Криогенный резервуар Советский патент 1989 года по МПК F17C3/00 

1

Изобретение относится к криогенной технике, а именно к конструкциям криогенных резервуаров, предназначенных для хранения, транспортировки и выдачи потребителю криопродуктов.

Целью изобретения является повышение экономичности за счет снижения испаряемости криопродукта вследствие теплоприто- ков извне.

На фиг. 1 схематично представлен предлагаемый криогенный резервуар; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 2.

Криогенный резервуар содержит наружный корпус 1 и рас1ме.денный в нем с образованием теплоизоляционной полости 2 внутренний сосуд 3, на внешней поверхности которого расположен заполненный адсорбентом 4, адсорбционный насос 5, снабженный периферийными теплопроводными рами 6, соединенным с ними газопроницае-, мым экраном 7 и нагревателем 8. Резервуар дополнительно содержит защитный козырек 9, закрепленный с тепловым контактом на ребрах 6 эквидистантно экрану 7, и патрубки 10, сообщающие пространство между экраном 7 и козырьком 9 с теплоизоляционной полостью 2, а адсорбционный насос 5 снабжен центральными теплопроводящими ребрами 11. Часть нагревателя 8 размещена на внешней поверхности периферийных ребер 6 по всему контуру адсорбционного насоса 5, а часть - на поверхности центральных ребер 11. Обе части нагревателя 8 закреплены с тепловым контактом на ребрах 6 и 11 и внешней поверхности внутреннего сосуда 3. Внешняя поверхность защитного козырька 9 снабжена слоем 12 теплоизоляции,.а его внутренняя поверхность полирована. Расстояние между периферийными ребрами 6 и центральными ребрами 11 выбирается из условия

I л

-1ЖГ

4:

О5

сд

05

;

где 1 - расстояние между ребрами;

Лэ-теплопроводность материала экрана 7;

ХА -- теплопроводность адсорбента 4; бд - толщина экрана 7; бд - толщина слоя адсорбента 4. Криогенный резервуар работает следующим образом.

Внутренний сосуд 3 заполняется крио- продуктом и стенки сосуда 3 приобретают температуру, соответствующую температуре криопродукта. Вследствие хорощей теплопроводности материалов периферийных и центральных ребер б и 11 и газопроницаемого экрана 7 они достаточно быстро охлаждаются до температуры криопродукта. Одно.- временно происходит охлаждение адсорбента 4, который находится в изотермической полости, образованной ребрами 6 и 11, экраном 7 и стенкой сосуда 3. При этом слои адсорбента 4, контактируюш.ие с поверхностями ребер 6 и 11 экрана 7 и сосуда 3 охлаждаются интенсивнее, чем внутренние слои и сразу вступают в работу по адсорбции газов, находящихся в теплоизоляционной полости 2 резервуара. Эти газы из полости 2 через патрубки 10, размер которых пoдбиpaJ ется из условия обеспечения необходимой быстроты откачки теплоизоляционной полости 2, поступают в полость, образованную экраном 7 и защитным козырьком 9, а оттуда через газопроницаемый экран 7 - к адсорбенту 4. Тепловое излучение со стороны наружного корпуса 1 не проникает в полость между экраном 7 и козырьком 9, а также не оказывает влияния на температуру козырька 9, охлаждаемого при помощи ребер 6, и закрытого слоем 12 теплоизоляции. Полировка внутренней поверхности козырька 9 способствует исключению теплопритоков со стороны козырька 9, имеющего температуру, несколько превыщающую температуру экрана 7. Выполнение условия выбора расстояния между ребрами 6 и 11 приводит к тому, что 95% теплового потока, достигающего адсорбционного насоса 6 через тепло- слой изоляции, отводится по ребрам 6 и 11, а не через слой адсорбента 4. Это обеспечивает такие условия работы адсорбента 4, которые практически не влияют на адсорбционные характеристики с точки зрения максимального использования потенциальных возможностей адсорбента.

В процессе эксплуатации резервуара адсорбент поддерживает требуемое давление в теплоизоляционной полости.

При регенерации адсорбента 4 криопро- дукт из резервуара сливается и прогрев насоса 5 осуществляется при помощи нагревателя 8 (электрического или выполненного в виде змеевика для подачи греющего газа).

Предлагаемое расположение частей нагревателя 8 обеспечивает прогрев адсорбента 4 путем теплообмена с поверхностями ребер 6 и 11, сосуда 3 и экрана 7, т. е. в условиях, аналогичных условиям охлаждения при работе. Этот факт имеет положительное зна- чение, поскольку слои адсорбента 4, вступающие в первую очередь в работу при охлаждении, наиболее интенсивно прогреваются и соответственно эффективнее регенерируются.

Кроме того, данное размещение нагревателя 8 позволяет достигнуть и еще одной ц,ели - технологичности, которая заключается в освобождении внутренней полости насоса, где размещается адсорбент от нагре- с вательного устройства. В известных конструкциях резервуаров нагреватель занимает часть объема адсорбционного насоса, затрудняя процесс засыпки адсорбента при монтаже резервуара. В данном случае насос свободен « засыпка адсорбента не составля-- 0 ет труда.

Улучщение процесса регенерации адсорбента дает возможность увеличить ресурс его работы и в целом увеличить рабочий цикл резервуара между регенерациями адсорбента. В результате за полный период эксплуа- тации резервуара слив криопродукта для регенерации ;южет проводиться реже, что обуславливает снижение потерь криопродукта на испаряемость при последующей заправке «теплого резервуара. Кроме того, 30 повыщение адсорбционных характеристик адсорбента вследствие хорощей регенерации, а также организация подвода газа к адсорбенту без дополнительных теплопритоков к нему, позволяет поддерживать в теплоизоляционной полости ррэервуара более высокий 35 вакуум и тем самым снизить испаряемость криопродукта в процессе эксплуатации резервуара.

Предлагаемая расчетная формула для определения расстояния между ребрами получена, на основании рассмотрения баланса тепловых потоков, отводимых охлаждаемой стенкой резервуара через экран, ребра и слой адсорбента.

При превыщении расчетного предела удельная емкость адсорбента резко падает, а поэтому увеличение расстояния между реб- рами более расчетной величины приводит к резкому снижению удельной емкости адсорбента и, соответственно, к повыщению остаточного давления в теплоизоляционной полости, а это прямым образом сказывается 50 на теплопритоках к внутреннему сосуду, росту этих теплопритоков и увеличению испаряемости криопродукта, т. е. к его потерям. Таким образом, обеспечивая необходимое расстояние между ребрами в совокупности с конструктивными особенностями предла- 55 гаемого резервуара, основная цель предлагаемого изобретения достигается - повышается экономичность вследствие снижения потерь криопродукта.

Формула изобретения

1. Криогенный резервуар, содержащий наружный корпус, внутренний сосуд с теплоизоляционной полостью между ними и криогенный насос, размещенный на внещней поверхности внутреннего сосуда, имеющий периферийные теплопроводные ребра, газопроницаемый экран и нагреватель, отличающийся тем, что, с целью повышения экономичности за счет снижения испаряемости крио- продукта, он снабжен теплозащитным козырьком, установленным снаружи газопроницаемого экрана эквидистантно ему и имеющим тепловой контакт с внутренним сосудом, патрубками, сообщающими пространство между козырьком и экраном с теплоизоляционной полостью, адсорбционный насос снабжен центральными теплопроводными ребрами и секции нагревателя имеют теп0

,

ловой контакт с внутренним сосудом, внешней поверхностью периферийных ребер и поверхностью центральных ребер.

2.Сосуд по п. 1, отличающийся тем, что внешняя поверхность козырька выполнена теплоизолированной, а внутренняя - полированной.

3.Резервуар по п. 1, отличающийся тем, что расстояние между периферийными и центральными ребрами определяется из неравенства

,МА QK

где 1 - расстояние между ребрами;

Я,э - теплопроводность материала экрана; бз - толщина экрана; 5д - толщина слоя адсорбента; АЛ - теплопроводность материала ад- сопбента.

Изобретение относится к криогенной технике и позволяет повысить экономичнрсть За счет снижения испаряемости криопродук- та. Резервз ар содержит адсорбционный насос (АН) с периферийными и центральными теплопроводящими ребрами (Р), газопроницаемый экран и нагреватель. Эквидистантно экрану установлен теплозащитный козырек, внешняя поверхность которого выполнена теплоизолированной, а внутренняя - полированной. Нагреватель выполнен из секций, одна из которых размещена по внешней поверхности периферийных Р по всему контуру АН, другая - на поверхности центральных Р. Расстояние 1 между периферийными и центральными Р дпределяется по соотношению 1 д/ бэбд/ЮХл, где Кг, - теплопроводность материала экрана; бэ - толщина экрана; бд - толщина слоя адсорбента; LA - теплопроводность материала адсорбента. Это приводит к тому, что 95% теплового потока, достигающего АН через слой теплоизоляции, отводится по Р и слои адсорбента, контактирующие с поверхностями Р, экрана и сосуда, интенсивно охлаждаются. 2 3. п. ф-лы, 3 ил. 5

±

(иё.2

6 -б

сри.З