початок розділу Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві	хитрощі майстру електроніка фізика технології винаходи	таємниці космосу таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу
Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання)

ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2222749

ЄМНІСТЬ ДЛЯ ЗБЕРІГАННЯ ВОДНЮ

Ім'я винахідника: Воронцов В.В .; Нікітін В.А .; Старостін А.Н.
Ім'я патентовласника: Відкрите акціонерне товариство "Ракетно-космічна корпорація" Енергія "ім. С.П. Корольова"
Адреса для листування: 141070, Московська обл., М Корольов, вул. Леніна, 4а, ВАТ РКК "Енергія" ім. С.П. Королева, лабораторія промислової власності та інноватики
Дата початку дії патенту: 2002.04.22

Ємність призначена для зберігання газів переважно на транспортних засобах, наприклад зберігання водню на борту автомобіля з енергоустановкою на основі електрохімічного генератора. Ємність для зберігання газу містить герметичний кожух, внутрішній посудину, трубу наповнення-спорожнення з запірним вентилем, трубу газоскид з запірним вентилем, при цьому в ємності встановлений навколо внутрішнього судини екран з трубопроводом, в верхній частині внутрішнього судини і екрану виконані отвори, що повідомляють їх порожнини з порожниною герметичного кожуха, крім того, один кінець трубопроводу екрану з'єднаний з трубою газоскид, а інший його кінець введений в порожнину внутрішнього судини, при цьому відношення обсягу внутрішнього судини _V B до обсягу граматичного кожуха _V H визначають співвідношенням

де:

• P - тиск газу в ємності при зберіганні, Па;
• - Щільність заправляється у внутрішній посудину рідкого газу, кг / м ^3;
• R - газова постійна заправляється газу, Дж / (кг · К);
• Т - температура газу в ємності при зберіганні, К, а масу М _C внутрішнього судини визначають співвідношенням

де:

• М _B - витрата газу на захолажіваніе внутрішнього судини, кг;
• r - теплота випаровування газу, Дж / кг;
• З _P - теплоємність матеріалу внутрішнього судини, Дж / (кг · К);
• Т ₀ - початкова температура внутрішнього судини, К;
• T _Ж - температура заправляється рідкого газу, К.

Технічний результат - скорочення час заправки, виключення втрат газу.

ОПИС ВИНАХОДИ

Винахід відноситься до зберігання газів в ємностях переважно на транспортних засобах, наприклад до зберігання водню на борту автомобіля з енергоустановкою на основі електрохімічного генератора.

Відомо прийняте за аналог пристрій для зберігання газу при високому тиску (див. Переклад з англ. Під ред. Д.Х.Бронтмана. Пілотовані космічні кораблі. - М .: Машинобудування, 1968, стор. 317, рис. 23.1), що містить ємність для зберігання газу і трубу наповнення-спорожнення з запірним вентилем.

Недоліком аналога є те, що при зберіганні газу в ємності при високому тиску існує проблема швидкої заправки ємності, що особливо важливо на транспорті, де це пов'язано з тривалим простоєм транспортного засобу при заправці. Швидкість споживання газу для заправки обмежується розігрівом ємності внаслідок стиснення газу, так як розігрів ємності веде до зниження її міцності і зменшення кількості заправляється газу.

Відома і ємність для зберігання газу, обрана в якості прототипу (див. А.М.Архаров і ін. Кріогенні системи. - М .: Машинобудування, 1987, стор. 500, рис. 7.11), для зберігання газу в рідкому стані. Ємність складається з зовнішнього кожуха, внутрішнього судини з трубою заповнення-спорожнення, що містить запірний вентиль і трубою газоскид з запірним вентилем. Простір між зовнішнім кожухом і внутрішнім посудиною вакуумируют і заповнюється теплоізоляцією.

Недоліком прототипу є обмежений час зберігання газу через його випаровування в процесі зберігання. У великих ємностях втрати при зберіганні перевищують 0,5% на добу і збільшуються зі зменшенням розмірів ємності. Скидання газу з ємності при зберіганні вимагає застосування спеціальних засобів для його утилізації з метою забезпечення безпечного зберігання, наприклад відведення за межі приміщення, в якому знаходиться ємність, або його дожигания. Зазначені недоліки роблять застосування таких ємностей, наприклад на транспортних засобах, складним і незручним.

Завданням цього винаходу є зменшення часу заправки ємності, забезпечення тривалого часу зберігання газу і виключення втрат газу з ємності в процесі зберігання.

Завдання вирішується тим, що в ємності для зберігання газу, що включає герметичний кожух, внутрішній посудину, трубу наповнення-спорожнення з запірним вентилем, трубу газоскид з запірним вентилем, навколо внутрішнього судини встановлений екран з трубопроводом, в верхній частині внутрішнього судини і екрану виконані отвори, повідомляють їх порожнини з порожниною герметичного кожуха, крім того, один кінець трубопроводу екрану з'єднаний з трубою газоскид, а інший його кінець введений в порожнину внутрішнього судини, при цьому відношення обсягу внутрішнього судини _V B до обсягу граматичного кожуха _V H визначають співвідношенням

де:

• P - тиск газу в ємності при зберіганні, Па;
• - Щільність заправляється у внутрішній посудину рідкого газу, кг / м ^3;
• R - газова постійна заправляється газу, Дж / (кг · К);
• Т - температура газу в ємності при зберіганні, К, а масу М _C внутрішнього судини визначають співвідношенням

де:

• М _B - витрата газу на захолажіваніе внутрішнього судини, кг;
• r - теплота випаровування газу, Дж / кг;
• З _P - теплоємність матеріалу внутрішнього судини, Дж / (кг · К);
• Т ₀ - початкова температура внутрішнього судини, К;
• T _Ж - температура заправляється рідкого газу, К.

На кресленні зображений загальний вид ємності для зберігання газу.

Ємність містить герметичний кожух 1, внутрішній посудину 2, що має у верхній частині отвір 3. Навколо внутрішнього судини 2 встановлений екран 4 з трубопроводом 5 і отвором 6 в його верхній частині. Ємність і містить трубу наповнення-спорожнення 7 з запірним вентилем 8, трубу газоскид 9 з запірним вентилем 10 і датчиком температури 11. Внутрішній посудину 2 і екран 4 встановлені усередині герметичного кожуха 1 за допомогою опор 12. Трубопровід 5 екрану 4 одним кінцем 13 введений в порожнину внутрішнього судини 2, а іншим кінцем 14 з'єднаний з трубою газоскид 9. отвір 3 внутрішнього судини 2 і отвір 6 екрану 4 повідомляють порожнини внутрішнього судини 2 і екрану 4 з порожниною герметичного кожуха 1. Ємність працює наступним чином. При відкритому запірному вентилі 10 на трубі газоскид 9 відкривають запірний вентиль 8 на трубі заповнення-спорожнення 7 і виробляють заповнення внутрішнього судини 2 рідким газом, наприклад воднем. В процесі заповнення частина рідкого газу випаровується внаслідок охолодження внутрішнього судини 2. випарується газ через отвір 3 у внутрішньому посудині 2 і отвір 6 в екрані 4 заповнює порожнину кожуха 1, і одночасно надходить в трубопровід 5 екрану 4 через його кінець 13 і далі через кінець 14 трубопроводу 5 надходить в трубу газоскид 9. Проходячи через трубопровід 5 екрану 4, випарувався газ охолоджує екран 4 і тим самим зменшує теплові потоки від герметичного кожуха 1 до внутрішнього судини 2 і кількість випарувався у внутрішньому посудині 2 рідкого газу.

Заповнення ємності закінчують при появі рідкого газу в трубопроводі 5 екрану 4, що фіксується датчиком температури 11 по стрибка температури труби газоскид 9. Із закінченням заповнення внутрішнього судини 2 одночасно закривають запірні вентилі 8 і 10. Внаслідок теплопритоков до ємності з навколишнього середовища, рідкий газ, що знаходиться у внутрішньому посудині 2, випаровується, переходить в газоподібний стан і тиск в ємності зростає. Зростання тиску припиняється, коли температура газу в ємності зрівняється з температурою навколишнього середовища.

При відомому обсязі герметичного кожуха 1 _V H, тиску P і температурі Т газу в ємності при зберіганні маса газу в ємності визначається зі співвідношення

де R - газова постійна заправляється газу.

Обсяг внутрішнього судини 2 _V B визначається зі співвідношення

де - Щільність заправляється рідкого газу.

Зі співвідношень (1) і (2) знаходиться відношення обсягів внутрішнього судини 2 і герметичного кожуха 1

Ємність для зберігання водню при тиску 40 МПа і температурі 300 К, що заповнюється рідким воднем з щільністю 65 кг / м ^3, повинна мати відношення _V B / _V H = 0,49. Таким чином, ємність з об'ємом герметичного кожуха 100 л, при зазначених параметрах заповнення і зберігання, повинна мати внутрішній посудину об'ємом 49 л, а маса заправляється водню складе 3,2 кг.

Час заповнення ємності визначається витратою подається рідкого газу. При заправці зазначених 3,2 кг водню протягом 1 хв падіння тиску на трубі заповнення-спорожнення 7 довжиною 5 м і діаметром 20 мм складе ~ 1 кПа, а максимальне падіння тиску на трубопроводі 5 екрану 4 довжиною 10 м і діаметром 25 мм складе ~ 100 кПа. Забезпечення зазначених параметрів заповнення ємності не представляє технічних труднощів.

Маса газу, що скидається через трубу газоскид 9 при заповненні ємності, визначається витратою газу на захолажіваніе внутрішнього судини 2, теплоприпливи до внутрішнього судині 2 від герметичного кожуха 1 і часом заповнення ємності. Витрата газу на захолажіваніе внутрішнього судини 2 М _В, маса внутрішнього судини 2 М _С, теплоємність матеріалу внутрішнього судини 2 З _P і теплота випаровування рідкого газу r пов'язані співвідношенням

_M C · _C P · (T ₀ -Т _Ж) = М _В · r,

де Т ₀ - температура внутрішнього судини 2 перед заповненням газом;

Т _Ж - температура рідкого газу.

Тому для зменшення витрати рідкого газу на захолажіваніе внутрішнього судини 2 він повинен бути виконаний з матеріалу з малою теплоємністю і мати малу масу. Так при витраті 0,25 кг водню на захолажіваніе внутрішнього судини 2, виготовленого зі сталі 03Х20Н16АГ6, що має теплоємність 450 Дж / (кг · К), маса внутрішнього судини 2 складе 1 кг. Товщина стінки внутрішнього судини 2 для 3,2 кг рідкого водню складе ~ 0,15 мм. Цією товщини стінки цілком достатньо, тому що внутрішній посудину 2 відчуває незначні механічні навантаження в процесі заповнення ємності, а після випаровування газу він навантажується тільки власною вагою.

Випарувався і скинутий з ємності в процесі заправки газ може бути зібраний в спеціальну ємність і знову зріджений або використаний в газоподібному стані.

Таким чином, сукупність нових ознак, відсутніх у відомих технічних рішеннях, дозволяє досягти нового технічного результату: скоротити час заправки ємності і виключити втрати газу з ємності в процесі зберігання.

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

Ємність для зберігання газу, що включає герметичний кожух, внутрішній посудину, трубу наповнення-спорожнення з запірним вентилем, трубу газоскид з запірним вентилем, що відрізняється тим, що в ємності встановлений навколо внутрішнього судини екран з трубопроводом, в верхній частині внутрішнього судини і екрану виконані отвори, повідомляють їх порожнини з порожниною герметичного кожуха, крім того, один кінець трубопроводу екрану з'єднаний з трубою газоскид, а інший його кінець введений в порожнину внутрішнього судини, при цьому відношення обсягу внутрішнього судини _V B до обсягу граматичного кожуха _V H визначають співвідношенням

, Де:

• P - тиск газу в ємності при зберіганні, Па;
• - Щільність заправляється у внутрішній посудину рідкого газу, кг / м ^3;
• R - газова постійна заправляється газу, Дж / (кг · К);
• Т - температура газу в ємності при зберіганні, К,
• а масу М _C внутрішнього судини визначають співвідношенням

де:

• М _B - витрата газу на захолажіваніе внутрішнього судини, кг;
• r - теплота випаровування газу, Дж / кг;
• З _P - теплоємність матеріалу внутрішнього судини, Дж / (кг · К);
• Т ₀ - початкова температура внутрішнього судини, К;
• T _Ж - температура заправляється рідкого газу, К.

Версія для друку
Дата публікації 04.01.2007гг

НОВІ СТАТТІ ТА ПУБЛІКАЦІЇ
	Технологія виготовлення універсальних муфт для бесварочного, безрезьбовиє, бесфлянцевого з'єднання відрізків труб в трубопроводах високого тиску (мається відео)
	Технологія очищення нафти і нафтопродуктів
	Про можливість переміщення замкнутої механічної системи за рахунок внутрішніх сил
	Світіння рідини в тонких діелектричних каналох
	Взаємозв'язок між квантової і класичної механікою
	Міліметрові хвилі в медицині. Новий погляд. ММВ терапія
	магнітний двигун
	Джерело тепла на базі нососних агрегатів