устройство для хранения и подачи криогенных продуктов
Классы МПК: | F17C3/08 с помощью вакуумного пространства, например сосуда Дьюара F17C13/00 Конструктивные элементы сосудов и их наполняющих или выпускающих устройств |
Автор(ы): | Воронцов В.В., Никитин В.А., Федотов В.К. |
Патентообладатель(и): | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева" |
Приоритеты: |
подача заявки:
1999-05-05 публикация патента:
10.09.2000 |
Устройство содержит теплоизолированную внутреннюю оболочку, наружную оболочку, дренажный и заправочный трубопроводы, предохранительную и запорную арматуру. Во внутренней оболочке емкости расположен заборник, выполненный из нечетного количества горизонтальных трубопроводов, по крайней мере из трех, расположенных в центральной вертикальной плоскости, проходящей через продольную горизонтальную ось симметрии емкости. Полость центрального трубопровода коленами соединена с полостями верхнего и нижнего трубопроводов, которые с противоположных сторон имеют открытые скошенные концы, нижние кромки которых упираются в плоскости отвесов, свободно подвешенных на осях, закрепленных на внутренней оболочке емкости в плоскостях, перпендикулярных трубопроводам заборника. К плоскости центрального трубопровода заборника подстыкован дренажный трубопровод, и ось симметрии дренажного трубопровода совпадает с осью симметрии емкости. Использование изобретения позволит предотвратить попадание жидкой фазы криогенного продукта в полость дренажного трубопровода при хранении его в емкости с открытым дренажом при продольных и поперечных колебаниях жидкости, что позволит сократить потери криогенного продукта. 3 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3
Формула изобретения
Устройство для хранения и подачи криогенных продуктов, содержащее теплоизолированную внутреннюю оболочку, закрепленную в вакуумно-плотной наружной оболочке, дренажный и заправочный трубопроводы, предохранительную и запорную арматуру, отличающееся тем, что во внутреннюю оболочку емкости введен заборник, выполненный из нечетного количества горизонтальных трубопроводов, по крайней мере, из трех, расположенных в центральной вертикальной плоскости, проходящей через продольную горизонтальную ось симметрии емкости, при этом полость центрального трубопровода соединена с полостями верхнего и нижнего трубопроводов коленами, прикрепленными к внутренней оболочке емкости, а верхний и нижний трубопроводы с противоположных сторон имеют открытые скошенные концы, дренажный трубопровод устройства подстыкован к полости центрального трубопровода заборника, и ось его симметрии совпадает с вертикальной осью симметрии емкости, нижние кромки скошенных концов верхнего и нижнего трубопроводов заборника упираются в плоскости отвесов, свободно подвешенных на осях, закрепленных на внутренней оболочке емкости в плоскостях, перпендикулярных трубопроводам заборника, при этом плоскости скосов открытых концов трубопроводов заборника выполнены так, что в своей нижней части вместе с плоскостями отвесов образуют угол, равный или менее минимального угла тангажа, причем нижняя кромка нижнего трубопровода заборника находится в плоскости уровня максимальной заправки жидкой фазы криогенного продукта, а диаметр трубопроводов заборника определяется из выраженияdтр= dдр/(2(tg
![устройство для хранения и подачи криогенных продуктов, патент № 2155907](/images/patents/316/2155028/945.gif)
где dтр - диаметр каждого из трех трубопроводов заборника;
dдр - диаметр дренажного трубопровода;
![устройство для хранения и подачи криогенных продуктов, патент № 2155907](/images/patents/316/2155028/945.gif)
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области криогенной техники и предназначено для хранения и подачи криогенных продуктов к потребителям, например, для подачи водорода и кислорода, хранящихся при криогенных температурах в электрохимический генератор (ЭХГ) энергетической установки (ЭУ) на основе водородно-кислородных топливных элементов, предназначенной для установки на подводных лодках. Известно устройство для хранения и подачи жидкого водорода (см. "Вопросы глубокого охлаждения", сборник статей под редакцией М.П. Малкова, М., издательство иностранной литературы, 1961 г., стр. 411), содержащее теплоизолированную внутреннюю оболочку, закрепленную в вакуумно-плотной наружной оболочке, дренажный и заправочный трубопроводы, предохранительную и запорную арматуру. Известно также устройство для хранения и подачи жидкого кислорода в ЭХГ ЭУ на основе водородно-кислородных топливных элементов, предназначенной для установки на подводных лодках, выбранное в качестве прототипа (см. патент 2094697 F 17 C 13/00). Устройство содержит теплоизолированную внутреннюю оболочку, закрепленную в вакуумно-плотной наружной оболочке, дренажный и заправочный трубопроводы, предохранительную и запорную арматуру. Недостатком аналога и прототипа является то, что они не предотвращают попадания жидкой фазы криогенного продукта в полость дренажного трубопровода при хранении его в емкости с открытым дренажом. Такой режим работы емкостей, установленных в составе упомянутой ЭУ на подводной лодке, т.е. с дренированием испаряющегося за счет теплопритоков из окружающей среды хранимого криогенного продукта через дренажный трубопровод, может быть продолжительным, например, до 45 суток. Это связано с тем, что упомянутая ЭУ не работает в течение всего времени похода лодки, т.к. является вспомогательной. Она может начать работу сразу после окончания заправки емкостей, может в середине или в конце похода. Паровые подушки после окончания заправки с целью более полного использования объемов емкостей обычно не превышают 5 - 10% от всего объема емкости, и поэтому, если осуществлять режим бездренажного хранения до начала работы ЭУ, то за это время давление в емкости возрастет до уровня срабатывания предохранительного клапана (ПК), после чего криогенный продукт будет периодически стравливаться через ПК. Потери криогенного продукта в этом случае будут велики, и их трудно заранее определить. ЭУ в этом случае к моменту начала работы не будет иметь требуемый энергоресурс. Более экономичным с точки зрения сохранения запасов криогенного продукта является упомянутый режим работы с открытым дренажом, но при этом ввиду имеющих место постоянных наклонов лодки как по углу крена, так и по углу тангажа заборное отверстие дренажного трубопровода в известных устройствах периодически будет находиться в жидкой фазе криогенного продукта, и, следовательно, в этот период будет отбираться жидкость. При отборе жидкой фазы криогенного продукта при одном и том же теплопритоке расход увеличивается приблизительно во столько раз, во сколько плотности жидкой фазы больше плотности паровой фазы. Для кислорода при температуре ~ 90oK это соотношение составляет ~ 230, а для водорода при температуре 20oK оно составляет ~ 60. Поэтому потери криогенного продукта при хранении его в емкости с открытым дренажом будут очень существенны, что приведет к уменьшению энергоресурса ЭУ и, следовательно, к невозможности выполнения запланированной программы работы. Задачей настоящего изобретения является предотвращение попадания жидкой фазы криогенного продукта в полость дренажного трубопровода при хранении его в емкости с открытым дренажом. Сущность изобретения заключается в том, что во внутреннюю оболочку емкости устройства для хранения и подачи криогенных продуктов, закрепленной в вакуумно-плотной наружной оболочке, содержащего дренажный и заправочный трубопроводы, запорную арматуру, введен заборник, выполненный из нечетного количества горизонтальных трубопроводов, по крайней мере из трех, расположенных в центральной вертикальной плоскости, проходящей через продольную горизонтальную ось симметрии емкости, при этом полость центрального трубопровода соединена с полостями верхнего и нижнего трубопроводов коленами, прикрепленными к внутренней оболочке емкости, а верхний и нижний трубопроводы с противоположных сторон имеют открытые скошенные концы, дренажный трубопровод емкости подстыкован к полости центрального трубопровода заборника, и ось его симметрии совпадает с вертикальной осью симметрии емкости, нижние кромки скошенных концов верхнего и нижнего трубопроводов заборника упираются в плоскости отвесов, свободно подвешенных на осях, закрепленных на внутренней оболочке емкости в плоскостях, перпендикулярных трубопроводам заборника, при этом плоскости скосов открытых концов трубопроводов заборника выполнены так, что в своей нижней части вместе с плоскостями отвесов образуют угол, равный или менее минимального угла тангажа, причем нижняя кромка нижнего трубопровода заборника находится в плоскости уровня максимальной заправки жидкой фазы криогенного продукта, а диаметр трубопроводов заборника определяется из выражения:dтp = dдр/(2
![устройство для хранения и подачи криогенных продуктов, патент № 2155907](/images/patents/316/2155017/183.gif)
![устройство для хранения и подачи криогенных продуктов, патент № 2155907](/images/patents/316/2155028/945.gif)
где dтр - диаметр каждого из трех трубопроводов заборника,
dдр - диаметр дренажного трубопровода,
![устройство для хранения и подачи криогенных продуктов, патент № 2155907](/images/patents/316/2155028/945.gif)
фиг. 1 - продольный разрез устройства;
фиг. 2 - разрез по А-А;
фиг. 3 - увеличенное изображение сопряжения открытого скошенного конца заборника с закрепленным на оси отвесом. Устройство содержит внутреннюю оболочку 1, на которую нанесена вакуумно-многослойная теплоизоляция 2. Внутренняя оболочка 1 закреплена в вакуумно-плотной наружной оболочке 3 на опорах 4. Устройство снабжено трубопроводом заправки 5 с запорным клапаном 6, трубопроводом дренажа 7 с запорным клапаном 8 и предохранительным клапаном 9. Во внутренней оболочке 1 расположен заборник 10, состоящий из трех параллельных горизонтальных трубопроводов 11, 12, 13, расположенных в центральной вертикальной плоскости, проходящей через продольную горизонтальную ось симметрии "x" емкости. Полость центрального трубопровода 12 соединена с полостью верхнего трубопровода 11 коленом 14, а с полостью нижнего трубопровода 13 - колесом 15. Колена 14, 15 прикреплены с помощью элементов крепления, соответственно, 16, 17 к внутренней оболочке 1. Верхний трубопровод 11 и нижний трубопровод 13 с противоположных сторон имеют открытые скошенные концы, соответственно 18, 19. Дренажный трубопровод 7 подстыкован к полости центрального трубопровода 12 заборника 10, и ось его симметрии совпадает с вертикальной осью емкости "Y", поэтому плечи трубопроводов заборника равны. Нижние кромки открытых скошенных концов 18, 19 упираются в плоскости отвесов, соответственно 20, 21, свободно подвешенных на осях, соответственно, 22, 23, закрепленных на внутренней оболочке с помощью элементов крепления 24, 25 в плоскостях, перпендикулярных трубопроводам заборника 10. Скосы открытых концов 18, 19, соответственно трубопроводов 11, 13 выполнены так, что их плоскости в своей нижней части вместе с плоскостями отвесов, соответственно, 20, 21 образуют угол
![устройство для хранения и подачи криогенных продуктов, патент № 2155907](/images/patents/316/2155028/945.gif)
![устройство для хранения и подачи криогенных продуктов, патент № 2155907](/images/patents/316/2155028/945.gif)
Класс F17C3/08 с помощью вакуумного пространства, например сосуда Дьюара
Класс F17C13/00 Конструктивные элементы сосудов и их наполняющих или выпускающих устройств