УСТРОЙСТВО ДЛЯ ХРАНЕНИЯ И ПОДАЧИ ЖИДКИХ ПРОДУКТОВ Российский патент 2005 года по МПК F17C3/00 F17C9/00 

Изобретение относится к холодильной и криогенной технике, а точнее к области проектирования и эксплуатации устройств для хранения и подачи криогенных продуктов к потребителям, например, к водородно-кислородным электрохимическим генераторам, устанавливаемым на космических кораблях типа ″Шаттл″.

Известны устройства для хранения и подачи двухфазных криогенных продуктов (см., например, Е.И.Микулин, ″Криогенная техника″, Машиностроение, М., 1969, стр.227), содержащие теплоизолированный внутренний сосуд, охлаждаемый отходящими парами экран, прикрепленный к горловине сосуда, и трубопровод подачи криогенных продуктов к потребителям. Подачу криогенного продукта к потребителю производят способом передавливания при помощи газовой или паровой подушки. Для этой цели используют пар хранимого в сосуде криогенного продукта, например жидкого водорода, который испаряется в специальном теплообменнике (змеевике); образующийся пар выдавливает продукт из сосуда. Необходимый напор создается благодаря избыточному давлению в сосуде, получаемому за счет испарения хранимого криогенного продукта.

Недостатком известных устройств является отсутствие возможности обеспечения селективного отбора фаз продуктов в условиях нулевой или пониженной гравитации.

Известно также устройство для хранения и подачи двухфазных криогенных продуктов, принятое за прототип (см., например, В.Г.Фастовский и др. ″Криогенная техника″, изд. ″Энергия″, М., 1967, стр.274, рис.5-6),содержащее теплоизолированный внутренний сосуд, трубопровод подачи криогенных продуктов с запорным органом (вентилем) и источник повышения давления криогенных продуктов (змеевик-нагреватель).

Известное устройство сосуда с многослойной вакуумной изоляцией применяется для хранения и перевозки криогенного продукта (жидкого аргона) и при его использовании для обеспечения подачи продукта к потребителю. При подаче криогенного продукта (аргона) к потребителю открывают выпускной вентиль, при этом жидкий аргон выдавливается в медный змеевик, расположенный возле внутренней поверхности кожуха, где он испаряется и нагревается, после чего направляется (подается) под необходимым напором к потребителю. Сосуд рассчитан на предельное рабочее давление 16,5 атмосфер. Минимальный безотборный срок хранения жидкого аргона составляет трое суток.

Недостатком устройства-прототипа является отсутствие возможности обеспечения селективного отбора фаз продуктов в условиях нулевой или пониженной гравитации. В случае отсутствия возможности селективного отбора фаз продуктов, когда производится отбор и передача по трубопроводу двухфазного потока (жидкостной смеси) продукта, уменьшается пропускная способность трубопровода и резко увеличиваются потери напора, что отрицательно сказывается на стабильности подачи продукта, а следовательно, и на перебоях в работе элекрохимического генератора, что недопустимо.

Задачей настоящего изобретения является создание такого устройства для хранения и подачи двухфазных криогенных продуктов, которое обеспечивало бы селективный отбор фаз продуктов в условиях нулевой или пониженной гравитации.

Технический результат достигается за счет того, что в устройство для хранения и подачи жидких продуктов, содержащее теплоизолированный внутренний сосуд, трубопровод подачи криогенных продуктов с запорным органом и источник повышения давления криогенных продуктов, в отличие от известного, в него введены дополнительный трубопровод подачи с запорным органом и дополнительная оболочка из капиллярно-пористого материала, установленная в сосуде, разделяя внутренний объем на две полости - внутреннюю и охватывающую ее полость, заключенную между стенкой сосуда и дополнительной оболочкой, а источник повышения давления криогенных продуктов выполнен в виде расположенного во внутренней полости оребренного трубчатого электронагревателя со слоем несмачиваемого жидкостью материала, при этом слой несмачиваемого жидкостью материала размещен на участке электронагревателя, заключенном между двумя ребрами, вход трубопровода подачи размещен в зоне, прилегающей к слою несмачиваемого жидкостью материала, а дополнительный трубопровод подачи сообщен с охватывающей полостью.

Технический результат достигается за счет того, что в устройстве для хранения и подачи двухфазных криогенных продуктов организованы полости и зоны во внутреннем сосуде, в которых обеспечивается гарантированное образование паровой или жидкой фаз продуктов, отбираемых к потребителям.

Использование предлагаемого устройства для хранения и подачи двухфазных криогенных продуктов, например, в системах энергопитания, работающих на базе водородно-кислородных электрохимических генераторов, установленных на космических кораблях типа ″Шаттл″, позволит дать значительный экономический эффект за счет обеспечения селективного отбора фаз продуктов при подаче продуктов к потребителям в условиях нулевой или пониженной гравитации, которая имеет место при орбитальных космических полетах кораблей типа ″Шаттл″.

Суть изобретения поясняется чертежом.

Устройство для хранения и подачи двухфазных криогенных продуктов состоит из следующих основных узлов и деталей: теплоизолированного внутреннего сосуда 1, трубопровода подачи криогенных продуктов 2 с запорным органом 3, например электроклапаном, и источника повышения давления криогенных продуктов 4.

В качестве источника повышения давления криогенных продуктов 4 используется внутрибаковый нагреватель 5, выполненный в виде расположенного во внутреннем сосуде 1 оребренного трубчатого электронагревателя, имеющего слой несмачиваемого жидкостью материала 6, выполненного, например, из фторопласта и размещенного на участке 7 электронагревателя, заключенного между двумя ребрами 8 и 9, причем устройство снабжено дополнительным трубопроводом подачи 10 и запорным органом 11, например электроклапаном, и дополнительной оболочкой 12 из капиллярно-пористого материала, разделяющей объем внутреннего сосуда 1 на внутреннюю полость 13 и охватывающую ее полость 14, заключенную между стенкой сосуда 1 и дополнительной оболочкой 12. Дополнительный трубопровод подачи 10 сообщен с вновь образованной внутренней полостью 14, а вход 15 трубопровода подачи 2 размещен в зоне, прилегающей к слою несмачиваемого жидкостью материала 6. Внутренний сосуд 1 снабжен заправочным трубопроводом 16 с запорным органом 17 для его заправки двухфазным криогенным продуктом на Земле, сообщенный с охватывающей полостью 14. В дополнительной оболочке 12 выполнено отверстие 18 для сообщения полостей между собой. При этом дополнительная оболочка 12 выполнена из капиллярно-пористого материала, например из капиллярно-пористого титана.

Работает устройство для хранения и подачи двухфазных криогенных продуктов в режиме подачи криогенных продуктов к потребителям в условиях нулевой или пониженной гравитации следующим образом.

Подачу двухфазного криогенного продукта, например жидкого водорода (кислорода), хранящегося в теплоизолированном внутреннем сосуде 1, к потребителю, например водородно-кислородному электрохимическому генератору, работающему на борту космического орбитального корабля, например, типа ″Шаттл″ производят путем повышения давления в сосуде 1 и создания необходимого напора для передачи продукта по трубопроводу подачи 2 и дополнительному трубопроводу подачи 10 к потребителю. Для повышения давления в сосуде 1 включают внутрибаковый нагреватель (электронагреватель) 5 и за счет испарения продукта доводят давление в сосуде 1 до заданного давления, например до 12 кг/см², после чего открывают запорный орган (электроклапан) 3 или 11 в зависимости от режима работы электрохимического генератора (на максимальной или минимальной мощности) и передают продукт по трубопроводу подачи 2 или дополнительному трубопроводу подачи 10 через систему теплообменников к потребителю. При работе электрохимического генератора на максимальной мощности из сосуда 1 отбирают жидкую фазу криогенного продукта, для чего открывают электроклапан 11, а при работе электрохимического генератора на минимальной мощности отбирают паровую (газовую) фазу продукта, при этом открывают электроклапан 3. Газовая фаза криогенного продукта в основном образуется при его испарении от контакта с включенным электронагревателем 5, а т.к. последний содержит слой несмачиваемого жидкостью материала 6, размещенного на участке 7 электронагревателя, заключенном между двумя ребрами 8 и 9, то в условиях невесомости в зоне участка 7, где размещен вход 15 трубопровода подачи 2, гарантированно сохраняется газовая фаза криогенного продукта, которая при потребности отбирается и подается к потребителю вышеуказанным способом. Установка дополнительной оболочки 12 из капиллярно-пористого материала во внутреннем сосуде 1 с образованием охватывающей полости 14 между стенкой внутреннего сосуда 1 и дополнительной оболочкой 12 позволяет за счет смачиваемости и капиллярных свойств материала оболочки 12 гарантированно удерживать в охватывающей полости 14 жидкую фазу криогенного продукта в условиях невесомости, а сообщение дополнительного трубопровода подачи 10 с охватывающей полостью 14 обеспечивает при необходимости подачу к потребителю жидкой фазы продукта.

Таким образом, обеспечивается селективный отбор фаз продуктов в условиях нулевой и пониженной гравитации в (невесомости) и подача криогенного продукта к потребителю, что позволит выполнить поставленную задачу и что подтверждено испытаниями опытных образцов, изготовленных с использованием предлагаемого технического решения.

Устройство для хранения и подачи жидких продуктов относится к холодильной и криогенной технике, а точнее, к области проектирования и эксплуатации устройств для хранения и подачи криогенных продуктов к потребителям. Устройство для хранения и подачи жидких продуктов содержит теплоизолированный внутренний сосуд, трубопровод подачи криогенных продуктов с запорным органом и источник повышения давления криогенных продуктов, дополнительный трубопровод подачи с запорным органом и дополнительную оболочку из капиллярно-пористого материала, установленную в сосуде. Оболочка разделяет внутренний объем на две полости - внутреннюю полость и охватывающую ее полость, заключенную между стенкой сосуда и дополнительной оболочкой. Источник повышения давления криогенных продуктов выполнен в виде расположенного во внутренней полости оребренного трубчатого электронагревателя со слоем несмачиваемого жидкостью материала. Слой несмачиваемого жидкостью материала размещен на участке электронагревателя, заключенном между двумя ребрами. Вход трубопровода подачи размещен в зоне, прилегающей к слою несмачиваемого жидкостью материала. Дополнительный трубопровод подачи сообщен с охватывающей полостью. Использование изобретения позволит обеспечить селективный отбор фаз продуктов в условиях нулевой или пониженной гравитации. 1 ил.

Устройство для хранения и подачи жидких продуктов, содержащее теплоизолированный внутренний сосуд, трубопровод подачи криогенных продуктов с запорным органом и источник повышения давления криогенных продуктов, отличающееся тем, что в него введены дополнительный трубопровод подачи с запорным органом и дополнительная оболочка из капиллярно-пористого материала, установленная в сосуде, разделяя внутренний объем на две полости - внутреннюю и охватывающую ее полость, заключенную между стенкой сосуда и дополнительной оболочкой, а источник повышения давления криогенных продуктов выполнен в виде расположенного во внутренней полости оребренного трубчатого электронагревателя со слоем несмачиваемого жидкостью материала, при этом слой несмачиваемого жидкостью материала размещен на участке электронагревателя, заключенном между двумя ребрами, вход трубопровода подачи размещен в зоне, прилегающей к слою несмачиваемого жидкостью материала, а дополнительный трубопровод подачи сообщен с охватывающей полостью.