CS241639B1

CS241639B1 - Device for collecting liquid and / or gaseous nitrogen from Dewar vessels

Info

Publication number: CS241639B1
Application number: CS84747A
Authority: CS
Inventors: Jiri Majer; Vaclav Skaba
Original assignee: Jiri Majer; Vaclav Skaba
Priority date: 1984-02-02
Filing date: 1984-02-02
Publication date: 1986-04-17
Also published as: CS74784A1

Abstract

fiešení se týká oboru chlazení na nízké teploty až do 77 K pomocí kapalného dusíku a odběru plynného dusíku z Dewarových nádob pro chlazení nebo i jiné účely, například pro vytváření inertní atmosféry. Podstatou je provedení hlavice a dalších součástí zařízení, které jsou ve styku se vzduchem, z materiálů s nízkou tepelnou vodivostí, například z vrstvené plastické hmoty plněné skelnou tkaninou, pěněného polystyrenu a mikroporézní pryže. Odporové topné těleso k odpařování kapalného dusíku je tvořeno cívkou na tělese tvaru prstence, opatřeného svislými průchozími otvory.The solution concerns the field of cooling to low temperatures up to 77 K using liquid nitrogen and the withdrawal of gaseous nitrogen from Dewar vessels for cooling or other purposes, for example for creating an inert atmosphere. The essence is to make the head and other parts of the device that are in contact with air from materials with low thermal conductivity, for example from laminated plastic filled with glass fabric, foamed polystyrene and microporous rubber. The resistance heating element for evaporating liquid nitrogen is formed by a coil on a ring-shaped body equipped with vertical through holes.

Description

Vynález se týká zařízení na odběr kapalného a/nebo plynného dusíku z Dewarových nádob.The invention relates to a device for collecting liquid and / or gaseous nitrogen from Dewar containers.

Odběrové zařízení se nasazuje na hrdlo Dewarovy nádoby a uzavírá ji. Vývinem plynu, ať už přirozeným odparem nebo působením ohřevu odporovým topným tělesem, působí uvnitř tlak, který vytlačuje trubkou zasahující ke dnu kapalinu. Případně může být vyváděn samostatným vývodem též plyn. Je známa řada odběrových zařízení, pracujících na tomto principu.The sampling device is mounted on the neck of the Dewar vessel and closed. By the evolution of gas, whether by natural evaporation or by heating with a resistive heater, a pressure is exerted inside the tube, which forces the liquid to reach the bottom. Alternatively, gas can also be discharged via a separate outlet. A number of sampling devices are known which operate on this principle.

Dosud známá odběrová zařízení jsou provedena převážně z kovových materiálů a kovové součásti, přicházející do styku s kapalným a/nebo plynným dusíkem, jsou málo nebo vůbec nejsou izolovány proti okolí. Kovovými součástmi vstupuje do odběrového zařízení teplo z okolí. Odebíraná kapalina potom obsahuje odpařený plyn a odebíraný plyn má vyšší teplotu. Tím se snižuje chladicí účinek a tuto ztrátu je nutno krýt vyšší spotřebou kapalného dusíku. Kolem kovových součástí volně proudí vzduch a vodní páry v něm obsažené kondenzují na hlavici odběrového zařízení a na vývodech z něho. Dochází k tvoření námrazy, která po několikahodinovém provozu dosahuje tloušťky desítek milimetrů a ztěžuje manipulaci. Po skončení odběru činí potíže její odstraňování. Podchlazené součásti při styku s nechráněnou pokožkou mohou způsobit nebezpečné omrzliny, které mohou být komplikovány přilnutím pokožky ke kovovému povrchu. Námraza se vytváří i na hadicích, vedoucích od hlavice odběrového zařízení k chlazenému objektu. Při odstraňování námrazy z nich je nutno postupovat velmi opatrně, neboť jsou podchlazením zkřehlé.The prior art samplers are predominantly made of metallic materials and the metal components coming into contact with liquid and / or gaseous nitrogen are little or not isolated from the environment. Heat from the environment enters the sampling device through the metal parts. The withdrawn liquid then contains vaporized gas and the withdrawn gas is at a higher temperature. This reduces the cooling effect and this loss must be covered by a higher consumption of liquid nitrogen. Air flows freely around the metal parts and the water vapor contained therein condenses on the sampling device head and outlets. There is ice formation, which after several hours of operation reaches a thickness of tens of millimeters and makes handling difficult. After the subscription, it is difficult to remove it. Subcooled components in contact with unprotected skin can cause dangerous frostbite which can be complicated by the adherence of the skin to the metal surface. Frost is also generated on hoses leading from the head of the sampling device to the cooled object. Care must be taken when removing frost from them as they are brittle by subcooling.

Tyto nedostatky a omezení odstraňuje zařízení pro odběr kapalného a/něbo plynného dusíku podle vynálezu, jehož podstatou je, že Mtatává z hlavice, vyrobené z materiálu s nízkou tepelnou vodivostí, připojené k hrdlu Dewarovy nádoby a obklo241 639These drawbacks and limitations are overcome by the liquid and / or gaseous nitrogen collection device of the present invention, which is based on a head made of a low thermal conductivity material attached to the neck of a Dewar vessel and encircling the container.

- 2 pěné tepelně izolačním pláštěm, z trubky, vedoucí dovnitř Dewarovy nádoby pod hladinu kapalného dusíku a spojené kanálkem v hlavici s vývodkou pro odběr kapaliny, z vývodky pro odběr plynu, spojené kanálkem v hlavici přímo s plynovým prostorem, a odporového topného tělesa, připevněného na spodním konci trubky, a z potrubí, nasazeného na vývodku pro odběr kapaliny, případně též na vývodku pro odběr plynu, přičemž vývodka pro odběr kapaliny a vývodka pro odběr plynu jsou rovněž vyrobeny z materiálu s nízkou tepelnou vodivostí. Dále podle vynálezu může být materiálem hlavice a obou vývodek vrstvená plastická hmota plněná skelnou tkaninou a materiálem pláště pěněný polystyren nebo polyuretan. Odporové topné těleso může být tvořeno cívkou navinutou na tělese tvaru prstence souosého s trubkou a opatřeného svislými průchozími otvory, umístěnými mezi cívkou a trubkou. Potrubí může být provedeno jako hadice, na níž je navlečena vnější hadice z mikroporézní pryže.- 2 foam insulated, from a tube leading into the Dewar vessel below the level of liquid nitrogen and connected through a conduit in the head to the liquid outlet, from a gas outlet connected through the conduit in the head directly to the gas space, and a resistive heater mounted at the lower end of the pipe, and from the pipe fitted to the fluid outlet, and possibly also to the gas outlet, wherein the fluid outlet and the gas outlet are also made of a material with low thermal conductivity. Furthermore, according to the invention, the material of the head and the two outlets may be a laminated plastic filled with a glass fabric and the sheath material may be foamed polystyrene or polyurethane. The resistance heater may consist of a coil wound on a ring-shaped body coaxial to the tube and provided with vertical through holes located between the coil and the tube. The pipe may be a hose on which an outer microporous rubber hose is threaded.

Tímto uspořádáním a použitím uvedených konstrukčních materiálů je dosaženo zmenšení přívodu tepla zvenčí do odběrového zařízení při teplotě jeho vnějšího povrchu nelišící se příliš od teploty okolí, takže vytváření námrazy je· značně omezeno. Zvyšuje se účinnost a spolehlivost zařízení, zlepšuje se manipulace s ním a odstraňuje se riziko obsluhy při dotyku jeho povrchu. Provedením topného tělesa podle vynálezu se dále zvyšuje účinnost zařízení. Další výhodou je dosažení nižší teploty odebíraného plynu a menšího podílu plynu v kapalině v důsledku omezení přívodu tepla do hlavice.This arrangement and use of said construction materials results in a reduction of the heat input from outside to the take-off device at a temperature of its external surface not too different from the ambient temperature, so that the formation of icing is considerably reduced. It increases the efficiency and reliability of the device, improves handling and eliminates the risk of operator touching the surface. The embodiment of the heating element according to the invention further increases the efficiency of the device. Another advantage is that the temperature of the offtake gas and the lower proportion of gas in the liquid are reduced as a result of the reduced heat supply to the head.

Na připojeném výkresq je znázorněn příklad provedení zařízení na odběr kapalného a/nebo plynného dusíku podle vynálezu. Obr. 1 je svislý řež celého zařízení, obr. 2 částečný řez hlavicí vedený v rovině kolmé na předchozí.The accompanying drawing shows an exemplary embodiment of a liquid and / or gaseous nitrogen sampling device according to the invention. Giant. 1 is a vertical sectional view of the entire apparatus; FIG. 2 is a partial cross-sectional view of the head taken in a plane perpendicular to the previous one.

K závitovému hrdlu Dewarovy nádoby 1 je maticí 2 vyrobenou z tvrzené tkaniny připevněna hlavice 2 odběrového zařízení, vyrobená z tvrzené skelné tkaniny a opatřené tepelně izolačním pláštěm 4 z pěněného polystyrenu. Do hlavice J je vlepena trubka £ z tvrzeného papíru, kterou je přetlakem plynu nad hladinou vytlačována kapalina z nádoby. Na spodním konci této trubky je upevněno topné těleso 6, tvořené cívkou z odpo- 3 241 639 rového drátu, navinutou na tělese vyrobeném z polytetrafluoretylénu, které má tvar prstence nasazeného na trubku a je opatřeno řadou svislých průchozích pfcvorů na jednom roztečném průměru mezi cívkou a trubkou. Otvory usnadňují odchod dusíkových par zpod tělesa. Elektrické přívody k odporovému topení jsou vyvedeny další trubkou 5 ^z tvrzeného papíru, zaslepenou na horním konci vlepenou zátkou, kterou těsně procházejí přívodní vodiče. Do hlavice odběrového zařízení jsou vlepeny vývodka 8 pro odběr kapaliny a vývodka £ pro odběr plynu, přitom vývodka 8 pro odběr kapaliny je napojena kanálkem v tělese hlavice J na trubku % ^a vývodka pro odběr plynu je propojena kanálkem v tělese hlavice J přímo s plynovým prostorem nad hladinou dusíku v Dewarově nádobě 1. Odběrové zařízení je opatřeno bezpečnostní přetlakovou membránovou pojistkou 10. chránící Dewarovu nádobu a celý systém při nepředvídaném uzavření nebe ucpání vývodu kapaliny i plynu. Těleso pojistky, vyrobené stejně jako vývodky 8 a 2. ^z téhož materiálu jako hlavice je vlepeno do hlavice a opatřeno závitovým víčkem s průchozími otvory vyrobeným z nerezavějící oceli, kterým se upevňuje a utěsňuje pojistná membrána z mikroténové fólie.To the threaded neck of the Dewar vessel 1, a head 2 of a collection device made of tempered glass fabric and provided with a thermally insulating sheath 4 of foamed polystyrene is attached by a nut 2 made of hardened fabric. The hardened paper tube 6 is glued into the head J by which the liquid from the container is pushed out by the overpressure of the gas above the surface. At the lower end of the pipe is mounted a heater 6 consisting of a coil of resistive wire wound on a body made of polytetrafluoroethylene, having the shape of a ring mounted on the pipe and having a series of vertical through bars at one pitch diameter between the coil and pipe. The openings facilitate the exit of nitrogen vapors from under the body. Electrical connections to the resistive heating are led further tube 5 ^{made of} hardened paper, blind glued to the upper end plug which tightly pass through the lead wires. A fluid inlet 8 and a gas inlet 8 are glued into the head of the sampling device, the fluid inlet 8 being connected through a channel in the housing of the head J to the pipe% ^{and the} gas inlet is connected with the channel in the housing of the head J directly with the gas space. Above the nitrogen level in the Dewar vessel 1. The sampling device is provided with a safety overpressure diaphragm fuse 10 protecting the Dewar vessel and the entire system in case of unexpected closure or clogging of both liquid and gas outlets. The fuse body made ^{of the} same material as the glands 8 and 2 ^{of the} head is glued into the head and is provided with a threaded cap with through holes made of stainless steel, which secures and seals the safety membrane made of microtene foil.

Odběrové zařízení může být vybaveno též pojistným ventilem, nastavitelným na maximální požadovaný provozní tlak, umístěným přímo na hlavici nebo v rozvodu plynného dusíku. K ochraně odporového topení 6 před spálením, které by nastalo při jeho vynoření z kapalného dusíku, slouží čidlo 11 minima hladiny. Je tvořeno cívkou navinutou z měděného drátu, která je zahřívána protékajícím proudem. Při vynoření čidla z kapaliny dojde ke změně úbytku napětí na teplotně závislém odporu cívky, čidlo 11 je upevněno pomocí trubky 12 z tvrzeného papíru vlepené do hlavice J. Přívody k čidlu jsou vyvedeny trubkou 12 přes zátku vlepenou do jejího horního konce. Přívody topení a čidla hladiny jsou zapojeny na konektor 13. upevněný v izolačním plášti 4 hlavice J.The sampling device may also be equipped with a safety valve, adjustable to the maximum required operating pressure, located directly on the head or in the nitrogen gas distribution system. To protect the resistive heater 6 from combustion that would occur when it emerges from liquid nitrogen, a level sensor 11 is provided. It consists of a coil wound from copper wire, which is heated by the flowing current. When the sensor emerges from the liquid, there is a change in voltage drop due to the temperature-dependent resistance of the coil, the sensor 11 being fixed by means of a hardened paper tube 12 glued into the head J. The heating connections and level sensors are connected to a connector 13 mounted in the insulating sheath 4 of the head J.

Potrubí pro odběr kapalného dusíku, napojené na vývodků 8 kapaliny, je tvořeno vnitřní hadieí 14 ze silikonové pryže, na niž je jako tepelná izolace navlečena vnější hadice 15 zThe liquid nitrogen withdrawal pipe connected to the liquid outlets 8 is formed by an inner silicone rubber hose 14 onto which the outer hose 15 is threaded as thermal insulation.

241 B39 mikropórézní pryže. Stejně provedené potrubí napojené na vývodku plynu je použito pro odběr plynu.241 B39 microporous rubber. The same piping connected to the gas outlet is used for gas withdrawal.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

An apparatus for collecting liquid and / or gaseous nitrogen from a Dewar vessel, characterized in that it comprises a head (3) made of a low thermal conductivity material connected to the neck of the Dewar vessel (1) and surrounded by a thermal insulating jacket (4) , from a tube (5) leading into the Dewar vessel (1) below the liquid nitrogen level and connected by a channel in the head (3) to a liquid outlet (8), from a gas outlet (9) connected by a channel in the header (3) ) directly with the gas space, from a resistive heater (6) mounted at the lower end of the pipe (5), and from a pipe (14) fitted to the gas outlet (9), the fluid outlet (8) and the outlet ( 9) They are also made of a material with low thermal conductivity for gas extraction.

Device according to claim 1, characterized in that the material of which the heads (3), the fluid outlet (8) and the gas outlet (9) are made, are laminated plastic filled with fiberglass and material of which the insulating sheath (4) is made of foamed polystyrene or polyurethane.

Device according to claim 1, characterized in that the resistance heating element (6) consists of a coil wound on a ring-shaped body coaxial to the pipe (5) and provided with vertical through holes located between the coil and the pipe (5).

4. Device according to claim 1, characterized in that the conduit (14) is formed by a hose onto which the outer hose (15) of microporous rubber is threaded.