теплоизолированный криогенный бак

Формула изобретения

Теплоизолированный криогенный бак для хранения криогенных продуктов, содержащий герметичные внешнюю и внутреннюю оболочки и помещенную между оболочками стойкую к воздействию внешнего давления теплоизоляцию, состоящую из отдельных вакуумированных пакетов, содержащих в герметичной оболочке между холодной и теплой стенками наслоенные друг на друга слои теплоизоляции, при этом пакеты расположены по крайней мере на цилиндрической поверхности бака, отличающийся тем, что полость между оболочками бака заполнена криогенным нейтральным газом, например, азотом или гелием, холодная стенка пакета содержит гибкий элемент, например, в виде замкнутого гофра, с возможностью ее продольных и поперечных перемещений, а между холодной и теплой стенками пакета установлены распорки из теплоизоляционного материала.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к холодильной технике, в частности к крупноразмерный бакам, используемым для хранения криогенных продуктов.

Известно устройство для хранения и подачи криогенных продуктов (см. патент РФ №2153622). Устройство содержит теплоизолированную внутреннюю оболочку, заключенную в вакуумно-плотную наружную оболочку. В этом устройстве при больших размерах обе оболочки, нагруженные давлением, становятся слишком толстыми и тяжелыми.

Известна емкость для хранения криогенных продуктов (см. патент РФ №2236636). Устройство содержит теплоизоляцию, размещенную между наружной и внутренней стенками, и оболочку, образующую внутри емкости дополнительную теплоизолирующую полость, заполняемую парами криогенного продукта. Емкость не имеет вакуума в полости, занимаемой теплоизоляцией, поэтому ее теплоизолирующие свойства не могут быть высокими.

Известно криогенное устройство (см. патент РФ №2265154), содержащее емкость, выполненную в виде сосуда Дьюара и снабженную дополнительной оболочкой, установленной с образованием межстенной полости, заполняемой криогенным продуктом. Такое устройство позволяет поддерживать низкую температуру внутри дополнительной оболочки, однако устройство при больших размерах должно иметь излишне толстые и тяжелые стенки сосуда Дьюара.

Известна конструкция герметичной стенки и оснащенный ею резервуар (см. патент РФ №2282101). Устройства предназначены для хранения и морской транспортировки сжиженных газов, например метана. В этом случае резервуар должен иметь очень большие размеры, до 138000 м³. Поэтому его теплоизоляция выполняется без вакуумного барьера, но и при этом внутренняя оболочка резервуара при работе подвергается температурному сжатию, гидростатическому давлению и гидродинамический ударам свободной жидкости. В связи с этим внутренняя оболочка выполняется в виде пластины, снабженной пересекающимися рядами волн, или гофров. Указанное устройство отличается большой сложностью изготовления и эксплуатации.

Известен теплоизолированный криогенный бак для хранения криогенных продуктов (см. патент РФ №2117210), содержащий герметичные внешнюю и внутреннюю оболочки с вакуумируемой полостью между ними и помещенную между оболочками стойкую к воздействию внешнего давления теплоизоляцию, состоящую из отдельных вакуумированных пакетов, содержащих в герметичной оболочке (между холодной и теплой стенками) наслоенные друг на друга слои теплоизоляции. Указанное устройство принято за прототип предлагаемого.

Описанное устройство имеет два вакуумных барьера, что излишне усложняет устройство. Кроме того, полость между внешней и внутренней оболочками при больших размерах бака потребует утолщения и утяжеления оболочек, что намного ухудшит характеристики устройства. Кроме того, при неравномерном охлаждении утолщенной внутренней оболочки в ней могут возникнуть высокие термические напряжения, ведущие к разрушению оболочки.

Задачей предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков прототипа, а именно, отказ от излишнего вакуумного барьера, разгрузка внешней и внутренней оболочек от давления, введение дополнительных полостей изоляции и герметизации бака, снижение термических напряжений в холодной стенке пакета и разгрузка теплой и холодной стенок пакета от воздействия давления.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что в теплоизолированном криогенном баке для хранения криогенных продуктов, содержащем герметичные внешнюю и внутреннюю оболочки и помещенную между оболочками стойкую к воздействию внешнего давления теплоизоляцию, состоящую из отдельных вакуумированных пакетов, содержащих в герметичной оболочке между холодной и теплой стенками наслоенные друг на друга слои теплоизоляции и расположенных по крайней мере на цилиндрической поверхности бака, полость между оболочками бака заполняют криогенным нейтральным газом, например азотом или гелием, на холодной стенке пакета выполняют гибкий элемент, например, в виде замкнутого гофра, с возможностью ее продольных и поперечных перемещений, а между холодной и теплой стенками пакета устанавливают распорки из теплоизоляционного материала.

Технический результат, достигаемый настоящий изобретением, состоит в том, что устраняется общая для бака вакуумная полость и разгружается от перепада давлений внешняя и внутренняя оболочки бака, при этом вводятся две дополнительные полости термоизоляции и герметизации бака, заполняемые криогенным нейтральным газом, снижаются термические напряжения в холодной стенке пакета и разгружаются от внешнего давления теплая и холодная стенки пакета.

Достигаемый технический результат особенно важен для крупноразмерных баков, несущих криогенные химические реагенты, например сжиженный метан. Заполнение полости между оболочками бака нейтральным газом вместо ее вакуумирования, намного разгружает оболочки от давления, упрощает поддержание газовой среды в полости, создает две дополнительные полости газовой термоизоляции и герметизации бака. Применение теплоизолирующих пакетов существенно упрощает изготовление вакуумной теплоизоляции бака, а разгрузка стенок пакета распорками и выполнение гибкого элемента на холодной стенке позволяет снизить толщину оболочки пакета и уменьшить температурные напряжения в ней.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где

на фиг.1 показан продольный разрез устройства;

на фиг.2 - место 1 на фиг.1;

на фиг.3 - вид по стрелке А на фиг.2.

Устройство содержит внешнюю оболочку 1, внутреннюю оболочку 2 и теплоизоляцию 3. Между оболочками 1 и 2 по всей цилиндрической поверхности установлены пакеты 4. Пакет 4 имеет герметичную оболочку, состоящую из холодной стенки 5 и теплой стенки 6, свареных по периметру. В пакете уложены в 5 слоев маты 7 экрано-вакуумной теплоизоляции ЭВТИ-2П. Маты 7 скреплены между собой прокладками 8 и закреплены армирующей сеткой 9. На холодной стенке 5 вдоль ее краев выштампован замкнутый гофр 10. На теплой стенке пакета 4 закреплены по 3 швеллера 11, в которых установлены по 3 распорки 12, выполненные из теплоизоляционного материала, например фарфора. Распорки закреплены в швеллерах неметаллическими втулками 13. На свободных концах всех 9-ти распорок установлены свободные швеллеры 14. После сборки пакета 4 его полость через отверстие в стенке 6 (на чертеже не показано) откачивается до глубокого вакуума и герметизируется. При этом холодная стенка 5 ложится и опирается на швеллеры 14. При сборке термоизоляции 3 между пакетами 4 устанавливаются распорные кольца 15, а соседние пакеты соединяются неметаллическими секторными опорами 16.

Работает устройство следующим образом.

Перед заполнением криогенным горючим продуктом - метаном полость между оболочками 1 и 2 продувается, заполняется и подпитывается азотом. При захолаживании бака холодные стенки пакетов 4 сжимаются, но благодаря расширению гофра 10 напряжения в стенках 5 повышаются незначительно. Бак заполняется жидким метаном полностью. После заполнения бака метаном и выравнивания температур полость между оболочками бака герметизируется. При хранении метана и натекании тепла в продукт включается система поддержания температуры в баке, заменяющая нагретый продукт на более холодный. При транспортировке бака с метаном он сохраняется заполненным, поэтому гидродинамические удары жидкости о стенки бака невозможны. При нештатной протечке оболочки 2 продукт поступает в полость, заполненную азотом, и фиксируется контрольным датчиком, по сигналу которого принимаются меры обеспечения безопасности. Для крепления бака могут быть использованы радиальные узлы крепления, не нарушающие герметизации оболочек бака и стенок пакетов.

Таким образом по сравнению с известными устройствами предложенное техническое решение обеспечивает многие преимущества: крупноразмерное исполнение бака, многобарьерную теплоизоляцию и герметизацию бака с продуктом, низкие рабочие напряжения элементов конструкции, простоту изготовления и сборки устройства, малые размеры и вес конструкции бака.

Предложенное изобретение применимо при горизонтальном и вертикальном положениях оси бака, при установке на фундаменте или на борту транспортного средства. Вместе с тем оно может быть использовано для хранения любых криогенных продуктов, включая водород и гелий.