RU2048660C1

RU2048660C1 - Reservoir for cooling and storage of liquid

Info

Publication number: RU2048660C1
Authority: RU
Inventors: Александр Васильевич Евсеев; Владимир Николаевич Танаев
Original assignee: Александр Васильевич Евсеев; Владимир Николаевич Танаев
Priority date: 1992-02-19
Filing date: 1992-02-19
Publication date: 1995-11-20

Abstract

FIELD: cooling and storage of perishable liquids, toxic liquids and cryogenic fluids. SUBSTANCE: reservoir has heat-insulating vessel with heat-insulated cover over surface of liquid; cover may be fitted on float having form of closed member. Space under cover is brought in communication with cryogenic reservoir by means of movable pipe line through control valve. Float may be made in form of hollow chamber covering the liquid surface. EFFECT: enhanced reliability. 3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к криогенной технике и может быть использовано для охлаждения и хранения жидких продуктов, ядовитых и сильнодействующих ядовитых жидких веществ, а также криогенных жидкостей. The invention relates to cryogenic technology and can be used for cooling and storing liquid products, toxic and potent toxic liquid substances, as well as cryogenic liquids.

Известен сосуд для криогенной жидкости [1] содержащий внешний и внутренний резервуары, разделенные слоем теплоизоляции и помещенные во внутренний резервуар металлизированные поплавки, препятствующие испарению криогенной жидкости. Причем поплавки снабжены постоянными магнитами. Known vessel for cryogenic liquid [1] containing external and internal reservoirs, separated by a layer of insulation and placed in the inner reservoir metallized floats that prevent the evaporation of cryogenic fluid. Moreover, the floats are equipped with permanent magnets.

Недостатками известного устройства невысокая экономичность и узкая область применения (только криогенные жидкости). The disadvantages of the known device is low profitability and a narrow scope (only cryogenic liquids).

В известном устройстве [2] для хранения жидкости резервуар содержит кожух и внутренний сосуд, разделенные слоем теплоизоляции, и помещенное во внутренний сосуд средство для устранения стратификации криогенной жидкости, выполненное в виде размещенного на поверхности жидкости металлизированного теплоизоляционного диска. In the known device [2] for storing liquid, the reservoir contains a casing and an inner vessel, separated by a layer of thermal insulation, and means placed in the inner vessel for eliminating stratification of cryogenic liquid, made in the form of a metallized heat-insulating disk placed on the liquid surface.

Несколько повышая экономичность, это устройство имеет узкую область применения. Slightly increasing efficiency, this device has a narrow scope.

Предлагаемый резервуар содержит теплоизолированный сосуд с размещенной на поверхности жидкости теплоизоляционной крышкой. Крышка снабжена поплавком, расположенным под крышкой и имеющим форму замкнутой фигуры. Полость под крышкой сообщена подвижным (гибким гофрированным) трубопроводом через управляющий клапан с емкостью с криогенной жидкостью. Поплавок может быть выполнен в виде замкнутой фигуры, размещенный по периферии крышки. Поплавок может быть выполнен в виде полой камеры, покрывающей поверхность жидкости. The proposed tank contains a thermally insulated vessel with a heat-insulating lid placed on the surface of the liquid. The lid is provided with a float located under the lid and having the shape of a closed figure. The cavity under the lid is communicated by a movable (flexible corrugated) pipe through a control valve with a container with cryogenic liquid. The float can be made in the form of a closed figure, placed around the periphery of the cover. The float may be made in the form of a hollow chamber covering the surface of the liquid.

Цель изобретения повышение экономичности путем снижения энергозатрат, расширение области применения, например охлаждение и хранение ядовитых и сильнодействующих ядовитых жидких веществ. The purpose of the invention is to increase efficiency by reducing energy consumption, expanding the scope, for example, cooling and storage of toxic and potent toxic liquid substances.

Предлагаемый резервуар (Р) отличается от прототипа тем, что теплоизоляционная крышка снабжена поплавком, расположенным под крышкой и имеющим форму замкнутой фигуры, а полость под крышкой сообщена подвижным трубопроводом через управляющий клапан с криогенной жидкостью. The proposed reservoir (P) differs from the prototype in that the heat-insulating lid is provided with a float located under the lid and having the form of a closed figure, and the cavity under the lid is communicated by a movable pipeline through a control valve with cryogenic liquid.

В предпочтительном варианте поплавок выполнен в виде замкнутой фигуры, размещенной по периферии крышки. Использование такого поплавка, во-первых, позволяет ограничить рабочее пространство, как бы используя для каждого объема охлаждаемой жидкости свой оптимальный Р, т.е. производится работа только в той части Р, где находится жидкость. При таком охлаждении жидкости необходимо хладагента значительно меньше, чем при использовании всего внутреннего объема Р. Во-вторых, при пробулькивании газовой фазы из полости под крышкой в верхнюю часть сосуда через жидкость более эффективно идет теплоотдача от жидкости к хладагенту, чем при обычном конвективном теплообмене. In a preferred embodiment, the float is made in the form of a closed figure placed around the periphery of the lid. The use of such a float, firstly, allows you to limit the working space, as if using for each volume of the cooled liquid its optimal P, i.e. work is done only in that part of P where the liquid is located. With such cooling of the liquid, the refrigerant required is much less than when using the entire internal volume P. Secondly, when the gas phase is bubbled from the cavity under the lid into the upper part of the vessel, the heat transfer from the liquid to the refrigerant is more effective than with conventional convective heat transfer.

В частном случае исполнения устройства поплавок может быть выполнен в виде полой камеры, покрывающей поверхность жидкости, что расширяет область применения, т.к. возможно охлаждение и хранение жидкости, которая реагирует с используемым хладагентом, не допускает смешивания или является ядовитой. In the particular case of the device, the float can be made in the form of a hollow chamber covering the surface of the liquid, which expands the scope, because it is possible to cool and store a liquid that reacts with the refrigerant used, does not allow mixing or is poisonous.

На фиг.1 показана принципиальная схема резервуара для охлаждения и хранения жидкости, в котором поплавок выполнен открытым снизу (между крышкой и зеркалом жидкости имеется полость, заполняемая парами жидкого хладагента); на фиг.2 то же, с поплавком, выполненным в виде полой камеры; на фиг.3 дренажное средство с предохранительным клапаном и входной частью с горизонтальными каналами. Figure 1 shows a schematic diagram of a tank for cooling and storing liquid, in which the float is made open from below (between the cover and the mirror of the liquid there is a cavity filled with vapor of liquid refrigerant); figure 2 the same, with a float made in the form of a hollow chamber; figure 3 drainage means with a safety valve and the inlet with horizontal channels.

Резервуар для охлаждения и хранения жидкости состоит из сосуда 1 для жидкости, покрытого слоем 2 теплоизоляции. В верхней части сосуда установлен патрубок 3, к которому присоединен гибкий трубопровод 4, сообщающий патрубок 3 с патрубком 5, прикрепленным к теплоизолированной крышке 6. Емкость 7 с жидким хладагентом сообщена с патрубком 3, а патрубок 5 с полостью 8 под теплоизоляционной крышкой 6. Трубопроводы имеют исполнительные механизмы: для подачи жидкого хладагента электромагнитный клапан 9, для подачи паров жидкого хладагента электромагнитный клапан 10. Давление хладагента, превышающее норму, сбрасывают через электромагнитный клапан 11. В верхней части сосуда 1 установлено дренажное средство 12 с предохранительным клапаном 13 и входной частью 14 с горизонтальными каналами. На поплавке 15, расположенном под крышкой 6 и имеющим форму замкнутой фигуры, установлены датчик 16 температуры газовой среды и датчик 17 температуры жидкости. Блок 18 управления электрически связан с клапанами 9, 10, 11, 13, датчиками температуры 16, 17 и датчиками давления 19 и 20, установленными соответственно в емкости 7 с жидким хладагентом и сосуде 1 с жидкостью. Сосуд 1 может иметь в нижней части патрубок с последовательно соединенным вентилем для заправки его жидкостью (не показано). The reservoir for cooling and storing the liquid consists of a vessel 1 for a liquid coated with a layer 2 of thermal insulation. A pipe 3 is installed in the upper part of the vessel, to which a flexible pipe 4 is connected, connecting pipe 3 with a pipe 5 attached to a heat-insulated cover 6. A tank 7 with liquid refrigerant is connected to a pipe 3, and pipe 5 with a cavity 8 under the heat-insulating cover 6. Pipelines have actuators: for supplying liquid refrigerant, the solenoid valve 9, for supplying vapor of the liquid refrigerant, the solenoid valve 10. The refrigerant pressure exceeding the norm is released through the solenoid valve 11. In the upper part The vessel 1 is equipped with a drainage means 12 with a safety valve 13 and an inlet part 14 with horizontal channels. On the float 15, located under the cover 6 and having the shape of a closed figure, a gas temperature sensor 16 and a liquid temperature sensor 17 are installed. The control unit 18 is electrically connected to the valves 9, 10, 11, 13, temperature sensors 16, 17 and pressure sensors 19 and 20, respectively installed in the tank 7 with liquid refrigerant and the vessel 1 with liquid. The vessel 1 may have in the lower part of the pipe with a series-connected valve for filling it with liquid (not shown).

Поплавок 15 может быть выполнен в виде полой камеры, покрывающей поверхность жидкости. В этом случае Р дополнительно оснащается устройством для отвода паров хладагента из полости поплавка, состоящем из патрубков 21 и 22, соединенных гибким трубопроводом 23. Во внутренней полости поплавка может быть установлен датчик 24 давления. The float 15 may be made in the form of a hollow chamber covering the surface of the liquid. In this case, P is additionally equipped with a device for removing refrigerant vapor from the cavity of the float, consisting of nozzles 21 and 22 connected by a flexible pipe 23. A pressure sensor 24 can be installed in the inner cavity of the float.

На выходе патрубка 22 установлен электрически связанный с блоком 18 управления электромагнитный клапан 25. At the outlet of the pipe 22, an electromagnetic valve 25 is electrically connected to the control unit 18.

Р. для охлаждения и хранения ядовитых и сильнодействующих веществ может иметь адсорбционный патрон (не показан), который подключается к выходу предохранительного клапана 13, подсоединенному к дренажному устройству 12, имеющему входную часть 14 с горизонтальными каналами. R. for cooling and storage of toxic and potent substances may have an adsorption cartridge (not shown), which is connected to the output of the safety valve 13 connected to a drainage device 12 having an inlet part 14 with horizontal channels.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Охлаждаемую жидкость (скоропортящиеся жидкие продукты соки, молоко и др. ) заправляют в сосуд 1 через вентиль с патрубком в нижней части сосуда (не показано). На пульте 18 управления устанавливают время выдачи дозы хладагента в зависимости от количества заправленной жидкости, предельное значение температуры газовой подушки, контролируемую температуру жидкости у ее поверхности, период времени, через который выдается повторная доза хладагента. Допустим, предельная температура газовой подушки составляет 0^оС, контролируемая температура жидкости +5^оС, время выдачи одной дозы хладагента 5 с, период времени между выдачами дозы хладагента 5 мин. Расход хладагента определяется дроссельной шайбой и давлением в емкости 7. Поплавок 15 с закрепленной на нем крышкой 6 покоится на поверхности жидкости. Гибкий трубопровод 4 позволяет отслеживать уровень жидкости в сосуде 1. После заправки сосуда жидкостью датчики температур 16 и 17, размещенные под крышкой 6 в полости 8 и на поплавке 15 производят замер температур газовой среды (датчик 16) и жидкости (датчик 17). Блок 18 управления, получив сигнал о температуре газовой подушки, имеющей значение выше предельно допустимой (0^оС) и температуры жидкости выше контролируемой (+5^оС), включает подачу хладагента с помощью электромагнитного клапана 9. За 5 с (время выдачи дозы хладагента) через патрубок 3 гибкий трубопровод 4, патрубок 5 в полость 8 натекает порция хладагента, который испаряется в полости 8 и частично в патрубках 3, 5 и трубопроводе 4. Пары хладагента растекаются по поверхности жидкости и за счет стратификации удерживаются некоторое время у ее поверхности. В процессе теплопередачи и конвективного теплообмена газовая подушка нагревается от теплой жидкости и увеличивается в объеме. Газовая фаза вытекает из под поплавка 15, между стенками сосуда 1 и поплавка в полость над крышкой 6. При постоянно открытом клапане 13 прогретая газовая фаза, собирающаяся в верхней части сосуда, отводится через дренажное устройство 12 с горизонтальными каналами 14. Горизонтальное положение каналов позволяет отводить послойно самую теплую часть газовой подушки, находящейся над крышкой 6, и которую затем можно использовать для наружного регенеративного охлаждения сосуда 1. Если сосуд позволяет работать под повышенным давлением, то клапан 13 открывается при достижении заданного предельно допустимого рабочего давления, измеряемого датчиком 20 давления и закрывается при падении давления до минимального рабочего.The cooled liquid (perishable liquid products juices, milk, etc.) is charged into vessel 1 through a valve with a pipe in the lower part of the vessel (not shown). On the control panel 18, the time for issuing the refrigerant dose is set depending on the amount of liquid charged, the limit value of the temperature of the gas cushion, the controlled temperature of the liquid at its surface, the period of time after which a repeated dose of refrigerant is issued. Suppose the limit temperature of the gas cushion is 0 ^{° C,} the liquid temperature controlled 5 ^{° C,} while the refrigerant issuing a dose of 5 s, the time period between the issuance of the refrigerant doses 5 min. The flow rate of the refrigerant is determined by the throttle washer and the pressure in the tank 7. The float 15 with the cap 6 fixed on it rests on the surface of the liquid. A flexible pipe 4 allows you to monitor the liquid level in the vessel 1. After filling the vessel with liquid, temperature sensors 16 and 17, located under the cover 6 in the cavity 8 and on the float 15, measure the temperature of the gas medium (sensor 16) and liquid (sensor 17). Control unit 18 receives a signal about the temperature of the gas cushion, having a value higher than the maximum permissible ⁽⁰ ° C) and fluid temperature controlled above (5 ° ^C), includes coolant supply via a solenoid valve 9. During 5 (time dose dispensing refrigerant ) a portion of the refrigerant flows through the pipe 3, the pipe 5, the pipe 5 into the cavity 8, which evaporates in the cavity 8 and partially in the pipes 3, 5 and pipe 4. The refrigerant vapor spreads over the surface of the liquid and is kept for some time due to stratification henna. In the process of heat transfer and convective heat transfer, the gas cushion is heated by a warm liquid and increases in volume. The gas phase flows from under the float 15, between the walls of the vessel 1 and the float into the cavity above the cover 6. When the valve 13 is constantly open, the heated gas phase, collecting in the upper part of the vessel, is discharged through the drainage device 12 with horizontal channels 14. The horizontal position of the channels allows you to divert layer by layer the warmest part of the gas cushion located above the cover 6, and which can then be used for external regenerative cooling of the vessel 1. If the vessel allows you to work under high pressure, then the valve 13 from discontinuity when a predetermined maximum permitted operating pressure of the measured pressure sensor 20 and closes when the pressure drops to the minimum operating.

Через 5 мин, если температура газовой подушки у поверхности жидкости выше +5^оС, цикл выдачи дозы хладагента повторяется. Так продолжается до тех пор, пока температура жидкости не достигнет контролируемого значения +5^оС. Некоторые циклы выдачи хладагента могут пропускаться, если температура газовой подушки у поверхности жидкости к моменту выдачи дозы хладагента ниже 0^оС. При превышении установленного уровня давления в емкости 7, датчик 19 даст сигнал в блок 18 управления, и в зависимости от температуры газовой подушки у поверхности жидкости и температуры самой жидкости блок управления включает дренажные клапаны 11 или 9. При включении клапана 11 пары хладагента отводятся в атмосферу или регенеративную систему охлаждения сосуда 1, а при включении клапана 9 эти пары поступают в полость 8 и растекаются у поверхности жидкости.After 5 minutes while the temperature of the gas cushion above the liquid surface at +5 ^o C, the cycle is repeated dose dispensing refrigerant. This continues until the liquid temperature reaches a monitored value +5 ^C. Some refrigerant dispensing cycles may be skipped if the temperature of the gas cushion at the liquid surface to a time of issue of the dose coolant below 0 ^C. When exceeding the set pressure level in the vessel 7 , the sensor 19 will give a signal to the control unit 18, and depending on the temperature of the gas cushion at the surface of the liquid and the temperature of the liquid itself, the control unit includes drain valves 11 or 9. When the valve 11 is turned on, refrigerant vapor and discharged into the atmosphere or the regenerative cooling system of the vessel 1, and when the valve 9 is turned on, these vapors enter the cavity 8 and spread at the surface of the liquid.

Для охлаждения и хранения жидкости, которая реагирует с используемым хладогентом, не допускает смешивания или является ядовитой, используют Р, приведенный на фиг.2. В частности, можно охладить и хранить кислород жидкий технический (Т_кип -182,9^оС, сорт высший, получаемый с базы хранения) при помощи используемого в качестве хладагента азот жидкий технический (Т_кип. -195,6^оС, сорт 2). Испаряя дешевый хладагент, сохраняют более ценную криогенную жидкость (в нашем случае кислород).For cooling and storage of a liquid that reacts with the used refrigerant, does not allow mixing or is poisonous, use P, shown in figure 2. In particular, it is possible to cool and store liquid technical oxygen _(bp -182.9 ^{° C,} highest grade, obtained from the storage base) using a refrigerant used as a technical liquid nitrogen _(bp. -195.6 ^{° C,} Class 2 ) By evaporating cheap refrigerant, they retain a more valuable cryogenic liquid (in our case, oxygen).

Рассмотрим работу Р. при охлаждении и хранении сильнодействующего ядовитого вещества, в частности хлора (по классификации СДЯВ: 3 группа, подгруппа Б жидкие летучие вещества). Хлор в жидком состоянии при температуре ниже минус 34^оС заправляют в сосуд 1 через вентиль с патрубком в нижней части сосуда (не показано). На пульте 18 управления устанавливают время выдачи дозы хладагента, предельное значение температуры газовой подушки, контролируемую температуру жидкости у ее поверхности, период времени, через который выдается повторная доза хладагента. При охлаждении хлора жидкий хладагент через клапан 9, по гибкому трубопроводу 4 поступает в полость поплавка 15, выполненную в виде полой камеры, покрывающей поверхность жидкости, где испаряется, отдает запас холода жидкости при теплопередаче через дно поплавка (нижнее металлическое основание полой камеры) и конвективным теплопереносом всем слоям жидкости (охлажденный слой через всю толщу жидкости опускается на дно). Подогретый хладагент из полости поплавка 15 через патрубок 21, гибкий трубопровод 23, патрубок 22 и клапан 25 сбрасывается в атмосферу или регенеративную систему охлаждения резервуара. Порции хладагента выдаются до тех пор, пока температура хлора не достигнет контролируемого значения. Полый поплавок 15 накрывает практически всю поверхность испарения жидкости, а поддерживаемая низкая температура внутри Р. позволяет ядовитые вещества хранить относительно при безопасных низких давлениях. Если поплавок 15 позволяет работать при повышенном давлении, то по достижении предельного давления датчик 24 выдает сигнал в систему 18 управления, которая включает клапан 25, и испарившийся хладагент сбрасывается в атмосферу. После падения давления в поплавке до минимального рабочего клапан 25 закрывается.Consider the work of R. during cooling and storage of a potent toxic substance, in particular chlorine (according to the classification SDYAV: 3 group, subgroup B liquid volatile substances). Chlorine in the liquid state at temperatures below minus 34 ^o C is charged into the vessel 1 through the valve with a nozzle at the bottom of the vessel (not shown). On the control panel 18 set the time for issuing the dose of refrigerant, the limit value of the temperature of the gas cushion, the controlled temperature of the liquid at its surface, the period of time after which a repeated dose of refrigerant is issued. When chlorine is cooled, the liquid refrigerant through the valve 9, through a flexible pipe 4 enters the cavity of the float 15, made in the form of a hollow chamber, covering the surface of the liquid, where it evaporates, gives up a supply of liquid cold during heat transfer through the bottom of the float (lower metal base of the hollow chamber) and convective heat transfer to all layers of the liquid (the cooled layer drops to the bottom through the entire thickness of the liquid). Heated refrigerant from the cavity of the float 15 through the nozzle 21, the flexible pipe 23, the nozzle 22 and the valve 25 is discharged into the atmosphere or the regenerative cooling system of the tank. Portions of refrigerant are dispensed until the temperature of chlorine reaches a controlled value. A hollow float 15 covers almost the entire surface of the evaporation of the liquid, and the maintained low temperature inside R. allows the toxic substances to be stored relatively safely at low pressures. If the float 15 allows operation at elevated pressure, then upon reaching the maximum pressure, the sensor 24 provides a signal to the control system 18, which turns on the valve 25, and the evaporated refrigerant is discharged into the atmosphere. After the pressure drop in the float to the minimum operating valve 25 closes.

Температура в поплавке за счет расширения газа падает. В режиме хранения могут возникнуть ситуации, когда давление паров ядовитого вещества превысит допустимое значение и по сигналу датчика 20 давления система управления включит клапан 13. В этом случае пары ядовитого вещества сбрасываются через адсорбционный патрон (не показано). Если хранится смесь ядовитых веществ и трудно определить температуру хранения, при которой давление паров было бы несколько ниже давления окружающей среды, то контроль можно вести по давлению внутри емкости, измеряемому датчиком 20. The temperature in the float due to the expansion of the gas drops. In storage mode, situations may arise when the vapor pressure of the toxic substance exceeds the permissible value and the control system activates valve 13 by the signal from the pressure sensor 20. In this case, the toxic substance vapor is discharged through an adsorption cartridge (not shown). If a mixture of toxic substances is stored and it is difficult to determine the storage temperature at which the vapor pressure would be slightly lower than the ambient pressure, then control can be carried out by the pressure inside the vessel, measured by the sensor 20.

Claims

1. A RESERVOIR FOR COOLING AND STORAGE A LIQUID, comprising a thermally insulated vessel with a heat-insulating cover placed on the liquid surface, characterized in that the cover is provided with a float located under the cover and having the shape of a closed shape, and the cavity under the cover is communicated by a movable pipe through a control valve with a capacity of cryogenic fluid.

2. The tank under item 1, characterized in that the float is made in the form of a closed figure, placed on the periphery of the lid.

3. The tank according to claims 1 and 2, characterized in that the float is made in the form of a hollow chamber covering the surface of the liquid.