Устройство подачи и газификации криогенной жидкости Советский патент 1993 года по МПК F17C9/02 

.Изобретение относится к технике, связанной с хранением, подачей и газификацией, преимущественно, криогенной жидкости и может быть использовано в любой области народного хозяйства, где требуется подача газифицированной жидкости.

Известна система подачи и газификации жидкости, принятая в качестве прототипа (LOX hydrocarbon auxiliary propulsion for the Space Shuttl Orblter. Orton G.F. Mark Т.О. AIAA Pap. 1982, № 1155, 10 pp). Система подачи и газификации жидкости содержит емкость с жидкостью, соединенную магистралью заправки с клапаном и узлом подачи и газификации, состоящим из последовательно соединенных насоса, газогенератора, турбины, фильтра, магистрали потребителя с обратным клапаном сообщенной с ресивером и потребителем. Кроме того вход турбины сообщен с магистралью потребителя, а выход через клапан - с магистралью дренажа. Эта система обеспечивает любую заданную программу потребления газа из ресивера. В этом техническом решении происходит выброс газа после раскрутки турбины, что снижает энергетические характеристики системы, наличие сложных и тяжелых агрегатов с малой надежность-ю и ресурсом, а также наличие продуктов сгорания в магистралях подачи снижают общую надежность системы.

Целью изобретения является улучшение энергетических характеристик, массы и габаритов с одновременным увеличением надежности и ресурса системы подачи и газификации жидкости.

Указанная цель достигается тем. что устройство подачи и газификации криогенной жидкости снабжено магистралями заправки и дренажа, узел газификации выполнен в виде установленных внутри испарительной камеры, камеры сгорания и аккумулятора тепла, при этом испарительная камера имеет перегородки, первая из которых выпол w

Ј

V 00

ю

00

ю

О

йена из пористого и малотеплоемкого материала и установлена эквидистантно внутренней поверхности испарительной камёрь)7,а вторая образует щелевой канал с наружно й поверхностью аккумулятора теп- лаГ б дктгючемДшй через клапан к камере сгорания и к магистрали потребления до обратного клапан, полость испарительной камеры подключена через клапан к магистрали дренажа и через тангенциальный .патрубок - к магистрали заправки, а выход патрубка размещен между, перегородками по касательной к первой перегородке.

Работоспособность системы достигается энергетическим балансом подведенной и используемой энергией, возможностью заправки разогретой внутренней полости испарительной камеры при малом давлении в емкости за короткий промежуток времени, а также испарением и дальнейшим прогревом газифицированного газа с одновременным ростом температуры на выходе из газификатора. Все эти условия выполняются в предложенном техническом решении. Вначале, используя остатки газа в испарительной камере, они вместе с другим составляющим топлива сгорают в камере сгорания и разогревают аккумулятор тепла, затем из емкости происходит подача жидкости по тангенциальному патрубку в испарительную камеру. Заправка жидкости происходит до тех пор, пока давление в емкости не выравнивается до давления в испарительной камере, после чего подача жидкости прекращается и происходит ее испарение и рост температуры и давления газа в испарительной камере. Этот газ проходя по щелевому каналу между аккумулятором тепла и перегородкой, нагревается до заданной температуры и идет в ресивер или к потребителю. Между нагревом аккумулятора и напуском жидкости в испарительную камеру газ из испарительной камеры дренируют. Исходя из условия обеспечения минимальной массы конструкции системы, аккумулятор должен выполняться из теплоемкого, легкого и жаропрочного материала, например сили- цилованного графита, а перегородка у стенки испарительной камеры - из малотеплоемкого, легкого и пористого материала. Такое выполнение перегородки увеличивает количество испаряемой жидкости, что увеличивает эффективность испарителя, снижение его массы и энергетических затрат.

Заправка испарительной камеры жидкостью возможна при непревышении давлением в испарительной камере значения давления в емкости с жидкостью к моменту окончания заправки требуемого количества

жидкости, которое определяется предварительно запасенным в аккумуляторе количеством теплоты. Так как к началу заправки аккумулятор тепла и элементы конструкции

испарительной камеры нагреты, то при заправке начинается испарение жидкости и повышается давление в испарительной камере. При равенстве давлений в испарительной камере и емкости с жидкостью

заправка не возможна. Поэтому, чтобы заправить в испарительную камеру требуемое количество жидкости необходимо уменьшить ее испарение в процессе заправки. Заправляемая жидкость направляется в ис5 парительную камеру по касательной к поверхности малотеплоемкой пористой перегородки, что предотвращает разбрызгивание и попадание на нагретые и теплоемкие стенки испарительной камеры и

0 аккумулятора тепла. Поэтому перегородку можно назвать экранирующей, так как в процессе заправки она предотвращает контакт жидкости с нагретыми теплоемкими элементами. Это на порядок снижает скороВ сть испарения жидкости и роста давления и позволяет максимально увеличить коэффициент заполнения объема,а,следовательно и КПД испарительной камеры. Газожидкостная среда попадающая в щелевой канал ис0 паряется и прогревается при движении вдоль аккумулятора тепла.

На фиг. 1 приведена схема предложенного устройства подачи и газификации жидкости; на фиг. 2 - поперечный разрез узла

5 газификации.

Устройство подачи и газификации жидкости содержит емкость 1 с газифицируемой жидкостью, сообщенную магистралью заправки 2, с клапаном 3 и узлом газификации

0 и подачи 4. Узел 4 включает в себя камеру сгорания 5, совмещенную с аккумулятором тепла 6, выполненного из теплоемкого материала, например, из бериллия, и размещенных внутри испарительной камеры 7,

5 имеющей форму тела вращения, ось которой совмещена с осью камеры сгорания. В полости испарительной камеры 7 установлены экранирующие перегородки 8 и 9, одна из которых 8 расположена эквидистантно

0 внутренней поверхности камеры 7, и выполнена из пористого малотеплоемкого материала, а другая перегородка 9 - вдоль наружной поверхности камеры сгорания 5с аккумулятором тепла 6 и образует с ней ще5 левой канал. Перегородка 9 одним торцем герметично закреплена на стенке испарительной камеры 7, а щелевой канал в замкнутой части сообщен через клапан 10 с камерой сгорания 5 и магистралью 11 через обратный клапан 12 с ресивером и потребителем 14. Камера 7 сообщена через клапан 15с магистралью дренажа. Камера 7 снабжена тангенциальным патрубком 16, выход которого расположен между перегородками 8 и 9 по касательной к поверхности перего- родки 8. Вход этого патрубка соединен с магистралью заправки 2.

Устройство газификации и подачи газифицированной жидкости работает следующим образом. Если давление в ресивере. 13 и испарительной камере становится ниже допустимого, газ из камеры 7 через клапан 10 подается в камеру сгорания 5. где вместе с другим топливом сгорает, нагревает камеру сгорания и аккумулятор тепла. Продукты сгорания дренируются. После выработки газа из камеры испарения 7 закрывается клапан 10 и открывается клапан 15, аккумулятор тепла 6 разогрет, а камера 7 готова к заправке. Для заправки испари- тельной камеры жидкостью открывается клапан 3 и жидкость из емкости 1 по магистрали 2 через патрубок 16 поступает в дренируемую через клапан 15 испарительную камеру 7 по касательной к перегородке 8 и организует ее экваториальное заполнение, исключающее контакт жидкости с горячими поверхностями камеры 7 и аккумулятора тепла 6 во время заправки. .Одновременно с закрытием клапана 3 закрывается клапан 15. Жидкость в испарительной камере нагревается и испаряется, в результате чего происходит рост давления. Газ по щели между аккумулятором тепла и перегородкой 9 дополнительно нагревается и по магистрали 11 поступает в ресивер 13 и к потребителю 14. После опорожнения ресивера и камеры испарения давления ниже допустимого процесс повторяется.

Предложенное устройство газификации и подачи газифицированной жидкости без использования ряда сложных устройств, имеющих в своем составе подвижные, мало надежные элементы - насос, турбину, газогенератор, позволяет существенно улучшить энергетические, массогабаритные характеристики системы с одновременным увеличением надежности и ресурса системы. Кроме этого устройство позволяет получать абсолютно чистый испаренный газ с любым необходимым давлением, что существенно расширяет область применения заявляемой системы подачи и газификации жидкости.

Область применения: в любой области народного хозяйства, где требуется хранение и газификация жидких веществ, преимущественно криогенных. Сущность изобретения: жидкость из емкости с малым давлением подается в предварительно отва- куумированную испарительную камеру, где под действием тепла,выделившегося в камере сгорания и запасенного в аккумуляторе тепла, она испаряется с повышением давления и подается к потребителю. Все это реализуется в конструкции камеры испарителя со специальными вводами, перегородками и дренажами, что совместно со схемой образует систему газификации и подачи. 2 ил.

Формула изобретения

Устройство подачи и газификации криогенной жидкости, содержащее емкость с жидкостью, соединенную через клапан с узлом газификации и подачи, и магистраль потребления с обратным клапаном, ресивером и потребителем, отличающееся тем, что, с целью улучшения энергетических характеристик, массы и габаритов с одновременным увеличением надежности и ре- сурса, оно снабжено магистралями заправки и дренажа, узел газификации выполнен в виде установленных внутри испарительной камеры сгорания и аккумулятора

тепла, при это.м испарительная камера имеет перегородки, первая из которых выполнена из пористого и малотеплоемкого материала и установлена эквидистантно внутренней поверхности испарительной камеры, а вторая образует щелевой канал с наружной поверхностью аккумулятора тепла, подключенный через клапан к камере сгорания и к магистрали потребления до обратного клапана, полость испарительной камеры подключена через клапан к магистрали дренажа и через тангенциальный патрубок - к магистрали заправки, и выход патрубка размещен между перегородками по касательной к первой перегородке.

Фаз, 2