ТЕПЛОВАЯ ЗАЩИТА Российский патент 1995 года по МПК F17C3/02 

Изобретение относится к криогенной технике, точнее к вакуумной низкотемпературной изоляции, и наиболее эффективно может быть использовано в устройствах, обеспечивающих хранение и транспортировку жидкого гелия, водорода, в частности в трубопроводах, криостатах, емкостях, а также в водородной энергетике и авиакосмической технике.

Известна тепловая защита для гелиевых трубопроводов с жестким охлаждаемым экраном, контактирующим с охлаждающей трубкой через теплопроводную пасту с алюминиевой пудрой, нанесенной на поверхность трубки и последующего поджима путем намотки поверх трубки и экрана ленты из фольги, которая в свою очередь может быть поджата обмоткой из металлических полос, накладываемой поверх охлаждающей трубки и теплоотражательного экрана. Недостатком известного устройства является то, что использование жестких экранов ведет к усложнению конструкции, большой трудоемкости в изготовлении, к увеличению габаритов и металлоемкости всей конструкции устройств, а также времени захолаживания. Кроме того, возникают проблемы с соблюдением вакуумной чистоты.

Из известных наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому техническому решению тепловая защита, содержащая суперизоляцию с размещенным внутри охлаждаемым экраном, выполненным в виде теплоотводящего канала, находящегося в тепловом контакте с одним из внутренних теплоотражательных высокотеплопроводных экранов суперизоляции. Недостатком известного устройства является то, что термоконтакт фольги с трубкой носит случайный хаотичный характер и может быть гарантированным при наличии значительных прижимных усилий со стороны слоя суперизоляции, при ее уплотнении, однако это приводит к значительной утрате теплоизляционных качеств суперизоляции и, как следствие, всей тепловой защиты. К тому же возможна существенная утрата термоконтакта в процессе вибраций и в зонах отвисания суперизоляции.

Цель изобретения снижение теплопритоков и повышение надежности.

Для достижения цели в тепловой защите, содержащей суперизоляцию с размещенным внутри охлаждаемым экраном, выполненным в виде теплоотводящего канала, находящегося в тепловом контакте с одним из внутренних теплоотражательных высокотеплопроводных экранов суперизоляции, между суперизоляцией и охлаждаемым экраном введен дополнительный защитный слой, включающий фигурный незамкнутый зажим и сжатую упругую подложку и охватывающий более половины периметра наружной поверхности теплоотводящего канала, причем форма дополнительного защитного слоя повторяет форму поверхности теплоотводящего канала. Дополнительный защитный слой выполнен дискретным. Подложка выполнена многослойной. Зажим выполнен дискретным, а в основаниях подложки установлены жесткие стержни с возможностью упора в края дискретных участков.

На фиг.1 схематично представлен общий вид тепловой защиты; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 элемент тепловой защиты с подложкой и стержнями; на фиг.4 разрез А-А на фиг.3.

Тепловая защита размещена на поверхности 1 криогенного устройства в вакуумной полости 2, образованной поверхностью 1 криогенного устройства и вакуумным кожухом 3 и содержит суперизоляцию 4, охлаждаемый экран, выполненный в виде теплоотводящего канала 5, находящегося в тепловом контакте с одним из внутренних теплоотражательных высокотеплопроводных экранов 6, например из фольги, дополнительный защитный слой, включающий фигурный незамкнутый зажим 7 и сжатую упругую подложку 8, в основаниях подложки установлены жесткие стержни 9.

Устройство работает следующим образом. Теплоотводящая среда, например жидкий азот или пары гелия, пропускается через теплоотводящие каналы 5, чем достигается более низкая температура экрана по сравнению с равновесной температурой суперизоляции 4 в месте установки охлаждаемого экрана. За счет отвода охлаждаемым экраном основной части тепла, проникающего через слой суперизоляции 4 от кожуха 3, температура охлаждаемого экрана, а, соответственно, и суперизоляции 4, прилегающей к нему, снижается, что приводит к уменьшению температурного перепада между экраном и криогенным устройством и, как следствие, к снижению теплопритока. Отвод тепла от слоя фольги происходит за счет теплопроводности вдоль слоя, а на границе фольга-канал через термоконтакт в области зажимов и частично по всей длине канала в точках соприкосновения с фольгой. Максимальный эффект от использования охлаждаемого экрана достигается при стабильной температуре экрана, близкой к температуре теплоотводящей среды. Это достигается использованием для изготовления экранов 6, например, алюминиевой или медной фольги заданной толщины, а также обеспечением эффективного теплоотвода на границе фольга-канал в основном за счет термоконтактов в области зажимов 7. После установки (защелкивания) зажима, сжатый слой подложки осуществляет равномерный поджим фольги по всей площади подложки. При этом, даже при потере пружинистых свойств зажима, упругий слой подложки будет производить постоянный поджим фольги к стенке канала. Кроме того, подложка предохраняет фольгу от повреждений при установке зажимов и термодеформациях при работе.

Использование многослойной подложки 8 обеспечивает равномерный поджим экрана 6 к стенке теплоотводящего канала 5 и создает благоприятные условия для удаления газа из массива подложки 8 в процессе вакуумной откачки полости 2, а установка стержней 9 в основании подложки, дает возможность уменьшить число зажимов 7.

Дополнительный защитный слой выполнен дискретным, так что фольга прижимается к каналам зажимами на отдельных участках, отстоящих друг от друга.

Подложка выполнена многослойной. Использование многослойной подложки обеспечивает более равномерный поджим экрана к стенке теплоотводящего канала за счет меньших продольных деформаций материала подложки, возникающих при установке зажимов и при термодеформациях, это обеспечивается возможностью смещения относительно друг друга соседних слоев подложки 8 и создает благоприятные условия для удаления остаточных газов из массива подложки 8 в процессе вакуумной откачки полости 2.

Зажимы могут быть установлены не по всей длине трубки, а дискретно, что уменьшает металлоемкость конструкции, позволяет устанавливать зажимы на изогнутых каналах и облегчает обезгаживание полостей под зажимом за счет сокращения их объемов и длины каналов их эвакуации. Некоторая потеря эффективности термоконтакта может быть восстановлена за счет установки жестких стержней в основании подложки таким образом, что в них упираются края дискретных зажимов 7, в результате чего обеспечивается натяг подложки, а одновременно и сжатие подложки по всей длине канала.

Изобретение позволяет существенно повысить эффективность тепловой защиты в устройствах для хранения и транспортировки жидкого гелия и водорода в криостатах, емкостях, трубопроводах и других устройствах, путем повышения интенсивности теплоотвода от экранов выполненных из фольги. Таким образом, сравнение предложенного и известных решений отвечают критериям новизны, изобретательского уровня и промышленной применимости.

Сущность изобретения: между суперизоляцией и охлаждаемым экраном, выполненным в виде теплоотводящего канала, находящегося в тепловом контакте с одним из внутренних теплоотражательных высокотеплопроводных экранов суперизоляции, введен дополнительный защитный слой, включающий фигурный незамкнутый зажим и сжатую упругую подложку и охватывающий более половины периметра наружной поверхности теплоотводящего канала. 3 з. п. ф-лы, 4 ил.

1. ТЕПЛОВАЯ ЗАЩИТА преимущественно теплообменных устройств, предназначенных для хранения и транспортировки криогенных жидкостей, содержащая суперизоляцию в виде размещенного в вакуумном пространстве слоя из чередующихся пар теплоотражательных экранов и прокладок с размещенным внутри охлаждаемым экраном, выполненным в виде теплоотводящего канала, находящегося в тепловом контакте с одним из внутренних теплоотражательных высокотеплопроводных экранов суперизоляций, отличающаяся тем, что между суперизоляцией и охлаждаемым экраном введен дополнительный защитный слой, включающий фигурный незамкнутый зажим и сжатую упругую подложку и охватывающий более половины периметра наружной поверхности теплоотводящего канала, причем форма дополнительного защитного слоя повторяет форму поверхности теплоотводящего канала. 2. Защита по п.1, отличающаяся тем, что дополнительный защитный слой выполнен дискретным. 3. Защита по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что подложка выполнена многослойной. 4. Защита по пп.1 и 3, отличающаяся тем, что зажим выполнен дискретным, а в основаниях подложки установлены жесткие стержни с возможностью упора в края дискретных участков зажима.