Способ заполнения сосуда криогенной жидкостью

 

Изобретение относится к хранению и транспортированию криогенных веществ. Цель изобретения - уменьшение потерь сверхкритического гелия при заправке и увеличение холода, аккумулированного в сосуде. Для этого необходимо при интенсивном охлаждении заправляемого сосуда уменьшить сброс паров. Способ включает подачу криопродукта из источника и отвод паров из сосуда, подьем давления в сосуде выше критического, разделение поступающего сверхкритического гелия на части, дросселирование одной части гелия, отобранной до поступления в полость сосуда, и охлаждение сдросселированным потоком другой части и заправляемого объема путем теплообмена. Отвод паров из объема сосуда прекращают при резком1 снижении давления в нем, а подачу гелия и дросселирование части потока продолжают в течение всего периода заполнения. 2 ил.

союз советских социАлистических

РЕСПУБЛИК (я)5 F 17 С 7/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4640221/26 (22) 19.01.89 (46) 23.05.91. Бюл. N 19 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт гелиевой техники (72) В,Г.Баранов, А.И.Винников и И.Л.Мак (53) 621.59 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1432308, кл. F 17 С 5/00, 1987, (54) СПОСОБ ЗАПОЛНЕНИЯ СОСУДА КРИОГЕННОЙ ЖИДКОСТЬЮ (57) Изобретение относится к хранению и транспортированию крйогенных веществ.

Цель изобретения — уменьшение потерь сверхкритического гелия при заправке и увеличение холода, аккумулированного в

Изобретение относится к криогенной технике, в частности к хранению и транспортированию криогенных веществ и предназначено для использования при заправке сосудов и криостатов сверхкритическим гелием.

Целью настоящего изобретения является уменьшение потерь при заправке сосуда сверхкритическим гелием и увеличение холода, аккумулированного в сосуде.

На фиг. 1 показана принципиальная схема осуществления предлагаемого способа; на фиг. 2 — графики изменения давления и температуры сверхкритического гелия в сосуде при заправке.

Сверхкритический гелий подают в сосуд

1 из резервуара 2, являющегося источником, по трубопроводу 3 через вентиль 4 заполнения. Образующиеся пары гелия иэ сосуда 1 отводят через вентиль 5 газосброса. В сосуде 1 устанавливают давление вы„„Я „„1651014 А1 сосуде. Для этого необходимо при интенсивном охлаждении эаправляемого сосуда уменьшить сброс паров, Способ включает подачу криопродукта из источника и отвод паров из сосуда, подъем давления в сосуде выше критического, разделение поступающего сверхкритического гелия на части, дросселирование одной части гелия, отобранной до поступления в полость сосуда, и охлаждение сдросселированным потоком другой части и заправляемого объема путем теплообмена. Отвод паров из объема сосуда прекращают при резком. снижении давления в нем, а подачу гелия и дросселирование части потока продолжают в течение всего периода заполнения. 2 ил. ше критического, близкое по величине к дав.лению в резервуаре 2, и измеряют его манометром 6. Часть сверхкритического гелия. подаваемого в сосуд 1, дросселируют через дроссель 7. Жидкую фазу, образующуюся в потоке после дросселя 7, испаряют в теплообменнике 8 и охлаждают другую часть поступающего в сосуд гелия и в заправляемый объем сосуда 1. Пары из теплообменника 8 сбрасывают в газгольдер через вентиль 9. Отвод паров через вентиль 5 газосброса прекращают при резком снижении давления в сосуде 1, продолжая подачу гелия через вентиль 4 заполнения. После стабилизации температуры сверхкритического гелия в сосуде 1. регистрируемой термопреобразователем 10, и давления, фиксируемого манометром 6, закрывают вентиль 4 заполнения и вентиль 9.

Заправку теплоизолированного сосуда иэ нержавеющей стали проводят через тру1651014

50 бопровод с внутренним диаметром 6 мм и длиной 6 м. Избыточное давление сверхкритического гелия составляет 0,5 МПа, температура исходного криопродукта 4,5 К, температура потока на входе в сосуд 6 К.

Расход гелия через газосбросной вентиль сосуда 0,75 r/ñ, а расход через дроссель в охлажденном состоянии 0,5 г/с, На фиг. 2 представлены графики изменения параметров в сосуде во время заправки с открытыми вентилями заполнения .и газосброса, Линия 11 отражает зависимость давления, линия 12 — зависимость температуры.

Через 1 ч после начала заправки наблюдают уменьшение давления в сосуде с 0,6 до

0,2 МПа. В дальнейшем давление в сосуде восстанавливается и стабилизируется, а температура понижается до 5 К, т,е, ниже температуры гелия, поступающего в сосуд, Снижение давления в сосуде при заправке связано с падением теплоемкости материала сосуда при низких температурах и с резким уменьшением удельного объема гелия при температурах, близких к псевдокритической, Присходит интенсивное накопление сверхкритического гелия в сосуде при соответствующем сокращении отвода паров и уменьшении гидравлического сопротивления линии газосброса, вызывающем снижение давления в сосуде.

Установленное снижение давления позволяет применить предлагаемый способ при заправке сосуда сверхкритическим гелием, Закрытие вентиля газосброса на последнем этапе охлаждения сосуда при резком снижении давления в нем обеспечивает в условиях охлаждения заправляемого объема сдросселированным потоком заправку большей части криопродукта без отвода паров. Потери гелия при заправке сосуда по предлагаемому способу уменьшаются по сравнению с известным способом в 1,5 раза.

Охлаждение криопродукта в сосуде с закрытым газосбросом жидким гелием, испаряющимся в теплообменнике. снижает его температуру до температуры, близкой к температуре кипения жидкого гелия, увеличивает массу сверхкритического гелия и количество холода, аккумулированное в заправленном сосуде. Дросселирование ча5

30 сти сверхкритического гелия, отобранного до поступления в сосуд, до давления, близКого к атмосферному, позволяет получить жидкую фазу в потоке после дросселя. Последующее испарение жидкого гелия в теплообменнике, расположенном в сосуде, обеспечивает интенсификацию отвода тепла от стенок сосуда и охлаждение сверхкритического гелия, находящегося в сосуде, ниже температуры поступающего гелия, а при определенных условиях ниже температуры исходного.криопродукта. Доля потока, подаваемого на дроссель, определяется расчетным путем или экспериментально и зависит от параметров гелия на входе в сосуд, а также от требований к системе заправки.

Прекращение отвода паров из сосуда при резком снижении давления в нем, обусловленном быстрым увеличением массы сверхкритического гелия в сосуде при температурах, близких к псевдокритической, снижает потери гелия при заправке, тык как значительная доля криопродукта поступает в сосуд при закрытом газосбросе. Продолжение подачи гелия в течение всего процесса позволяет получить при минимальной температуре и максимальном давлении наибольшее количество сверхкритического гелия в заправленном сосуде, т.е, увеличивает холод, аккумулированный в сосуде.

Формула изобретения

Способ заполнения сосуда криогенной жидкостью, включающий ее подачу под давлением иэ источника. дросселирование части жидкости с охлаждением жидкости, оставшейся в сосуде. и отвод образующихся паровизсосуда,отличаю щийс я тем. что, с целью уменьшения- потерь при заправке сосуда сверхкритическим гелием и увеличения холода, аккумулированного s сосуде, поднимают давление в сосуде выше критического, на дросселирование отбирают поток до поступления жидкости в полость сосуда, отвод паров из сосуда прекращают при падении давления в нем после эахолаживэния, а дросселирование части жидкости и охлаждение объема сосуда продолжают в течение всего периода заполнения.

1651014

1, Т/(.

Составитель Г.Ольшанская

Техред М.Моргентал Корректор О.Кравцова

Редактор T.Куркова

Заказ 1978 Тираж 319 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101