криогенное устройство

Формула изобретения

Криогенное устройство, содержащее емкость с хладагентом, дренажно-заправочные трубопроводы и адсорбент, отличающееся тем, что емкость выполнена в виде сосуда Дьюара, снабженного дополнительной оболочкой с перфорированным днищем, установленной с образованием межстенной полости, при этом полость, образованная дополнительной оболочкой, сообщена с заправочным трубопроводом и в ней размещен электронагреватель, а межстенная полость снабжена уровнемером, сблокированным с электронагревателем, и сообщена с дренажным трубопроводом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области криогенной техники, а более конкретно к конструкции и эксплуатации криогенных устройств для хранения криогенных продуктов.

Известны криогенные устройства (см., например, Е.И.Микулин «Криогенная техника», изд. «Машиностроение», М., 1989 г.), содержащие теплоизолированную емкость, дренажно-заправочные трубопроводы, адсорбент, закрепленный на внутренней стенке емкости, охлаждаемой криогенным продуктом, например жидким азотом.

Адсорбент в известных устройствах недостаточно защищен от внешних теплопритоков и имеет малоэффективное охлаждение, что отрицательно сказывается на его работоспособности.

Недостатками таких криогенных устройств является низкая эффективность работы адсорбента из-за малоэффективного охлаждения.

Известно также криогенное устройство (см., например, авторское свидетельство СССР №827835, МПК F 04 B 37/02 от 1981 г.), выбранное в качестве прототипа и содержащее емкость (сосуд) с хладагентом, дренажно-заправочные трубопроводы и адсорбент.

Адсорбент, например активированный древесный уголь, размещен в межстенной полости с обеспечением теплового контакта с внешней поверхностью внутренней стенки сосуда и имеет охлаждение от контакта с внутренней стенкой сосуда и с охлаждаемым экраном, при этом сосуд заполнен криогенным продуктом, например жидким азотом.

Адсорбент в данном устройстве подвергается воздействию теплопритоков из окружающей среды со стороны внешней стенки сосуда, а также охлаждается газовой фазой испаряющегося криогенного продукта, имеющей температуру более высокую, чем криогенная жидкость, что ухудшает эффективность работы адсорбента.

Недостатками известного криогенного устройства является низкая эффективность работы адсорбента из-за отсутствия возможности обеспечить стабилизацию охлаждения адсорбента при температуре жидкой фазы хладагента (криогенного продукта).

Задачей настоящего изобретения является создание криогенного устройства, в котором адсорбент обладал бы повышенными откачными характеристиками за счет обеспечения стабилизации его охлаждения при температуре жидкой фазы хладагента (криогенного продукта).

Сущность изобретения заключается в том, что в криогенном устройстве, содержащем емкость с хладагентом, дренажно-заправочные трубопроводы и адсорбент, емкость выполнена в виде сосуда Дьюара, снабженного дополнительной оболочкой с перфорированным днищем, установленной с образованием межстенной полости, при этом полость, образованная дополнительной оболочкой, сообщена с заправочным трубопроводом и в ней размещен электронагреватель, а межстенная полость снабжена уровнемером, сблокированным с электронагревателем, и сообщена с дренажным трубопроводом.

Технический результат достигается за счет того, что в криогенном устройстве адсорбент имеет стабильное охлаждение при температуре криогенной жидкости за счет поддержания стабильного уровня жидкости, обеспечиваемого уровнемером, сблокированным с электронагревателем, размещенным в полости дополнительной оболочки, сообщенной посредством перфорации, выполненной в ее днище, с межстенной полостью, в которой установлен уровнемер. Положительный результат подтвержден испытаниями опытных образцов, изготовленных с использованием предлагаемого технического решения.

Суть изобретения поясняется чертежом.

Предлагаемое криогенное устройство состоит из следующих основных узлов и деталей: емкости 1 с хладагентом 2 (криогенным продуктом), например жидким азотом, дренажного трубопровода 3, заправочного трубопровода 4 и адсорбента 5. Емкость 1 выполнена в виде сосуда Дьюара 6, снабженного дополнительной оболочкой 7 с перфорированным днищем 8, содержащим перфорацию 9. Дополнительная оболочка 7 установлена относительно внутренней стенки 10 сосуда Дьюара 6 с образованием межстенной полости 11. Полость 12, образованная дополнительной оболочкой 7, сообщена с заправочным трубопроводом 4 и в ней размещен электронагреватель 13, а межстенная полость 11 снабжена уровнемером 14, сблокированным посредством блока управления 15 с электронагревателем 13, и сообщена с дренажным трубопроводом 3.

Адсорбент 5 размещен в теплоизоляционной полости 16 и закреплен на внешней поверхности внутренней стенки 10 сосуда Дьюара 6. В теплоизоляционной полости 16 размещена экранно-вакуумная теплоизоляция 17. Заправочный трубопровод 4 снабжен вентилем 18.

В качестве адсорбента 5 применяют, например, цеолит СаЕ-4ВС. В качестве теплоизоляции 17 применяют, например, экранно-вакуумную теплоизоляцию ЭВТИ-2В.

Работает криогенное устройство следующим образом. При заправке емкости 1 криогенным продуктом, например жидким азотом, через заправочный трубопровод 4 жидкий азот 2 поступает в полость 12, образованную дополнительной оболочкой 7, при этом первоначально происходит захолаживание конструкции емкости 1 с последующим заполнением полости 12 и межстенной полости 11 до заданного уровня 19. Испаряющийся азот из полости 12 через перфорацию 9 поступает в межстенную полость 11, откуда отводится через дренажный трубопровод 3. После заправки емкости 1 вентиль 18 на заправочном трубопроводе закрывают. По мере испарения азота за счет теплопритоков уровень 19 жидкой фазы азота постоянно поддерживают в первоначально заданном состоянии, для чего по сигналу от уровнемера 14 при понижении уровня 19 блок управления 15 включает электронагреватель 13 и в результате подогрева, испарения и наддува в полости 12 жидкий азот из нее через перфорацию 9 передавливают в межстенную полость 11 и за счет подпитки поднимают и поддерживают уровень 19 жидкой фазы азота в полости 11. После подъема жидкой фазы азота до заданного уровня 19 по сигналу от уровнемера 14 блок управления 15 выключает электронагреватель 13. Так работает криогенное устройство в автоматическом режиме.

Адсорбент 5, закрепленный на внешней поверхности внутренней стенки 10 сосуда Дьюара 6, при охлаждении от стенки 10 включается в работу. Охлаждаясь до температуры жидкой фазы азота 2, адсорбент 5 поглощает молекулы газов из теплоизоляционной полости 16 и тем самым повышает и поддерживает вакуум порядка 1·10^-4 мм рт.ст. и выше в теплоизоляционной полости 16, в которой размещена экранно-вакуумная теплоизоляция 17, эффективно работающая при данном вакууме. При высоком вакууме и высокоэффективной работе теплоизоляции 17 теплопритоки извне к жидкому азоту 2 и адсорбенту 5 снижаются до минимума, что увеличивает время хранения криогенного продукта в криогенном устройстве.

Постоянное поддерживание первоначально заданного уровня 19 жидкой фазы азота 2 посредством уровнемера 14, сблокированного с электронагревателем 13, позволяет обеспечить стабильное охлаждение по всей высоте (площади) внутренней стенки 10 сосуда Дьюара 6 и закрепленного на ней адсорбента 5 до температуры жидкой фазы азота 2, что обеспечивает повышение откачных характеристик адсорбента 5 и, как следствие, повышение эффективности теплоизоляции 17 и снижение теплопритоков, а также позволяет выполнить поставленную задачу.