RU2702825C1

RU2702825C1 - Device for heating compressed gas fuel in power plant

Info

Publication number: RU2702825C1
Application number: RU2019114906A
Authority: RU
Inventors: Леонид Юрьевич Григорьев
Priority date: 2019-05-16
Filing date: 2019-05-16
Publication date: 2019-10-11

Abstract

FIELD: power engineering.

SUBSTANCE: invention relates to power engineering, in particular, to feeding systems with compressed gas fuel heating in power plants. Device 1 for heating compressed gas fuel in power plant 2, for example, made in form of internal combustion engine (ICE) comprises circuit 3 for feeding and circulation of gas fuel with inlet 4 and outlet 5 of at least one heat exchanger 6, exhaust pipe 7 of outlet circuit 8 of exhaust gases circulation and their discharge into atmosphere, with automated means 9 for controlling heat exchange intensity and with bypass pipeline 10 of outlet circuit 8 of exhaust gases circulation, wherein each pipeline of heat exchange medium intensity adjustment device 9 of exhaust gas circulation circuit 8 is equipped with at least one exhaust gas flow rate regulator 11, and automatic control unit 12 of each waste gas flow rate regulator 11 of heat exchange intensity control device 9 is configured to optimally control each exhaust gas flow rate control 11.

EFFECT: improving efficiency, improving and enlarging the range of operation parameters of compressed gas fuel heating device with automated control device of gas flow rate in power plant.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области энергетики, в частности, к системам питания с подогревом компримированного или ожиженного газового топлива в энергетических установках.The invention relates to the field of energy, in particular, to power systems with heating of compressed or liquefied gas fuel in power plants.

Область применения предлагаемого устройства подогрева компримированного газового топлива энергетической установки - использование в системах питания энергетических установок, предназначенных для выработки механической или тепловой энергии. Предлагаемое устройство подогрева компримированного газового топлива может быть установлено в системах питания различных энергетических установок, в том числе и в двигателях внутреннего сгорания (ДВС) транспортных средств, сельскохозяйственных, дорожных, строительных, транспортных машинах и другой энергонасыщенной технике.The scope of the proposed device for heating compressed gas fuel of a power plant is the use in power systems of power plants designed to generate mechanical or thermal energy. The proposed device for heating compressed gas fuel can be installed in power systems of various power plants, including internal combustion engines (ICE) of vehicles, agricultural, road, construction, transport vehicles and other energy-saturated vehicles.

Газовое топливо, обычно содержится в герметичном газовом контейнере (баллоне) под высоким давлением. Температура газового топлива снижается при подаче топлива в питающую топливную магистраль через редуктор понижения давления газа и расширении его до параметров окружающей среды в системе впуска. Достаточное давление компримированного горючего топливного газа в топливной магистрали необходимо для правильного протекания рабочего процесса смесеобразования и последующего его сгорания в любой энергетической установке, например, содержащей ДВС, работающей на газообразном топливе (в нашем случае это компримированный (сжатый) природный газ). Достаточное давление компримированного газового топлива энергетической установки после редуктора, понижающего давление с высокого давления хранения до рабочего и при наличии соответствующего охлаждения из-за эффекта Джоуля-Томсона, обычно поддерживается с помощью устройства для его нагрева, установленного в магистрали подачи газообразного топлива в контур питания. Эффективность устройства подогрева компримированного газового топлива энергетической установки определяется возможностью нагрева участка топливной магистрали, выполненной в виде разного рода теплообменника, до температуры, соответствующей поддержанию необходимого давления газа и устранения возможности обмерзания и выпадения конденсата, после процесса расширения в теплообменнике системы питания и соответственного охлаждения из-за эффекта Джоуля-Томсона при любом расходе компримированного газового топлива, например, в виде ожиженного горючего топливного газа, с учетом температуры окружающей среды в регионе, где эксплуатируется транспортное средство.Gas fuel is usually contained in a sealed gas container (cylinder) under high pressure. The temperature of gas fuel decreases when fuel is supplied to the fuel supply line through a reducer for reducing gas pressure and expanding it to environmental parameters in the intake system. Adequate pressure of the compressed combustible fuel gas in the fuel line is necessary for the correct flow of the mixture formation process and its subsequent combustion in any power plant, for example, containing ICE running on gaseous fuel (in our case, it is compressed (compressed) natural gas). Adequate pressure of the compressed gas fuel of the power plant after the pressure reducer, which reduces the pressure from the high storage pressure to the working one and if there is adequate cooling due to the Joule-Thomson effect, is usually maintained by means of a heating device installed in the gas supply line to the power circuit. The efficiency of the device for heating compressed gas fuel in a power plant is determined by the possibility of heating a section of the fuel line, made in the form of a different kind of heat exchanger, to a temperature corresponding to maintaining the necessary gas pressure and eliminating the possibility of freezing and loss of condensate, after the expansion process in the heat exchanger of the power system and the corresponding cooling for the Joule-Thomson effect at any consumption of compressed gas fuel, for example, in the form of fuel gas, taking into account the ambient temperature in the region where the vehicle is operated.

В современных системах подогрева компримированного газового топлива, подаваемого, например, в ДВС применяются различные методы и устройства для нагрева топлива, такие как нагрев горячей охлаждающей жидкостью двигателя, электрическими нагревателями, нагрев газового топлива теплом отработавших газов, (см. книгу «Транспорт на газе», Ю.Н. Васильев, А.И. Гриценко и Л.С. Золотаревский, М. «НЕДРА» 1992 г., Глава 1. Газовое моторное топливо, Раздел «Использование КПГ и СНГ за рубежом» и «Отечественный опыт и прогноз применения газового моторного топлива на транспорте», стр. 34-43).In modern heating systems for compressed gas fuel supplied, for example, in ICE, various methods and devices for heating fuel are used, such as heating with hot engine coolant, electric heaters, heating gas fuel with exhaust gas heat, (see the book “Gas Transport” , Yu.N. Vasiliev, A.I. Gritsenko and L.S. Zolotarevsky, M. "NEDRA" 1992, Chapter 1. Gas motor fuel, Section "Using CNG and the CIS abroad" and "Domestic experience and forecast gas engine fuel applications wa on transport ”, p. 34-43).

Известно устройство подогрева компримированного газового топлива в энергетической установке, которое содержит контур питания и циркуляции газового топлива со входом и выходом теплообменника, выхлопной трубопровод выпускного контура циркуляции отработавших газов и их отвода в атмосферу, со средством регулирования интенсивности теплообмена, (см. патент РФ на изобретение №RU 2622357 С1, Заявитель ФГБОУ высшего профессионального образования "Сибирский государственный индустриальный университет", опубл. 14.12.2015).A device for heating compressed gas fuel in a power plant is known, which comprises a gas fuel supply and circulation circuit with an inlet and outlet of a heat exchanger, an exhaust pipe of an exhaust circuit for exhaust gas circulation and their removal into the atmosphere, with means for regulating the heat exchange intensity (see RF patent for an invention No. RU 2622357 C1, Applicant of the Siberian State Industrial University, publ. 14.12.2015).

Основным недостатком известного устройства подогрева газового топлива энергетической установки является ограниченность режимов и регулировок средств регулирования интенсивности теплообмена, так как для изменения настройки необходима замена кольца с комплектом сменных насадок с отверстиями заданного размера для регулировки расхода газового топлива, что может применяться только при ограниченном числе установившихся режимов.The main disadvantage of the known device for heating gas fuel of a power plant is the limited modes and adjustments of means for regulating heat transfer intensity, since changing the setting requires replacing the ring with a set of interchangeable nozzles with holes of a given size for adjusting the gas fuel consumption, which can be used only with a limited number of steady-state modes .

Известно устройство подогрева компримированного газового топлива в энергетической установке, которое содержит контур питания и циркуляции газового топлива со входом и выходом теплообменника, выхлопной трубопровод выпускного контура циркуляции отработавших газов и их отвода в атмосферу, с перепускным рециркуляционным трубопроводом выпускного контура циркуляции отработавших газов, (см. патент РФ на полезную модель №RU 186341 U1, Заявители Курносов В. В., и др., опубл. 16.01.2019).A device for heating compressed gas fuel in a power plant is known, which comprises a gas fuel supply and circulation circuit with an inlet and outlet of a heat exchanger, an exhaust pipe of an exhaust circuit for exhaust gases and their discharge into the atmosphere, with a bypass recirculation pipe for an exhaust gas circuit, (see RF patent for utility model No. RU 186341 U1, Applicants Kurnosov V.V., et al., publ. 16.01.2019).

Основным недостатком известного устройства подогрева газового компримированного топлива в энергетической установке является стабильность режима работы и отсутствие регулировок средств регулирования интенсивности теплообмена, что приводит к необходимости работы устройства подогрева компримированного газового топлива энергетической установки в одном строго определенном режиме подогрева и единственной его массовой подаче.The main disadvantage of the known device for heating gas compressed fuel in a power plant is the stability of the operation mode and the absence of adjustments to control the intensity of heat transfer, which leads to the need for the device to heat compressed gas fuel of a power plant in one strictly defined heating mode and its only mass supply.

Наибольшим разнообразием режимов работы отличаются двигатели внутреннего сгорания (ДВС) энергетических установок. По этой причине работа устройств подогрева ожиженного компримированного газового топлива в двигателях внутреннего сгорания должна быть наиболее сложно организована.The greatest variety of operating modes are distinguished by internal combustion engines (ICE) of power plants. For this reason, the operation of liquefied compressed gas fuel heating devices in internal combustion engines should be the most difficult to organize.

Известно устройство подогрева компримированного газового топлива в энергетической установке в виде ДВС, которое содержит контур питания и циркуляции газового топлива со входом и выходом теплообменника, выхлопной трубопровод выпускного контура циркуляции отработавших газов и их отвода в атмосферу, с автоматизированным средством регулирования интенсивности теплообмена и с перепускным трубопроводом выпускного контура циркуляции отработавших газов, (см. патент РФ на изобретение №RU 2474761 С2, Заявитель ROHR UND MASCHINENANLAGENTECHNIK GMBH, EWE AKTIENGESELLSCHAFT, LENK, ANDREAS, опубл. 14.12.2015).A device for heating compressed gas fuel in a power plant in the form of an internal combustion engine is known, which contains a gas fuel supply and circulation circuit with a heat exchanger inlet and outlet, an exhaust pipe of an exhaust circuit for exhaust gases and their exhaust to the atmosphere, with an automated means for controlling the intensity of heat transfer and with a bypass pipe exhaust gas circuit, (see RF patent for invention No.RU 2474761 C2, Applicant ROHR UND MASCHINENANLAGENTECHNIK GMBH, EWE AKTIENGESELLSCHAFT, LENK , ANDREAS, publ. 12/14/2015).

Основным недостатком известного устройства подогрева компримированного газового топлива энергетической установки является ограниченность режимов регулирования, которые связаны только с зависимостью компримированного газового топлива от температуры подачи.The main disadvantage of the known device for heating compressed gas fuel of a power plant is the limited regulatory modes, which are associated only with the dependence of the compressed gas fuel on the supply temperature.

Известное устройство подогрева ожиженного компримированного газового топлива в энергетической установке, выполненной в виде ДВС, содержит подогреваемый контур питания циркуляции газового топлива, выпускной контур циркуляции отработавших газов с трубопроводом их отвода в атмосферу, (см. патент РФ №RU 2568764 С2 аналог патента США №US 9765918 В2, Заявитель ГЕРЦЕР БЕРНАРДО, опубл. 20.11. 2015).The known device for heating liquefied compressed gas fuel in a power plant made in the form of an internal combustion engine contains a heated gas fuel circulation power circuit, an exhaust gas circulation circuit with a pipe for their discharge into the atmosphere, (see RF patent No.RU 2568764 C2 analogue of US patent No. US 9765918 B2, Applicant HERZER BERNARDO, publ. 20.11. 2015).

Основным недостатком известной конструкции является ограниченная поверхностью контакта топливной емкости и корпуса двигателя теплопередача и вследствие этого недостаточная на многих режимах интенсивность подогрева ожиженного компримированного газового топлива.The main drawback of the known construction is the limited heat transfer surface of the contact between the fuel tank and the engine housing and, as a result, the heating intensity of the liquefied compressed gas fuel in many modes is insufficient.

Известное устройство подогрева компримированного газового топлива в энергетической установке, выполненной в виде ДВС, содержит контур питания циркуляции газового топлива, выпускной контур циркуляции отработавших газов с трубопроводом их отвода в атмосферу, со средством регулирования расхода газов (см. патент США №US 6557535 В2, Заявители STONE KEVIN, и ISE RESEARCH CORPORATION MITSUBISHI HEAVY INDUSTRIES, INC, опубл. 06. 05. 2003).A known device for heating compressed gas fuel in a power plant, made in the form of an internal combustion engine, contains a power circuit for circulating gas fuel, an exhaust circuit for exhaust gases with a pipe for their discharge into the atmosphere, with means for regulating gas flow (see US patent No. US 6557535 B2, Applicants STONE KEVIN, and ISE RESEARCH CORPORATION MITSUBISHI HEAVY INDUSTRIES, INC, publ. 06. 05. 2003).

Основным недостатком известной конструкции является ограниченная возможность, определяющая теплопередачу, от отработавших газов через промежуточный теплоноситель и поэтому недостаточная на многих режимах интенсивность подогрева ожиженного компримированного газового топлива даже с использованием тепла отработавших газов.The main disadvantage of the known design is the limited ability that determines the heat transfer from the exhaust gases through the intermediate coolant and, therefore, the intensity of heating of the liquefied compressed gas fuel in many modes is insufficient even using the heat of the exhaust gases.

Известное устройство подогрева компримированного газового топлива в энергетической установке, выполненной в виде ДВС, содержит контур питания циркуляции газового топлива, выпускной контур циркуляции отработавших газов с трубопроводом их отвода в атмосферу, со средством регулирования расхода отработавших газов (см. патент США №US 8146571 В2, Заявители HONDA MOTOR CO., LTD, ISHIKAWA TAKESHI, FUJIWARA KAZUHISA, опубл. 03. 04. 2012).A known device for heating compressed gas fuel in a power plant, made in the form of an internal combustion engine, contains a power circuit for circulating gas fuel, an exhaust circuit for exhaust gases with a pipe for their discharge into the atmosphere, with means for regulating the flow of exhaust gases (see US patent No. US 8146571 B2, Applicants HONDA MOTOR CO., LTD, ISHIKAWA TAKESHI, FUJIWARA KAZUHISA, publ. 03.04.2012).

Основным недостатком известной конструкции является ограниченная поверхность теплопередачи корпуса двигателя и трубопровода отработавших газов и по этой причине интенсивность подогрева ожиженного компримированного газового топлива будет недостаточной на многих режимах даже с использованием тепла отработавших газов. При создании избыточной площади теплопередачи достаточной при больших стационарных нагрузках и скоростях вращения, при пониженных нагрузках эта увеличенная площадь теплопередающей поверхности, наоборот приведет к излишней интенсивности подогрева топлива и его перегреву вплоть до термического крекинга, при этом диапазона автоматизированного средства регулирования интенсивности подачи и теплообмена компримированного газового топлива может быть недостаточно.The main disadvantage of the known design is the limited heat transfer surface of the engine casing and the exhaust gas pipeline, and for this reason, the heating intensity of the liquefied compressed gas fuel will be insufficient in many modes, even with the use of exhaust gas heat. When creating an excess heat transfer area sufficient for large stationary loads and rotational speeds, at reduced loads, this increased heat transfer surface area, on the contrary, will lead to excessive heating of the fuel and its overheating up to thermal cracking, while the range of the automated means for controlling the flow rate and heat transfer of the compressed gas fuel may not be enough.

Известное устройство подогрева компримированного газового топлива в энергетической установке, выполненной в виде ДВС, содержит контур питания циркуляции газового топлива со входом и выходом, по меньшей мере, одного теплообменника, выхлопной трубопровод выпускного контура циркуляции отработавших газов и их отвода в атмосферу, с автоматизированным средством регулирования интенсивности теплообмена, выполненным совместно с перепускным трубопроводом выпускного контура циркуляции отработавших газов, (см. патент США №US 5257609 А, Заявители REED, MORGAN Р; REDMOND, DANIEL J; REDMOND, DONALD С, опубл. 02.11.1993).A known device for heating compressed gas fuel in a power plant made in the form of an internal combustion engine contains a power circuit for circulating gas fuel with an input and output of at least one heat exchanger, an exhaust pipe for an exhaust circuit for circulating exhaust gases and their discharge into the atmosphere, with an automated control means heat transfer rates, performed in conjunction with the bypass pipe of the exhaust exhaust circuit, (see US patent No. US 5257609 A, Applicants RE ED, MORGAN P; REDMOND, DANIEL J; REDMOND, DONALD C, publ. 02.11.1993).

Основным недостатком известной конструкции является ограниченная возможность регулирования, определяющая теплопередачу от отработавших газов, поэтому на многих режимах интенсивность подогрева ожиженного компримированного газового топлива даже с использованием тепла отработавших газов может быть недостаточной, что приводит к необходимости увеличения площади теплопередающей поверхности. А регулирование интенсивности теплообмена путем создания избыточной площади теплопередачи при больших стационарных нагрузках и скоростях вращения будет достаточно и не может быть оптимальным, но наоборот при увеличенной площади теплопередающей поверхности при пониженных нагрузках интенсивность подогрева топлива может быть излишней, а автоматизированного средства регулирования интенсивности подачи и теплообмена компримированного газового топлива может быть недостаточно, т.е. процесс подогрева компримированного газового топлива будет также далек от оптимальности.The main disadvantage of the known design is the limited control ability that determines the heat transfer from the exhaust gases, therefore, in many modes, the heating intensity of the liquefied compressed gas fuel even with the use of exhaust gas heat may be insufficient, which leads to the need to increase the area of the heat transfer surface. And the regulation of the heat transfer intensity by creating an excess heat transfer area at large stationary loads and rotational speeds will be sufficient and may not be optimal, but on the contrary, with an increased heat transfer surface area at reduced loads, the fuel heating intensity may be excessive, and the automated means of regulating the supply and heat transfer rate of the compressed gas fuel may not be enough, i.e. the process of heating compressed gas fuel will also be far from optimality.

Так же недостатком такой системы является отсутствие подогрева газового топлива на режимах пуска и прогрева ДВС на газовом топливе, вследствие чего необходимо использовать альтернативные нагреватели газа специально для этих режимов работы двигателя.Another drawback of such a system is the lack of heating of gas fuel in the start-up and warming-up of internal combustion engines using gas fuel, which is why it is necessary to use alternative gas heaters specifically for these engine operating modes.

Технической проблемой, решаемой изобретением является повышение эффективности, улучшение и расширение диапазона параметров работы устройства подогрева компримированного газового топлива с автоматизированным средством регулирования расхода отработавших газов в энергетической установке, выполненной в виде ДВС, путем оптимизированного подогрева компримированного газового топлива от циркулирующих рабочих и отработавших газов на всех режимах от режима холодного пуска, прогрева и различной интенсивности работы ДВС до режима максимальных нагрузок и оборотов по внешней характеристике, а также на режимах резкого изменения нагрузки и скорости вращения ДВС, т.е. поддерживать необходимые давление и температуру газового топлива при любых условиях ее работы на всех режимах, чтобы обеспечить качественное смесеобразование на всех указанных режимах.The technical problem solved by the invention is to increase the efficiency, improve and expand the range of operation parameters of the device for heating compressed gas fuel with an automated means for controlling the flow of exhaust gases in a power plant made in the form of ICE by optimized heating of compressed gas fuel from circulating working and exhaust gases at all modes from the cold start, warm-up and various intensity of the internal combustion engine to the maximum mode loads and revolutions according to the external characteristic, as well as on the modes of sudden changes in the load and the speed of rotation of the internal combustion engine, i.e. maintain the necessary pressure and temperature of gas fuel under any conditions of its operation in all modes, to ensure high-quality mixture formation in all these modes.

Техническая проблема решается тем, что устройство 1 подогрева компримированного газового топлива в энергетической установке 2, например, выполненной в виде ДВС, содержит контур 3 питания и циркуляции газового топлива со входом 4 и выходом 5, по меньшей мере, одного теплообменника 6, выхлопной трубопровод 7 выпускного контура 8 циркуляции отработавших газов и их отвода в атмосферу, с автоматизированным средством 9 регулирования интенсивности теплообмена и с перепускным трубопроводом 10 выпускного контура 8 циркуляции отработавших газов, причем каждый трубопровод средства 9 регулирования интенсивности теплообмена выпускного контура 8 циркуляции отработавших газов снабжен, по меньшей мере, одним регулятором 11 расхода отработавших газов, а блок 12 автоматического управления каждым регулятором 11 расхода отработавших газов средства 9 регулирования интенсивности теплообмена выполнен с возможностью оптимального управления каждым регулятором 11 расхода отработавших газов.The technical problem is solved in that the device 1 for heating compressed gas fuel in a power plant 2, for example, made in the form of an internal combustion engine, comprises a circuit 3 for supplying and circulating gas fuel with an input 4 and an output 5 of at least one heat exchanger 6, an exhaust pipe 7 exhaust circuit 8 of the circulation of exhaust gases and their discharge into the atmosphere, with an automated means 9 for regulating the intensity of heat transfer and with a bypass pipe 10 of the exhaust circuit 8 of the exhaust gas circulation, m each pipeline of the means 9 for regulating the intensity of heat transfer of the exhaust circuit 8 of the exhaust gas is equipped with at least one regulator 11 for the flow of exhaust gases, and the unit 12 for automatic control of each regulator 11 for the exhaust gases of the means 9 for regulating the intensity of the heat exchange is configured to optimally control each regulator 11 exhaust gas consumption.

Снабжение каждого трубопровода автоматизированного средства 9 регулирования интенсивности теплообмена выпускного контура 8 циркуляции отработавших газов, по меньшей мере, одним теплообменником 6, и по меньшей мере, одним регулятором 11 расхода отработавших газов, а также выполнение блока 12 автоматического управления ими и расходом отработавших газов в каждом трубопроводе с возможностью оптимального управления каждым регулятором 11 расхода отработавших газов средства 9 регулирования интенсивности теплообмена, обеспечивающим необходимое движение отработавших газов через каждый трубопровод и по каждому теплообменнику 6 должным образом, что позволяет расширить функциональные возможности устройства 1 подогрева компримированного газового топлива, путем выбора множества перманентных регулировок во всех комбинациях их работы при минимуме переключений. Особенно это важно, если в топливной системе ДВС имеются средства рециркуляции части отработавших газов, обычные для такого рода конструкций.Supply of each pipeline of automated means 9 for regulating the intensity of heat transfer of the exhaust circuit 8 of the exhaust gas, at least one heat exchanger 6, and at least one regulator 11 of the exhaust gas flow, as well as the implementation of block 12 for automatic control of them and exhaust gas flow in each a pipeline with the possibility of optimal control of each regulator 11 of the exhaust gas flow means 9 regulating the intensity of heat transfer, providing the necessary proper movement of exhaust gases through each pipeline and through each heat exchanger 6 properly, which allows to expand the functionality of the device 1 for heating compressed gas fuel by selecting a lot of permanent adjustments in all combinations of their operation with a minimum of switching. This is especially important if in the fuel system of the internal combustion engine there are means of recirculation of a part of the exhaust gases, which are usual for such constructions.

Регуляторы 11 расхода отработавших газов можно расположить в каждом трубопроводе, как выхлопном 7, так и перепускном 10, соответственно в разных его местах, например в его начале, или в конце, или в обоих указанных или иных его положениях, что позволяет оптимальным образом организовать процесс теплоотдачи от разогретых до различных рабочих температур отработавших газов путем организации передачи тепла от них с необходимой заданной интенсивностью через поверхности соответствующего теплообменника к компримированному газовому топливу на всех режимах, начиная от холодного пуска, прогрева и до работы ДВС с различной интенсивностью, что приведет к повышению эффективности, улучшению смесеобразования и сгорания, расширению диапазона параметров работы устройства подогрева компримированного газового топлива с автоматизированным средством регулирования интенсивности теплообмена при различном наперед заданном его расходе в ДВС и организации оптимального сгорания на всех основных режимах работы ДВС, путем оптимизированного управления подогревом компримированного газового топлива от циркулирующих рабочих или отработавших газов на всех режимах, начиная от режима холодного пуска, прогрева и режимов различной интенсивности работы ДВС до режима максимальных нагрузок и оборотов (по внешней характеристике), а также на режимах резкой смены нагрузки и скорости вращения ДВС, путем поддерживания необходимых давления и температуры газового топлива при любых условиях ее работы, чтобы обеспечить качественное смесеобразование на всех режимах, которые последовательно и подробно будут рассмотрены в разделе работы устройства подогрева компримированного газового топлива в ДВС.Regulators 11 of the flow of exhaust gases can be located in each pipeline, both exhaust 7 and bypass 10, respectively, in different places, for example at its beginning, or at the end, or both of these or other its positions, which allows you to optimally organize the process heat transfer from heated exhaust gases to various operating temperatures by organizing heat transfer from them with the required predetermined intensity through the surfaces of the corresponding heat exchanger to compressed gas fuel in in all modes, from cold start, warming up to the operation of internal combustion engines with different intensities, which will increase efficiency, improve mixture formation and combustion, expand the range of operation parameters of the compressed gas fuel heating device with an automated means of regulating heat transfer intensity at different flow rates set in advance ICE and the organization of optimal combustion in all the main modes of ICE operation, through optimized control of heating of compressed gas fuel from circulating working or exhaust gases in all modes, starting from the cold start mode, warming up, and modes of various intensity of ICE operation to the regime of maximum loads and revolutions (according to the external characteristic), as well as in modes of abrupt load change and ICE rotation speed, by maintaining the necessary pressure and temperature of gas fuel under any conditions of its operation in order to ensure high-quality mixture formation in all modes, which will be sequentially and in detail discussed in the device operation section The heating of compressed gas fuel in the internal combustion engine.

При этом повышение эффективности, улучшение и расширение диапазона параметров работы устройства подогрева компримированного газового топлива с автоматизированным средством регулирования интенсивности теплообмена при заданном расходе отработавших газов достигается потому, что переход с одного режима на другой происходит автоматически на всех возможных взаимных переходах режимов работы ДВС и этим улучшается его работа, а выбор метода каждого автоматизированного перехода, его оптимизации и изменения рабочего установившегося режима определяется заранее расчетным, расчетно-аналитическим или опытным путем в соответствии с заданными параметрами оптимальности для каждого конкретного типо-размера ДВС и вида компримированного газового топлива, что не может быть описано как однозначно определяемый процесс для всех видов энергетических установок с ДВС.At the same time, increasing efficiency, improving and expanding the range of operation parameters of the compressed gas fuel heating device with an automated means for regulating the heat transfer intensity at a given exhaust gas flow rate is achieved because the transition from one mode to another occurs automatically at all possible mutual transitions of the internal combustion engine operating modes and this improves its work, and the choice of method of each automated transition, its optimization and changes in the operating steady state it is determined in advance by calculation, calculation and analytical or empirically in accordance with the specified optimality parameters for each specific type of ICE type and type of compressed gas fuel, which cannot be described as a uniquely defined process for all types of power plants with ICE.

Заявленное изобретение поясняется чертежом.The claimed invention is illustrated in the drawing.

Устройство 1 подогрева компримированного газового топлива в энергетической установке 2, выполненной, например, в виде ДВС, содержит контур 3 питания и циркуляции газового топлива со входом 4 и выходом 5, по меньшей мере, одного теплообменника 6, выхлопной трубопровод 7 выпускного контура 8 циркуляции отработавших газов и их отвода в атмосферу, с автоматизированным средством 9 регулирования интенсивности теплообмена и с перепускным трубопроводом 10 выпускного контура 8 циркуляции отработавших газов, причем каждый трубопровод средства 9 регулирования интенсивности теплообмена выпускного контура 8 циркуляции отработавших газов снабжен, по меньшей мере, одним регулятором 11 расхода отработавших газов, а блок 12 автоматического управления каждым регулятором 11 расхода отработавших газов средства 9 регулирования интенсивности теплообмена выполнен с возможностью оптимального управления каждым регулятором 11 расхода отработавших газов.The device 1 for heating compressed gas fuel in a power plant 2, made, for example, in the form of an internal combustion engine, contains a gas fuel supply and circulation circuit 3 with an input 4 and an output 5 of at least one heat exchanger 6, an exhaust pipe 7 of an exhaust circuit 8 of the exhaust circulation gases and their removal into the atmosphere, with an automated means 9 for regulating the intensity of heat transfer and with a bypass pipe 10 of the exhaust circuit 8 of the exhaust gas circulation, each pipeline means 9 regulating The heat exchange rate of the exhaust circuit 8 of the exhaust gas is equipped with at least one regulator 11 of the exhaust gas flow, and the automatic control unit 12 of each exhaust gas flow regulator 11 of the heat exchange intensity control means 9 is configured to optimally control each exhaust gas flow regulator 11.

Устройство 1 подогрева компримированного газового топлива в энергетической установке 2, выполненной, например, в виде ДВС, работает следующим, описанным ниже образом, в полном соответствии с последовательностью исполнения и оптимизации работы на каждом из соответствующих режимов.The device 1 for heating compressed gas fuel in a power plant 2, made, for example, in the form of an internal combustion engine, operates as follows, described below, in full accordance with the sequence of execution and optimization of work in each of the corresponding modes.

При этом очевидно, что из физико-химических процессов смесеобразования и сгорания компримированного газового топлива в топливо-воздушной смеси вытекают общепризнанные основные требования к работе устройства подогрева, ко всем процессам, происходящим в нем, и оптимальной последовательности их прохождения.It is obvious that from the physicochemical processes of mixture formation and combustion of compressed gas fuel in a fuel-air mixture, the generally recognized basic requirements for the operation of the heating device, for all the processes occurring in it, and the optimal sequence of their passage follow.

Последующая работа и обобщенные требования оптимизации управления изложены в естественной последовательности, начиная с момента пуска, начала работы до принятия максимальных скоростей вращения и максимальных нагрузок по внешней характеристике ДВС и переходных режимов. При этом средства хранения компримированного или ожиженного топлива, трубопроводы подачи, автоматика и управляющие устройства могут быть выполнены в виде обще известных баллонов хранения компримированного газового топлива, устройств подачи и регулирования расхода газового топлива и смесеобразования в соответствии режимом работы и типоразмером ДВС, таких как газовые редукторы и регуляторы расхода, работающие в соответствии с выбранным режимом работы подогревателей и испарителей газового топлива (см. книгу «Транспорт на газе», Ю.Н. Васильев, А.И. Гриценко и Л.С. Золотаревский, М. «НЕДРА» 1992 г., Глава II. "Эксплуатация автомобилей на ГМТ», Разделы «Системы газоподачи и баллоны для хранения СНГ» и «Редукторы, смесительные устройства и арматура для работы на СНГ», стр. 44-54.).The subsequent work and generalized requirements for optimization of control are set forth in a natural sequence, starting from the moment of start-up, the beginning of work, until the adoption of maximum rotation speeds and maximum loads according to the external characteristics of the internal combustion engine and transient conditions. In this case, compressed or liquefied fuel storage means, supply pipelines, automation and control devices can be made in the form of generally known compressed gas fuel storage cylinders, gas fuel supply and control devices and mixture formation in accordance with the operating mode and standard size of ICE, such as gas reducers and flow controllers operating in accordance with the selected operating mode of gas fuel heaters and evaporators (see the book “Transport on gas”, Yu.N. Va Ilyev, A. I. Gritsenko and L. S. Zolotarevsky, M. "NEDRA" 1992, Chapter II. "Operation of vehicles on the gas turbine", Sections "Gas supply systems and cylinders for storage of the CIS" and "Reducers, mixing devices and fittings for work in the CIS ”, p. 44-54.).

Для повышения эффективности оптимальной организации процесса могут быть также использованы известные современные электронные системы управления, регулирования цикловой подачи и контроля аварийных ситуаций, но подробное рассмотрение таких конструкций не входит в объем данной заявки и в силу сложности и большого разнообразия таких конструкций не является предметом рассмотрения в данном случае (см. например, книгу «Системы и агрегаты современных энергоустановок для автомобилей и автобусов», под редакцией д-ра т.н. В.Ф. Кутенева, раздел VI «Газовые системы питания», 6.3.2. Системы питания для работы на сжатом (Компримированном) природном газе, стр. 105-107).To increase the efficiency of the optimal organization of the process, well-known modern electronic control systems, regulating the cycle supply and control of emergency situations can also be used, but a detailed consideration of such structures is not included in the scope of this application and, due to the complexity and wide variety of such structures, is not the subject of consideration in this case (see, for example, the book “Systems and aggregates of modern power plants for cars and buses,” edited by Dr. V.F. Kutenev, section VI "Gas power systems", 6.3.2. Power systems for working on compressed (Compressed) natural gas, pp. 105-107).

В начале работы первая порция компримированного или ожиженного газового топлива при открытии вентиля его подачи поступает из баллонов хранения газового топлива, заполняя трубопроводы контура питания и циркуляции газового топлива, а также - теплообменник подогревателя газового топлива, расширяется от высокого давления хранения в сжатом состоянии в соответствующем баллоне хранения до почти атмосферного давления и соответственно за счет дроссельного эффекта Джоуля-Томсона охладится до температуры много ниже температуры окружающей среды. При этом часть многокомпонентного газового топлива может распадаться на составляющие его легкую легкокипящую газообразную и тяжелую ожиженную фракции. Такое дополнительное охлаждение системы питания приведет к ухудшению условий смесеобразования, воспламенения и сгорания газового топлива в энергетической установке, например, в цилиндрах ДВС. Очевидно, что перед началом запуска энергетической установки в трубопроводы и теплообменник 6 контура 3 питания и циркуляции компримированного газового топлива может быть запущена предварительная порция газового топлива, расширившегося до давления окружающей среды, и выдержана в теплообменнике для подогрева его до температуры окружающей среды. Поэтому для улучшения условий первичного пуска рекомендуется указанная выдержка системы питания для достижения ею хотя бы за счет естественного или принудительного прогрева температуры окружающей среды. Естественно при этом вентили управления системой, обеспечивающие непосредственное поступление газового топлива в систему впуска перекрыты (для предотвращения не контролируемых утечек газового топлива в окружающую среду или вытеснения им туда же кислорода воздуха и нарушения воспламеняемости газо-воздушной смеси).At the beginning of the work, the first portion of compressed or liquefied gas fuel, when the valve for its supply is opened, comes from gas fuel storage cylinders, filling the pipelines of the gas supply circuit and gas fuel, as well as the heat exchanger of the gas fuel heater, expands from the high pressure of storage in a compressed state in the corresponding cylinder storage to almost atmospheric pressure and, accordingly, due to the Joule-Thomson throttle effect, it will cool to a temperature much lower than the ambient temperature dy. In this case, part of the multicomponent gas fuel can decompose into its components, light boiling gaseous and heavy liquefied fractions. Such additional cooling of the power system will lead to a deterioration in the conditions of mixture formation, ignition and combustion of gas fuel in a power plant, for example, in ICE cylinders. It is obvious that before starting the power plant in the pipelines and heat exchanger 6 of the power circuit 3 and circulation of compressed gas fuel, a preliminary portion of gas fuel expanded to ambient pressure can be started and kept in the heat exchanger to heat it to ambient temperature. Therefore, to improve the conditions of the initial start-up, the indicated endurance of the power system is recommended to achieve at least due to natural or forced heating of the ambient temperature. Naturally, at the same time, the system control valves that ensure the direct supply of gas fuel to the intake system are closed (to prevent uncontrolled leakage of gas fuel into the environment or to displace air oxygen therein and to violate the flammability of the gas-air mixture).

При холодном пуске особенно в условиях низких температур окружающей среды без использования средств принудительного подогрева или облегчения воспламенения при пуске, то есть при прокрутке вала и запуске непрогретого ДВС с холодными его деталями и агрегатами, составляющими его конструкцию, не доведенными в результате подогрева или сгорания в цилиндрах до рабочих температур, рабочее тело в виде рабочих, т.е. не воспламенившихся отработавших, выпускаемых из рабочих цилиндров газов, подогревается и (при возможности организации рециркуляции) может перепускаться обратно до момента пуска (т.е. первого эффективного принудительного или естественного воспламенения рабочей смеси в рабочем объеме одного или каждого цилиндра ДВС) только за счет его мятия (сжатия-расширения) в рабочих цилиндрах ДВС и греет в устройстве подогрева компримированное газовое топливо, которое при восполнении рециркуляции, расширении и принудительном испарении части ожиженной легкокипящей его фракции, например, пропана из пропан-бутановой фракции, может охладить тяжелую фракцию бутана в теплообменнике топливного контура ниже температуры окружающей среды вплоть до температуры повторного ожижения этой тяжелокипящей, например, бутановой фракции или даже - другой более легкой фракции газового топлива, и создать дополнительные трудности его воспламенения в цилиндрах ДВС. Особенно такой подогрев (путем повторного циклического мятия рабочего тела) эффективен при низких температурах и при организации рециркуляции (повторного возврата) рабочего тела обратно в рабочий объем ДВС. При прокрутке и перепуске можно снизить повышенные пусковые подачи компримированного газового топлива и предотвратить пусковое переобогащение рабочей смеси и соответственно снизить пусковые потери топлива путем снижения подачи новых порций газового топлива в рециркулирующий объем рабочей смеси только до величин, необходимых для восполнения той части, которая теряется в выпускном и рециркуляционном трубопроводах, и подавать их до момента создания условий для воспламенения первой порции горючей смеси в одном из цилиндров и выхода на устойчивый режим вращения вала ДВС. При этом возможно создание условий для обогащения рабочей смеси легкокипящими и легковоспламеняющимися компонентами газового топлива, что должно облегчить первичное воспламенение и пуск. Зацикливание на стадии пусковой рециркуляции через цилиндры ДВС рабочей смеси из газообразного топлива и воздуха повышает равномерность их смешивания и распределения газового топлива в рабочей смеси, что также должно облегчить первичное воспламенение и пуск. Такая рециркуляция рабочего тела также снижает вредные выбросы в окружающую среду не воспламенившихся или недогоревших фракций углеводородов компримированного газового топлива и повышает экологичность ДВС.During cold start, especially at low ambient temperatures without using means of forced heating or to facilitate ignition during start-up, that is, when scrolling the shaft and starting unheated ICE with its cold parts and assemblies that make up its structure, not brought up as a result of heating or combustion in the cylinders to working temperatures, the working fluid in the form of workers, i.e. non-flammable exhaust discharged from the working gas cylinders is heated and (if possible, recirculation organization) can be recycled back to the moment of start-up (i.e., the first effective forced or natural ignition of the working mixture in the working volume of one or each ICE cylinder) only due to its wrinkles (compression expansion) in the working cylinders of the internal combustion engine and heats the compressed gas fuel in the heating device, which, when replenishing, expanding, and forced evaporation of the part, becomes lighter A low boiling fraction, for example, propane from the propane-butane fraction, can cool the heavy butane fraction in the fuel circuit heat exchanger below ambient temperature up to the temperature of re-liquefaction of this heavy boiling, for example, butane fraction or even another lighter gas fuel fraction, and create additional difficulties of its ignition in ICE cylinders. Especially such a heating (by repeated cyclic crushing of the working fluid) is effective at low temperatures and when organizing the recirculation (repeated return) of the working fluid back to the working volume of the internal combustion engine. When scrolling and bypassing, it is possible to reduce increased starting feeds of compressed gas fuel and to prevent starting re-enrichment of the working mixture and, accordingly, to reduce starting losses of fuel by reducing the supply of new portions of gas fuel to the recirculating volume of the working mixture only to the values necessary to fill up the part that is lost in the exhaust and recirculation pipelines, and feed them until the conditions for igniting the first portion of the combustible mixture in one of the cylinders and exit to stable mode of rotation of the ICE shaft. In this case, it is possible to create conditions for the enrichment of the working mixture with low-boiling and flammable components of gas fuel, which should facilitate primary ignition and start-up. Cycling at the stage of starting recirculation through the internal combustion engine cylinders of the gaseous fuel and air increases the uniformity of their mixing and distribution of gas fuel in the working mixture, which should also facilitate primary ignition and start-up. This recirculation of the working fluid also reduces harmful emissions into the environment of non-flammable or unburned fractions of hydrocarbons of compressed gas fuel and increases the environmental friendliness of ICE.

Далее начинается первое воспламенение и его последующее устойчивое повторение в одном или нескольких цилиндрах. Сгоревшие отработавшие газы греют компримированное газовое топливо теплом первых сгоревших порций топливо-воздушной смеси. Рабочий цикл размыкается, что способствует вовлечению в работу, расширению и испарению накопившейся тяжелой ожиженной его части, например, бутановой фракции, которая также может охладиться в теплообменнике контура питания и циркуляции газового топлива ниже температуры окружающей среды, что будет требовать дополнительного тепла на ее разогрев. При этом подогрев труднокипящих компонент газового топлива позволяет обеспечить создание депо запаса порций высоко калорийного газообразного топлива, например, бутана для поддержания первичного разгона при пуске и при первых вспышках до появления последующих поддерживающих рабочих воспламенений в цилиндрах и раскрутку ДВС до устойчивых оборотов холостого хода. Очевидно, что регуляторы 11 расхода отработавших газов должны быть выполнены с возможностью автоматического открывания для пропуска порций высокоэнергетических, воспламенившихся отработавших порций смеси газообразного топлива и воздуха в окружающую среду и частичного перепуска их недогоревших химически активных остатков в рабочий объем других цилиндров для облегчения воспламенения в их циклах. Это нужно для предотвращения разрушения от газовых ударов выпускного контура 8 циркуляции отработавших газов и свободного их отвода в атмосферу даже при случайном воспламенении в нем рециркулирующей топливо-воздушной смеси. Так же очевидно, что при достижении устойчивых оборотов холостого хода один из регуляторов 11 расхода отработавших газов, например, в выхлопном трубопроводе 7 выпускного контура 8 циркуляции отработавших газов и их отвода в атмосферу должен быть открыт для выпуска сгоревшей части рабочей смеси и предотвращения глушения работы ДВС излишним дросселированием на выпуске, но с возможностью оптимального перепуска части горячих газов через перепускной трубопровод 10 и необходимого подогрева оставшейся в его теплообменнике ожиженной части компримированного газового топлива.Next begins the first ignition and its subsequent steady repetition in one or more cylinders. The burnt exhaust gases heat the compressed gas fuel with the heat of the first burnt portions of the fuel-air mixture. The duty cycle opens, which contributes to the involvement, expansion and evaporation of the accumulated heavy liquefied portion of it, for example, butane fraction, which can also be cooled in the heat exchanger of the power circuit and gas fuel circulation below the ambient temperature, which will require additional heat to heat it. At the same time, heating of the low-boiling components of gas fuel allows for the creation of a depot of stocks of portions of high-calorie gaseous fuel, for example, butane to maintain initial acceleration at start-up and during the first outbreaks until subsequent supporting working ignitions in the cylinders and the promotion of ICE to stable idle speed. Obviously, the exhaust gas flow controllers 11 must be capable of automatically opening to allow for portions of high-energy, flammable exhaust portions of a mixture of gaseous fuel and air to the environment and partial transfer of their unburned chemically active residues into the working volume of other cylinders to facilitate ignition in their cycles . This is necessary to prevent the destruction of exhaust gas circuits 8 from exhaust gas circulation and their free discharge into the atmosphere even with the accidental ignition of a recirculating fuel-air mixture in it. It is also obvious that when reaching a steady idle speed, one of the regulators 11 of the exhaust gas flow, for example, in the exhaust pipe 7 of the exhaust circuit 8 of the exhaust gas circulation and their exhaust into the atmosphere should be open to release the burnt part of the working mixture and prevent the engine from jamming excessive throttling at the outlet, but with the possibility of optimal bypass of part of the hot gases through the bypass pipe 10 and the necessary heating of the liquefied part of the computer remaining in its heat exchanger refined gas fuel.

Свободный выпуск в выхлопной трубопровод 7 рабочего тела в виде рабочих (в виде не воспламенившейся рабочей смеси) или сгоревших отработавших газов из каждого рабочего цилиндра идет порционно, импульсами с соответствующими волновыми явлениями, при этом свободное прохождение волны и соответственно порции отработавших газов по выхлопному трубопроводу 7 будет происходить с минимальным уровнем теплопередачи. Для улучшения теплоотдачи, можно создать сопротивление на выходе соответствующего трубопровода (дросселирование потока), например, установкой регулятора расхода в конце каждого трубопровода, волны давления-разряжения будут отражаться и повторно проходить по трубопроводу, порции рабочего тела будут задерживаться в трубопроводах, дополнительно отдавая свое тепло, а снижение средней скорости движения по трубопроводу приведет к увеличению времени теплообмена и эффективности теплопередачи. Резонансные явления могут увеличить повторение, достичь максимального давления и перепада давлений при волновых явлениях при том же времени теплообмена и повышении эффективности теплопередачи. Это также приведет к интенсификации теплопередачи.The free release into the exhaust pipe 7 of the working fluid in the form of workers (in the form of a non-flammable working mixture) or burnt exhaust gases from each working cylinder is carried out portionwise, by pulses with the corresponding wave phenomena, while the free passage of the wave and, accordingly, of the portion of exhaust gas through the exhaust pipe 7 will occur with minimal heat transfer. To improve heat transfer, it is possible to create resistance at the outlet of the corresponding pipeline (flow throttling), for example, by installing a flow regulator at the end of each pipeline, pressure-rarefaction waves will be reflected and re-passed through the pipeline, portions of the working fluid will be delayed in the pipelines, additionally giving off their heat , and a decrease in the average speed of movement through the pipeline will lead to an increase in heat transfer time and heat transfer efficiency. Resonance phenomena can increase repetition, achieve maximum pressure and pressure drop during wave phenomena at the same heat transfer time and increase heat transfer efficiency. This will also lead to increased heat transfer.

При наличии средств принудительного подогрева газового топлива и воздуха или принудительного подогрева всего ДВС процесс первичного воспламенения смеси не значительно отличается от пуска прогретого ДВС.In the presence of means of forced heating of gas fuel and air or forced heating of the entire internal combustion engine, the primary ignition of the mixture does not significantly differ from the start of a heated internal combustion engine.

После пуска и достижения устойчивой работы (т.е. без пропуска зажигания топливо-воздушной смеси в отдельных рабочих цилиндрах) без нагрузки, т.е. в режиме холостого хода, и во время дальнейшего разогрева ДВС отработавшие газы могут быть полностью направлены на подогрев компримированного газового топлива в теплообменнике, что позволит эффективно прогреть весь объем и все фракции компримированного газового топлива и предотвратить нежелательное выпадение его фракций в жидкой фазе, не только для тяжелокипящих фракций, но и конденсата, в том числе воды из ее паров. После достижения оптимального притока тепла в теплообменник, его излишки могут быть направлены с частью отработавших газов на выпуск помимо теплообменника по другому параллельному перепускному трубопроводу.After starting up and achieving stable operation (i.e., without misfiring the fuel-air mixture in individual working cylinders) without load, i.e. in idle mode, and during further heating of the internal combustion engine, the exhaust gases can be completely directed to heating the compressed gas fuel in the heat exchanger, which will allow to efficiently warm the entire volume and all fractions of the compressed gas fuel and prevent unwanted precipitation of its fractions in the liquid phase, not only heavy boiling fractions, but also condensate, including water from its vapors. After reaching the optimum heat influx into the heat exchanger, its surplus can be directed with a part of the exhaust gases to the exhaust in addition to the heat exchanger through another parallel bypass pipe.

Режим холостого хода - это первый самоподдерживающийся установившийся режим работы ДВС после пуска. Для прогрева ДВС этот режим не самый выгодный, так как из-за малой нагрузки тепловыделение за каждый цикл мало и ДВС будет прогреваться долго. Обычно для ускорения прогрева рекомендуют повышение нагрузки, например, путем начала движения с малой или постепенно увеличивающейся скоростью.Idling mode is the first self-sustaining steady-state operation mode of the internal combustion engine after starting. For warming up the internal combustion engine, this mode is not the most advantageous, since due to the small load the heat release for each cycle is small and the internal combustion engine will warm up for a long time. Usually, in order to accelerate warming up, an increase in load is recommended, for example, by starting movement at a slow or gradually increasing speed.

Интенсивность теплопередачи и теплообмена определяется перепадом температур на стенках теплообменника и их термическим сопротивлением, то есть возможностью передачи количества тепла через теплопередаюшую стенку и съема тепла с внутренней поверхности теплообменника 6 контура 3 питания и циркуляции газового топлива, что и определяет возможность нагрева заданной массы компримированного газового топлива за единицу времени, то есть получение в течении цикла заданной продолжительности теплообмена необходимого нагрева каждой порции газового топлива для обеспечения рабочего цикла в каждом цилиндре.The intensity of heat transfer and heat transfer is determined by the temperature difference on the walls of the heat exchanger and their thermal resistance, that is, the ability to transfer the amount of heat through the heat transfer wall and heat removal from the inner surface of the heat exchanger 6 of the power supply circuit 3 and gas fuel circulation, which determines the possibility of heating a given mass of compressed gas fuel per unit time, that is, obtaining during a cycle a given duration of heat transfer, the necessary heating of each portion of gas fuels determines the duty cycle for each cylinder.

При переходе на любые установившиеся промежуточные режимы нагрузок, например, начиная со скоростной характеристики, теплообменник 6 переводится в режим необходимого и достаточного подогрева заданной порции компримированного газового топлива для ее испарения, оптимального подогрева и обеспечения необходимой массой газового топлива цилиндры ДВС в выбранном установившемся промежуточном режиме. Режим работы устройства подогрева компримированного газового топлива выбирается на основе расчетного метода или опытного подбора режима теплопередачи.When switching to any steady-state intermediate load conditions, for example, starting with a high-speed characteristic, the heat exchanger 6 is switched to the necessary and sufficient heating mode for a given portion of compressed gas fuel for its evaporation, optimal heating, and providing the necessary mass of gas fuel for the ICE cylinders in the selected steady-state intermediate mode. The operating mode of the compressed gas fuel heating device is selected based on the calculation method or the experimental selection of the heat transfer mode.

Следующим режимом будет режим максимальных нагрузок согласно внешней характеристике при изменении скорости вращения вала ДВС от минимально устойчивой до максимальной. Режим работы устройства подогрева компримированного газового топлива и метода соединения теплообменников также выбирается на основе расчетного метода или опытного подбора.The next mode will be the maximum load mode according to the external characteristic when changing the speed of rotation of the ICE shaft from minimum stable to maximum. The operating mode of the compressed gas fuel heating device and the heat exchanger connection method are also selected based on the calculation method or experimental selection.

До максимальной скорости вращения ДВС при промежуточных нагрузках приток тепла и процесс газификация всех фракций компримированного ожиженного газового топлива может выбираться также из дополнительного условия возможности динамического процесса диспергации и смешения части неиспарившегося топлива и выноса его в виде мелких капель (тумана) в рабочие цилиндры, что приведет к динамическому доиспарению мелких капель в процессе сжатия и разогрева рабочего тела внутри цилиндров. Этот режим позволяет повысить массовое наполнение цилиндров ДВС, снизить максимальную температуру в соответствующем цилиндре ДВС и снизить токсичность по NO_X. Высокие скорости вращения и малое время газообмена может приводить к ранее указанным явлениям. Для полного испарения и предотвращения выноса избыточного неиспарившегося компримированного ожиженного газового топлива в виде капель (тумана) в рабочие цилиндры и предотвращения местного переобогащения смеси из-за слияния указанных капель в более крупные устройство подогрева компримированного газового топлива может быть выполнено двух ступенчатым с последовательным соединением теплообменников, установленных на разных отдельных трубопроводах.Up to the maximum speed of rotation of the internal combustion engine under intermediate loads, the heat influx and the gasification process of all fractions of compressed liquefied gas fuel can also be selected from the additional condition that the dynamic process of dispersing and mixing part of the unevaporated fuel and transferring it in the form of small droplets (fog) into the working cylinders will result, which will lead to to dynamic additional evaporation of small drops during compression and heating of the working fluid inside the cylinders. This mode allows to increase the mass filling of ICE cylinders, reduce the maximum temperature in the corresponding ICE cylinder and reduce NO _X toxicity. High rotation speeds and short gas exchange times can lead to the previously mentioned phenomena. To completely evaporate and prevent the transfer of excess unevaporated compressed liquefied gas fuel in the form of droplets (fog) to the working cylinders and to prevent local re-enrichment of the mixture due to the merging of these droplets into a larger device for heating compressed gas fuel, it can be performed in two stages with serial connection of heat exchangers, installed on different individual pipelines.

Последний режим - режим резкого увеличения скорости или нагрузки. Для этого отработавшие газы могут быть заранее перенаправлены в теплообменники для повышения интенсивности подогрева компримированного газового топлива. При режиме разгона по числу циклов в единицу времени (увеличении числа оборотов) или подаче газообразного топлива на каждый цикл (при увеличении нагрузки) расчет или опыт возможного аккумулирования тепла или подогрева газообразного топлива может использоваться для резервного теплообменника.The last mode is a mode of a sharp increase in speed or load. For this, the exhaust gases can be redirected to heat exchangers in advance to increase the heating intensity of the compressed gas fuel. In the acceleration mode by the number of cycles per unit time (increase in the number of revolutions) or the supply of gaseous fuel for each cycle (when the load increases), the calculation or experience of the possible accumulation of heat or heating of the gaseous fuel can be used for a reserve heat exchanger.

Выполнение блока 12 автоматического управления каждым регулятором 11 расхода отработавших газов средства 9 регулирования интенсивности теплообмена с возможностью оптимального управления каждым регулятором 11 расхода отработавших газов включает определение критериальных требований оптимальности управления энергетической установкой по отношению расхода газового топлива к режимам ее работы, которые могут быть выполнены, например, по следующим направлениям:The implementation of the unit 12 for automatic control of each regulator 11 of the exhaust gas flow means 9 for regulating the heat exchange intensity with the possibility of optimal control of each regulator 11 of the exhaust gas flow includes determining the criteria for optimality of control of a power plant in relation to the flow of gas fuel to its operating modes, which can be performed, for example in the following areas:

По минимизации удельных показателей, например, на единицу результирующей энергетической эффективности характеристики, например, поддержание температурного режима помещения при изменении сезонных, погодных или суточных колебаний параметров окружающей среды, которые могут быть заранее предсказаны, или случайно внезапно измениться, например, как метеорологические показатели, такие как шквал, дождь и т.д.;By minimizing specific indicators, for example, per unit of the resulting energy efficiency, characteristics, for example, maintaining the room’s temperature regime when seasonal, weather or daily fluctuations in environmental parameters change, which can be predicted in advance, or accidentally suddenly change, such as meteorological indicators, like a flurry, rain, etc .;

По минимальным токсичным выбросам, СО, NO_X, C_XH_X,;By minimum toxic emissions, СО, NO _X , C _X H _X ,;

По минимальным выбросам, вредных для экологии планеты газов таких как СО₂ или лишним сбросным тепловыделениям из-за необходимости поддержания непрерывного режима работы энергетической установки;For minimal emissions harmful to the ecology of the planet’s gases such as СО ₂ or excess waste heat due to the need to maintain a continuous operation of the power plant;

По минимизации удельных показателей, например, на единицу транспортной работы в т/км;To minimize specific indicators, for example, per unit of transport work in t / km;

По минимальности общего расхода газообразного топлива на весь маршрут или удельного на километр перемещения транспортного средства;By minimizing the total consumption of gaseous fuel for the entire route or specific per kilometer of vehicle movement;

По максимальной приемистости во время резкой смены режимов;For maximum throttle response during a sharp change of modes;

По поддержанию постоянной скорости при изменении дорожных условий (круиз-контроль) и т.д.To maintain a constant speed when changing road conditions (cruise control), etc.

Стратегия оптимальности управления каждым регулятором 11 расхода отработавших газов средства 9 регулирования интенсивности теплообмена определяется соответствием результатов с точки зрения критериальной оценки каждого действия с каждым регулятором 11 расхода отработавших газов и его влияние на общий результат работы энергетической установки, который может быть задан только назначением и типо-размером энергетической установки. А снабжение каждого теплообменника и трубопровода средства 9 регулирования интенсивности теплообмена выпускного контура 8 циркуляции отработавших газов, по меньшей мере, одним регулятором 11 расхода отработавших газов и выполнение блока 12 автоматического управления с возможность индивидуального управления каждым регулятором 11 расхода отработавших газов средства 9 регулирования интенсивности теплообмена с возможностью независимого оптимального управления каждым регулятором 11 расхода отработавших газов позволяет путем оперативной настройки блока 12 автоматического управления добиться соответствия его работы и управления каждым регулятором 11 расхода отработавших газов в соответствии с любым наперед заданным критерием оптимальности.The optimal control strategy for each regulator 11 of the exhaust gas flow of means 9 for regulating the heat transfer intensity is determined by the correspondence of the results from the point of view of a criterion assessment of each action with each regulator 11 of the exhaust gas flow and its effect on the overall result of the operation of the power plant, which can only be specified by purpose and type power plant size. And the supply of each heat exchanger and pipeline means 9 to regulate the intensity of heat transfer of the exhaust circuit 8 of the exhaust gas, at least one regulator 11 of the exhaust gas flow and the implementation of the unit 12 automatic control with the ability to individually control each regulator 11 of the exhaust gas means 9 to regulate the intensity of heat exchange with the possibility of independent optimal control of each regulator 11 of the exhaust gas flow allows through operational settings of the automatic control unit 12 to achieve compliance with its operation and control of each regulator 11 of the exhaust gas flow in accordance with any optimality criterion given in advance.

Claims

Устройство 1 подогрева компримированного газового топлива в энергетической установке 2, содержащее контур 3 питания и циркуляции газового топлива со входом 4 и выходом 5, по меньшей мере, одного теплообменника 6, выхлопной трубопровод 7 выпускного контура 8 циркуляции отработавших газов и их отвода в атмосферу, с автоматизированным средством 9 регулирования интенсивности теплообмена и с перепускным трубопроводом 10 выпускного контура 8 циркуляции отработавших газов, отличающееся тем, что каждый трубопровод средства 9 регулирования интенсивности теплообмена выпускного контура 8 циркуляции отработавших газов снабжен, по меньшей мере, одним регулятором 11 расхода отработавших газов, а блок 12 автоматического управления каждым регулятором 11 расхода отработавших газов средства 9 регулирования интенсивности теплообмена выполнен с возможностью оптимального управления каждым регулятором 11 расхода отработавших газов.A device 1 for heating compressed gas fuel in a power plant 2, comprising a circuit 3 for supplying and circulating gas fuel with an inlet 4 and an outlet 5 of at least one heat exchanger 6, an exhaust pipe 7 of an exhaust circuit 8 for exhaust gas circulation and their discharge into the atmosphere, s automated means 9 for regulating the intensity of heat transfer and with a bypass pipe 10 of the exhaust circuit 8 of the exhaust gas circulation, characterized in that each pipe of the means 9 for regulating the heat the heat transfer of the exhaust circuit 8 of the exhaust gas is equipped with at least one regulator 11 of the exhaust gas flow, and the unit 12 for automatic control of each regulator 11 of the exhaust gas of the means 9 to regulate the heat exchange is configured to optimally control each regulator 11 of the exhaust gas flow.