РЕЗЕРВУАР ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ И ХРАНЕНИЯ ЖИДКОСТИ Российский патент 1995 года по МПК F17C3/00 

Изобретение относится к криогенной технике и может быть использовано для охлаждения и хранения жидких продуктов, ядовитых и сильнодействующих ядовитых жидких веществ, а также криогенных жидкостей.

Известен сосуд для криогенной жидкости [1] содержащий внешний и внутренний резервуары, разделенные слоем теплоизоляции и помещенные во внутренний резервуар металлизированные поплавки, препятствующие испарению криогенной жидкости. Причем поплавки снабжены постоянными магнитами.

Недостатками известного устройства невысокая экономичность и узкая область применения (только криогенные жидкости).

В известном устройстве [2] для хранения жидкости резервуар содержит кожух и внутренний сосуд, разделенные слоем теплоизоляции, и помещенное во внутренний сосуд средство для устранения стратификации криогенной жидкости, выполненное в виде размещенного на поверхности жидкости металлизированного теплоизоляционного диска.

Несколько повышая экономичность, это устройство имеет узкую область применения.

Предлагаемый резервуар содержит теплоизолированный сосуд с размещенной на поверхности жидкости теплоизоляционной крышкой. Крышка снабжена поплавком, расположенным под крышкой и имеющим форму замкнутой фигуры. Полость под крышкой сообщена подвижным (гибким гофрированным) трубопроводом через управляющий клапан с емкостью с криогенной жидкостью. Поплавок может быть выполнен в виде замкнутой фигуры, размещенный по периферии крышки. Поплавок может быть выполнен в виде полой камеры, покрывающей поверхность жидкости.

Цель изобретения повышение экономичности путем снижения энергозатрат, расширение области применения, например охлаждение и хранение ядовитых и сильнодействующих ядовитых жидких веществ.

Предлагаемый резервуар (Р) отличается от прототипа тем, что теплоизоляционная крышка снабжена поплавком, расположенным под крышкой и имеющим форму замкнутой фигуры, а полость под крышкой сообщена подвижным трубопроводом через управляющий клапан с криогенной жидкостью.

В предпочтительном варианте поплавок выполнен в виде замкнутой фигуры, размещенной по периферии крышки. Использование такого поплавка, во-первых, позволяет ограничить рабочее пространство, как бы используя для каждого объема охлаждаемой жидкости свой оптимальный Р, т.е. производится работа только в той части Р, где находится жидкость. При таком охлаждении жидкости необходимо хладагента значительно меньше, чем при использовании всего внутреннего объема Р. Во-вторых, при пробулькивании газовой фазы из полости под крышкой в верхнюю часть сосуда через жидкость более эффективно идет теплоотдача от жидкости к хладагенту, чем при обычном конвективном теплообмене.

В частном случае исполнения устройства поплавок может быть выполнен в виде полой камеры, покрывающей поверхность жидкости, что расширяет область применения, т.к. возможно охлаждение и хранение жидкости, которая реагирует с используемым хладагентом, не допускает смешивания или является ядовитой.

На фиг.1 показана принципиальная схема резервуара для охлаждения и хранения жидкости, в котором поплавок выполнен открытым снизу (между крышкой и зеркалом жидкости имеется полость, заполняемая парами жидкого хладагента); на фиг.2 то же, с поплавком, выполненным в виде полой камеры; на фиг.3 дренажное средство с предохранительным клапаном и входной частью с горизонтальными каналами.

Резервуар для охлаждения и хранения жидкости состоит из сосуда 1 для жидкости, покрытого слоем 2 теплоизоляции. В верхней части сосуда установлен патрубок 3, к которому присоединен гибкий трубопровод 4, сообщающий патрубок 3 с патрубком 5, прикрепленным к теплоизолированной крышке 6. Емкость 7 с жидким хладагентом сообщена с патрубком 3, а патрубок 5 с полостью 8 под теплоизоляционной крышкой 6. Трубопроводы имеют исполнительные механизмы: для подачи жидкого хладагента электромагнитный клапан 9, для подачи паров жидкого хладагента электромагнитный клапан 10. Давление хладагента, превышающее норму, сбрасывают через электромагнитный клапан 11. В верхней части сосуда 1 установлено дренажное средство 12 с предохранительным клапаном 13 и входной частью 14 с горизонтальными каналами. На поплавке 15, расположенном под крышкой 6 и имеющим форму замкнутой фигуры, установлены датчик 16 температуры газовой среды и датчик 17 температуры жидкости. Блок 18 управления электрически связан с клапанами 9, 10, 11, 13, датчиками температуры 16, 17 и датчиками давления 19 и 20, установленными соответственно в емкости 7 с жидким хладагентом и сосуде 1 с жидкостью. Сосуд 1 может иметь в нижней части патрубок с последовательно соединенным вентилем для заправки его жидкостью (не показано).

Поплавок 15 может быть выполнен в виде полой камеры, покрывающей поверхность жидкости. В этом случае Р дополнительно оснащается устройством для отвода паров хладагента из полости поплавка, состоящем из патрубков 21 и 22, соединенных гибким трубопроводом 23. Во внутренней полости поплавка может быть установлен датчик 24 давления.

На выходе патрубка 22 установлен электрически связанный с блоком 18 управления электромагнитный клапан 25.

Р. для охлаждения и хранения ядовитых и сильнодействующих веществ может иметь адсорбционный патрон (не показан), который подключается к выходу предохранительного клапана 13, подсоединенному к дренажному устройству 12, имеющему входную часть 14 с горизонтальными каналами.

Устройство работает следующим образом.

Охлаждаемую жидкость (скоропортящиеся жидкие продукты соки, молоко и др. ) заправляют в сосуд 1 через вентиль с патрубком в нижней части сосуда (не показано). На пульте 18 управления устанавливают время выдачи дозы хладагента в зависимости от количества заправленной жидкости, предельное значение температуры газовой подушки, контролируемую температуру жидкости у ее поверхности, период времени, через который выдается повторная доза хладагента. Допустим, предельная температура газовой подушки составляет 0^оС, контролируемая температура жидкости +5^оС, время выдачи одной дозы хладагента 5 с, период времени между выдачами дозы хладагента 5 мин. Расход хладагента определяется дроссельной шайбой и давлением в емкости 7. Поплавок 15 с закрепленной на нем крышкой 6 покоится на поверхности жидкости. Гибкий трубопровод 4 позволяет отслеживать уровень жидкости в сосуде 1. После заправки сосуда жидкостью датчики температур 16 и 17, размещенные под крышкой 6 в полости 8 и на поплавке 15 производят замер температур газовой среды (датчик 16) и жидкости (датчик 17). Блок 18 управления, получив сигнал о температуре газовой подушки, имеющей значение выше предельно допустимой (0^оС) и температуры жидкости выше контролируемой (+5^оС), включает подачу хладагента с помощью электромагнитного клапана 9. За 5 с (время выдачи дозы хладагента) через патрубок 3 гибкий трубопровод 4, патрубок 5 в полость 8 натекает порция хладагента, который испаряется в полости 8 и частично в патрубках 3, 5 и трубопроводе 4. Пары хладагента растекаются по поверхности жидкости и за счет стратификации удерживаются некоторое время у ее поверхности. В процессе теплопередачи и конвективного теплообмена газовая подушка нагревается от теплой жидкости и увеличивается в объеме. Газовая фаза вытекает из под поплавка 15, между стенками сосуда 1 и поплавка в полость над крышкой 6. При постоянно открытом клапане 13 прогретая газовая фаза, собирающаяся в верхней части сосуда, отводится через дренажное устройство 12 с горизонтальными каналами 14. Горизонтальное положение каналов позволяет отводить послойно самую теплую часть газовой подушки, находящейся над крышкой 6, и которую затем можно использовать для наружного регенеративного охлаждения сосуда 1. Если сосуд позволяет работать под повышенным давлением, то клапан 13 открывается при достижении заданного предельно допустимого рабочего давления, измеряемого датчиком 20 давления и закрывается при падении давления до минимального рабочего.

Через 5 мин, если температура газовой подушки у поверхности жидкости выше +5^оС, цикл выдачи дозы хладагента повторяется. Так продолжается до тех пор, пока температура жидкости не достигнет контролируемого значения +5^оС. Некоторые циклы выдачи хладагента могут пропускаться, если температура газовой подушки у поверхности жидкости к моменту выдачи дозы хладагента ниже 0^оС. При превышении установленного уровня давления в емкости 7, датчик 19 даст сигнал в блок 18 управления, и в зависимости от температуры газовой подушки у поверхности жидкости и температуры самой жидкости блок управления включает дренажные клапаны 11 или 9. При включении клапана 11 пары хладагента отводятся в атмосферу или регенеративную систему охлаждения сосуда 1, а при включении клапана 9 эти пары поступают в полость 8 и растекаются у поверхности жидкости.

Для охлаждения и хранения жидкости, которая реагирует с используемым хладогентом, не допускает смешивания или является ядовитой, используют Р, приведенный на фиг.2. В частности, можно охладить и хранить кислород жидкий технический (Т_кип -182,9^оС, сорт высший, получаемый с базы хранения) при помощи используемого в качестве хладагента азот жидкий технический (Т_кип. -195,6^оС, сорт 2). Испаряя дешевый хладагент, сохраняют более ценную криогенную жидкость (в нашем случае кислород).

Рассмотрим работу Р. при охлаждении и хранении сильнодействующего ядовитого вещества, в частности хлора (по классификации СДЯВ: 3 группа, подгруппа Б жидкие летучие вещества). Хлор в жидком состоянии при температуре ниже минус 34^оС заправляют в сосуд 1 через вентиль с патрубком в нижней части сосуда (не показано). На пульте 18 управления устанавливают время выдачи дозы хладагента, предельное значение температуры газовой подушки, контролируемую температуру жидкости у ее поверхности, период времени, через который выдается повторная доза хладагента. При охлаждении хлора жидкий хладагент через клапан 9, по гибкому трубопроводу 4 поступает в полость поплавка 15, выполненную в виде полой камеры, покрывающей поверхность жидкости, где испаряется, отдает запас холода жидкости при теплопередаче через дно поплавка (нижнее металлическое основание полой камеры) и конвективным теплопереносом всем слоям жидкости (охлажденный слой через всю толщу жидкости опускается на дно). Подогретый хладагент из полости поплавка 15 через патрубок 21, гибкий трубопровод 23, патрубок 22 и клапан 25 сбрасывается в атмосферу или регенеративную систему охлаждения резервуара. Порции хладагента выдаются до тех пор, пока температура хлора не достигнет контролируемого значения. Полый поплавок 15 накрывает практически всю поверхность испарения жидкости, а поддерживаемая низкая температура внутри Р. позволяет ядовитые вещества хранить относительно при безопасных низких давлениях. Если поплавок 15 позволяет работать при повышенном давлении, то по достижении предельного давления датчик 24 выдает сигнал в систему 18 управления, которая включает клапан 25, и испарившийся хладагент сбрасывается в атмосферу. После падения давления в поплавке до минимального рабочего клапан 25 закрывается.

Температура в поплавке за счет расширения газа падает. В режиме хранения могут возникнуть ситуации, когда давление паров ядовитого вещества превысит допустимое значение и по сигналу датчика 20 давления система управления включит клапан 13. В этом случае пары ядовитого вещества сбрасываются через адсорбционный патрон (не показано). Если хранится смесь ядовитых веществ и трудно определить температуру хранения, при которой давление паров было бы несколько ниже давления окружающей среды, то контроль можно вести по давлению внутри емкости, измеряемому датчиком 20.

Использование: для охлаждения и хранения скоропортящихся жидких продуктов, ядовитых и сильнодействующих ядовитых веществ, а также криогенных жидкостей. Криогенный резервуар содержит теплоизолированный сосуд с размещенной на поверхности жидкости теплоизоляционной крышкой, которая установлена на поплавке, имеющем форму замкнутой фигуры. Полость под крышкой сообщена подвижным трубопроводом через управляющий клапан с емкостью с криогенной жидкостью. Поплавок может быть выполнен в виде полой камеры, покрывающей поверхность жидкости. 2 з. п. ф-лы, 3 ил.

1. РЕЗЕРВУАР ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ И ХРАНЕНИЯ ЖИДКОСТИ, содержащий теплоизолированный сосуд с размещенной на поверхности жидкости теплоизоляционной крышкой, отличающийся тем, что крышка снабжена поплавком, расположенным под крышкой и имеющим форму замкнутой фигуры, а полость под крышкой сообщена подвижным трубопроводом через управляющий клапан с емкостью с криогенной жидкостью. 2. Резервуар по п. 1, отличающийся тем, что поплавок выполнен в виде замкнутой фигуры, размещенной по периферии крышки. 3. Резервуар по пп.1 и 2, отличающийся тем, что поплавок выполнен в виде полой камеры, покрывающей поверхность жидкости.