Сосуд для хранения криогенных жидкостей

 

Сущность изобретения. Сосуд для хранения криогенной жидкости содержит теплоизолированную емкость, заполненную криогенной жидкостью с паровой подушкой над ней и размещенный в ней теплопроводящий стержень, выполненный в виде полого тора. Боковые поверхности тора снабжены тепловой изоляцией, во внутренней полости тора размещена обмотка, выполненная из высокотемпературного сверхпроводника, подключенная гибкими проводами к источнику ЭДС. В центральной нижней части размещен на решетке с возможностью перемещения полый элемент, на поверхности которого размещен высокотемпературный сверхпроводник. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к криогенной технике, а точнее устройствам для длительного хранения сжиженных газов.

Известны сосуды для хранения криогенных жидкостей, содержащие теплоизолированную емкость, частично заполненную криогенной жидкостью с паровой подушкой над ней и размещенные внутри емкости устройства, увеличивающие время бездренажного хранения криогенной жидкости (например, авт. св. СССР N 1254238, 1502894 и др.).

Данные устройства не обеспечивают достаточно длительного времени бездренажного хранения криогенной жидкости.

Наиболее близким по своей технической сущности к предлагаемому изобретению является хранилище для сжиженных газов, содержащее теплоизолированную емкость, частично заполненную сжиженным газом с паровой подушкой над ним и размещенный в ней теплопроводящий стержень, боковая поверхность которого снабжена тепловой изоляцией, один конец стержня находится в тепловом контакте с паровой подушкой, а другой конец с донной частью жидкости (авт.св. СССР N 844909, кл. F 17 C 3/00, 1976). Это устройство выбрано в качестве прототипа.

Недостатком прототипа является относительно малое время бездренажного хранения криогенной жидкости.

Целью настоящего изобретения является устранение отмеченного недостатка в разработанной конструкции сосуда для хранения криогенных жидкостей.

Указанная цель достигается тем, что в сосуде для хранения криогенной жидкости содержащем теплоизолированную емкость, частично заполненную криогенной жидкостью с паровой подушкой над ней и размещенный в жидкости теплопроводящий стержень, боковая поверхность которого снабжена тепловой изоляцией, один конец стержня находится в тепловом контакте с паровой подушкой, а другой конец с донной частью жидкости, согласно изобретению стержень выполнен в виде полого торца, во внутренней полости тора размещена обмотка, выполненная из высокотемпературного сверхпроводника и подключенная гибкими проводами к источнику ЭДС, размещенному вне сосуда, а в центральной нижней части тора размещен на решетке с возможностью перемещения полый элемент с отрицательной плавучестью, на поверхности которого размещен высокотемпературный сверхпроводник.

Указанная цель достигается также тем, что в верхней части тора в паровой подушке размещены ребра, выполненные из теплопроводного материала.

Выполнение размещенного в сосуде теплопроводящего стержня в виде полого тора, размещение в полости тора обмотки, выполненной из высокотемпературного сверхпроводника, подключенного гибкими проводами к источнику ЭДС, размещение в центральной части тора полого элемента с отрицательной плавучестью, размещение на поверхности этого элемента высокотемпературного сверхпроводника эти признаки определяют новизну заявляемого сосуда для хранения криогенной жидкости.

В дальнейшем изобретение поясняется примером его конкретного выполнения со ссылками на прилагаемый рисунок, на котором схематично изображен прилагаемый сосуд.

Сосуд для хранения криогенных жидкостей содержит теплоизолированную емкость 1, частично заполненную криогенной жидкостью 2 с паровой подушкой 3 над ней, размещенный внутри емкости 1 выполненный в виде полого тора теплопроводящий стержень 4, боковые поверхности которого снабжены тепловой изоляцией (на рис. не показана), во внутренней полости тора 4 размещена обмотка 5, выполненная из высокотемпературного сверхпроводника, которая гибкими проводниками подключена к источнику ЭДС 6 через переключатель 7. К нижней части полого тора 4 прикреплена решетка 8 на которой размещен полый элемент 9 с отрицательной плавучестью. На элементе 9 закреплен высокотемпературный сверхпроводник.

Полый тор 4 может быть выполнен из меди или другого теплопроводящего материала. Элемент 9 может быть выполнен из любого материала, сохраняющего свои свойства при криогенных температурах, например, из меди.

На торце тора 4, размещенного в паровой подушке, размещены ребра 11, также выполненные из теплопроводящего материала, например, меди.

Масса полого тора 4 и объем его внутренней полости выбраны таким образом, что полый тор обладает небольшой положительной плавучестью, поэтому над уровнем криогенной жидкости 2 находится только верхняя часть полого тора 4 с размещенными на ней ребрами 11, которые все время находятся в паровой подушке 3. Масса полого элемента 9, например, шаровой формы, и объем его внутренней полости выбираются так, что элемент 9 обладает небольшой отрицательной плавучестью, поэтому в статическом положении элемент 9 находится в донной части и размещается на решетке 8. Зазор между полым элементом 9 и внутренней боковой поверхностью тора 4 минимален.

Увеличение времени бездренажного хранения криогенной жидкости в заявляемом сосуде достигается следующим образом.

Поскольку полый тор 4 имеет в верхней части емкости 1 тепловой контакт с паровой подушкой, а в нижней (донной) части емкости контакт осуществляется с криогенной жидкостью, то в силу высокой теплопроводности стенок полого тора 4 происходит теплообмен между криогенной жидкостью 2 и паровой подушкой 3, что способствует охлаждению и конденсации паров жидкости и приводит к снижению давления паров жидкости в сосуде. Тепловая изоляция на боковых поверхностях полого тора 4 препятствует передаче теплоты в промежуточные слои криогенной жидкости.

Размещение на верхнем торце тора 4 ребер 11 интенсифицирует теплоотвод от пара к донным слоям криогенной жидкости.

Для дальнейшего снижения давления паров жидкости (т.е. для увеличения времени бездренажного хранения) к источнику ЭДС 6, размещенному вне сосуда, подключается с помощью переключателя 7 размещенная во внутренней полости тора 4 сверхпроводящая обмотка 5, в результате чего в центральной части полого тора 4 создается магнитное поле. Укрепленный на полом элементе 9 сверхпроводник 10 взаимодействует с созданным полем и выталкивается из него, что сопровождается всплыванием элемента 9. В конечном результате элемент 9 оказывается в верхней части полого тора 4. При этом движении элемента 9 он вытесняет находящуюся над ним криогенную жидкость из холодных донных слоев в верхние более теплые слои. Часть криогенной жидкости при этом переливается через верхний край тора 4 и смешивается с верхним слоем криогенной жидкости на границе с паровой подушкой. Это интенсифицирует теплообмен между донными слоями жидкости и паровой подушкой.

При всплытии элемента 9 в верхнюю часть полого тора 4 питание обмотки 5 от источника ЭДС отключается, в центральной части тора 4 исчезает магнитное поле и элемент 10 опускается на решетку 8. Затем вышеописанный процесс может многократно повторяться.

При отборе части криогенной жидкости 2 к потребителю уровень жидкости в сосуде понижается, поэтому вместе с жидкостью опускается, сохраняя прежнюю ориентацию, и полый тор 4. Для свободного движения тора 4 в емкости предусмотрены проводники, связывающие обмотку 5 и источник ЭДС 6.

По сравнению с прототипом увеличивается время бездренажного хранения криогенной жидкости.

Формула изобретения

1. Сосуд для хранения криогенных жидкостей, содержащий теплоизолированную емкость, частично заполненную криогенной жидкостью с паровой подушкой над ней и размещенный в ней теплопроводящий стержень, боковая поверхность которого снабжена тепловой изоляцией, один конец стержня находится в контакте с паровой подушкой, а другой с донной частью жидкости, отличающийся тем, что стержень выполнен в виде полого тора, во внутренней полости которого размещена обмотка из высокотемпературного сверхпроводника, подключенная гибкими проводниками к источнику ЭДС, размещенному вне сосуда, а в центральной нижней части тора размещен на решетке с возможностью перемещения полый элемент с отрицательной плавучестью, на поверхности которого размещен высокотемпературный сверхпроводник.

2. Сосуд по п. 1, отличающийся тем, что в верхней части тора в паровой подушке размещены ребра, выполненные из теплопроводящего материала.

РИСУНКИ

Рисунок 1