Резервуар для хранения и транспортирования криогенной жидкости Советский патент 1993 года по МПК F17C13/00 

Изобретение относится к криогенной технике, в частности к резервуарам для хранения и транспортирования криогенных чжидкостей в условиях вынужденных колебаний.

Известен резервуар для хранения и транспортирования криогенной жидкости, выбранный в качестве прототипа, содержащий кожух, внутренний сосуд с теплоизоляцией, плаБЭкэщую крышку с вертикальным пазог 1, выполненным на боковой стенке, снабжённуТо вертикальными пластинами, прикреплётыми к ее нижней части и расположен расстоянии от цилиндрической стенки сосуда, и направляющую, вертикально установленную на боковой стенке сосуда.

Недостатком резервуара являются большие потери криогенной жидкости от испарения, обусловленные неравномерным прогревом криоагента, приводящим к быстрому росту давления и необходимости организации газосброса.

Целью изобретения является повышение эффективности резервуара за счет снижения потерь криогенной жидкости от испарения при ее хранении с закрытым газосбросом.

Поставленная цель достигается тем, что в резервуаре для хранения и транспортирования криогенной жидкости, содержащем кожух, внутренний сосуд с теплоизоляцией, плавающую крышку с вертикальным пазом, выполненным на боковой стенке, снабженную вертикальными пластинами, прикрепленными к ее нижней части и расположенную на расстоянии от цилиндрической стенки сосуда, и направляющую, вертикально установленную на боковой стенке сосуда, согласно изобретению, нижняя часть крышки выполнена выпуклой, пластины установлены в радиальных направлениях относительно оси крышки и изготовлены из материала с высоким коэффициентом теплопроводности.

Заявляемый резервуар отличается от прототипа тем, что нижняя часть плавающей крышки выполнена выпуклой, пластины установлены в радиальных направлениях относительно оси крышки и изготовлены из материала с высоким коэффициентом теплопроводности. Сравнение заявляемого технического решения (резервуара) с прототипом и другими техническими решениями в данной и смежных областях техники показало, что содержащиеся в заявляемом решении отличительные признаки (форма нижней части плавающей крышки, ориентация пластин и материал, из которого они изготовлены) обеспечивают

не только гашение капельных выбросов и вращательного движения массы криожид- кости при вынужденных колебаниях резервуара, а также возможность вытеснения

криожидкости при сливе, но и проявляют новое свойство: обеспечивают более равномерный прогрев объема криогенной жидкости, замедляют процессы увеличения температуры на поверхности раздела фаз и

0 величины давления криоагента в сосуде, что в результате приводит к снижению его потерь от испарения при хранении с закрытым газосбросом.

Сущность изобретения заключается в

5 следующем. При хранении криогенной жидкости в резервуаре с течением времени под воздействием теплопритоков из окружающей среды возникает температурное расслоение внутри объема криожидкости. При

0 этом температура жидкости в ее верхних слоях, превышающая температуру основного количества криоагента, растет по мере приближения к поверхности раздела фаз и достигает своего наибольшего значения на

5 зеркале жидкости, причем именно ее величина и определяет текущее значение давления криоагента в резервуаре. Благодаря выпуклой форме нижней части крышки, ориентации пластин в радиальных направлени0 ях относительно оси крышки и изготовлении их из высокотеплопроводного материала достигается более равномерный прогрев криожидкости в верхних слоях, снижение температуры на поверхности раздела фаз и

5 уменьшение темпа роста давления криоагента, что приводит к уменьшению испаряемости и потерь криопродукта при газосбросе. Кроме того, достигается также снижение потерь криожидкости от испаре0 ния, обусловленных диссипацией энергии колебаний жидкости (внутреннего трения), поскольку благодаря более низкому расположению центра тяжести плавающей крышки повышается ее устойчивость и

5 способность демпфировать колебания криожидкости при воздействии на резервуар динамических нагрузок.

В случае выполнения нижней части крышки плоской или вогнутой условия для

0 конвективного теплообмена и перемешивания криогенной жидкости в верхних слоях ухудшаются из-за ухудшения условий обтекания. В этом случае под куполом крышки образуется зона с повышенной температу5 рой криожидкости и возможно накапливание паров криоагента, причем одновременно с температурным расслоением в верхней части объема криожидкости происходит увеличение ее температуры вблизи поверхности раздела фаз и испарение до достижения давления насыщенных паров. В результате указанного температурного расслоения в сосуде происходит более быстрый рост давления по сравнению с равномерным прогревом этого же объема криожидкости, что и обуславливает необходимость газосброса из резервуара во избе- жание увеличения давления выше допустимого. В случае изготовления пластин, прикрепляемых к нижней части крышки из материала с низким коэффициентом теплопроводности, например из полистирола, практически исключается возможность их использования для выравнивания температуры верхних слоев криогенной жидкости, что также приводит в конечном счете к увеличению потерь криопродукта при дренажах. Любая иная ориентация пластин относительно плавающей крышки, отличающаяся от предлагаемой, приводит кумень- шению эффективности резервуара, т.к. ухудшаются условия равномерного прогрева верхних слоев криогенной жидкости из- за ухудшения теплообмена между нагретыми периферийными и более холодными центральными слоями жидкости.

На фиг.1 схематически изображен общий вид резервуара, продольный разрез; на фиг.2 - сечение А-А на фиг. 1.

Резервуар содержит внутренний сосуд 1 с теплоизоляцией 2, установленный внутри отвакуумированного кожуха 3, плавающую крышку 4 с вертикальными пазами 5, расположенными на ее боковой стенке, направляющие 6, вертикально расположенные на внутренней боковой стенке сосуда 1 и вставленные в пазы 5 крышки 4. Крышка 4 снабжена вертикальными пластинами 7, прикрепленными к ее нижней части и установленными в радиальных направлениях относительно ее оси, Нижняя часть крышки 4 выполнена выпуклой, а пластины 7 изготовлены из высокотеплопроводного материала, например, из меди.

Резервуар работает следующим образом.

При заполнении внутреннего сосуда 1 криогенной жидкостью, например, жидким азотом, крышка 4 всплывает. При любом изменении уровня жидкого азота плавающая крышка 4 перемещается вверх или вниз по направляющим 6, установленным на внутренней стенке сосуда 1, При вынужденных колебаниях резервуара (вибрации, качке, ударах и т.п.) капельные выбросы жидкого азота гасятся крышкой 4, а вращательное движение массы жидкого азота устраняется с помощью пластин 7, при этом

динамические нагрузки, возникающие при торможении жидкости, частично передаются через крышку 4 к направляющим 6, закрепленным на внутренней стенке сосуда 1.

Пары азота отводятся в верхнюю часть сосуда 1 через кольцевой зазор между плавающей крышкой 4 и цилиндрической стенкой сосуда 1. При хранении жидкого азота в резервуаре под воздействием теплопритоков из окружающей среды происходит прогрев пристенных слоев жидкости в сосуде 1 и возникновение конвективных восходящих токов в периферийных зонах объема, выносящих к поверхности более прогретую жидкость. При этом температура в верхнем, прилегающем к поверхности раздела фаз, слое превышает температуру глубинных слоев жидкого азота. Выравнивание температуры в верхних слоях жидкого азота осуществляют с помощью высокотеплопроводных вертикальных пластин 7, закрепленных на нижней стороне крышки 4 в радиальных направлениях относительно ее оси. Благодаря более равномерному прогреву объема жидкого криоагента достигается снижение скорости роста давления, увеличивается продолжительность бездренажного хранения азота в резервуаре и уменьшаются его потери, обусловленные газосбросом.

Применение предлагаемого резервуара обеспечивает экономичное хранение сжиженного криогенного продукта при закрытом газосбросе и его выдачу посредством наддува паровой полости с меньшими затратами газа, а также позволяет снизить потери криопродукта от испарения при транспортировке.

Формула изобретения

Резервуар для хранения и транспортирования криогенной жидкости, содержащий кожух, внутренний сосуд с теплоизоляцией, плавающую крышку с вертикальным пазом, выполненным на боковой стенке, и с вертикальными пластинами, закрепленными в нижней части крышки, при этом крышка расположена на расстоянии от.боковых стенок сосуда и взаимодействует с направляющей, вертикально установленной на

боковой стенке сосуда, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности за счет снижения потерь криогенной жидкости от испарения при ее хранении с закрытым газосбросом, нижняя часть крышки

имеет выпуклую форму, пластины размещены радиально относительно оси крышки и выполнены из материала с высоким коэффициентом теплопроводности.

А - А

Область применения: в криогенной технике, в частности к резервуарах для хранения и транспортирования криогенной жидкости в условиях вынужденных колебаний для повышения эффективности за счет снижения потерь криогенной жидкости от испарения при ее хранении с закрытым газосбросом. Сущность изобретения: резервуар содержит внутренний сосуд 1 с теплоизоляцией 2, установленный внутри отвакуумированного кожуха 3, плавающую крышку 4 с вертикальными пазами, расположенными на ее боковой стенке, направляющие 6, вертикально расположенные на внутренней боковой стенке сосуда 1 и вставленные в пазы крышки 4, причем крышка 4 снабжена вертикальными пластинами 7, прикрепленными к ее нижней части. Новым в резервуаре является выполнение нижней части крышки 4 выпуклой, крепление пластин 7 в радиальных направлениях относительно оси крышки 4 и изготовление их из материала с высоким коэффициентом теплопроводности. 2 ил. 3 со С

Фиг. 2