КРИОГЕННЫЙ РЕЗЕРВУАР И СПОСОБ АКТИВАЦИИ ХИМИЧЕСКОГО ПОГЛОТИТЕЛЯ ПЕРЕД РАЗМЕЩЕНИЕМ ЕГО В ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННОЙ ПОЛОСТИ КРИОГЕННОГО РЕЗЕРВУАРА Российский патент 1997 года по МПК F17C3/00 F17C13/00 

Изобретение относится к криогенной технике, а именно, к конструкциям резервуаров для хранения криогенных жидкостей, преимущественно кислорода и азота, и способам удаления водорода из вакуумной полости резервуара.

Известен криогенный резервуар, содержащий кожух, размещенный в нем с образованием теплоизоляционной полости, теплоизолированный внутренний сосуд, закрепленный на кожухе патрубок с фильтром, обращенным в теплоизоляционную полость, расположенный в патрубке химический поглотитель водорода и съемный внешний нагреватель, и способ удаления водорода из вакуумной полости криогенного резервуара путем химической реакции водорода, выделяемого внутренними стенками резервуара, с поглотителем на основе окислов с интерметаллическим диспергированным катализатором, при этом поглотитель перед эксплуатацией резервуара активируют путем нагрева его до температуры 200^oC [1]
Недостатком данного устройства и способа является низкая эффективность, обусловленная удаленностью химического поглотителя от областей выделения водорода и миграции его в многослойной теплоизоляции внутреннего сосуда.

Известен криогенный резервуар [2] содержащий кожух, размещенный в нем с образованием теплоизоляционной полости теплоизолированный внутренний сосуд, закрепленный на кожухе патрубок с фильтром, обращенным в теплоизоляционную полость, расположенный в патрубке химический поглотитель водорода и съемный внешний нагреватель, причем патрубок закреплен снаружи кожуха, фильтр выполнен в виде стакана из пористого высокотеплопроводного газопроницаемого материала, который размещен коаксиально в патрубке с образованием кольцевого зазора для размещения химического поглотителя, а между патрубком и внутренним сосудом перпендикулярно оси патрубка установлен экран, размещенный в теплоизоляционной полости и закрепленный в кожухе, и способ удаления водорода из вакуумной полости криогенного резервуара путем химической реакции водорода, выделяемого внутренними стенками резервуара, с поглотителем на основе окислов металлов и интерметаллическим диспергированным катализатором, при этом поглотитель перед эксплуатацией резервуара активируют путем нагрева в вакууме.

Недостатком данного устройства и способа является низкая эффективность, обусловленная удаленностью химического поглотителя от областей выделения и миграции водорода.

Известен криогенный сосуд с вакуумной теплоизоляцией, содержащий внутренний сосуд, кожух, теплоизоляционный материал и поглотитель, помещенный в пакет. При этом пакет выполнен из металлической фольги или полимерной пленки и снабжен сетчатым чехлом, установленным в нем [3]
Недостатком является невозможность повторного использования поглотителя после разгерметизации и пакета после обработки поглотителя.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является криогенный сосуд, содержащий внутренний сосуд, теплоизоляционный материал и разрушающийся пакет (бьющуюся капсулу) с активным геттером, который находится в вакууме. Пакет расположен в деформируемой камере, которая сообщается с изоляционным пространством [4] В этом сосуде капсула с поглотителем (геттером) размещается в отростке на кожухе сосуда и разбивается механически.

Недостатком такого сосуда является невозможность повторного использования капсулы и поглотителя после разгерметизации сосуда.

Цель изобретения улучшение эксплуатационных характеристик и повышение надежности, а также повышение эффективности удаления водорода из многослойной теплоизоляции внутреннего сосуда и обеспечение условий активации химического поглотителя и его хранения перед использованием.

Цель достигается тем, что в криогенном резервуаре, содержащем кожух, размещенный в нем с образованием теплоизоляционной полости теплоизолированный внутренний сосуд, и патрон, снабженный пористым газопроницаемым фильтром и химическим поглотителем водорода, согласно изобретению, патрон выполнен в виде цилиндрического корпуса с поперечной перегородкой, имеющей центральное отверстие и разделяющей корпус на две полости, одна из которых сообщена с теплоизоляционной полостью резервуара и снабжена герметичным газозаполненным сильфоном с торцевыми крышкой и днищем, причем на торцевой крышке сильфона размещен шток с уплотняющей тарелью, расположенной во второй полости корпуса соосно центральному отверстию и контактирующей с кромками последнего, а в торцовом днище сильфона выполнено резьбовое отверстие с расположенной в нем резьбовой пробкой, и пористый фильтр и химический поглотитель размещены во второй полости корпуса. При этом площадь поперечного сечения сильфона превышает площадь тарели, причем торцовая крышка сильфона снабжена ограничителем перемещения сильфона. Кроме того, поперечная перегородка со стороны сильфона снабжена ограничителем перемещения сильфона, при этом патрон размещен на кожухе, кроме этого, патрон размещен между слоями теплоизоляции и в способе активации химического поглотителя перед его размещением в теплоизоляционной полости криогенного резервуара, согласно изобретению перед использованием удаляют резьбовую пробку из резьбового отверстия торцового днища сильфона и вместо нее вворачивают технологический резьбовой винт до контакта ограничителей торцовой крышки сильфона с поперечной перегородкой, размещают патрон в вакуумной печи, после окончания активации химического поглотителя патрон размещают в среде инертного газа, например, азота, удаляют технологический резьбовой винт из резьбового отверстия торцовой крышки и вместо него вворачивают резьбовую пробку.

Сопоставительный анализ предлагаемого прототипа показывает следующее:
во-первых, предложенная конструкция патрона позволяет обеспечить надежную отсечку объема с поглотителем от теплоизоляционной полости во время ее разгерметизации, что способствует сохранению откачных свойств геттера;
во-вторых, размещение патронов между слоями теплоизоляции криогенного резервуара обеспечивает повышение эффективности удаления водорода из многослойной теплоизоляции внутреннего сосуда;
в-третьих, предлагаемый способ активации химического поглотителя перед размещением его в теплоизоляционной полости криогенного резервуара обеспечивает условия активации геттера и последующего его хранения перед использованием. Причем наличие инертного газа в патроне позволяет обеспечить длительное хранение химического поглотителя после активации без изменения его откачных свойств.

Таким образом, предлагаемый криогенный резервуар и способ активации химического поглотителя перед размещением его в теплоизоляционной полости криогенного резервуара соответствует критерию "новизна".

При анализе известных технических решений не обнаружены признаки, сходные с признаками отличительной части формулы изобретения. На основе проведенного анализа можно сделать вывод, что предлагаемое изобретение соответствует критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 представлен криогенный резервуар, реализующий предлагаемые технические решения, в которых химический поглотитель водорода размещен в теплоизоляционной полости криогенного резервуара между слоями вакуумной изоляции в патронах 1.

Химический поглотитель 2 (фиг. 2) размещен в пространстве между газопроницаемым фильтром 3 и корпусом 4 патрона 1. Патрон 1 выполнен в виде цилиндрического корпуса 4 с поперечной перегородкой 5, имеющей центральное отверстие 6 и разделяющей корпус на две полости, одна из которых сообщена с теплоизоляционной полостью резервуара и снабжена герметичным газозаполненным сильфоном 7 с торцовыми крышкой 8 и днищем 9. Днище 9 жестко закреплено на крышке 10, в которой выполнены сквозные отверстия 11. На торцовой крышке 8 сильфона 7 размещен шток 12 с уплотняющей тарелью 13, расположенной во второй полости корпуса соосно центральному отверстию 6 и контактирующей с кромками последнего. В торцовом днище 9 сильфона 7 выполнено резьбовое отверстие 14 с расположенной в нем резьбовой пробкой 15. Пористый фильтр 3 и химический поглотитель2 размещены во второй полости корпуса. Площадь поперечного сечения сильфона 7 превышает площадь уплотняющей тарели 13. Торцовая крышка 8 сильфона 7, либо поперечная перегородка 5 со стороны сильфона 7 снабжены ограничителем 16 перемещения сильфона 7.

После размещения патронов 1 в слоистой теплоизоляции криогенного резервуара и создания вакуума в ней, в полости патрона, где размещен сильфон, также создан вакуум. При этом газозаполненный сильфон 7 под действием давления газа стремится расшириться. Причем за счет того, что площадь торца сильфона 7 превышает площадь тарели 13 произойдет перемещение тарели в сторону открытия отверстия перегородки 5. Инертный газ из полости с химическим поглотителем удаляется в теплоизоляционную полость резервуара и в ней также создается вакуум из-за разности в объемах. Остаточный водород из теплоизоляционной полости через отверстия 11 в крышке 10 направляется в патрон 1, проходит через центральное отверстие перегородки 5, через пористый фильтр 3 и в результате химической реакции с поглотителем 2 откачивается им.

Пример выполнения способа. Перед размещением патронов в слоистой теплоизоляции проводят активацию химического поглотителя в вакуумной печи. Для этого удаляют резьбовую пробку 15 из резьбового отверстия торцового днища 9 сильфона 7 и вместо нее вворачивают технологический резьбовой винт 17 до контакта ограничителей 16 перемещения сильфона 7 торцовой крышки 8 сильфона 7 с поперечной перегородкой 5. После этого размещают патрон в вакуумной печи и проводят процесс активации химического поглотителя. После проведения собственно активации химического поглотителя в вакуумную печь подают инертный газ, например, азот. Далее, после остывания патронов, с помощью специального приспособления (манипуляторный гермоввод) выворачивают резьбовой винт 17, вворачивают в резьбовое отверстие торцового днища 9 сильфона 7 резьбовую пробку 15. Извлекают патроны из вакуумной печи. Такой вариант исполнения позволяет обеспечить автоматическую отсечку химического поглотителя от теплоизоляционной полости при возрастании давления в ней и тем самым предохранить вещество от потери им физико-химических свойств. Кроме того, обеспечивается необходимая технологичность при активации химического поглотителя и многоразовое использование патронов после замены отработанного химического поглотителя.

Таким образом, предлагаемая конструкция криогенного резервуара и предложенный способ активации химического поглотителя перед размещением его в теплоизоляционной полости криогенного резервуара обеспечивают создание более глубокого вакуума в теплоизоляционной полости резервуара, что улучшает ее теплоизоляционные свойства. Последнее уменьшает потери криопродукта, что снижает энергетические затраты на его производство. При этом повышается надежность работы конструкции, особенно после периодов повышения давления в теплоизоляционной полости, обеспечиваются оптимальные условия активации химического поглотителя и продолжительное хранение активированного химического поглотителя в патронах перед использованием. Последнее обеспечивает централизованное проведение активации химического поглотителя на заводе-изготовителе и транспортировку патронов к месту их применения.

Сущность изобретения: в криогенном резервуаре, содержащем кожух, размещенный в нем с образованием теплоизоляционной полости теплоизолированный внутренний сосуд, и патрон, снабженный пористым газопроницаемым фильтром и химическим поглотителем водорода. При этом патрон выполнен в виде цилиндрического корпуса с поперечной перегородкой, разделяющей корпус на две полости, сообщенные между собой посредством автоматического вакуумного клапана, причем и пористый фильтр и химический поглотитель водорода размещены в одной полости корпуса, а вторая сообщена с теплоизоляционной полостью резервуара. В способе активации химического поглотителя перед размещением его в теплоизоляционной полости криогенного резервуара и перед размещением патрона в теплоизоляционной полости с помощью технологического резьбового винта открывают клапан, сообщая тем самым полость с химическим поглотителем с объемом и вакуумной печи, проводят активацию, после чего патрон размещают в среде инертного газа, например, азота. С помощью резьбового винта возвращают клапан в исходное положение. 2 с. и 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Криогенный резервуар, содержащий кожух, размещенный в нем с образованием теплоизоляционной полости теплоизолированный внутренний сосуд и патрон, снабженный пористым газопроницаемым фильтром и химическим поглотителем водорода, отличающийся тем, что патрон выполнен в виде цилиндрического корпуса с поперечной перегородкой, имеющей центральное отверстие и разделяющей корпус на две полости, одна из которых сообщена с теплоизоляционной полостью резервуара и снабжена герметичным газозаполненным сильфоном с торцевыми крышкой и днищем, причем на торцевой крышке сильфона размещен шток с уплотняющей тарелью, расположенной во второй полости корпуса соосно центральному отверстию и контактирующей с кромками последнего, а в торцевом днище сильфона выполнено резьбовое отверстие с расположенной в нем резьбовой пробкой, пористый фильтр и химический поглотитель размещены во второй полости корпуса. 2. Резервуар по п.1, отличающийся тем, что площадь поперечного сечения сильфона превышает площадь тарели. 3. Резервуар по п.1, отличающийся тем, что торцевая крышка сильфона снабжена ограничителем перемещения сильфона. 4. Резервуар по п. 1, отличающийся тем, что поперечная перегородка со стороны сильфона снабжена ограничителем перемещения сильфона. 5. Резервуар по п.1, отличающийся тем, что патрон размещен между слоями теплоизоляции. 6. Способ активации химического поглотителя перед размещением его в теплоизоляционной полости криогенного резервуара, отличающийся тем, что перед использованием удаляют резьбовую пробку из резьбового отверстия торцевого днища сильфона и вместо нее вворачивают технологический резьбовой винт до контакта ограничителей торцевой крышки сильфона с поперечной перегородкой, размещают патрон в вакуумной печи, после окончания активации химического поглотителя патрон размещают в среде инертного газа, удаляют технологический винт из резьбового отверстия торцевой крышки и вместо него вворачивают резьбовую пробку.