Система дозированной выдачи сжатого природного газа

006084 Область техники Настоящее изобретение, в общем, относится к природному газу и, в частности, к системам подачи топливного природного газа. Уровень техники Для транспортных средств, работающих на сжатом природном газе (СПГ), необходимы специальные системы заправки. Патент США 5,884,675 раскрывает одну такую систему, состоящую из блоков баллонов, каждый из которых имеет перемещаемый в осевом направлении поршень, пару впускных отверстий и выпускное отверстие. Баллоны заполняют СПГ в удалнном местоположении и затем транспортируют на заправочную станцию. На заправочной станции рабочую жидкость (жидкость для заполнения гидравлической системы) перекачивают из резервуара в один конец каждого баллона. Рабочая жидкость смещает поршень в каждом баллоне, принудительно перемещая СПГ через выпускное отверстие на другом конце баллона. СПГ течт по шлангу в заправляемое транспортное средство. Каждый блок баллонов имеет сборник, установленный после выпускных отверстий. Когда СПГ из баллонов полностью выйдет, давление в сборнике будет перемещать каждый поршень назад в его исходное положение, вытесняя рабочую жидкость из баллонов и назад в резервуар. Несмотря на то, что эта система представляет собой усовершенствование по сравнению с другими системами подачи СПГ, вс же некоторые недостатки в ней ,не устранены. Каждый баллон имеет подвижный поршень и отверстия на каждом конце, изготовление которых дорогостоящее. Сущность изобретения Система заправки сжатым природным газом (СПГ) имеет резервуар рабочей жидкости, содержащий рабочую жидкость, насос и реверсивные клапаны потока. Рабочая жидкость является рабочей жидкостью такого типа, которая не имеет способности легко смешиваться с СПГ. Система заправки также включает в себя баллоны, содержащие СПГ. Каждый баллон имеет фитинг, установленный в отверстии на одном конце. Фитинг содержит канал для рабочей жидкости и канал для газа. В баллоне от канала для рабочей жидкости к точке вблизи противоположного конца баллона проходит трубка. Противоположный конец баллона закрыт. На заправочной станции рабочую жидкость перекачивают из резервуара через канал для рабочей жидкости в каждом баллоне, смещая СПГ внутри каждого баллона и вытесняя СПГ наружу через канал для газа в каждом баллоне. Во время заправки рабочую жидкость перекачивают из резервуара, чтобы обеспечить в баллонах давление, равное 3600 фунт/кв.дюйм. Когда датчик определяет, что СПГ в баллонах полностью слит, реверсивные клапаны потока изменяют ориентацию на обратную, позволяя рабочей жидкости протекать назад в резервуар. После того как рабочая жидкость будет удалена из баллонов, баллоны можно отсоединить и заправить их СПГ. Перечень фигур чертежей Фиг. 1 - схематическое изображение системы заправки сжатым природным газом согласно данному изобретению. Фиг. 2 - увеличенное изображение бокового сечения одного из баллонов, показанных на фиг. 1. Фиг. 3 - частичное увеличенное изображение бокового сечения показанного на фиг. 2 баллона с изображением фитинга, установленного в одном конце баллона. Фиг. 4 - увеличенное изображение бокового сечения одного из показанных на фиг. 1 баллонов, показывающее ещ одно осуществление изобретения. Фиг. 5 - увеличенное изображение бокового сечения следящего диска, установленного в изображаемом на фиг. 4 баллоне согласно изобретению. Фиг. 6 - увеличенная часть изображаемого на фиг. 4 баллона. Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения Обращаясь к фиг. 1: изображена система 10 заправки сжатым природным газом (СПГ). Система 10 заправки состоит из секции 12 управления, секции 14 транспортирования и секции 16 заправки. Секция 12 управления имеет пульт управления (не изображн). Секция 12 управления также имеет резервуар 18 рабочей жидкости, который содержит рабочую жидкость. Рабочей жидкостью является жидкость, не способная легко смешиваться с СПГ, например синтетическое углеводородное масло для гидравлических систем. Один целесообразный вид рабочей жидкости изготавливает под названием синтетической смазки"Low Vapor 68" компания O'Rourke Petroleum Products, Houston, Texas. Резервуар 18 имеет выпускную линию 20, ведущую к насосу 22 рабочей жидкости. Насос 22 имеет выпускную линию 24, которая проходит к реверсивным клапанам 26, 28, 30 потока. Манометр 32 контролирует давление на выпускной линии 28 насоса. Предохранительный клапан 34 на выпускной линии 28 насоса предотвращает увеличение давления свыше 3600 фунт/кв.дюйм за счт сброса излишней рабочей жидкости под давлением назад в резервуар 18. Стопорный клапан 36 на выпускной линии 24 насоса обеспечивает возможность протекания рабочей жидкости из насоса 22 в клапаны 26, 28, 30 потока. Обратная линия 38 проходит от клапанов 26, 28, 30 потока в резервуар 18. Возвратная линия 38 имеет сепаратор 40 для удаления из рабочей жидкости попавшего в не СПГ. Датчик 42 определяет наличие попавшего в жидкость СПГ и направляет сигнал на пульт управления, если присутствует СПГ. Механизм 44 сепарации отделяет СПГ, попавший в резервуар 18. Резервуар 18 также имеет указатель 46, предпоч-1 006084 тительно плавающего типа, который следит за уровнем жидкости в резервуаре. Указатель 46 соединн с передатчиком 48, который подат сигнал на пульт управления, если уровень жидкости в резервуаре 18 доходит до определенного нижнего уровня или верхнего уровня. Секция 14 транспортирования содержит блоки 50, 52, 54 баллонов 56 хранения газа высокого давления. Каждый блок 50, 52, 54 содержит равное число баллонов 56 одинакового размера. Согласно фиг. 2: каждый баллон 56 имеет обечайку 58 и внутреннюю камеру 60. До подачи в заправочную станцию внутреннюю камеру 60 каждого баллона 56 заполняют СПГ 62 под избыточным давлением. Каждый баллон 56 также имеет первый конец 64 и второй конец 66. Второй конец 66 закрыт. Первый конец 64 имеет отверстие 68, через которое проходит фитинг 70. Согласно фиг. 3: фитинг 70 имеет канал 72 для рабочей жидкости и канал 74 для газа. Полая трубка 76 проходит в камере 60 от канала 72 для рабочей жидкости к точке вблизи второго конца 66 для введения рабочей жидкости 78 в камеру 60. Обращаясь к фиг. 1: каналы 72 для рабочей жидкости каждого баллона 56 в блоке 50, 52, 54 соединены параллельно патрубком 80 для рабочей жидкости. Реверсивные клапаны 26, 28, 30 потока расположены между насосом 22 и патрубком 80 для рабочей жидкости. Каждый патрубок 80 для рабочей жидкости имеет ручной отсечной клапан 82. Каналы 74 для газа каждого баллона 56 в блоке 50, 52, 54 соединены параллельно газовым патрубком 84. Каждый блок 50, 52, 54 также имеет предохранительный клапан 86, выпускной клапан 88 и ручные отсечные клапаны 90, 92, установленные параллельно после каналов 74 для газа. Предохранительный клапан 86 предотвращает увеличение давления свыше 3600 фунт/ кв.дюйм путм сброса излишнего СПГ под избыточным давлением при выходе из баллонов 56. Выпускной клапан 88 обеспечивает сброс СПГ из любого из блоков 50, 52, 54, если для блоков 50, 52, 54 необходимо обслуживание или ремонт. Ручные отсечные клапаны 90, 92 позволяют изолировать любой из блоков 50, 52, 54 по какой-либо причине. Стопорный клапан 94 обеспечивает возможность для СПГ протекать после газового патрубка 84 далее в шланговую линию 96. Стопорный клапан 98 позволяет СПГ протекать вспять из шланговой линии 96 назад в газовый патрубок 84. Клапан 100 регулирования потока и ручной отсечной клапан 102 расположены в шланговой линии 96. Секция 16 заправки содержит по меньшей мере один заправочный пункт 104. Каждый заправочный пункт 104 имеет ручной отсечной клапан 106 и фильтрующее устройство 108. Фильтрующее устройство 108 удаляет из потока СПГ попавшую в него рабочую жидкость до выдачи СПГ. Фильтрующее устройство 108 имеет проверочный кран 110 для проверки наличия рабочей жидкости в фильтрующем устройстве 108. В работе блоки 50, 52, 54 сливают по одному. Если блок 50 сливают первым, то ручные отсечные клапаны 82, 90 блока 50 открыты, а ручной отсечной клапан 92 блока 50 закрыт. Реверсивный клапан 26 потока выполнен с возможностью обеспечивать поток от насоса 22 в блок 50. Рабочую жидкость откачивают насосом 22 из резервуара 18 в патрубок 80 для рабочей жидкости,через каналы 72 для рабочей жидкости и в баллоны 56, чтобы выдерживать давление 3600 фунт/кв.дюйм в баллонах 56 во время выдачи СПГ. Согласно фиг. 2: рабочая жидкость 78 протекает через полую трубку 76 в баллон 56 на конце, противоположном фитингу 70. Рабочая жидкость 78 непосредственно контактирует с СПГ 62 на межфазной границе 112, но не смешивается с СПГ 62. СПГ 62 вытекает из баллонов 5 6 через каналы 74 для газа, через газовый патрубок 84, стопорный клапан 94 и шланг 96 в секцию 16 заправки. Клапан 100 регулирования потока ограничивает давление в шланге 96 до 3600 фунт/ кв.дюйм. Когда в блоке 50 СПГ по существу не остатся, уровень рабочей жидкости в резервуаре 18 достигнет определенный нижний уровень, который будет указан плавающим указателем 46. Передатчик 48 передаст сигнал на пульт управления. Ручные отсечные клапаны 82, 90 блока 50 будут закрыты, а ручной отсечной клапан 92 блока 50 будет открыт. Реверсивный клапан 26 потока будет иметь конфигурацию,обеспечивающую возможность протекания потока вспять из патрубка 80 для рабочей жидкости. СПГ в шланге 96 будет протекать через стопорный клапан 98 назад в баллоны 56. Остаточный СПГ в баллонах 56 вытесняет рабочую жидкость из баллонов 56. Рабочая жидкость возвращается в резервуар 18 по возвратной линии 38. Сепаратор 40 в возвратной линии 38 удаляет СПГ, попавший в рабочую жидкость. Когда по существу вся рабочая жидкость будет удалена из баллонов 56, уровень рабочей жидкости в резервуаре 18 достигнет определнного верхнего уровня, указанного плавающим указателем 46. Передатчик 48 направит сигнал на пульт управления. Ручные отсечные клапаны 82, 90 блока 52 будут открыты, а ручной отсечной клапан 92 блока 52 будет закрыт. Реверсивный клапан 28 потока теперь будет иметь конфигурацию, обеспечивающую поступление потока далее в блок 52. Блок 52 начинает выдачу СПГ таким же образом, как и блок 50. Обратимся к фиг. 4, 5 и 6, на которых показан ещ один вариант осуществления изобретения. Согласно фиг. 4: следящий элемент 114 установлен в камере 60 блока 56. Следящий элемент 114 расположен по существу на межфазной границе 112 между СПГ 62 и рабочей жидкостью 78. Следящий элемент 114 представляет собой плоскую пластину или диск, имеющий центральное отверстие 116, диаметр которого несколько превышает диаметр полой трубки 76. Следящий элемент 114 также имеет внешний край 118, диаметр которого несколько меньше диаметра камеры 60. Следящий элемент 114 имеет тонкий гибкий элемент из пластмассы или каучука, непроницаемый и для рабочей жидкости 78, и для СПГ 62, и-2 006084 содержащий ферромагнитный порошок. Согласно фиг. 6: детектор 120 имеет зонд, который проходит через фитинг 70, и определяет близость следящего элемента 114 и направляет сигнал на пульт управления. В работе блоки 50, 52, 54 сливают по одному. Если первым сливается блок 50, то ручные отсечные клапаны 82, 90 блока 50 открыты, а ручной отсечной клапан 92 блока 50 закрыт. Реверсивный клапан 26 потока имеет конфигурацию, обеспечивающую возможность потока от насоса 22 в блок 50. СПГ 62 вытесняется из камеры 60 рабочей жидкостью 78. С уменьшением количества СПГ 62 в камере 60 межфазная граница придвигается к фитингу 70. Поскольку следящий элемент 114 не контактирует с полой трубкой 76 или с камерой 60, то следящий элемент 114 остатся на межфазной границе 112, перемещаясь в камере 60 с изменением уровня СПГ 62. Когда баллон 56 по существу не имеет СПГ 62, то следящий элемент 114 будет в ближайшей точке к фитингу 70. Детектор 120 определит близость следящего элемента 114 и направит сигнал на пульт управления. Реверсивный клапан 26 потока теперь будет иметь конфигурацию, обеспечивающую поток вспять из патрубка 80 для рабочей жидкости. СПГ в шланге 96 будет протекать через стопорный клапан 98 назад в баллоны 56. Остаточный СПГ в баллонах 56 вытесняет рабочую жидкость из баллонов 56. Рабочая жидкость возвращается в резервуар 18 по возвратной линии 38. Сепаратор 40 на возвратной линии 38 удаляет попавший в рабочую жидкость СПГ. После удаления по существу всей рабочей жидкости из баллонов 56 следящий элемент 114 будет в наибольшем удалении от фитинга 70. Детектор 120 определит местоположение следящего элемента 114 и направит сигнал на пульт управления. Ручные отсечные клапаны 82, 90 блока 52 будут открыты, а ручной отсечной клапан 92 блока 52 будет закрыт. Реверсивный клапан 28 потока теперь будет иметь конфигурацию, обеспечивающую поток в блок 52. Блок 52 начнт выдачу СПГ таким же образом, как и блок 50. Необходимо отметить, что согласно этому альтернативному осуществлению изобретения следящий элемент 114 и детектор 120 выполняют по существу ту же функцию, что и плавающий указатель 46 и передатчик 48. Поэтому плавающий указатель 46 и передатчик 48 в этом альтернативном осуществлении не нужны, хотя могут входить в состав системы, по желанию. Настоящее изобретение имеет несколько преимуществ. Поскольку изобретение использует рабочую жидкость, которая не смешивается со сжатым природным газом, поэтому баллоны можно изготовить без внутренних поршней или других механизмов, чтобы рабочая жидкость и газ были отделены друг от друга. Помимо этого, поскольку внутри баллонов поршень не нужен, канал для рабочей жидкости и канал для газа можно выполнить в одном фитинге, установленном на одном конце баллона. Другой конец баллона может быть закрытым. Изготовление баллона, в котором нет внутреннего поршня и который закрыт на одном конце, значительно дешевле, и, вероятно, он будет более долговечным и с более длительным эксплуатационным ресурсом. Несмотря на то что настоящее изобретение поясняется только на примере его двух осуществлений,специалисту в данной области техники будет очевидно, что оно ими не ограничивается и что в нм возможны различные изменения в рамках объма настоящего изобретения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Система подачи топлива для подачи сжатого природного газа во внешний сосуд высокого давления, содержащая резервуар, имеющий насосную впускную линию и возвратную линию; рабочую жидкость, находящуюся в резервуаре; по меньшей мере одну мкость, имеющую камеру, содержащую сжатый природный газ; канал для газа и канал для рабочей жидкости, каждый из которых находится в связи по текучей среде с газом, хранящимся в камере; шланговую линию, соединнную с каналом для газа для соединения с внешним сосудом высокого давления, и насос, подключнный к насосной впускной линии, для перекачки рабочей жидкости из резервуара в канал для рабочей жидкости и для введения е в физический контакт с газом, хранящимся в камере, чтобы обеспечивать выбранное минимальное давление в канале для газа при поступлении газа из канала для газа через шланговую линию и во внешний сосуд высокого давления; клапан, который обеспечивает для рабочей жидкости возможность протекания назад в резервуар после того, как, по существу, весь газ будет выдан; механизм сепарации для отделения газа, захваченного рабочей жидкостью, возвращающейся в резервуар. 2. Система подачи топлива по п.1, в которой рабочая жидкость является рабочей жидкостью такого типа, которая не смешивается с газом. 3. Система подачи топлива по п.1, в которой механизм сепарации расположен внутри резервуара.-3 006084 4. Система подачи топлива по п.1, в которой механизм сепарации выпускает отделенный газ в верхней части резервуара. 5. Система подачи топлива по п.1, дополнительно содержащая указатель в резервуаре, устанавливающий, когда определенное количество рабочей жидкости откачено из резервуара. 6. Система подачи топлива по п.5, в которой определенное количество является тем же самым, что и вместимость емкости. 7. Система подачи топлива по п.1, также содержащая датчик, который срабатывает, когда, по существу, весь газ удалн из мкости; и клапан, который обеспечивает для рабочей жидкости в камере возможность протекать обратно через канал для рабочей жидкости в резервуар. 8. Система подачи топлива по п.7, в которой датчик содержит указатель уровня, который контролирует уровень рабочей жидкости в резервуаре. 9. Система подачи топлива по п.1, также содержащая следящий элемент, находящийся, по существу, на межфазной границе между рабочей жидкостью и газом и перемещающийся с рабочей жидкостью по мере удаления газа; и детектор, который обнаруживает присутствие следящего элемента, когда тот находится вблизи канала для газа, и указывает, что газ, по существу, закончился. 10. Система подачи топлива по п.9, в которой следящий элемент является тонким гибким диском. 11. Система подачи топлива по п.10, в которой диск содержит ферромагнитный порошок и детектор содержит магнитный датчик, который обнаруживает присутствие порошка. 12. Система подачи топлива для подачи сжатого природного газа во внешний сосуд высокого давления, содержащая резервуар, имеющий насосную впускную линию и возвратную линию; рабочую жидкость, находящуюся в резервуаре; по меньшей мере один баллон, имеющий камеру, содержащую сжатый природный газ; первый конец и второй конец; причм первый конец имеет отверстие, содержащее фитинг, имеющий канал для газа и канал для рабочей жидкости; при этом каждый канал выполнен с возможностью осуществления связи по текучей среде с газом, хранящимся в камере; при этом канал рабочей жидкости содержит трубку, которая проходит в камере от первого конца к точке вблизи второго конца; и при этом второй конец закрыт; шланговую линию, соединнную с каналом для газа, для соединения с внешним сосудом высокого давления; и насос, подключнный к насосной впускной линии, для перекачки рабочей жидкости из резервуара в канал для рабочей жидкости, чтобы обеспечивать выбранное минимальное давление в канале для газа при поступлении газа из канала для газа через шланговую линию и во внешний сосуд высокого давления; датчик, который срабатывает, когда, по существу, весь газ удалн из баллона; и клапан, который обеспечивает для рабочей жидкости в камере возможность протекания из канала для рабочей жидкости через возвратную линию и назад в резервуар. 13. Система подачи топлива по п.12, в которой датчик содержит датчик уровня, который контролирует уровень рабочей жидкости в резервуаре. 14. Система подачи топлива по п.12, также содержащая датчик для определения наличия газа в рабочей жидкости, возвращающейся в резервуар; и механизм сепарации для отделения газа, захваченного рабочей жидкостью, возвращающейся в резервуар. 15. Система подачи топлива по п.12, в которой рабочая жидкость является жидкостью такого типа,которая не смешивается с газом. 16. Система подачи топлива по п.12, также содержащая следящий элемент, находящийся по существу на межфазной границе между рабочей жидкостью и газом в камере и который перемещается с рабочей жидкостью по мере удаления газа; и детектор, который обнаруживает присутствие следящего элемента, когда тот находится вблизи канала для газа, указывая, что газ, по существу, закончился. 17. Система подачи топлива по п.16, в которой следящий элемент является тонким гибким диском. 18. Система подачи топлива по п.17, в которой диск содержит ферромагнитный порошок и детектор содержит магнитный датчик, который обнаруживает наличие порошка. 19. Способ заправки сжатого природного газа во внешний сосуд высокого давления, согласно которому обеспечивают резервуар с рабочей жидкостью и гидравлический насос на заправочной станции; обеспечивают по меньшей мере одну мкость, имеющую камеру, содержащую сжатый природный газ, канал для газа и канал для рабочей жидкости, каждый из которых выполнен с возможностью осуществления связи по текучей среде с газом, хранящимся в камере; соединяют канал для газа со шланговой линией на заправочной станции и соединяют шланговую линию с внешним сосудом высокого давления; соединяют линию от гидравлического насоса с каналом для рабочей жидкости;-4 006084 перекачивают рабочую жидкость гидравлическим насосом из резервуара в канал для рабочей жидкости и вводят е в физический контакт с газом, хранящимся в камере, чтобы обеспечивать выбранное минимальное давление в канале для газа; обеспечивают протекание газа из канала для газа через шланговую линию во внешний сосуд высокого давления; и после того, как газ в камере, по существу, закончится, обеспечивают вытекание рабочей жидкости из камеры через канал для рабочей жидкости и назад в резервуар; отделяют газ, захваченный рабочей жидкостью, возвращающейся в резервуар, при помощи механизма сепарации.