КРИОГЕННЫЙ РЕЗЕРВУАР Российский патент 1997 года по МПК F17C3/08 

Изобретение относится к криогенной технике, а именно к конструкциям резервуаров для хранения криогенных жидкостей, преимущественно для 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 [1]
Недостатком данного устройства является низкая эффективность, обусловленная тем, что оно допускает снижение температуры поглотителя из-за плохой его изоляции, а это в свою очередь снижает скорость поглощения водорода химическим поглотителем. Кроме этого, в известном техническом решении снижена пожаробезопасность, обусловленная использованием электрооборудования на резервуаре с взрывоопасной криогенной жидкостью, а также повышена зависимость от наличия электроэнергии.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является 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, причем патрубок закреплен снаружи, 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 на кожухе [2]
Недостатком данного устройства является низкая скорость удаления водорода, обусловленная тем, что оно допускает снижение температуры поглотителя из-за плохой его изоляции, а это в свою очередь снижает скорость поглощения водорода химическим поглотителем.

Цель изобретения снижение потерь криопродукта и интенсификация процесса удаления водорода из теплоизоляционной полости криогенного резервуара во время его эксплуатации.

Цель достигается тем, что в криогенном резервуаре, с вакуумной теплоизоляцией, содержащим внутренний сосуд, кожух, теплоизоляционную полость между ними, закрепленный на кожухе химический патрон с фильтром, расположенный в патроне поглотитель водорода, согласно изобретению химический патрон выполнен в виде стакана с двойными стенками и дном с образованием кольцевой герметичной полости, разделенной газопроницаемым фильтром на внутреннюю часть, заполненную химическим поглотителем, и внешнюю, соединенную с теплоизоляционной полостью криогенного резервуара; в центральной части патрона размещен термостат, выполненный в виде цилиндрического корпуса с крышкой, заполненного рабочей жидкостью, в котором концентрично один в другом установлены с возможностью вращения два ротора, снабженных лопатками, например, радиальными, оппозитно установленными на роторах с определенным зазором между ними, при этом цилиндрическая стенка внешнего ротора снабжена перфорацией; цилиндрический корпус охвачен оболочкой с образованием камеры, заполненной веществом с высоким коэффициентом удельной теплоемкости и высокой теплотой плавления, например, парафином, причем габариты камеры выполнены с обеспечением надежного теплового контакта со стенками химического патрона; вал центрального ротора и пустотелый вал внешнего ротора при помощи муфт соединены с соответствующими валами ветрового привода, которые посредством конических зубчатых передач сопряжены с приводным валом ветрового колеса с возможностью обеспечения противоположного вращения роторов и обеспечения непрерывности зацепления зубчатых передач при повороте ветропривода в соответствии с направлением ветра, при этом ветропривод снабжен флюгерным устройством, а также тормозным устройством, установленным на ведущем валу ветрового колеса. Причем, химический патрон и ветровой привод снабжен теплоизоляционным неподвижным кожухом, охватывающим химический патрон и подвижным теплоизоляционным кожухом, установленным на поворотной части ветрового привода.

Сущность изобретения заключается в повышении поглотительной способности геттера, функционирующего в условиях суточных и сезонных колебаний температур за счет термостатирования геттерного вещества путем прямого преобразования энергии окружающей среды, а именно ветровой энергии в тепловую и накопления этой энергии тепловым аккумулятором.

Сопоставительный анализ предлагаемого и прототипов показывает следующее.

Во-первых, предлагаемая конструкция патрона обеспечивает теплоизоляцию геттерного вещества, преобразование механической энергии, передаваемой от ветропривода, в тепловую в результате действия гидравлических сопротивлений и перетечек, накопление тепловой энергии тепловым аккумулятором и термостатирование геттерного вещества.

Во-вторых, предлагаемая конструкция ветродвигателя позволяет обеспечить эффективное преобразование ветровой энергии в механическую энергию вращения роторов. Кроме того, конструкция ветропривода обеспечивает повышенную безопасность при обслуживании и защиту основных элементов ветропривода от атмосферных осадков и уменьшение диссипации тепла.

Таким образом, предлагаемый криогенный резервуар соответствует критерию "новизна".

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

На фиг. 1 представлен продольный разрез химического патрона; на фиг. 2 - ветропривод, установленный на криогенном резервуаре; на фиг. 3 -общий вид заявляемого криогенного резервуара; на фиг. 4 представлен продольный разрез ветропривода.

Криогенный резервуар содержит кожух 1, размещенный в нем с образованием теплоизоляционной полости 2 внутренний сосуд 3 с теплоизоляцией 4, закрепленный на кожухе на стойках 5 химический патрон 6 и ветропривод 7 с ветровым колесом 8 и флюгерным устройством 9 (фиг. 1).

Химический патрон 6 выполнен в виде стакана 10 (фиг. 2) с двойными стенками и двойным дном с образованием кольцевой полости 11, которая разделена газопроницаемым фильтром 12, выполненным также в виде стакана, на внутреннюю часть, заполненную химическим поглотителем 13 и внешнюю часть, сообщенную через запорный вентиль 14 (фиг. 3), гибкий трубопровод 15, выполняющий кроме того еще и функцию теплового моста, и запорный вентиль 16 с теплоизоляционной полостью криогенного резервуара 17 (фиг. 1 и 3).

В центральной части химического патрона размещен термостат, выполненный в виде цилиндрического корпуса 18 с крышкой 19, заполненный жидкостью, имеющей определенные температуру замерзанию и коэффициент вязкости, в котором с помощью подшипников качения и скольжения установлены концентрично один в другом два ротора: центральный 20 и внешний 21. На роторах 20 и 21 установлены оппозитно с определенным зазором между ними лопатки 22, например выполненные радиальными. При этом цилиндрическая стенка внешнего ротора 21 выполнена перфорированной. Вал 23 центрального ротора 20 и пустотелый вал 24 внешнего ротора 21 снабжены сальниковыми уплотнителями 25 и 26. Корпус термостата 18 охвачен оболочкой из материала с высокой теплопроводностью, выполненный также в виде стакана с образованием герметичной камеры, заполненной веществом с высоким коэффициентом удельной теплоемкости и высокой теплотой плавления, например, парафином, которое служит тепловым аккумулятором. При этом габариты термостата выполнены с обеспечением надежного теплового контакта с химическим патроном.

Ветропривод и химический патрон с помощью центровочных элементов 27 (фиг. 3) установлены на стойках 28, закрепленных на криогенном резервуаре 17. Полумуфты 29 и 30 полужестко соединены с соответствующими полумуфтами центрального и внешнего пустотелых валов 31 и 32 ветрового привода 33, установленного на стойках, 28, закрепленных на криогенном резервуаре 17. Полумуфты 29 и 30 полужестко соединены с соответствующими полумуфтами центрального и внешнего пустотелых валов 31 и 32 ветрового привода 33, установленного на стойках 28 с помощью опорного силового кольца 34 (фиг. 4). Центральный и внешний валы 31 и 32 ветрового привода 33 посредством зубчатых конических передач 35 и 36 сопряжены с приводным валом 37 ветрового колеса 38 с возможностью обеспечения противоположного вращения валов (роторов) и обеспечения постоянного зацепления зубчатых конических передач при повороте ветрового привода 33 с изменением направления ветра. Поворот ветрового привода осуществляется автоматически с помощью флюгерного устройства 9 (на фиг. 1 и 3). Для защиты от атмосферных осадков и снижения диссипации тепла устройство снабжено защитным неподвижным кожухом из теплоизоляционного материала, установленным на поворотной части ветрового привода и нависающего над конической частью неподвижного кожуха 41. При этом для уменьшения конвекционного обмена с окружающей средой поворотный кожух снабжен эластичной юбкой 42, контактирующей с неподвижным кожухом 41.

Для обеспечения безопасной эксплуатации криогенных резервуаров ветропривод снабжен тормозным устройством 43 (фиг. 3 и 4).

Устройство работает следующим образом.

Момент вращения, генерируемый ветровым колесом 38, передается посредством приводного вала 56 через зубчатые передачи 35 и 36 на центральный 31 и внешний 32 валы ветрового привода 33. Далее через полумуфты центрального и внешнего пустотелых валов и соответствующие полумуфты 29 и 30 момент передается на центральный вал 23 центрального ротора 20 и пустотелый вал 24 внешнего ротора 21. Роторы 20 и 21 вращаются навстречу друг другу. При встречном движении лопаток 22, установленных оппозитно с определенным зазором между ними и размещенных в рабочей жидкости, в результате действия гидравлических сопротивлений и перетечек генерируется тепловой поток. Тепловой поток через теплопроводные стенки передается к герметичной камере, заполненной камере, заполненной веществом с высоким коэффициентом удельной теплоемкости и высокой теплотой плавления. Благодаря накоплению тепловой энергии тепловым аккумулятором термостатирование геттерного вещества обеспечивается и в безветренную погоду. Благодаря хорошему тепловому контакту между термостатом и химическим патроном тепловой поток передается химическому поглотителю 13. В результате повышается температура химического поглотителя до оптимального диапазона температур. Откачка остаточного водорода химическим поглотителем 13 из теплоизоляционной полости криогенного резервуара осуществляется через газопроницаемый фильтр 12, запорный вентиль 14 (фиг. 3), гибкий трубопровод 15 и запорный вентиль 16.

Таким образом, устройство обеспечивает поддержание температуры геттерного вещества в оптимальном диапазоне температур при обеспечении повышенной пожарной безопасности. Конструкция резервуара обеспечивает создание более глубокого вакуума в теплоизоляционной полости резервуара, что улучшает ее теплоизоляционные свойства с момента начала эксплуатации резервуара, что уменьшает потери криопродукта, а следовательно, снижает энергетические затраты на его производство. Кроме того, конструкция позволяет повысить межрегламентный период теплоизоляции и насосной группы за счет эффективного удаления остаточного водорода в течение длительного времени, повысить надежность криогенного резервуара за счет возможности отсечки криоадсорбционной группы для ремонта на некоторый срок, определяемый массой химпоглотителя и величиной натекания извне, а также спектром газовыделения, снизить материалоемкость конструкции резервуара по адсорбенту и металлу, снизить количество и трудоемкость изготовления его карманов для адсорбента, снизить трудозатраты на регенерацию адсорбента при изготовлении и в дальнейшем при эксплуатации, снизить энергозатраты на регенерацию, достичь существенной экономии криогенной жидкости за счет постоянной эвакуации остаточного водорода из ТИП, а также за счет исключения проведения операции "полоскание" ТИП сухим азотом при увеличении давления в ТИП в результате накопления остаточного водорода при наличии криогенной жидкости в резервуаре, т.е. без передавливания жидкости в порожний резервуар и неизбежных существенных потерь при этом до 10%

Сущность изобретения: в криогенном резервуаре с вакуумной теплоизоляцией, содержащем внутренний сосуд, кожух, теплоизоляционную полость между ними, закрепленный на кожухе химический патрон с фильтром, расположенный в патроне поглотитель водорода, химический патрон выполнен в виде стакана с двойными стенками и дном с образованием кольцевой герметичной полости, разделенной газопроницаемым фильтром на внутреннюю часть, заполненную химическим поглотителем, и внешнюю, соединенную с теплоизоляционной полостью криогенного резервуара. В центральной части патрона размещен термостат, выполненный в виде цилиндрического корпуса с крышкой, в котором расположены: устройство прямого преобразования механической энергии, поступающей от ветропривода, в тепловую энергию и аккумулятор тепловой энергии, контактирующей с геттерным веществом. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Криогенный резервуар с вакуумной теплоизоляцией, содержащий внутренний сосуд, кожух, теплоизоляционную полость между ними, закрепленный на кожухе химический патрон с фильтром, расположенный в патроне поглотитель водорода, отличающийся тем, что химический патрон выполнен в виде стакана с двойными стенками и дном с образованием кольцевой герметичной полости, разделенной газопроницаемым фильтром на внутреннюю часть, заполненную химическим поглотителем, и внешнюю, соединенную с теплоизоляционной полостью криогенного резервуара, в центральной части патрона размещен термостат, выполненный в виде цилиндрического корпуса с крышкой, заполненного рабочей жидкостью, в котором концентрично один в другом установлены с возможностью вращения два ротора, снабженных лопатками, оппозитно установленными на роторах с определенным зазором между ними, при этом цилиндрическая стенка внешнего ротора снабжена перфорацией, цилиндрический корпус охвачен оболочкой с образованием камеры, заполненной веществом с высоким коэффициентом удельной теплоемкости и высокой теплотой плавления, причем габариты камеры выполнены с обеспечением надежного теплового контакта со стенками химического патрона, вал центрального ротора и пустотелый вал внешнего ротора при помощи муфт соединены с соответствующими валами ветрового привода, которые посредством конических зубчатых передач сопряжены с приводным валом ветрового колеса с возможностью обеспечения противоположного вращения роторов и обеспечения непрерывности зацепления зубчатых передач при повороте ветропривода в соответствии с направлением ветра, при этом ветропривод снабжен флюгерным устройством. 2. Резервуар по п.1, отличающийся тем, что ветропривод снабжен тормозным устройством, установленным на ведущем валу ветрового колеса. 3. Резервуар по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что химический патрон и ветровой привод снабжены теплоизоляционным неподвижным кожухом, охватывающим химический патрон, и подвижным теплоизоляционным кожухом, установленным на поворотной части ветрового привода.