КОНТЕЙНЕР ДЛЯ ГАЗОВ Российский патент 2009 года по МПК F17C11/00 

Изобретение относится к средствам для очистки, хранения и подачи газов, преимущественно водорода и его изотопов, а также гелия, аргона и других, может быть использовано в лазерной технике, в микроэлектронике, а также в автомобильном транспорте.

Известен контейнер для хранения и дозированной подачи водорода и его изотопов, который состоит из корпуса с двумя фланцами, формирующих герметичную цилиндрическую емкость, внутри которой расположен стакан с порошком урана. В верхней части корпус выполнен водоохлаждаемым, в нижней части расположен наружный нагреватель, а верхний фланец соединен трубопроводом с запорным вентилем. ТУ 95 2168-90 «Тритий на уране». Приложение 1 (справочное), с.12.

Недостатком этого контейнера является отсутствие защитной оболочки, высокие рабочие температуры сорбента (температура полного разложения тритида урана около 700°С), пирофорные свойства порошка урана, а также термические напряжения в материале корпуса, возникающие в результате перепада температур по его высоте.

Известен контейнер для водорода и его изотопов, выполненный в виде горизонтально расположенной цилиндрической вакуумированной емкости, герметизированной по торцам фланцевыми соединениями. Внутри емкости с двумя трубопроводами расположена герметичная камера, образованная концентрично расположенными наружной и внутренней цилиндрическими обечайками. Наружная обечайка с одного торца соединена с помощью кольцевой заглушки с внутренней обечайкой, а с другого торца герметизирована заглушкой дисковой формы. Внутренняя обечайка также заглушена с другого торца дисковой заглушкой, размещенной с некоторым зазором с дисковой заглушкой наружной обечайкой. В полости контейнера расположен порошок сорбента для газов, например образующий гидрид материал для поглощения водорода или его изотопов. Со стороны одного из фланцевых соединений в полость контейнера введен электрический нагреватель. Сорбент для поглощения водорода изготовлен из образующего гидрид материала - металлического урана - и представляет собой порошок, Tritium, Report, Kernforrschungszentrum, Karlsrube, №5055, July 1992.

Недостатком контейнера является: неравномерное распределение слоя образующего гидрид материала по объему отсека; неэффективная передача тепла к слою материала, образующего гидрид; допустимо только горизонтальное положение контейнера при эксплуатации из-за возможности попадания порошка образующего гидрид материала на дно внутренней обечайки через небольшие зазоры между никелевыми радиальными пластинами и наружной стенкой внутренней обечайки; отсутствует тепловая защита фланцевого уплотнения камеры.

Известен контейнер с картриджами для газов, содержащий цилиндрический корпус, герметичную камеру, в которой расположены картриджи с сорбентом для газов, нагреватель, расположенный вдоль оси корпуса контейнера, патрубки подачи и отвода газа, патент Российской Федерации №2221290, МПК G21F 5/00, 2004 г. - прототип.

Недостатком прототипа является использование дорогостоящих интерметаллических соединений циркония, титана, кобальта и никеля.

Данное изобретение устраняет недостатки аналогов и прототипа.

Задачей изобретения является увеличение скорости поглощения или выделения газа.

Техническим результатом изобретения является повышение безопасности, повышение объемного и массового содержания водорода.

Технический результат достигается тем, что в контейнере для газов, содержащем корпус, герметизированную камеру, в которой расположены протяженные вдоль оси корпуса картриджи и нагреватель, патрубки подачи и отвода газа, картриджи выполнены в виде блока трубчатых капилляров, радиус и толщина стенок которых определена отношением

0,01≤Δ/r≤0,2,

где r - радиус капилляра, Δ - толщина стенок капилляра, трубчатые капилляры прижаты друг к другу, в промежутках между трубчатыми капиллярами по всей длине блока расположены проволочные нитевые нагреватели, соединенные последовательно в одну цепь или сгруппированы в несколько цепей, а концы нагревателей выведены на электрический разъем, закрепленный на торце корпуса, обращенного в сторону внутреннего торца контейнера, свободные торцы трубчатых капилляров блока плотно закрыты полусферическими заглушками из того же материала, а стенки трубчатых капилляров выполнены из материала с переменной проницаемостью для водорода, возрастающей с увеличением температуры, блок трубчатых капилляров расположен в корпусе, на донышке корпуса установлена ответная часть электрического разъема, соединенная с контроллером, выходы которого соединены с датчиком давления и вентилем, установленным на выпускном патрубке контейнера. Капилляры выполнены с переменным по величине радиусом с уменьшением от центра контейнера к его периферии в пределах от 200 до 20 мкм. На корпусе установлен, по крайней мере, один предохранительный клапан для выпуска газа. В промежутках между трубчатыми капиллярами расположена, по крайней мере, одна термопара, соединенная с нитевыми нагревательными элементами и контроллером.

Сущность изобретения поясняется на фиг.1 и 2.

На фиг.1 схематично представлен продольный разрез контейнера для газов со схемой управления, где 1 - корпус контейнера, 2 - съемная герметизируемая крышка, 3 - предохранительный клапан, 4 - трубчатый капилляр, 5 - оболочка блока трубчатых капилляров, 6 - проволочный нитевой нагреватель, 7 - выпускной патрубок, 8 - электрический разъем, 9 - контроллер, 10 - датчик давления, 11 - вентиль.

На фиг.2 схематично представлен поперечный разрез контейнера, где 1 - корпус контейнера, 3 - предохранительный клапан, 4 - трубчатый капилляр (поперечное сечение), 5 - оболочка блока трубчатых капилляров, 6 - сечение проволочных нитевых электронагревателей.

Корпус контейнера 1 выполнен из металла или композитного материала с толщиной стенок, рассчитанной на давление, соответствующее максимальному давлению водорода, подаваемого в силовую установку.

Корпус контейнера 1 снабжен выпускным патрубком 7, одним или несколькими предохранительными клапанами 3 для выпуска газа (водорода) на случай повышения его давления в аварийных ситуациях, а также элементами устройств управляемого высвобождения газа (водорода): электрическим разъемом 8, контроллером 9, датчиком давления 10, вентилем 11.

Корпус контейнера 1 снабжен также съемной герметизируемой крышкой 2, через которую производится загрузка оболочки блока трубчатых капилляров 5 картриджа.

Оболочка блока трубчатых капилляров 5 обеспечивает манипулирование блоком при установке его в корпус контейнера 1 при извлечении и транспортировке. Оболочка блока трубчатых капилляров 5 снабжена ручкой для установки и извлечения из корпуса.

Оболочка блока трубчатых капилляров 5 содержит плотно упакованные протяженные трубчатые капилляры 4. Радиус и толщина стенок трубчатых капилляров 4 определена величиной нормированного соотношения: отношение толщины стенок трубчатого капилляра Δ к радиусу r капилляра лежит в пределах 0,01-0,2. Эти пределы определены величиной давления напускаемого в них водорода и применяемого материала; при этом радиус собственно капилляров r лежит в пределах от 20 до 200 мкм. Трубчатые капилляры 4 выполнены с переменным по величине радиусом. Радиус трубчатых капилляров 4 изменяется от центра контейнера к его периферии в пределах от 200 до 20 мкм. Трубчатые капилляры 4 собраны и соединены между собой в упаковку таким образом, что соседние трубчатые капилляры 4 соприкасаются своими стенками, образуя пустые промежутки вдоль оси оболочки блока трубчатых капилляров 5. По этим промежуткам, по всей длине оболочки блока трубчатых капилляров 5 проложены проволочные нитевые электронагреватели 6, обеспечивающие нагревание стенок трубчатых капилляров 4 при пропускании по ним электрического тока.

Проволочные нитевые электронагреватели 6 соединены между собой последовательно в одну цепь или сгруппированы в несколько цепей, а их концы выведены на электрический разъем 8, закрепленный на торце корпуса контейнера 1.

Свободные концы (торцы) трубчатых капилляров 4 плотно закрыты полусферическими заглушками (донышками) из того же материала, что и стенки трубчатых капилляров 4 такой же или большей толщины. Трубчатые капилляры 4 выполнены из материала, обладающего переменной проницаемостью для водорода: с незначительной диффузионной проницаемостью при температурах ниже +60°С и существенно (в 10 и более раз) возрастающей при повышении температуры до 200-250°С.

С внешней стороны трубчатые капилляры 4 заключены в оболочку блока трубчатых капилляров 5 из того же материала толщиной, в 10-12 раз превышающей толщину Δ стенок трубчатых капилляров 4, скрепленную со стенками трубчатых капилляров 4 наружного слоя. Оболочка блока трубчатых капилляров 5 перекрывает одну из торцевых частей скомпонованных трубчатых капилляров 4, ту, которая обращена в сторону загрузочной съемной герметизируемой крышки 2 корпуса контейнера 1.

Высвобождение газа (водорода) из трубчатых капилляров 4 осуществляется при нагревании их стенок за счет диффузии через стенки компрессированного газа (водорода). Нагревание осуществляется от проволочных нитевых нагревателей 6 при пропускании по ним электрического тока. Для этого концы объединенных в цепи проволочных нитевых нагревателей 6 выведены на электрический разъем 8, который при установке оболочки блока трубчатых капилляров 5 с блоком трубчатых капилляров 4 в корпус контейнера 1 входит в контакт с совмещаемой частью электрического разъема 8, установленной на донышке корпуса контейнера 1. Через электрический разъем 8 электрический ток на проволочные нитевые нагреватели 6 подается от внешнего управляемого контроллера 9. Контроллер 9 запрограммирован таким образом, что сила тока, подаваемого на проволочные нитевые нагреватели 6, и/или количество запитанных проволочных нитевых нагревателей 6 увеличивается при понижении давления газа (водорода) по сравнению с заданным уровнем и, наоборот, уменьшается при его повышении.

Давление газа (водорода) в выпускном патрубке 7 контролируется датчиком 10. Кроме того, контроллер 9 может управлять потоком подаваемого в силовую установку газа (водорода) посредством вентиля 11, для чего на выпускном патрубке 7 может быть установлен датчик расходомера. Для контроля предельного нагрева проволочных нитевых нагревателей 6 в каналах между трубчатыми капиллярами 4 также размещены одна или несколько термопар с выводом их отклика на контроллер 9.

Изобретение может быть использовано в лазерной технике, в микроэлектронике, а также в автомобильном транспорте. Контейнер для газов содержит корпус, герметизированную камеру, в которой расположены протяженные вдоль оси корпуса картриджи и нагреватель, патрубки подачи и отвода газа. Технический результат достигается тем, что картриджи выполнены в виде блока трубчатых капилляров, радиус и толщина стенок которых определены отношением 0,01≤Δ/r≤0,2, где r - радиус капилляра, Δ - толщина стенок трубчатого капилляра, в промежутках между трубчатыми капиллярами по всей длине блока расположены проволочные нитевые нагреватели. Стенки трубчатых капилляров выполнены из материала с переменной проницаемостью для водорода, возрастающей с увеличением температуры. Техническим результатом является повышение безопасности, повышение объемного и массового содержания водорода в картриджах. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Контейнер для газов, содержащий корпус, герметизированную камеру, в которой расположены протяженные вдоль оси корпуса картриджи и нагреватель, патрубки подачи и отвода газа, отличающийся тем, что картриджи выполнены в виде блока трубчатых капилляров, радиус и толщина стенок которых определены отношением 0,01≤Δ/r≤0,2, где r - радиус капилляра, Δ - толщина стенок капилляра, трубчатые капилляры прижаты друг к другу, в промежутках между трубчатыми капиллярами по всей длине блока расположены проволочные нитевые нагреватели, соединенные последовательно в одну цепь или сгруппированные в несколько цепей, а концы нагревателей выведены на электрический разъем, закрепленный на торце корпуса, обращенного в сторону внутреннего торца контейнера, свободные торцы трубчатых капилляров блока плотно закрыты полусферическими заглушками из того же материала, а стенки трубчатых капилляров выполнены из материала с переменной проницаемостью для водорода, возрастающей с увеличением температуры, блок трубчатых капилляров расположен в корпусе, на донышке корпуса установлена ответная часть электрического разъема, соединенная с контроллером, выходы которого соединены с датчиком давления и вентилем, установленным на выпускном патрубке контейнера.2. Контейнер для газов по п.1, отличающийся тем, что капилляры выполнены с переменным по величине радиусом с уменьшением от центра контейнера к его периферии в пределах от 200 до 20 мкм.3. Контейнер для газов по п.1, отличающийся тем, что на его корпусе установлен, по крайней мере, один предохранительный клапан для выпуска газа.4. Контейнер для газов по п.1, отличающийся тем, что в промежутках между трубчатыми капиллярами расположена, по крайней мере, одна термопара, соединенная с нитевыми нагревательными элементами и контроллером.