (en) * | 2017-08-09 | 2019-07-03 | Тойота Дзидося Кабусики Кайся | High-pressure container module and vehicle on fuel elements |
-
2008
- 2008-05-04 RU RU2008117973/06A patent/RU2382268C2/en active
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU173726U1 (en) * | 2016-12-21 | 2017-09-07 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) | Device for storing and supplying natural gas to the consumer |
| RU2693497C1 (en) * | 2017-08-09 | 2019-07-03 | Тойота Дзидося Кабусики Кайся | High-pressure container module and vehicle on fuel elements |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2008117973A (en) | 2009-11-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10415756B2 (en) | Tank | |
| US7287558B2 (en) | Hydrogen handling or dispensing system | |
| US9440529B2 (en) | Conformable fuel gas tank | |
| JP5841680B2 (en) | LNG tank | |
| CN113574308B (en) | Fuel tank arrangement in a marine vessel and method of releasing hydrogen from a liquid hydrogen fuel tank arrangement | |
| US20110302933A1 (en) | Storage and supply system of liquefied and condensed hydrogen | |
| CN110159911B (en) | Gas storage tank | |
| CN203161377U (en) | Gas fuel supply system of marine power plant | |
| RU2589811C2 (en) | Vessel for transportation of compressed gas | |
| FI123162B (en) | LPG removal system, LPG storage tank, LPG tank replacement method and LPG tank manufacturing method | |
| CN111006124B (en) | Fire extinguishing and heat preservation integrated vehicle-mounted liquid hydrogen storage tank integrated device based on liquid nitrogen | |
| RU141427U1 (en) | GAS STORAGE BATTERY | |
| JP2023504665A (en) | Pressurized fluid storage-delivery assembly for vehicles | |
| RU2382268C2 (en) | Fuel tank and gas storage and supply plant | |
| KR20140111667A (en) | Inspectable containers for the transport by sea of compressed natural gas, fitted with a manhole for internal access | |
| US10315512B2 (en) | Fuel gas storage tank and method of filling the same | |
| CN216896784U (en) | High-pressure hydrogen storage device and system | |
| RU2339870C1 (en) | Reservoir for gas storing | |
| Kastell | Hydrogen storage technology for aerial vehicles | |
| CN115465410A (en) | Secondary screen wall enclosure system of B-type liquid tank | |
| WO2016019316A1 (en) | Hydrogen gas storage tank with supporting filter tube(s) | |
| RU2361144C2 (en) | Method of filling and hydrogen filling station | |
| CN112524473B (en) | Marine storage tank | |
| CN219530538U (en) | High-pressure hydrogen storage cylinder | |
| US10060577B2 (en) | Fuel gas storage tank with supporting filter tube(s) |