Вакуумно-многослойная изоляция криогенных систем Советский патент 1984 года по МПК F16L59/06 F16L59/08 

to

tsD

/

00 О5

00

Изобретение относится к криогенной технике, конкретнее к устройствам теплоизоляции криогенного оборудования, работающего при «гелиевых температурах и ниже.

Известны устройства теплозащиты криогенного оборудования, использующие вакуумно-многослойную изоляцию в виде множества отражающих тепловое излучение экранов с низкой излучательной способностью, расположенных на определенном расстоянии друг от друга. Экраны расположены в вакуумированной полости с равномерным щагом и отделены друг от друга теплоизоляционными прокладками, толщина которых и определяет расстояние между ними. Перенос тепла через такую систему осуществляется в основном излучением 1.

При уменьшении расстояния между экранами до определенного предела тепловой поток может существенно увеличиться, особенно при «гелиевых температурах.

Наиболее близкой по технической сущности -К изобретению является вакуумномиогослойная изоляция 2, содержащая ряд отражающих излучение экранов, расположенных с определенным равномерным шагом. Расстояние между противолежащими экранами определяется из зависимости

(1)

где Т -средняя рабочая температура, К. Тепловой поток в известной изоляции при использовании для теплоизоляции криогенного оборудования при «гелиевых температурах увеличивается, за счет того, что часть экранов попадают в область, где тепловой поток зависит от расстояния между экранами. Если температура первого экрана 77 К, а последнего 4 К, то соответственно средняя рабочая температура равна

Т - 40,5 К,

тогда согласно (1) расстояние между экранами должно быть dm5f7 2,4740 м. Тепловой поток при таком расстоянии между экранами увеличивается в 1,94 раза. При увеличении средней рабочей температуры вакуумно-многослойной изоляции тепловой поток еще больше увеличивается, что ведет к увеличению объема испарившегося криогенного компонента.

Целью изобретения является уменьшение теплового потока через вакуумно-многослойную изоляцию.

Эта цель достигается тем, что в вакуумно-многослойной изоляции криогенных систем, содержащей ряд отражающих экранов, расположенных на резервуаре с криогенной жидкостью с определенным интервалом между собой, часть экранов, близлежащих к резервуару, имеет селективное покрытие, обладающее скачком спектральной степени черноты до больших значений в области больших длин волн, и установлены с интервалом Ej , определяемым зависимостью

р 1,43 10 , Ч -р. м,

а остальные экраны установлены на расстоянии 2 и ЕЗ друг от друга определяемом зависимостями

, i2|: ,,,„ 2з , м, если 1, где Т -рабочая температура экрана;

дТ - перепад температур между соседними экранами;

Т -средняя температура двух соседних экранов.

5 Кроме того, селективное покрытие имеют 20-30°/о экранов.

На чертеже изображено устройство вакуумно-многослойной изоляции.

Устройство содержит защищаемый объект I, экраны с селективным покрытием 2, 0 расставленные с шагом , металлические экраны 3, расставленные с шагом Е и с шагом э.

Устройство работает следующим образом Для уменьшения теплового потока к заплищаемому криогенному резервуару экраны должны устанавливаться на строго определенном расстоянии друг от друга.

Для чисто металлических экранов без покрытия данное расстояние определяется исходя из реального распределения темпе0 ратур по экранам. При этом 70-80% экранов должны находиться на расстоянии t, а у 20-30% расстояние между противолежащими экранами ;)

При таком расположении экранов тепловой поток между двумя соседними экра5 нами минимальный, так как данные расстояния определяются из условия минимума эффективной степени черноты экрана от расстояния между ними в зависимости от

перепада температур.

Q Дополнительное уменьшение теплового потока между соседними экранами достигается за счет покрытия 20-30% экранов с большим перепадом температур между соседними экранами селективным покрытием, например окисью алюминия, имею5 щим характеристику спектральной степени черноты экрана в сторону больших расстояний по сравнению с чисто металлически.ми и требует расстановки экранов 2 с шагом j.

Селективные покрытия увеличивают глубину минимума и смещают его в сторону больших расстояний между экранами.

Следовательно, целесообразнее покрывать селективным покрытием экраны, уже обеспечивающие глубокий минимум, с целью получения еще более глубокого минимума. Такими экранами являются экраны, близлежащие к криогенной поверхности и имеющие больщой перепад температуры . Больщой перепад температуры имеют 20-30% всех экранов, близлежащих к криогенной поверхности, для них величина соответственно равна 0,6-0,1, в то же время для остальных экранов она менее 0,05.

Таким образом, верхний предел количества экранов 30% определяется тем, что покрытие экранов более 30% селективным покрытием не приводит к уменьщению теплового потока через изоляцию. Нижний предел количества экранов 20% определяется тем, что если покрывать селективным покрытием количество экранов меньще 20%, то это приведет к увеличению теплового потока, поскольку снижается количество экранов, обеспечивающих глубокий минимум теплового потока.

Использование изобретения позволит повысить эффективность теплозащиты криогенного оборудования.

1. ВАКУУМНО-МНОГОСДОЙНАЯ ИЗОЛЯЦИЯ КРИОГЕННЫХ СИСТЕМ, содержащая ряд отражающих экранов, расположенных на резервуаре с криогенной жидкостью с определенным интервалом между собой, отличающаяся тем, что, с целью уменьшения теплового потока через изоляцию, часть экранов, близлежащих к резервуару, имеет селективное покрытие, обладающее скачком спектральной степени черноты до больщих значений в области больших длин волн и установлены с интервалом Pj определяемым зависимостью р Ы5 JO .. EI --у, м а остальные экраны установлены на расстоянии fa и Ei друг от друга,определяемом зависимостями р 1,29-101 „ ДТ - « I и если tj , м. 1,21 10 , е м: если где Т -рабочая температура экрана; ДТ -перепад температур между соседними экранами; Т --средняя температура двух сосед(Л них экранов. 2. Изоляция по п. 1, отличающаяся тем, что селективное покрытие имеют 20-30% экранов.