RU2221191C2

RU2221191C2 - Cryogenic plant

Info

Publication number: RU2221191C2
Application number: RU2002102007/06A
Authority: RU
Inventors: В.И. Гореликов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П.Королева"
Priority date: 2002-01-21
Filing date: 2002-01-21
Publication date: 2004-01-10

Abstract

FIELD: vessels for containing of liquefied and solidified gases. SUBSTANCE: cryogenic plant has two-walled vessel for cryogenic product storing. Vessel comprises screen-and-vacuum insulation arranged in gap between vessel walls and cooled screen. Adsorbent is applied to vessel inner wall. Plant has cryogenic product circulation loop which includes vessel inner enclosure, cooled screen channels, combined end part, cooled screen outlet device, check valve, liquefier and circulating means. All loop components are sequentially connected by pipeline. Circulating means communicates with vessel inner enclosure. Combined end part is located in gap between screen-and-vacuum insulation layers. EFFECT: increased cryogenic product storage time due to enhanced absorbing performance of absorbent and decreased heat penetration due to maintaining of cryogenic product constant level into vessel. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области холодильной и криогенной техники и касается конструкции эксплуатации устройств для хранения криогенных продуктов. The invention relates to the field of refrigeration and cryogenic technology and relates to the design of the operation of devices for storing cryogenic products.

Известны криогенные устройства (см., например, Е.И. Микулин. Криогенная техника. М.: Машиностроение, 1969), содержащие двустенные теплоизолированные емкости с размещенными в межстенной полости теплоизоляцией и адсорбентом, закрепленным на внутренней стенке емкости. При заполнении емкости криогенным продуктом, например жидким азотом, адсорбент, охлаждаясь от внутренней стенки емкости, включается в работу и, поглощая молекулы газов из межстенной полости, повышает и поддерживает в ней вакуум, необходимый для эффективной работы теплоизоляции, например экранно-вакуумной теплоизоляции, состоящей из чередующихся слоев отражающего и прокладочного материалов. Known cryogenic devices (see, for example, EI Mikulin. Cryogenic technology. M .: Mashinostroenie, 1969), containing double-walled heat-insulated containers with heat insulation placed in the interstitial cavity and an adsorbent mounted on the inner wall of the tank. When filling the container with a cryogenic product, for example, liquid nitrogen, the adsorbent, cooling from the inner wall of the container, is turned on and, absorbing gas molecules from the interstitial cavity, increases and maintains the vacuum in it necessary for the effective operation of thermal insulation, for example, screen-vacuum thermal insulation, consisting of from alternating layers of reflective and cushioning materials.

Известно также криогенное устройство (см., например, Скотт Р.Б. Техника низких температур. Издательство иностранной литературы, 1962, с.257-258), выбранное в качестве прототипа и содержащее двустенную изолированную емкость с экранно-вакуумной теплоизоляцией в межстенной полости и охлаждаемым экраном, а также адсорбент, закрепленный на внутренней стенке емкости. В данном устройстве адсорбент, например активированный древесный уголь, размещен в межстенной полости емкости с обеспечением теплового контакта с внешней поверхностью внутренней стенки емкости и имеет охлаждение от контакта с охлажденным экраном и с внутренней стенкой емкости, заполненной криогенным продуктом, например жидким азотом. A cryogenic device is also known (see, for example, Scott RB, Low Temperature Technique. Foreign Literature Publishing House, 1962, p. 257-258), selected as a prototype and containing a double-walled insulated container with screen-vacuum thermal insulation in the interwall cavity and a cooled screen, as well as an adsorbent mounted on the inner wall of the tank. In this device, an adsorbent, for example, activated charcoal, is placed in the interstitial cavity of the vessel with thermal contact with the outer surface of the inner wall of the vessel and is cooled by contact with the cooled screen and with the inner wall of the vessel filled with a cryogenic product, such as liquid nitrogen.

Адсорбент в таком устройстве подвергается воздействию теплопритоков из окружающей среды со стороны внешней стенки емкости, а также охлаждается газовой фазой испаряющегося криогенного продукта, имеющей температуру более высокую, чем криогенная жидкость, что ухудшает эффективность работы адсорбента, а следовательно, и эффективность работы экранно-вакуумной теплоизоляции. The adsorbent in such a device is exposed to heat influx from the environment from the side of the outer wall of the tank, and is also cooled by the gas phase of the evaporating cryogenic product, which has a temperature higher than the cryogenic liquid, which degrades the efficiency of the adsorbent and, consequently, the efficiency of the screen-vacuum thermal insulation .

Общими недостатками аналогов и прототипа являются невозможность обеспечить длительное хранение криогенных продуктов из-за низких откачных характеристик адсорбента и повышенных теплопритоков. Common disadvantages of analogues and prototype are the inability to provide long-term storage of cryogenic products due to the low pumping characteristics of the adsorbent and increased heat inflows.

Задачей настоящего изобретения является создание криогенного устройства, которое обеспечивало бы длительное хранение криогенных продуктов за счет повышения откачных характеристик адсорбента и уменьшения теплопритоков путем стабилизации уровня криогенного продукта в емкости. The objective of the present invention is to provide a cryogenic device that would provide long-term storage of cryogenic products by increasing the pumping characteristics of the adsorbent and reducing heat inflows by stabilizing the level of the cryogenic product in the tank.

Задача решается тем, что криогенное устройство, содержащее двустенную изолированную емкость для хранения криогенного продукта с экранно-вакуумной изоляцией в межстенной полости и охлаждаемым экраном, а также адсорбент, закрепленный на внутренней стенке емкости, в отличие от известного снабжено контуром циркуляции криогенного продукта, выполненным из последовательно соединенных посредством трубопровода внутренней полости емкости, каналов охлаждаемого экрана, сводного концевого участка, размещенного в межстенной полости в слоях экранно-вакуумной теплоизоляции, выхода многоканального охлаждаемого экрана, обратного клапана, ожижителя и побудителя циркуляции, соединенного с внутренней полостью емкости. The problem is solved in that the cryogenic device containing a double-walled insulated container for storing a cryogenic product with a screen-vacuum insulation in the interstitial cavity and a cooled screen, as well as an adsorbent mounted on the inner wall of the tank, in contrast to the known one, is equipped with a circulation loop for the cryogenic product made of connected in series through the pipeline of the internal cavity of the tank, the channels of the cooled screen, the consolidated end section located in the interwall cavity in the layers of the screen continuously vacuum-insulation, cooled multichannel output screen of the check valve, the liquefier and circulator coupled to the interior of the container.

Результат достигается тем, что в криогенном устройстве адсорбент имеет стабильное охлаждение при температуре криогенной жидкости, обеспечиваемое за счет стабилизации ее уровня в емкости посредством контура циркуляции криогенного продукта, включающего обратный клапан, ожижитель, побудитель циркуляции и подключенного к выходу многоканального охлаждаемого экрана. The result is achieved in that in the cryogenic device the adsorbent has stable cooling at the temperature of the cryogenic liquid, which is ensured by stabilizing its level in the tank by means of the circulation loop of the cryogenic product, including a non-return valve, a liquefier, a circulation agent and connected to the outlet of the multi-channel cooled screen.

Использование предлагаемого криогенного устройства, например, в криогенных емкостях и системах для длительного хранения криогенных продуктов позволит дать значительный экономический эффект за счет обеспечения длительного хранения криогенных продуктов путем повышения откачных характеристик адсорбента и уменьшения теплопритоков путем стабилизации уровня криогенного продукта в емкости, что подтверждено испытаниями опытных образцов, изготовленных с использованием предлагаемого технического решения. The use of the proposed cryogenic device, for example, in cryogenic containers and systems for long-term storage of cryogenic products will allow a significant economic effect due to the long-term storage of cryogenic products by increasing the pumping characteristics of the adsorbent and reducing heat inflows by stabilizing the level of the cryogenic product in the tank, which is confirmed by tests of prototypes made using the proposed technical solution.

Суть изобретения поясняется чертежом. The essence of the invention is illustrated in the drawing.

Предлагаемое криогенное устройство состоит из следующих основных агрегатов, узлов и деталей: двустенной теплоизолированной емкости 1 с охлаждаемым экраном 2 и адсорбентом 3, закрепленным на внутренней стенке 4 емкости 1. The proposed cryogenic device consists of the following main units, components and parts: double-walled insulated tank 1 with a cooled screen 2 and adsorbent 3, mounted on the inner wall 4 of the tank 1.

Криогенное устройство снабжено контуром циркуляции 5 криогенного продукта 6 для стабилизации уровня 7 криогенного продукта 6 в емкости 1. Контур циркуляции 5 состоит из последовательно соединенных посредством трубопровода 8 обратного клапана 9, ожижителя 10, например холодильной машины, и побудителя циркуляции 11, например турбонасоса. Контур циркуляции 5 со стороны обратного клапана 9 подключен к выходу 12 многоканального охлаждаемого экрана 2, а его сводный концевой участок 13 размещен в межстенной полости 14 емкости 1 в слоях экранно-вакуумной теплоизоляции 15. В качестве адсорбента 3 применяют, например, цеолит СаЕ-4ВС. Охлаждаемый экран 2 снабжен каналами 16, сообщенными посредством патрубков 17 с внутренней полостью 18 емкости 1. The cryogenic device is provided with a circulation loop 5 of the cryogenic product 6 to stabilize the level 7 of the cryogenic product 6 in the tank 1. The circulation loop 5 consists of a check valve 9, a fluidizing agent 10, for example a refrigeration machine, and a circulation aid 11, for example a turbopump, connected in series through a pipe 8. The circulation loop 5 from the side of the non-return valve 9 is connected to the outlet 12 of the multi-channel cooled screen 2, and its combined end section 13 is placed in the inter-wall cavity 14 of the tank 1 in the layers of screen-vacuum thermal insulation 15. As an adsorbent 3, for example, CaE-4BC zeolite is used . The cooled screen 2 is provided with channels 16 communicated by means of pipes 17 with the internal cavity 18 of the tank 1.

Емкость 1 содержит горловину 19, закрывающую теплоизолирующей пробкой 20, через которую в полость 18 проложен трубопровод 8 контура циркуляции 5. Контур циркуляции 5 снабжен теплоизоляцией (на чертеже показано). The tank 1 contains a neck 19, which closes with a heat-insulating plug 20, through which a pipe 8 of the circulation loop 5 is laid in the cavity 18. The circulation loop 5 is provided with thermal insulation (shown in the drawing).

Работает криогенное устройство следующим образом. The cryogenic device operates as follows.

Криогенный продукт 6, например жидкий азот, заправляют во внутреннюю полость 18 через горловину 19 емкости 1, в результате чего первоначально происходит захолаживание емкости 1 с последующим заполнением ее до заданного уровня 7. Заполненную емкость 1 закрывают теплоизолирующей пробкой 20. Испаряющийся за счет теплопритоков извне криогенный продукт 6 поступает через патрубки 17 в каналы 16 многоканального охлаждаемого экрана 2, откуда через сводный участок 13, размещенный в межстенной полости 14 емкости 1 в слоях экранно-вакуумной теплоизоляции 15, поступает в контур циркуляции 5, при этом на своем пути пары криогенного продукта 6 обеспечивают съем (отбор) теплопритоков, поступающих извне. Паровая фаза криогенного продукта 6 при прохождении через змеевик 21, закрепленный на охлаждающей головке 22 холодильной машины (ожижителя) 10, охлаждается до температуры жидкой фазы криогенного продукта 6 и в жидком состоянии посредством побудителя циркуляции 11 подается во внутреннюю полость 18 емкости 1, восполняя и стабильно поддерживая максимальный уровень 7 жидкой фазы криогенного продукта 6. Адсорбент 3, закрепленный на внутренней стенке 4 емкости 1, при охлаждении от стенки 4 включается в работу и чем лучше организовано его охлаждение, тем эффективнее работа адсорбента 3. Охлаждаясь до температуры жидкой фазы криогенного продукта 6, адсорбент 3 поглощает молекулы газов из межстенной полости 14 и тем самым повышает и поддерживает вакуум порядка 1•10^-4 мм рт.ст. и выше в межстенной полости 14, в которой размещена экранно-вакуумная теплоизоляция 15, эффективно работающая при данном вакууме.The cryogenic product 6, for example liquid nitrogen, is charged into the inner cavity 18 through the neck 19 of the tank 1, as a result of which the tank 1 is initially chilled and then filled to a predetermined level 7. The filled tank 1 is closed with a heat-insulating stopper 20. Cryogenic vaporized due to heat influx from the outside the product 6 enters through the nozzles 17 into the channels 16 of the multi-channel cooled screen 2, from where through the consolidated section 13 located in the inter-wall cavity 14 of the tank 1 in the layers of the screen-vacuum thermal insulation 15, enters the circulation loop 5, while on its way the pairs of cryogenic product 6 provide removal (selection) of heat influx coming from the outside. The vapor phase of the cryogenic product 6, when passing through the coil 21, mounted on the cooling head 22 of the refrigeration machine (liquefier) 10, is cooled to the temperature of the liquid phase of the cryogenic product 6 and, in the liquid state, is supplied to the internal cavity 18 of the tank 1 by means of a circulation aid 11, replenishing and stably maintaining the maximum level 7 of the liquid phase of the cryogenic product 6. The adsorbent 3, mounted on the inner wall 4 of the tank 1, when cooling from the wall 4 is included in the work and the better organized its cooling, those efficient operation of the adsorbent 3. cooled to cryogenic temperature of the liquid phase of the product 6, the adsorbent 3 absorbs molecules of gases from the cavity between the walls 14 and thereby raises and maintains a vacuum of the order of 1 • 10 ^-4 mmHg and higher in the inter-wall cavity 14, in which the screen-vacuum thermal insulation 15 is placed, which effectively works at a given vacuum.

Стабильный уровень 7 жидкой фазы криогенного продукта 6 в полости 18 емкости 1 обеспечивает постоянное охлаждение внутренней стенки 4, а следовательно, и адсорбента 3 до температуры жидкой фазы криогенного продукта 6 по всей площади (по высоте) контакта адсорбента 3 с внутренней стенкой 4, что обеспечивает повышение откачных характеристик адсорбента 3 и уменьшение теплопритоков за счет эффективной работы экранно-вакуумной теплоизоляции 15 при стабильно поддерживаемом адсорбентом 3 высоком вакууме. Многоканальность охлаждаемого экрана 2 сокращает сопротивление и повышает эффективность охлаждение экрана 2. A stable level 7 of the liquid phase of the cryogenic product 6 in the cavity 18 of the container 1 provides constant cooling of the inner wall 4, and therefore the adsorbent 3 to the temperature of the liquid phase of the cryogenic product 6 over the entire area (height) of contact of the adsorbent 3 with the inner wall 4, which ensures increasing the pumping characteristics of the adsorbent 3 and reducing heat inflows due to the effective operation of the screen-vacuum thermal insulation 15 with the high vacuum stably maintained by the adsorbent 3. The multi-channel cooling screen 2 reduces resistance and increases the cooling efficiency of screen 2.

Таким образом, предлагаемое конструктивное и схемное исполнение криогенного устройства, предусматривающее и обеспечивающее стабилизацию уровня 7 криогенного продукта 6 в емкости 1, позволяет обеспечить длительное хранение криогенных продуктов за счет повышения откачных характеристик адсорбента и уменьшения теплопритоков путем стабилизации уровня криогенного продукта в емкости, а также выполнить поставленную задачу. Thus, the proposed design and circuit design of the cryogenic device, which provides and provides stabilization of level 7 of the cryogenic product 6 in the tank 1, allows for long-term storage of cryogenic products by increasing the pumping characteristics of the adsorbent and reducing heat inflows by stabilizing the level of the cryogenic product in the tank, as well as set task.

Claims

A cryogenic device containing a double-walled insulated container for storing a cryogenic product with a screen-vacuum insulation in the inter-wall cavity and a cooled screen, as well as an adsorbent mounted on the inner wall of the tank, characterized in that it is provided with a circulation loop of the cryogenic product made of series connected via a pipeline the internal cavity of the tank, the channels of the cooled screen, the summary end section located in the interstitial cavity in the layers of the screen-vacuum heat lyatsii, cooled multichannel output screen of the check valve, the liquefier and circulation driving force, coupled with the interior of the container.