устройство заправки емкости для хранения продуктов при низких температурах и способ заправки емкости для хранения продуктов при низких температурах

Формула изобретения

1. Устройство заправки емкости для хранения продуктов при низких температурах, содержащее теплоизолированный внутренний сосуд в емкости и трубопровод заправки со стыковочным устройством, содержащим обратный клапан, трубопровод заправки снабжен дренажным патрубком с регулирующим вентилем на выходе, при этом дренажный патрубок расположен на участке между входом в емкость и стыковочным устройством.

2. Способ заправки емкости для хранения продуктов при низких температурах, включающий подачу хладагента под давлением и замер температуры, при подаче хладагента в теплоизолированный внутренний сосуд в начальный период проводят предварительный дренаж части хладагента непосредственно перед входом в него, причем при превышении заданного значения температуры хладагента в теплоизолированном внутреннем сосуде расход отбираемой части хладагента увеличивают, а при стабилизации температуры дренаж прекращают.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к холодильной и криогенной технике, а точнее к области проектирования и эксплуатации емкостей для хранения продуктов при низких температурах.

Известны емкости для хранения продуктов при низких температурах (см., например, "Холодильная техника" энциклопедический справочник, книга 1 под редакцией Ш.Н.Кобулашвили, Госторгиздат, 1960 г., стр.474), содержащие теплоизолированный внутренний сосуд и снабженные устройствами их заправки в виде трубопроводов дренажа и заправки. В известных устройствах трубопровод для заправки (наполнения) емкости жидким продуктом, например жидким кислородом, имеет стыковочный узел для подсоединения к заправочной магистрали от источника заправки, например от цистерны с жидким кислородом, из которой перекачивают жидкий кислород в емкость известным способом, описанным на стр.474 вышеуказанного справочника.

Согласно известному способу заправки низкотемпературных емкостей, например, жидким кислородом последний под давлением подается в трубопровод заправки для перекачки в заправляемую емкость.

Недостатками указанных технических решений аналогов являются повышенная длительность процесса заправки.

Из уровня техники известно устройство для заправки и хранения продуктов при низких температурах, содержащее теплоизолированный внутренний сосуд и трубопровод заправки со стыковочным устройством (см., например, В.Г.Фастовский и др. "Криогенная техника", изд. "Энергия", М., 1967 г., стр.275, рис.5-7). Перекачку криогенной жидкости из одной емкости в другую производят посредством соединительного (заправочного) трубопровода, пристыковываемого при помощи стыковочных узлов.

Изобретение относится к холодильной и криогенной технике, а точнее к области проектирования и эксплуатации емкостей для хранения продуктов при низких температурах.

Известны емкости для хранения продуктов при низких температурах (см., например, "Холодильная техника" энциклопедический справочник, книга 1 под редакцией Ш.Н.Кобулашвили, Госторгиздат, 1960 г., стр.474), содержащие теплоизолированный внутренний сосуд и снабженные устройствами их заправки в виде трубопроводов дренажа и заправки. В известных устройствах трубопровод для заправки (наполнения) емкости жидким продуктом, например жидким кислородом, имеет стыковочный узел для подсоединения к заправочной магистрали от источника заправки, например от цистерны с жидким кислородом, из которой перекачивают жидкий кислород в емкость известным способом, описанным на стр.474 вышеуказанного справочника.

Согласно известному способу заправки низкотемпературных емкостей, например, жидким кислородом последний под давлением подается в трубопровод заправки для перекачки в заправляемую емкость.

Недостатками указанных технических решений аналогов являются повышенная длительность процесса заправки.

Из уровня техники известно устройство для заправки и хранения продуктов при низких температурах, содержащее теплоизолированный внутренний сосуд и трубопровод заправки со стыковочным устройством (см., например, В.Г.Фастовский и др. "Криогенная техника", изд. "Энергия", М., 1967 г., стр.275, рис.5-7). Перекачку криогенной жидкости из одной емкости в другую производят посредством соединительного (заправочного) трубопровода, пристыковываемого при помощи стыковочных узлов. В известном способе, который реализуется посредством известного устройства, заправку низкотемпературной емкости производят посредством подъема давления в емкости (заправщике) и передавливания хладагента, например жидкого водорода, в другую (заправляемую) емкость.

Недостатками емкости для заправки и хранения продуктов при низких температурах и способа заправки низкотемпературных емкостей, взятых за прототип, является то, что они имеют длительный процесс заправки емкости хладагентом.

В качестве наиболее близкого аналога для заявленной группы изобретений принято устройство заправки емкости для хранения продуктов при низких температурах, реализующее способ заправки емкости для хранения продуктов при низких температурах, известное из патента RU №2220386, F25D 3/10, 2003.

Известное из патента RU №2220386 устройство содержит теплоизолированный внутренний сосуд в емкости, трубопровод заправки со стыковочным устройством, дренажный патрубок.

Реализуемый посредством известного устройства способ включает подачу хладагента под давлением и частичный дренаж хладагента.

Недостатком известной группы изобретений по сравнению с заявленной является длительность процесса заправки емкости.

Задачей настоящего изобретения является создание такого устройства заправки емкости для хранения продуктов при низких температурах и способа заправки емкости для хранения продуктов при низких температурах, которые обеспечивали бы ускоренную заправку хладагентом низкотемпературных емкостей.

Технический результат, заключающийся в устранении указанных недостатков в устройстве для заправки емкости для хранения продуктов при низких температурах, содержащем теплоизолированный внутренний сосуд в емкости и трубопровод заправки со стыковочным устройством, достигается тем, что стыковочное устройство содержит обратный клапан, трубопровод заправки снабжен дренажным патрубком с регулирующим вентилем на выходе, при этом дренажный патрубок расположен на участке между входом в емкость и стыковочным устройством.

Технический результат, заключающийся в устранении указанных недостатков в способе заправки емкости для хранения продуктов при низких температурах, включающем подачу хладагента под давлением и замер температуры, достигается тем, что при подаче хладагента в теплоизолированный внутренний сосуд в начальный период производят предварительный дренаж части хладагента непосредственно перед входом в него, причем при превышении заданного значения температуры хладагента в теплоизолированном внутреннем сосуде расход отбираемой части хладагента увеличивают, а при стабилизации температуры дренаж прекращают.

Технический результат заключается в том, что по сравнению с известными техническими решениями вновь созданные устройство для заправки и хранения продуктов при низких температурах и способ заправки продуктов, хранящихся при низких температурах, обеспечивают ускоренную заправку хладагентом низкотемпературных емкостей, что подтверждено испытаниями опытных образцов, изготовленных с использованием предлагаемых технических решений.

Использование предлагаемых устройства для заправки емкости для хранения продуктов при низких температурах и способа заправки низкотемпературных емкостей, например, предназначенных для хранения и подачи криогенных продуктов (жидкого водорода и кислорода) к водородно-кислородным электрохимическим генераторам, устанавливаемым на космических кораблях типа "Шаттл", позволит дать значительный экономический эффект за счет обеспечения ускоренной заправки емкостей, производимой перед стартом космического корабля.

Суть способа заключается в следующем: общая масса продукта подойдет к входу в теплоизолированный внутренний сосуд более холодной, если подать продукт большей массы, теплопритоки от большей массы, перераспределившись частично на трубопровод, позволят доставить хладагент к входу в бак более холодным.

Суть изобретения поясняется чертежом.

Предлагаемое устройство для заправки и хранения продуктов при низких температурах состоит из следующих основных узлов и деталей: теплоизолированного внутреннего сосуда 1 в емкости, трубопровода заправки 2 со стыковочным устройством 3. Трубопровод заправки 2 снабжен дренажным патрубком 4 с регулирующим вентилем 5 на выходе 6. Дренажный патрубок 4 расположен на участке 7 между входом 8 в емкость и стыковочным устройством 3. Емкость снабжена отводным трубопроводом с клапаном 10, датчиком температуры 11, установленным на внутреннем сосуде 1. Стыковочное устройство 3 снабжено клапаном 12, например обратным клапаном, и перед заправкой емкости хладагентом стыкуется со специальным трубопроводом 13, по которому под давлением подают хладагент от заправщика. При этом стыковочное устройство 3 - устройство для подсоединения трубопровода, выполненное, например, в виде штуцерного стяжного соединения.

Работает устройство для заправки и хранения продуктов при низких температурах следующим образом.

Хладагент, например жидкий азот, посредством трубопровода заправки 2 заправляют во внутренний сосуд 1 при открытом клапане 10, установленном на отводном трубопроводе 9, в результате чего первоначально происходит захолаживание емкости (до температуры порядка 196°С) с последующим заполнением внутреннего сосуда 1 до заданного уровня. Испаряющийся при заправке хладагент отводят через отводной трубопровод 9. Температуру хладагента в емкости контролируют по датчику 11. После окончания заправки клапан 10 закрывают. Дренажный патрубок 4 предназначен для отбора хладагента при ускоренной заправке емкости, а расположение его на участке 7 между входом 8 в емкость и стыковочным устройством 3, т.е. после стыковочного устройства 3, обеспечивает подачу в емкость более холодного хладагента при отборе последнего через отборный патрубок 3.

Способ заправки продуктов, хранящихся при низких температурах, реализуется следующим образом.

При осуществлении заправки низкотемпературной емкости хладагент, например жидкий азот, под давлением подают из заправщика, например из танка или цистерны, по специальному трубопроводу 13, пристыковываемому к стыковочному устройству 3 низкотемпературной емкости. Для обеспечения ускоренной заправки при подаче хладагента в емкость в начальный период производят дренаж части хладагента через дренажный патрубок 4 посредством открытия регулировочного вентиля 5, а основной поток хладагента по трубопроводу заправки 2 подают во внутренний сосуд 1, при этом через стыковочное устройство 3, содержащее обратный клапан 12, проходит весь поток хладагента, подаваемый от танка по спецтрубопроводу 13, что позволяет подавать к входу 8 емкости большую массу холода, а также захолаживать и снимать теплопритоки, как внешние, так и внутренние (от нагрева за счет преодоления сопротивления при прохождении хладагента через обратный клапан), со стыковочного устройства 3 всем потокам хладагента. Такое техническое решение значительно улучшает эффективность заправки, если дренажный патрубок 4 установить до стыковочного устройства 3 и осуществлять отбор части хладагента перед стыковочным устройством 3.

При проведении заправки емкости температуру хладагента измеряют по датчику температуры 11, при этом при повышении температуры хладагента в емкости на 10-20°С расход отбираемой части хладагента увеличивают путем увеличения открытия регулировочного вентиля 5, а при стабилизации температуры хладагента в емкости отбор хладагента прекращают путем полного закрытия регулировочного вентиля 5, но заправку продолжают до заполнения емкости до заданного уровня (количества). Испытания показали, что отбор порядка 30% от общей массы подаваемого в емкость продукта в первоначальный момент заправки с последующим увеличением расхода отбираемой части при превышении температуры на 10-20°С позволяет ускорить процесс заправки.

Таким образом, предлагаемое устройство и организация процесса заправки емкости с частичным отбором хладагента перед входом в емкость обеспечивает ускоренную заправку емкости хладагентом, что позволяет выполнить поставленную задачу.

Наиболее близким к изобретению по совокупности существенных признаков является способ заправки криогенных (низкотемпературных) емкостей, взятый за прототип, при котором осуществляют подачу хладагента под давлением и производят замер температуры (см., например, В.Г.Фастовский и др. "Криогенная техника", изд. "Энергия", М., 1967 г., стр.275, 276).

В известном способе заправку низкотемпературной емкости производят посредством подъема давления в емкости (заправщике) и передавливания хладагента, например жидкого водорода, в другую (заправляемую) емкость.

Недостатками емкости для заправки и хранения продуктов при низких температурах и способа заправки низкотемпературных емкостей, взятых за прототип, является то, что они имеют длительный процесс заправки емкости хладагентом.

Задачей настоящего изобретения является создание такого устройства для заправки и хранения продуктов при низких температурах и способа заправки продуктов при низких температурах, которые обеспечивали бы ускоренную заправку хладагентом низкотемпературных емкостей.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для заправки и хранения продуктов при низких температурах, содержащем теплоизолированный внутренний сосуд в емкости и трубопровод заправки со стыковочным устройством, трубопровод заправки снабжен дренажным патрубком с регулирующим вентилем на входе, при этом отводной патрубок расположен на участке между входом в емкость и стыковочным устройством.

В способе заправки продуктов при низких температурах, включающем подачу хладагента под давлением и замер температуры, в отличие от известного при подаче хладагента в теплоизолированный внутренний сосуд в начальный период производят предварительный дренаж части хладагента непосредственно перед входом в него, причем при превышении заданного значения температуры хладагента в теплоизолированном внутреннем сосуде расход отбираемой части хладагента увеличивают, а при стабилизации температуры дренаж прекращают.

Технический результат заключается в том, что по сравнению с известными техническими решениями вновь созданные устройство для заправки и хранения продуктов при низких температурах и способ заправки продуктов, хранящихся при низких температурах, обеспечивают ускоренную заправку хладагентом низкотемпературных емкостей, что подтверждено испытаниями опытных образцов, изготовленных с использованием предлагаемых технических решений.

Использование предлагаемых устройства для заправки и хранения продуктов при низких температурах и способа заправки низкотемпературных емкостей, например, предназначенных для хранения и подачи криогенных продуктов (жидкого водорода и кислорода) к водородно-кислородным электрохимическим генераторам, устанавливаемым на космических кораблях типа "Шаттл", позволит дать значительный экономический эффект за счет обеспечения ускоренной заправки емкостей, производимой перед стартом космического корабля.

Суть способа заключается в следующем: общая масса продукта подойдет к входу в теплоизолированный внутренний сосуд более холодной, если подать продукт большей массы, теплопритоки от большей массы, перераспределившись частично на трубопровод, позволят доставить хладагент к входу в бак более холодным.

Суть изобретения поясняется чертежом.

Предлагаемое устройство для заправки и хранения продуктов при низких температурах состоит из следующих основных узлов и деталей: теплоизолированного внутреннего сосуда 1 в емкости, трубопровода заправки 2 со стыковочным устройством 3. Трубопровод заправки 2 снабжен дренажным патрубком 4 с регулирующим вентилем 5 на выходе 6. Дренажный патрубок 4 расположен на участке 7 между входом 8 в емкость и стыковочным устройством 3. Емкость снабжена отводным трубопроводом 9 с клапаном 10, датчиком температуры 11, установленным на внутреннем сосуде 1. Стыковочное устройство 3 снабжено клапаном 12, например обратным клапаном, и перед заправкой емкости хладагентом стыкуется со специальным трубопроводом 13, по которому под давлением подают хладагент от заправщика. При этом стыковочное устройство 3 - устройство для подсоединения трубопровода, выполненное, например, в виде штуцерного стяжного соединения.

Работает устройство для заправки и хранения продуктов при низких температурах следующим образом.

Хладагент, например жидкий азот, посредством трубопровода заправки 2 заправляют во внутренний сосуд 1 при открытом клапане 10, установленном на отводном трубопроводе 9, в результате чего первоначально происходит захолаживание емкости (до температуры порядка 196°С) с последующим заполнением внутреннего сосуда 1 до заданного уровня. Испаряющийся при заправке хладагент отводят через отводной трубопровод 9. Температуру хладагента в емкости контролируют по датчику 11. После окончания заправки клапан 10 закрывают. Дренажный патрубок 4 предназначен для отбора хладагента при ускоренной заправке емкости, а расположение его на участке 7 между входом 8 в емкость и стыковочным устройством 3, т.е. после стыковочного устройства 3, обеспечивает подачу в емкость более холодного хладагента при отборе последнего через отборный патрубок 3.

Способ заправки продуктов, хранящихся при низких температурах, реализуется следующим образом.

При осуществлении заправки низкотемпературной емкости хладагент, например жидкий азот, под давлением подают из заправщика, например из танка или цистерны, по специальному трубопроводу 13, пристыковываемому к стыковочному устройству 3 низкотемпературной емкости. Для обеспечения ускоренной заправки при подаче хладагента в емкость в начальный период производят дренаж части хладагента через дренажный патрубок 4 посредством открытия регулировочного вентиля 5, а основной поток хладагента по трубопроводу заправки 2 подают во внутренний сосуд 1, при этом через стыковочное устройство 3, содержащее обратный клапан 12, проходит весь поток хладагента, подаваемый от танка по спецтрубопроводу 13, что позволяет подавать к входу 8 емкости большую массу холода, а также захолаживать и снимать теплопритоки, как внешние, так и внутренние (от нагрева за счет преодоления сопротивления при прохождении хладагента через обратный клапан), со стыковочного устройства 3 всем потокам хладагента. Такое техническое решение значительно улучшает эффективность заправки, если дренажный патрубок 4 установить до стыковочного устройства 3 и осуществлять отбор части хладагента перед стыковочным устройством 3.

При проведении заправки емкости температуру хладагента измеряют по датчику температуры 11, при этом при повышении температуры хладагента в емкости на 10÷20°С расход отбираемой части хладагента увеличивают путем увеличения открытия регулировочного вентиля 5, а при стабилизации температуры хладагента в емкости отбор хладагента прекращают путем полного закрытия регулировочного вентиля 5, но заправку продолжают до заполнения емкости до заданного уровня (количества). Испытания показали, что отбор порядка 30% от общей массы подаваемого в емкость продукта в первоначальный момент заправки с последующим увеличением расхода отбираемой части при превышении температуры на 10÷20°С позволяет ускорить процесс заправки.

Таким образом, предлагаемое устройство и организация процесса заправки емкости с частичным отбором хладагента перед входом в емкость обеспечивает ускоренную заправку емкости хладагентом, что позволяет выполнить поставленную задачу.