сосуд для хранения криогенной жидкости

Формула изобретения

Сосуд для хранения криогенной жидкости, содержащий теплоизолированную внутреннюю оболочку, закрепленную на опорах в вакуумно-плотной наружной оболочке, и трубопроводы заправки и дренажа, отличающийся тем, что в полости внутренней оболочки на заборном конце дренажного трубопровода установлен перфорированный наконечник, выполненный из несмачиваемого криогенной жидкостью материала и расположенный в зоне крепления одной из опор, при этом суммарная площадь перфорации упомянутого наконечника не менее площади проходного сечения дренажного трубопровода, а в месте выхода дренажного трубопровода из полости внутренней оболочки и на его участке между внутренней и наружной оболочками установлены цилиндрические проставки, выполненные из несмачиваемого криогенной жидкостью материала, диаметр которых превышает диаметр упомянутого дренажного трубопровода.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области криогенной техники и предназначено для хранения криогенных жидкостей в условиях пониженной гравитации.

Известен, принятый за аналог, сосуд для хранения криогенной жидкости (см. Справочник по физико-техническим основам криогеники./Под ред. М.П.Малкова, М.: Энергия, 1973, с. 339). Сосуд содержит теплоизолированную внутреннюю оболочку, закрепленную в вакуумноплотной наружной оболочке на горловине, через которую производится заправка и дренаж криогенной жидкости в процессе ее хранения.

Известен также сосуд для хранения криогенной жидкости, выбранной в качестве прототипа (см. Каганер М.Г. Тепловая изоляция в технике низких температур, М. : Машиностроение, 1966, с. 260, рис.117). Сосуд содержит теплоизолированную внутреннюю оболочку, закрепленную на опорах в вакуумноплотной наружной оболочке и дренажно-заправочный трубопровод.

Недостатком аналога и прототипа является то, что они не исключают потерь криогенной жидкости за счет ее из сосуда под действием сил поверхностного натяжения при хранении криогенной жидкости в сосуде с открытым дренажом в условиях пониженной гравитации. В результате время хранения криогенной жидкости в сосуде, которое в земных условиях зависит только от теплопритоков к хранимой жидкости из окружающей среды через теплоизоляцию и тепловые мосты существенно сократиться.

Задачей настоящего изобретения является создание сосуда для хранения криогенной жидкости, конструкция которого позволяет исключить потери криогенной жидкости за счет ее вытекания из сосуда под действием сил поверхностного натяжения при хранении криогенной жидкости в сосуде с открытым дренажом в условиях пониженной гравитации.

Сущность изобретения заключается в том, что в сосуд для хранения криогенной жидкости, содержащий теплоизолированную внутреннюю оболочку, закрепленную на опорах в вакуумноплотной наружной оболочке и трубопроводы заправки и дренажа, в полости внутренней оболочки на заборном конце дренажного трубопровода установлен перфорированный наконечник, выполненный из несмачиваемого криогенной жидкостью материала и расположенный в зоне крепления одной из опор, при этом суммарная площадь перфорации упомянутого наконечника не менее площади проходного сечения дренажного трубопровода, а в месте выхода дренажного трубопровода из полости внутренней оболочки и на его участке между внутренней и наружной оболочками установлены проставки, выполненные из несмачиваемого криогенной жидкостью материала, диаметр которых превышает диаметр упомянутого дренажного трубопровода.

Технический результат заключается в том, что по сравнению с известными на сегодняшний день техническими решениями вновь созданная конструкция исключает вытекание криогенной жидкости из сосуда под действием сил поверхностного натяжения при хранении криогенной жидкости в сосуде с открытым дренажом в условиях пониженной гравитации.

Это достигается тем, что, во-первых, в предлагаемой конструкции в полости внутренней оболочки на заборном конце дренажного трубопровода установлен перфорированный наконечник, выполненный из несмачиваемого криогенной жидкостью материала, который расположен в зоне наибольшего локального теплопритока к криогенной жидкости - в зоне крепления к внутренней оболочке термомоста, т.к. в этой зоне при хаотичном расположении жидкой и паровой фаз в условиях невесомости с наибольшей вероятностью будет находиться паровая фаза. Если в эту зону все же попадет жидкая фаза, то при соприкосновении ее с перфорированным наконечником из несмачиваемого криогенной жидкостью материала она не будет растекаться по его поверхности, а будет соприкасаться с ней только в отдельных точках и в перфорированные отверстия наконечника будет отбираться пар. Во-вторых, для большей гарантии исключения вытекания криогенной жидкости под действием сил поверхностного натяжения, в месте выхода дренажного трубопровода из полости внутренней оболочки и на его участке между внутренней и наружной оболочками установлены цилиндрические проставки, выполненные из несмачиваемого криогенной жидкостью материала, диаметр которых превышает диаметр дренажного трубопровода, на котором они установлены. Это сделано для того, что если какая-то доля жидкости пройдет через перфорированный наконечник, то попадая в такую проставку сила поверхностного натяжения, за счет которой жидкость передвигается по стенке трубопровода, будет уменьшена во столько раз, во сколько диаметр проставки больше диаметра трубопровода и, кроме того, жидкость не сможет перемещаться по поверхности приставки, т. к. она выполнена из несмачиваемого криогенной жидкостью материала.

Сущность изобретения поясняется чертежом.

Сосуд для хранения криогенной жидкости состоит из следующих основных узлов и деталей: внутренней оболочке 1, покрытой теплоизоляцией 2 и закрепленной в наружной оболочке 3 с помощью опор 4; трубопровода дренажа 5, в месте выхода которого из внутренней оболочке 1 и на его участке между внутренней и наружной оболочками установлены проставки 6, выполненные из несмачиваемого криогенной жидкостью материала, например из стеклопластика, а на заборном конце дренажного трубопровода 5, который расположен во внутренней оболочке 1, установлен перфорированный наконечник 7, выполненный из несмачиваемого криогенной жидкости материала, например из стеклопластика; на дренажном трубопроводе 5 после выхода его из наружной оболочки 1 установлен запорный клапан 8 и перед запорным клапаном 8 к дренажному трубопроводу 5 пристыкован трубопровод 9 с ограничительной шайбой 10; в состав сосуда входит заправочный трубопровод 11 с запорным клапаном 12.

Устройство работает следующим образом.

На Земле производится заправка сосуда криогенной жидкостью через трубопровод 11 дренаж паров при заправке производится через трубопровод 5. Запорные клапаны 8, 12 в процессе заправки открыты. После окончания заправки последовательно закрываются клапаны 12, 8 и дренаж паров после этого осуществляется только через трубопровод 9 с ограничительной шайбой 10. После вывода сосуда в составе изделия в космическое пространство дренаж паров также осуществляется по трубопроводу 9 с ограничительной шайбой 10, которая предназначена для поддержания давления в сосуде на принятом уровне при дренаже паров в космическое пространство. При работе сосуда в условиях пониженной гравитации расположение жидкой и паровой фаз в сосуде произвольное. Если материал внутренней оболочки смачивается криогенной жидкостью, то часть жидкой фазы будет располагаться по поверхности внутренней оболочки. Обычно оболочки сосудов выполняются из металла, а металлы смачиваются всеми криогенными жидкостями. Однако в зоне крепления опоры имеет место локальный подвод тепла. Плотность теплового потока там больше, чем в остальных местах оболочки, поэтому температура оболочки здесь будет выше. Коэффициент поверхностного натяжения криогенных жидкостей с возрастанием температуры существенно уменьшается, поэтому в этой зоне вероятность расположения жидкости на стенке оболочки мала. Если в зоне расположения наконечника 7 окажется жидкость, то за счет того, что материал наконечника не смачивается криогенной жидкостью, она не будет растекаться по поверхности наконечника, а будет соприкасаться с ней в отдельных точках и в отверстия наконечника будет отбираться паровая фаза, расход которой определяется только теплопритоками к хранимой криогенной жидкости через теплоизоляцию и тепловые мосты и который заранее известен. В случае проникновения какой-то доли жидкости фазы в отверстия наконечника перемещение ее по стенкам дренажного трубопровода 5 до ограничительной шайбы 10 исключается, т.к. на дренажном трубопроводе 5 установлены проставки из несмачиваемого криогенной жидкостью материала с диаметром, превышающим диаметр трубопровода, что приводит к уменьшению силы поверхностного натяжения. При дальнейшем перемещении попавшая в дренажный трубопровод небольшая доля жидкости испариться до момента поступления ее к ограничительной шайбе. В известных устройствах при попадании жидкой фазы к заборному концу дренажного трубопровода она будет перемещаться за счет сил поверхностного натяжения, роль которых в условиях невесомости существенна т. к. противодействующие им на Земле гравитационные силы отсутствуют и жидкость будет выбрасываться через дренажный трубопровод в окружающую среду. Режим выброса жидкости будет продолжаться до тех пор, пока у заборного отверстия дренажного трубопровода находится жидкая фаза, при этом расход жидкости из сосуда определяется не теплопритоками, а действием сил поверхностного натяжения.

Таким образом, по сравнению с известными техническими решениями, предлагаемое устройство позволяет исключить потери криогенной жидкости за счет ее вытекания из сосуда под действием сил поверхностного натяжения при хранении криогенной жидкости в сосуде с открытым дренажом в условиях пониженной гравитации.