| 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) | |||
Навігація: => |
На головну / Каталог патентів / В розділ каталогу / Назад / |
|
ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2183300
СПОСІБ ЗБЕРІГАННЯ рідкого водню У ЄМКОСТІ В УМОВАХ ГРАВІТАЦІЇ І ПРИСТРІЙ ДЛЯ ЙОГО ЗДІЙСНЕННЯ
Ім'я винахідника: Глухих І.М .; Старостін О.М .; Щербаков О.М .; Челяев В.Ф.
Ім'я патентовласника: Відкрите акціонерне товариство "Ракетно-космічна корпорація" Енергія "імені С.П. Корольова"
Адреса для листування: 141070, Московська обл., М Корольов, вул. Леніна, 4а, ВАТ РКК "Енергія" імені С.П. Королева, відділ промислової власності та інноватики
Дата початку дії патенту: 2000.11.08
Спосіб зберігання рідкого водню під тиском включає відбір пара з ємності і скидання в навколишнє середовище. Після відбору пара здійснюють його ортоконверсію. Після цього паром охолоджують поверхню частини ємності з газової подушкою, а потім поверхню частини ємності з рідиною. Пристрій, що реалізовує спосіб, містить ємність з дренажним патрубком, захисний кожух і екран з дренажем компонента. Екран розміщений між ємністю і кожухом і виконаний з двох ізольованих одна від одної частин. Верхня частина екранує частину ємності з парової подушкою і має ступінь чорноти внутрішньої поверхні не менше 0,9. Нижня частина екранує частину ємності з рідиною. На верхній частині екрану закріплений з тепловим контактом параортопреобразователь водню. Вхід перетворювача з'єднаний з дренажним патрубком, а вихід - з входом верхній частині екрану. Вихід верхній частині екрану з'єднаний з входом нижній частині екрана. Використання винаходу дозволить збільшити термін зберігання рідкого водню і знизити його втрати.
ОПИС ВИНАХОДИ
Винахід відноситься до кріогенної техніки і може використовуватися при зберіганні рідкого водню в стаціонарних наземних умовах, коли відсутній перемішування рідини.
Аналогом способу є спосіб зберігання рідкого водню в ємності [1], що включає зберігання рідкого водню в ємності під надлишковим тиском і скидання випарувався компонента через дренажну магістраль.
Аналогом пристрою є пристрій для зберігання рідкого водню в ємності [2], що містить ємність з теплоізоляцією, розміщену в захисному кожусі, забезпечену дренажної магістраллю з запобіжним клапаном. Між ємністю і кожухом розміщується протівоізлучательний екран.
Недоліком таких технічних рішень є сильний вплив, який чинить температурне розшарування на режим зберігання рідкого водню. Тиск компонента зростає занадто швидко, і втрати компонента при дренажі дуже великі.
Методи боротьби з температурним розшаруванням засновані на перемішуванні рідини в процесі зберігання за допомогою різноманітних пристроїв [3]. Таким чином можливо вирівняти поле температур в рідини, однак не можна не тільки усунути причину виникнення верхнього прогрітого шару рідини, але навіть знизити швидкість його формування. Більш того, при перемішуванні рідини в неї вноситься додаткова енергія, частина якої переходить в тепло.
Разом з тим відомо, що освіта верхнього прогрітого шару в кріогенної рідини при її стаціонарному зберіганні в умовах гравітації обумовлено в основному припливом до рідини тепла зверху з боку "теплого" купола ємності і парової подушки. Охолоджуючи верхню частину ємності і парову подушку, можна істотно знизити швидкість формування теплого поверхневого шару, а отже, і швидкість зростання тиску в ємності.
аке рішення використовується в способі [4] (прототип), де охолодження газу в паровій подушці досягається за рахунок газодинамічної дестабілізації (турбулізації) течії в паровій подушці при дренажі парів.
Недоліком цього способу є його мала термодинамічна ефективність - перемішування газу над рідиною не дуже результативно для її охолодження і пов'язане з чималими втратами компонента. Кількість тепла, яке надходить до верхньої частини ємності і газу всередині неї, при цьому не зменшується.
Для запропонованого пристрою прототипом є ємність для зберігання рідкого водню з вакуумною ізоляцією і протівоізлучательним екраном, що охолоджується дренируемой парами [5]. До недоліку такої конструкції можна віднести те, що недостатньо компенсується теплоприток до рідини зверху. При дренажі компонента тиск в ємності падає досить швидко, температура ж газу над рідиною і верхньої частини ємності при цьому практично не змінюється. У зв'язку з цим після припинення дренажу теплий поверхневий шар рідини (а з ним і тиск в ємності) швидко відновлюються. Це вимагає відновлення дренажу і призводить до підвищених втрат компонента.
Завданням нового технічного рішення є збільшення терміну зберігання рідкого водню і зниження його втрат за рахунок зменшення швидкості відновлення теплого поверхневого шару в рідкому водні після закінчення дренажу і скорочення тривалості самого дренажу.
Завдання вирішується тим, що після відбору пара здійснюють його ортоконверсію, пропускаючи через параортопреобразователь, а потім їм охолоджують верхню частину ємності з парової подушкою, після чого - її нижню частину, в якій знаходиться рідина. Виняток становить днище ємності, яке парами не охолоджує.
Це забезпечує додаткове охолодження пара в порівнянні з його температурою в паровій подушці [2].
Таким чином:
- Екранується променистий приплив тепла до ємності з боку теплого кожуха;
- Відбирається (шляхом променистого відтоку енергії) тепло від верхньої частини ємності з парової подушкою;
- Обмежується теплоприток до рідини збоку і не обмежується приплив тепла знизу з боку днища.
Це інтенсифікує конвективное перемішування рідини і вирівнює поле температур в ній;
- Зменшується теплопередача по корпусу самої ємності від верхньої, більш теплою частини, вниз. Це сприяє зменшенню теплого прикордонного шару біля бокової поверхні ємності та виносу теплої рідини на поверхню.
Технічним результатом способу і пристрою, його реалізує, є можливість істотно знизити швидкість росту тиску в ємності і тим самим збільшити час зберігання водню і знизити його втрати.
Суть полягає в тому, що в способі зберігання рідкого водню в ємності в умовах гравітації, що включає зберігання рідкого водню під надлишковим тиском, відбір його пара з ємності і скидання пари в навколишнє середовище, після відбору пара з ємності, здійснюють його ортоконверсію, після цього охолоджують їм поверхню частини ємності з газової подушкою, а потім - поверхню частини ємності з рідиною.
Пристрій, що реалізовує спосіб, містить ємність з дренажним патрубком, захисний кожух і екран з дренажем компонента, розміщений між ємністю і кожухом, в ньому екран виконаний з двох ізольованих одна від одної частин: верхньої, екранує частину ємності з парової подушкою і має ступінь чорноти внутрішньої поверхні не менше 0.9, і нижній, що екранує частину ємності з рідиною, при цьому на верхній частині екрану закріплений з тепловим контактом параортопреобразователь водню, вхід якого з'єднаний з дренажним патрубком ємності, а вихід - з входом верхній частині екрану, при цьому вихід верхній частині екрану з'єднаний зі входом нижній частині екрана.
За рахунок теплоізоляції верхній частині ємності з боку кожуха, а й додаткового відбору тепла від цієї частини ємності збільшується час формування верхнього прогрітого шару рідкого водню в ємності. Цій же меті служить обмеження теплопритоку до рідини збоку, без обмеження теплопритоку знизу, з боку днища ємності. Останній захід зменшує "винос" теплого компонента уздовж стінок на поверхню рідини і одночасно сприяє конвективному перемішуванню рідини в ємності. Таким чином, ефект "теплого купола" перекладається в ефект "теплого днища".
Для більш глибокого охолодження верхньої частини ємності (і парової подушки, що знаходиться там) її охолоджують окремо від нижньої частини ємності. Для цього використовують пари рідкого водню, які поглинають зовнішнє теплове випромінювання.
Для відбору тепла від верху ємності ці пари додатково охолоджують, пропускаючи їх через ортопаропреобразователь водню, де проходить параортоконверсія водню, що йде з поглинанням тепла [21. Після цього температура парів стає нижче, ніж в паровій подушці ємності, і напрямок теплового випромінювання в районі верхньої частини ємності змінюється на протилежне - стає спрямованим від ємності. Поглощательная здатність верхньої частини екрану повинна бути, природно, максимальної. Як показали проведені розрахунки тепловідвід ефективний, якщо ступінь чорноти цій частині екрану складає не менше 0.9.
 |
Після охолодження верхньої частини ємності пари направляють на охолодження її нижній частині. При цьому не екранують днище ємності з тим, щоб сприяти формуванню висхідних конвективних потоків, що руйнують теплий поверхневий шар. Схема пропонованого пристрою представлена на кресленні, де позначено: Пристрій реалізує спосіб наступним чином. При зберіганні водню зростає температура верхнього шару рідини і газу в паровій подушці, відповідно зростає тиск в ємності. 1. Коли тиск в ємності досягає заданого рівня, проводять відбір газу з ємності, для чого відкривають клапан 6 на дренажної магістралі. 2. Потім здійснюють параортоконверсію відібраного пара, пропускаючи його через параортопреобразователь водню 4. 3. Після проходження через параортопреобразователь 4 пари охолоджуються і їх направляють на верхню частину екрану 2. При цьому екранується не тільки зовнішній теплоприток до ємності з боку кожуха, а й відбирається тепло від верхньої частини ємності. В результаті швидко падає не тільки тиск газу в ємності, але і його температура. 4. Після охолодження верхньої частини екрану (ємності) пари направляють в нижню частину екрану 3. При цьому днище ємності не захищене від зовнішнього теплопритоку. |
Таким чином, запропонованим способом і реалізують його пристроєм вирішується поставлене завдання збільшення терміну зберігання рідкого водню і зниження його втрат при зберіганні.
ВИКОРИСТОВУВАНА ЛІТЕРАТУРА
1. Рожков І.В. та ін. "Отримання рідкого водню". "Хімія", 1967, стор. 158-168.
2. "Водень. Властивості, отримання, зберігання ..." Довідник під ред. Гамбурга Д.Ю., М. "Хімія", 1989, стор. 57-65, 213-214.
3. "Рідкі криогенні системи". Філін Н.В., Буланов А.Б. Ленінград, Машинобудування, 1985, стор. 35-37.
4. Спосіб зберігання криогенного компонента. пат. 2002990, F 17 C 3/00.
5. "Довготривале зберігання кріогенних рідин". Фрадков А.Б. Автоматизація та сучасні технології. N 11, 1997..
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
1. Спосіб зберігання рідкого водню в ємності в умовах гравітації, що включає зберігання рідкого водню під надлишковим тиском, відбір його пара з ємності і скидання пари в навколишнє середовище, що відрізняється тим, що після відбору пара з ємності здійснюють його ортоконверсію, після цього охолоджують їм поверхню частини ємності з газової подушкою, а потім - поверхню частини ємності з рідиною.
2. Пристрій, що реалізовує спосіб по п.1, що містить ємність з дренажним патрубком, захисний кожух і екран з дренажем компонента, розміщений між ємністю і кожухом, в ньому екран виконаний з двох ізольованих одна від одної частин, верхньої, екранує частину ємності з парової подушкою і має ступінь чорноти внутрішньої поверхні не менше 0,9, і нижній, що екранує частину ємності з рідиною, при цьому на верхній частині екрану закріплений з тепловим контактом параортопреобразователь водню, вхід якого з'єднаний з дренажним патрубком ємності, а вихід - з входом верхній частині екрану, при цьому вихід верхній частині екрану з'єднаний з входом нижній частині екрана.
Версія для друку
Дата публікації 26.02.2007гг
Коментарі
Коментуючи, пам'ятайте про те, що зміст і тон Вашого повідомлення можуть зачіпати почуття реальних людей, проявляйте повагу та толерантність до своїх співрозмовників навіть у тому випадку, якщо Ви не поділяєте їхню думку, Ваша поведінка за умов свободи висловлювань та анонімності, наданих інтернетом, змінює не тільки віртуальний, але й реальний світ. Всі коменти приховані з індексу, спам контролюється.