УСТРОЙСТВО ДЛЯ ХРАНЕНИЯ И ПОДАЧИ КРИОГЕННЫХ ПРОДУКТОВ Российский патент 2004 года по МПК F25D3/10 F17C3/10 

Изобретение относится к холодильной и криогенной технике, а точнее к области проектирования и эксплуатации устройств для хранения продуктов при низких температурах и подачи их к потребителям.

Известны устройства для хранения и подачи криогенных продуктов (см. например Е.И.Микулин. Криогенная техника. - М.: Машиностроение, 1969 г., стр.227, 228), содержащие теплоизолированный внутренний сосуд с трубопроводами дренажа и заправки. В известных устройствах подачу (слив) криогенных продуктов, например жидкого гелия, к потребителю производят посредством переливного устройства. Слив жидкого гелия производят периодически, необходимый напор создается благодаря избыточному давлению в опоражниваемой емкости. Давление в емкости поднимают за счет естественных внешних теплопритоков, либо наддувом газа из баллонов или испарителей.

Известно также устройство для хранения и подачи криогенных продуктов к потребителю (см., например, В.Г.Фастовский и др. Криогенная техника. - М.: Энергия, 1967 г., стр.271, 272, рис.5-4), принятое за прототип и содержащее теплоизолированную емкость с источником повышения давления и трубопровод подачи с установленным в нем теплообменником (испарителем). Емкость имеет выносной испаритель, позволяющий повысить давление над жидкостью до 3 атмосфер, что обеспечивает слив (подачу) криогенной жидкости к потребителю. В качестве криогенного продукта в емкости хранится жидкий азот или жидкий кислород.

Общими недостатками аналогов и прототипа является температурное расслоение хранимого криогенного продукта, что при дозированном его потреблении приводит к перебоям в подаче и нарушению стабильности работы потребителя, например, при подаче криогенных продуктов (водорода и кислорода) к водородно-кислородному электрохимическому генератору, устанавливаемому на космических кораблях типа “Шаттл” для получения и снабжения бортовых приборов и служб постоянным током.

Задачей настоящего изобретения является создание такого устройства для хранения и подачи криогенных продуктов, которое обеспечивало бы исключение температурного расслоения хранимого криогенного продукта в емкости.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для хранения и подачи криогенных продуктов, содержащем теплоизолированную емкость с источником повышения давления и трубопровод подачи с установленным в нем теплообменником, в отличие от известного, в нем источник повышения давления выполнен в виде трубчатого электронагревателя с тепловыми ребрами, на поверхности которых закреплен змеевиковый трубопровод, перфорированный по всей длине и с заглушенным выходным концом, при этом входной конец змеевикового трубопровода через последовательно установленные обратный клапан и побудитель циркуляции подсоединен к трубопроводу подачи после выхода его из теплообменника.

Технически результат достигается за счет того, что в результате использования в качестве источника повышения давления внутрибакового устройства, выполненного в виде трубчатого электронагревателя с тепловыми ребрами, обеспечивается барботаж хранимого криогенного продукта в емкости, а для перемешивания криогенного продукта и исключения его температурного расслоения используется перфорированный змеевиковый трубопровод, подсоединенный входным концом к трубопроводу подачи после выхода его из теплообменника, что обеспечивает равномерное перемешивание за счет газового барботирования всей массы криогенного продукта в емкости и стабильную подачу его в виде однородной массы к потребителю, что подтверждено испытаниями опытных образцов, изготовленных с использованием предлагаемого технического решения. Использование предлагаемого устройства для хранения и подачи криогенных продуктов, например, в системах хранения и подачи криогенных продуктов (жидкого водорода и жидкого кислорода) к водородно-кислородному электрохимическому генератору, устанавливаемому на борту космического корабля типа “Шаттл” для получения постоянного тока, позволит дать значительный экономический эффект за счет исключения температурного расслоения хранимых в емкостях криогенных продуктов.

Суть изобретения поясняется чертежом, на котором представлено предлагаемое устройство.

Устройство для хранения и подачи криогенных продуктов состоит из следующих основных узлов и деталей: теплоизолированной емкости 1 с источником повышения давления 2 и трубопровода подачи 3 с установленным в нем теплообменником 4. В качестве источника повышения давления 2 используется внутрибаковое устройство 5, выполненное в виде трубчатого электронагревателя 6 с тепловыми ребрами 7, на поверхности которых закреплен змеевиковый трубопровод 8, перфорированный по всей длине и с заглушенным выходным концом 9. Входной конец 10 змеевикового трубопровода 8 через последовательно установленные обратный клапан 11 и побудитель циркуляции 12 подсоединен к трубопроводу подачи 3 после выхода 13 его из теплообменника 4. Емкость 1 снабжена сигнализатором давления 14, электрически связанным с блоком управления 15, включающим и выключающим электронагреватель 6 и побудитель циркуляции 12 по сигналу от сигнализатора давления 14, при минимально допустимом давлении подается сигнал в блок управления 15 на включение электронагревателя 6, а при максимально допустимом давлении на выключение электронагревателя 6. Одновременно аналогичные команды подаются на побудитель циркуляции 12.

Работает устройство для хранения и подачи криогенных продуктов в режиме подачи следующим образом. Подачу криогенного продукта, например водорода (кислорода), к потребителю, например к водородно-кислородному электрохимическому генератору, производят посредством выдавливания продукта через трубопровод подачи 3, для чего в емкости 1, заполненной криогенным продуктом, включают электронагреватель 6 и поднимают давление до заданного максимального значения, по достижении которого срабатывает сигнализатор давления 14 и по его сигналу блок управления 15 отключает электронагреватель 6. Аналогично, совместно с включением и выключением электронагревателя 6, включается в работу побудитель циркуляции 12, который отбирает часть водорода (кислорода), подогретого в теплообменнике 4 и доведенного до заданного газообразного состояния, и подает в перфорированный змеевиковый трубопровод 8 для барботирования криогенного продукта в емкости 1. В результате такого перемешивания хранимый в емкости 1 криогенный продукт достигается однородной, исключенной температурного расслоения, массы, что необходимо для обеспечения стабильной (без провалов) подачи продукта к потребителю, отсутствие перемешивания хранимого криогенного продукта в емкости 1 при работающем электронагревателе 6 приводит к температурному расслоению и не стабильной подаче продукта к потребителю, при которой продукт подается в неравномерных количествах (скачкообразно), что недопустимо.

Таким образом за счет внутрибакового устройства 5, установленного в емкости 1, обеспечивающего барботаж хранимого криогенного продукта в емкости 1 частью газообразного продукта, отбираемой из трубопровода подачи 3 после выхода 13 его из теплообменника 4, обеспечивается исключение температурного расслоения хранимого криогенного продукта в емкости 1, что обеспечивает выполнение поставленной задачи.

Устройство для хранения и подачи криогенных продуктов, содержащее теплоизолированную емкость с источником повышения давления и трубопровод подачи с установленным в нем теплообменником, отличающееся тем, что источник повышения давления выполнен в виде трубчатого электронагревателя с тепловыми ребрами, на поверхности которых закреплен змеевиковый трубопровод, перфорированный по всей длине и с заглушенным выходным концом, при этом входной конец змеевикового трубопровода через последовательно установленные обратный клапан и побудитель циркуляции подсоединен к трубопроводу подачи после выхода его из теплообменника.

Использование данного устройства обеспечивает исключение температурного расслоения хранимого криогенного продукта в емкости. 1 ил.

Устройство для хранения и подачи криогенных продуктов, содержащее теплоизолированную емкость с источником повышения давления и трубопровод подачи с установленным в нем теплообменником, отличающееся тем, что источник повышения давления выполнен в виде трубчатого электронагревателя с тепловыми ребрами, на поверхности которых закреплен змеевиковый трубопровод, перфорированный по всей длине и с заглушенным выходным концом, при этом входной конец змеевикового трубопровода через последовательно установленные обратный клапан и побудитель циркуляции подсоединен к трубопроводу подачи после выхода его из теплообменника.