КРИОГЕННОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2004 года по МПК F17C3/10 F17C13/00 

Изобретение относится к области холодильной и криогенной техники и касается конструкции эксплуатации устройств для хранения криогенных продуктов.

Известны криогенные устройства (см., например, Е.И. Микулин. Криогенная техника. М.: Машиностроение, 1969), содержащие двустенные теплоизолированные емкости с размещенными в межстенной полости теплоизоляцией и адсорбентом, закрепленным на внутренней стенке емкости. При заполнении емкости криогенным продуктом, например жидким азотом, адсорбент, охлаждаясь от внутренней стенки емкости, включается в работу и, поглощая молекулы газов из межстенной полости, повышает и поддерживает в ней вакуум, необходимый для эффективной работы теплоизоляции, например экранно-вакуумной теплоизоляции, состоящей из чередующихся слоев отражающего и прокладочного материалов.

Известно также криогенное устройство (см., например, Скотт Р.Б. Техника низких температур. Издательство иностранной литературы, 1962, с.257-258), выбранное в качестве прототипа и содержащее двустенную изолированную емкость с экранно-вакуумной теплоизоляцией в межстенной полости и охлаждаемым экраном, а также адсорбент, закрепленный на внутренней стенке емкости. В данном устройстве адсорбент, например активированный древесный уголь, размещен в межстенной полости емкости с обеспечением теплового контакта с внешней поверхностью внутренней стенки емкости и имеет охлаждение от контакта с охлажденным экраном и с внутренней стенкой емкости, заполненной криогенным продуктом, например жидким азотом.

Адсорбент в таком устройстве подвергается воздействию теплопритоков из окружающей среды со стороны внешней стенки емкости, а также охлаждается газовой фазой испаряющегося криогенного продукта, имеющей температуру более высокую, чем криогенная жидкость, что ухудшает эффективность работы адсорбента, а следовательно, и эффективность работы экранно-вакуумной теплоизоляции.

Общими недостатками аналогов и прототипа являются невозможность обеспечить длительное хранение криогенных продуктов из-за низких откачных характеристик адсорбента и повышенных теплопритоков.

Задачей настоящего изобретения является создание криогенного устройства, которое обеспечивало бы длительное хранение криогенных продуктов за счет повышения откачных характеристик адсорбента и уменьшения теплопритоков путем стабилизации уровня криогенного продукта в емкости.

Задача решается тем, что криогенное устройство, содержащее двустенную изолированную емкость для хранения криогенного продукта с экранно-вакуумной изоляцией в межстенной полости и охлаждаемым экраном, а также адсорбент, закрепленный на внутренней стенке емкости, в отличие от известного снабжено контуром циркуляции криогенного продукта, выполненным из последовательно соединенных посредством трубопровода внутренней полости емкости, каналов охлаждаемого экрана, сводного концевого участка, размещенного в межстенной полости в слоях экранно-вакуумной теплоизоляции, выхода многоканального охлаждаемого экрана, обратного клапана, ожижителя и побудителя циркуляции, соединенного с внутренней полостью емкости.

Результат достигается тем, что в криогенном устройстве адсорбент имеет стабильное охлаждение при температуре криогенной жидкости, обеспечиваемое за счет стабилизации ее уровня в емкости посредством контура циркуляции криогенного продукта, включающего обратный клапан, ожижитель, побудитель циркуляции и подключенного к выходу многоканального охлаждаемого экрана.

Использование предлагаемого криогенного устройства, например, в криогенных емкостях и системах для длительного хранения криогенных продуктов позволит дать значительный экономический эффект за счет обеспечения длительного хранения криогенных продуктов путем повышения откачных характеристик адсорбента и уменьшения теплопритоков путем стабилизации уровня криогенного продукта в емкости, что подтверждено испытаниями опытных образцов, изготовленных с использованием предлагаемого технического решения.

Суть изобретения поясняется чертежом.

Предлагаемое криогенное устройство состоит из следующих основных агрегатов, узлов и деталей: двустенной теплоизолированной емкости 1 с охлаждаемым экраном 2 и адсорбентом 3, закрепленным на внутренней стенке 4 емкости 1.

Криогенное устройство снабжено контуром циркуляции 5 криогенного продукта 6 для стабилизации уровня 7 криогенного продукта 6 в емкости 1. Контур циркуляции 5 состоит из последовательно соединенных посредством трубопровода 8 обратного клапана 9, ожижителя 10, например холодильной машины, и побудителя циркуляции 11, например турбонасоса. Контур циркуляции 5 со стороны обратного клапана 9 подключен к выходу 12 многоканального охлаждаемого экрана 2, а его сводный концевой участок 13 размещен в межстенной полости 14 емкости 1 в слоях экранно-вакуумной теплоизоляции 15. В качестве адсорбента 3 применяют, например, цеолит СаЕ-4ВС. Охлаждаемый экран 2 снабжен каналами 16, сообщенными посредством патрубков 17 с внутренней полостью 18 емкости 1.

Емкость 1 содержит горловину 19, закрывающую теплоизолирующей пробкой 20, через которую в полость 18 проложен трубопровод 8 контура циркуляции 5. Контур циркуляции 5 снабжен теплоизоляцией (на чертеже показано).

Работает криогенное устройство следующим образом.

Криогенный продукт 6, например жидкий азот, заправляют во внутреннюю полость 18 через горловину 19 емкости 1, в результате чего первоначально происходит захолаживание емкости 1 с последующим заполнением ее до заданного уровня 7. Заполненную емкость 1 закрывают теплоизолирующей пробкой 20. Испаряющийся за счет теплопритоков извне криогенный продукт 6 поступает через патрубки 17 в каналы 16 многоканального охлаждаемого экрана 2, откуда через сводный участок 13, размещенный в межстенной полости 14 емкости 1 в слоях экранно-вакуумной теплоизоляции 15, поступает в контур циркуляции 5, при этом на своем пути пары криогенного продукта 6 обеспечивают съем (отбор) теплопритоков, поступающих извне. Паровая фаза криогенного продукта 6 при прохождении через змеевик 21, закрепленный на охлаждающей головке 22 холодильной машины (ожижителя) 10, охлаждается до температуры жидкой фазы криогенного продукта 6 и в жидком состоянии посредством побудителя циркуляции 11 подается во внутреннюю полость 18 емкости 1, восполняя и стабильно поддерживая максимальный уровень 7 жидкой фазы криогенного продукта 6. Адсорбент 3, закрепленный на внутренней стенке 4 емкости 1, при охлаждении от стенки 4 включается в работу и чем лучше организовано его охлаждение, тем эффективнее работа адсорбента 3. Охлаждаясь до температуры жидкой фазы криогенного продукта 6, адсорбент 3 поглощает молекулы газов из межстенной полости 14 и тем самым повышает и поддерживает вакуум порядка 1•10^-4 мм рт.ст. и выше в межстенной полости 14, в которой размещена экранно-вакуумная теплоизоляция 15, эффективно работающая при данном вакууме.

Стабильный уровень 7 жидкой фазы криогенного продукта 6 в полости 18 емкости 1 обеспечивает постоянное охлаждение внутренней стенки 4, а следовательно, и адсорбента 3 до температуры жидкой фазы криогенного продукта 6 по всей площади (по высоте) контакта адсорбента 3 с внутренней стенкой 4, что обеспечивает повышение откачных характеристик адсорбента 3 и уменьшение теплопритоков за счет эффективной работы экранно-вакуумной теплоизоляции 15 при стабильно поддерживаемом адсорбентом 3 высоком вакууме. Многоканальность охлаждаемого экрана 2 сокращает сопротивление и повышает эффективность охлаждение экрана 2.

Таким образом, предлагаемое конструктивное и схемное исполнение криогенного устройства, предусматривающее и обеспечивающее стабилизацию уровня 7 криогенного продукта 6 в емкости 1, позволяет обеспечить длительное хранение криогенных продуктов за счет повышения откачных характеристик адсорбента и уменьшения теплопритоков путем стабилизации уровня криогенного продукта в емкости, а также выполнить поставленную задачу.

Криогенное устройство содержит двустенную изолированную емкость для хранения криогенного продукта с экранно-вакуумной изоляцией в межстенной полости и охлаждаемым экраном. Адсорбент закреплен на внутренней стенке емкости. Контур циркуляции криогенного продукта выполнен из последовательно соединенных посредством трубопровода внутренней полости емкости, каналов охлаждаемого экрана, сводного концевого участка, выхода многоканального охлаждаемого экрана, обратного клапана, ожижителя и побудителя циркуляции. Побудитель циркуляции соединен с внутренней полостью емкости. Сводный концевой участок размещен в межстенной полости в слоях экранно-вакуумной теплоизоляции. Использование изобретения позволит обеспечить длительное хранение криогенных продуктов за счет повышения откачных характеристик адсорбента и уменьшения теплопритоков путем стабилизации уровня криогенного продукта в емкости. 1 ил.

Криогенное устройство, содержащее двустенную изолированную емкость для хранения криогенного продукта с экранно-вакуумной изоляцией в межстенной полости и охлаждаемым экраном, а также адсорбент, закрепленный на внутренней стенке емкости, отличающееся тем, что оно снабжено контуром циркуляции криогенного продукта, выполненным из последовательно соединенных посредством трубопровода внутренней полости емкости, каналов охлаждаемого экрана, сводного концевого участка, размещенного в межстенной полости в слоях экранно-вакуумной теплоизоляции, выхода многоканального охлаждаемого экрана, обратного клапана, ожижителя и побудителя циркуляции, соединенного с внутренней полостью емкости.