Способ заполнения сосуда криогенной жидкостью Советский патент 1991 года по МПК F17C7/02 

Изобретение относится к криогенной технике, в частности к хранению и транспортированию криогенных веществ и предназначено для использования при заправке сосудов и криостатов сверхкритическим гелием.

Целью настоящего изобретения является уменьшение потерь при заправке сосуда сверхкритическим гелием и увеличение холода, аккумулированного в сосуде.

На фиг. 1 показана принципиальная схема осуществления предлагаемого способа; на фиг. 2 - графики изменения давления и температуры сверхкритического гелия в сосуде при заправке.

Сверхкритический гелий подают в сосуд 1 из резервуара 2, являющегося источником, по трубопроводу 3 через вентиль 4 заполнения. Образующиеся пары гелия из сосуда 1 отводят через вентиль 5 газосброса. В сосуде 1 устанавливают давление выше критического, близкое по величине к давлению в резервуаре 2, и измеряют его манометром 6. Часть сверхкритического гелия, подаваемого в сосуд 1, дросселируют через дроссель 7. Жидкую фазу, образующуюся в потоке после дросселя 7. испаряют в теплообменнике 8 и охлаждают другую часть поступающего в сосуд гелия и в заправляемый объем сосуда 1. Пары из теплообменника 8 сбрасывают в газгольдер через вентиль 9. Отвод паров через вентиль 5 газосброса прекращают при резком снижении давления в сосуде 1, продолжая подачу гелия через вентиль 4 заполнения. После стабилизации температуры сверхкритического гелия в сосуде 1, регистрируемой тер- мопреобразователем 10, и давления, фиксируемого манометром 6, закрывают вентиль 4 заполнения и вентиль 9.

Заправку теплоизолированного сосуда из нержавеющей стали проводят через труО

ел о Ј

«-л

бопровод с внутренним диаметром 6 мм и длиной 6 м. Избыточное давление сверхкритического гелия составляет 0,5 МПа, температура исходного криопродукта 4,5 К, температура потока на входе в сосуд 6 К. Расход гелия через газосбросной вентиль сосуда 0,75 г/с, а расход через дроссель в охлажденном состоянии 0,5 г/с.

На фиг. 2 представлены графики изменения параметров в сосуде во время заправки с открытыми вентилями заполнения и газосброса. Линия 11 отражает зависимость давления, линия 12 - зависимость температуры.

Через 1 ч после начала заправки наблюдают уменьшение давления в сосуде с 0,6 до 0,2 МПа. В дальнейшем давление в сосуде восстанавливается и стабилизируется, а температура понижается до 5 К, т.е. ниже температуры гелия, поступающего е сосуд. Снижение давления в сосуде при заправке связано с падением теплоемкости материала сосуда при низких температурах и с резким уменьшением удельного объема гелия при температурах, близких к псевдокритической. Присходит интенсивное накопление сверхкритического гелия в сосуде при соответствующем сокращении отвода паров и уменьшении гидравлического сопротивления линии газосброса, вызывающем снижение давления в сосуде. Установленное снижение давления позволяет применить предлагаемый способ при заправке сосуда сверхкритическим гелием.

Закрытие вентиля газосброса на последнем этапе охлаждения сосуда при резком снижении давления в нем обеспечивает в условиях охлаждения заправляемого объема сдроссепированным потоком заправку большей части криопродукта без отвода паров. Потери гелия при заправке сосуда по предлагаемому способу уменьшаются по сравнению с известным способом в 1,5 раза.

Охлаждение криопродукта в сосуде с закрытым газосбросом жидким гелием, испаряющимся в теплообменнике, снижает его температуру до температуры, близкой к температуре кипения жидкого гелия, увеличивает массу сверхкритического гелия и количество холода, аккумулированное в заправленном сосуде. Дросселирование части сверхкритического гелия, отобранного до поступления в сосуд, до давления, близкого к атмосферному, позволяет получить жидкую фазу в потоке после дросселя. Последующее испарение жидкого гелия в теплообменнике, расположенном в сосуде, обеспечивает интенсификацию отвода тепла от стенок сосуда и охлаждение сверхкритического гелия, находящегося в сосуде,

ниже температуры поступающего гелия, а при определенных условиях ниже температуры исходного,криопродукта. Доля потока, подаваемого на дроссель, определяется расчетным путем или экспериментально и

зависит от параметров гелия на входе в сосуд, а также от требований к системе заправки.

Прекращение отвода паров из сосуда при резком снижении давления в нем, обусловленном быстрым увеличением массы сверхкритического гелия в сосуде при температурах, близких к псевдокритической, снижает потери гелия при заправке, так как значительная доля криопродукта поступает

в сосуд при закрытом газосбросе. Продолжение подачи гелия в течение всего процесса позволяет получить при минимальной температуре и максимальном давлении наибольшее количество сверхкритического гелия в заправленном сосуде, т.е. увеличивает холод, аккумулированный в сосуде.

Формула изобретения

Способ заполнения сосуда криогенной жидкостью, включающий ее подачу под давлением из источника, дросселирование части жидкости с охлаждением жидкости, оставшейся в сосуде, и отвод образующихся

паров из сосуда, отличающийся тем, что, с целью уменьшения потерь при заправке сосуда сверхкритическим гелием и увеличения холода, аккумулированного в сосуде, поднимают давление в сосуде выше

критического, на дросселирование отбирают поток до поступления жидкости в полость сосуда, отвод паров из сосуда прекращают при падении давления в нем после захолаживания, а дросселирование

части жидкости и охлаждение объема сосуда продолжают в течение всего периода заполнения.

ХГ

Изобретение относится к хранению и транспортированию криогенных веществ. Цель изобретения - уменьшение потерь сверхкритического гелия при заправке и увеличение холода, аккумулированного в сосуде. Для этого необходимо при интенсивном охлаждении заправляемого сосуда уменьшить сброс паров. Способ включает подачу криопродукта из источника и отвод паров из сосуда, подьем давления в сосуде выше критического, разделение поступающего сверхкритического гелия на части, дросселирование одной части гелия, отобранной до поступления в полость сосуда, и охлаждение сдросселированным потоком другой части и заправляемого объема путем теплообмена. Отвод паров из объема сосуда прекращают при резком1 снижении давления в нем, а подачу гелия и дросселирование части потока продолжают в течение всего периода заполнения. 2 ил.

Фиг.

W