ХРАНИЛИЩЕ ДЛЯ СЖИЖЕННЫХ ГАЗОВ Российский патент 1997 года по МПК F17C3/00 

Изобретение относится к криогенной технике, а точнее к устройствам для длительного хранения сжиженных газов.

Известны хранилища сжиженных газов, содержащие теплоизолированную емкость, частично заполненную сжиженным газом с паровой подушкой над ним и размещенные внутри емкости устройства, увеличивающие время бездренажного хранения газа (см. например, а.с. СССР N N 1254238, 1502894 и др.).

Данные устройства не обеспечивают достаточно длительного бездренажного хранения газа.

Наиболее близким по своей технической сущности к предлагаемому изобретению является хранилище для сжиженных газов, содержащее теплоизолированную емкость, частично заполненную сжиженным газом с паровой подушкой над ним и размещенный в ней теплопроводящий стержень, боковая поверхность которого снабжена тепловой изоляцией, один конец стержня находится в тепловом контакте с паровой подушкой, а другой конец с донной частью жидкости (см. а.с. СССР N 844909 кл. F 17 C 3/00 1976 г.).

Это устройство выбрано в качестве прототипа.

Недостатком прототипа является малое время бездренажного хранения криогенной жидкости.

Целью настоящего изобретения является устранение отмеченного недостатка в разработанной конструкции хранилища для сжиженных газов.

Указанная цель достигается тем, что в хранилище для сжиженных газов, содержащем теплоизолированную емкость, частично заполненную сжиженным газом с паровой подушкой над ним и размещенный в жидкости теплопроводящий стержень, боковая поверхность которого снабжена тепловой изоляцией, один конец стержня находится в тепловом контакте с паровой подушкой, а другой конец с донной частью жидкости, согласно изобретению стержень выполнен в виде полого тора, в центральной части которого размещен содержащий подпружиненные клапана поршень, шарнирно связанный с плечом коромысла, установленного с возможностью вращения на неподвижной опоре, размещенной на внутренней поверхности емкости, второе плечо коромысла прижато к наружной поверхности элемента, выполненного из металла с памятью формы и жестко закрепленного на внутренней поверхности емкости.

Указанная цель достигается также тем, что элемент, выполненный из металла с памятью формы, содержит внутреннюю полость, в которой размещен электрический нагреватель, подключенный через прерыватель к источнику тока.

Указанная цель достигается также тем, что в верхней части полого тора размещены ребра, выполненные из теплопроводящего материала.

Указанная цель достигается также тем, что верхнее проходное сечение центральной части полого тора выполнено меньшим, чем нижнее проходное сечение.

Выполнение стержня в виде полого тора, в центральной части которого размещен поршень и содержащий подпружиненные клапана, шарнирно связанный с плечом коромысла, установленного с возможностью вращения на неподвижной опоре, размещенной на внутренней поверхности емкости, второе плечо коромысла прижато к наружной поверхности элемента, выполненного из металла с памятью формы и жестко закрепленного на внутренней поверхности емкости; выполнение элемента с памятью формы с внутренней полостью, в которой размещен электрический нагреватель, подключенный через прерыватель к источнику тока; размещение в верхней части полого тора ребер, выполненных из теплопроводящего материала; выполнение верхнего проходного сечения центральной части полого тора меньшим, чем нижнее проходное сечение эти признаки определяют новизну заявляемого хранилища.

В дальнейшем изобретение поясняется примерами его конкретного выполнения со ссылками на прилагаемые рисунки.

Хранилище для сжиженных газов (см. фиг.1) содержит теплоизолированную емкость 1, частично заполненную криогенной жидкостью 2 с паровой подушкой 3 над ней, размещенный внутри емкости 1 полый тор 4, обладающий положительной плавучестью, верхняя часть тора выступает над поверхностью жидкости 2, а нижняя часть тора 4 погружена в жидкость 2. Боковые поверхности тора 4 покрыты изоляцией (на фиг. 1 не показана). Внутри тора 4 имеется герметичная полость 5, которая может быть или вакуумирована, или же заполнена газом (например, гелием), температура сжижения которого ниже температуры сжижения хранимого в емкости 1 сжиженного газа 2. В центральной части тора 4 размещен поршень 6, содержащий подпружиненные клапана 7 (или один клапан). Поршень 6 с помощью тяги 8 шарнирно связан с плечом коромысла 9, установленного с возможностью вращения на неподвижной опоре 10, закрепленной на внутренней поверхности емкости 1. Второе плечо коромысла 11 прижато к наружной поверхности элемента 12, выполненного из металла с памятью формы и жестко закрепленного на внутренней поверхности емкости 1.

Элемент 12 выполнен полым и во внутренней полости размещен электрический нагреватель 13, подсоединенный через переключатель к источнику электрического тока (на фиг.1 не показаны). На верхней части тора 4 размещены ребра 14, выполненные из теплопроводящего материала, например, из меди.

Хранилище для сжиженных газов может содержать также (см. фиг.2) полый тор 4, выполненный таким образом, что верхнее проходное сечение 15 центральной части полого тора выполнено меньшим, чем нижнее проходное сечение.

Увеличение времени бездренажного хранения криогенной жидкости в заявляемом хранилище осуществляется следующим образом.

Поскольку полый тор 4 обладает небольшой положительной плавучестью, его верхняя часть незначительно выступает над поверхностью жидкости 2, а нижняя часть погружена в криогенную жидкость. Требуемая положительная плавучесть достигается соответствующим выбором геометрических размеров тора 4. За счет высокой теплопроводности материала тора 4, боковые поверхности которого теплоизолированы, происходит теплообмен между паровой подушкой (в которой температура выше) 3 и криогенной жидкостью 2. Это способствует снижению давления паров в хранилище и приводит к частичной конденсации паров. При отборе криогенной жидкости из емкости потребителю уровень жидкости в емкости 1 понижается, но при этом опускается и полый тор 4, сохраняя свою ориентацию относительно поверхности жидкости. При интенсивном росте давления пара в верхней части емкости (при увеличении теплопритока через изоляцию) растет и температура пара. Как только температура пара достигает вполне определенного значения, установленный на внутренней поверхности емкости 1 элемент 12, выполненный из металла с памятью формы, вспоминает свою форму и увеличивается в размере в направлении перпендикулярном поверхности емкости. Так как к наружной поверхности элемента 12 прижато плечо коромысла 11, то при увеличении элемента 12 в размере плечо 11 поворачивается, следовательно поворачивается на опоре 10 и плечо коромысла 9. При этом в вертикальном направлении перемещается тяга 8, заставляя переместиться вверх и поршень 6, размещенные на котором клапана 7 при этом закрыты. При движении поршня 6 вверх внутри центральной части полого тора 4 часть криогенной жидкости выбрасывается в паровой объем 3. Так как температура жидкости меньше, чем температура пара в объеме 3, то происходит частичная конденсация пара, что приводит к снижению давления и температуры в емкости. Как только температура пара станет меньше температуры перехода металла, из которого выполнен элемент 12, из одной геометрической формы в другую, элемент 12 уменьшится в размере и под воздействием веса поршня 6 коромысла повернется на опоре 10, поршень опустится в нижнюю часть емкости, при этом находясь внутри центральной части тора 4. При движении поршня вниз клапана 7 приоткрываются и поэтому уровень жидкости в емкости и в центральной части тора 4 становится опять одинаковым.

Увеличение времени бездренажного хранения криогенной жидкости может осуществляться также следующим образом. При выполнении элемента 12 полым и размещении во внутренней полости электрического нагревателя 13 этот нагреватель подключается к источнику электрического тока тогда, когда давление в емкости 1 стало выше определенной величины. При нагреве элемента 12 до определенной температуры он "вспоминает" свою форму, увеличивается в размере и перемещает плечи коромысла 11 и 9, заставляя тем самым переместиться поршень 6 и выбросить часть жидкости в паровой объем. При отключении нагревателя 13 от источника тока температура элемента 12 понижается и он переходит в другую геометрическую форму, при этом опять поворачивается коромысло и поршень опускается в нижнюю часть емкости.

Увеличение времени бездренажного хранения достигается также следующим образом. Размещенные на верхней части тора 4 ребра 14, выполненные из теплопроводящего материала, способствует отводу теплоты от пара 3 к более холодной жидкости 2, что приводит к более интенсивной конденсации паров и к снижению давления пара.

Увеличение времени бездренажного хранения достигается также следующим образом. При выполнении полого тора таким образом, что его проходное сечение в центральной верхней части 15 меньше, чем в нижней части, при движении поршня 6 вверх (механизм привода вышеописан) скорость выбрасываемой в паровой объем криогенной жидкости увеличивается, поэтому увеличивается и высота струи выбрасываемой жидкости, что интенсифицирует теплообмен и приводит к усилению конденсации пара и к интенсификации снижения давления пара.

Использование металлов с памятью формы известно в технике. При достижении некоторой вполне определенной температуры элемент из металла с памятью формы принимает определенную, наперед заданную геометрическую форму. При уменьшении температуры элемента ниже определенной величины геометрическая форма элемента возвращается к первоначальной. Процесс изменения геометрической формы обладает малой инерционностью, высокой чувствительностью к изменению температуры и большим рабочим усилием. Элемента из металлов с памятью формы выдерживают несколько миллионов рабочих циклов без видимых отклонений от заданных геометрических параметров. Температура, при которой происходит восстановление формы элемента, зависит от свойств металла с памятью, а точнее от состава компонентов, входящих в сплав. Например, нержавеющая сталь обладает память формы при очень низких температурах.

По сравнению с прототипом увеличивается время бездренажного хранения газа.

Сущность изобретения: хранилище для сжиженных газов содержит теплоизолированную емкость, частично заполненную сжиженным газом с паровой подушкой над ним, размещенный внутри емкости полый тор. Верхняя часть тора размещена в паровой подушке, а нижняя - в донной части жидкости. В центральной части тора размещен поршень, содержащий подпружиненные клапана. Поршень с помощью тяги шарнирно связан с плечом коромысла, установленном с возможностью вращения на неподвижной опоре, закрепленной на внутренней поверхности емкости. Второе плечо коромысла прижато к наружной поверхности элемента, выполненного из металла с памятью формы и жестко закрепленного на внутренней поверхности емкости. Элемент выполнен полым и во внутренней полости размещен электрический нагреватель. На верхней части тора размещены ребра, выполненные из теплопроводного материала. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Хранилище для сжиженных газов, содержащее теплоизолированную емкость, частично заполненную сжиженным газом с паровой подушкой над ним и размещенный в ней теплопроводящий стержень, боковая поверхность которого снабжена тепловой изоляцией, один конец стержня находится в тепловом контакте с паровой подушкой, а другой с донной частью жидкости, отличающееся тем, что стержень выполнен в виде полого тора, в центральной части которого размещен содержащий подпружиненные клапаны поршень, шарнирно связанный с плечом коромысла, установленного с возможностью вращения на неподвижной опоре, размещенной на внутренней поверхности емкости, второе плечо коромысла прижато к наружной поверхности элемента, выполненного из металла с памятью формы и жестко закрепленного на внутренней поверхности емкости. 2. Хранилище по п. 1, отличающееся тем, что элемент, выполненный из металла с памятью формы, содержит внутреннюю полость, в которой размещен электрический нагреватель, подключенный через прерыватель к источнику тока. 3. Хранилище по пп.1 и 2, отличающееся тем, что в верхней части полого тора размещены ребра, выполненные из теплопроводящего материала. 4. Хранилище по пп. 1 3, отличающееся тем, что верхнее проходное сечение центральной части полого тора выполнено меньшим, чем нижнее проходное сечение.