Теплоизолированный криогенный бак

 

Изобретение относится к холодильной технике, в частности для топливных баков, используемых в авиационной технике. Теплоизолированный криогенный бак для хранения криогенных жидкостей, содержащий герметичные внешнюю и внутреннюю оболочки с вакуумированной полостью между ними и помещенную между оболочками стойкую к воздействию давления изоляцию, причем стойкая к давлению теплоизоляция состоит из отдельных вакуумированных пакетов, содержащих в герметичной оболочке наслоенные друг на друга слои теплоизоляции, а пакеты расположены по крайней мере на цилиндрической поверхности бака и их боковые грани, контактирующие с гранями смежных пакетов, выполнены скошенными, при этом между оболочкой или стенкой и пакетами со стороны криогенного топлива расположена прослойка из газопроницаемого адсорбирующего материала, выполненная с возможностью соединения посредством трубопровода с устройством вакуумирования. Задача изобретения - устранение указанных недостатков, а именно снижение массы конструкции бака, повышение его эксплуатационной надежности и увеличения срока эксплуатации без обслуживания. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к холодильной технике, в частности для топливных баков, используемых в авиационной технике.

Известны резервуары для хранения криогенных жидкостей, содержащие герметичные внешнюю и внутреннюю оболочки с вакуумированной полостью между ними и помещенную между оболочками стойкую к воздействию давления изоляцию (авт. св. N 1802252).

Недостатком такой теплоизоляции является то, что при эксплуатации бака на самолете в случае разгерметизации одной из оболочек теплоприток к топливу существенно увеличивается, так как теряется вакуум, а следовательно, и теплоизоляционные свойства во всей теплоизоляции, и для того, чтобы ограничить рост давления в баке требуются сложные и тяжелые предохранительные устройства. Кроме того, время работы такой теплоизоляции без специального обслуживания ограничено. Это связано с тем, что с течением времени происходит рост давления в вакуумной полости и теплоизоляция теряет высокие теплоизолирующие свойства (в авиации применение оболочек большой толщины хорошо держащих вакуум не приемлемо из-за весовых ограничений). Восстановление необходимого вакуума требует специальных мероприятий связанных с прекращением эксплуатации бака.

3адача изобретения - устранение указанных недостатков, а именно снижение массы конструкции бака, повышение его эксплуатационной надежности и увеличения срока эксплуатации без обслуживания.

Для решения этой задачи стойкая к давлению теплоизоляция состоит из отдельных вакуумированных пакетов, содержащих в герметичной оболочке наслоенные друг на друга слои теплоизоляции, а пакеты расположены по крайней мере, на цилиндрической поверхности бака и их боковые грани, контактирующие с гранями смежных пакетов, выполнены скошенными, при этом между оболочкой или стенкой и пакетами, со стороны криогенного топлива, расположена прослойка из газопроницаемого адсорбирующего материала, выполненная с возможностью соединения посредством трубопровода с устройством вакуумирования.

Кроме того, теплоизолированный криогенный бак отличается тем, что прослойка выполнена из электропроводящего материала (например, на основе углерода) и имеет электрические контакты.

Теплоизолированный криогенный бак отличается также тем, что то по крайней мере в части из пакетов размещена по меньшей мере одна прослойка из адсорбционного материала.

Теплоизолированный криогенный бак отличается также тем, что оболочка бака, выполнена из стойкого к давлению изолирующего материала и состоит из нескольких слоев гибкой пленки, например синтетической пленки.

Кроме того, теплоизолированный криогенный бак отличается тем, что оболочка пакетов, состоит из нескольких слоев гибкой синтетической пленки.

Дополнительно теплоизолированный криогенный бак отличается тем, что слои теплоизоляции в пакетах представляют собой прессованное минеральное волокно, например базальтовое волокно.

При таком выполнении при нарушении герметичности внешней или внутренней оболочки не происходит быстрой потери вакуума в пакетах теплоизоляции (даже в случае пробоя одного или нескольких пакетов), а следовательно, не происходит резкого увеличения теплопритока к топливу и быстрого роста давления в баке. Самолет с таким баком в случае потери герметичности любой из оболочек сможет завершить полет без возникновения аварийной ситуации, не используя сложные и тяжелые устройства для ограничения роста давления в баке.

Для того, чтобы ограничить теплопритоки в бак по стыкам пакетов, боковые грани выполнены скошенными и образуют с основанием острый угол. Такая конструкция бака позволяет получить гладкую или внутреннюю или внешнюю поверхность, что для самолетных криогенных баков является необходимым.

Газопроницаемая прослойка из адсорбирующего материала позволяет поддерживать необходимый вакуум в процессе эксплуатации криогенного бака во всей теплоизоляции в течении длительного времени. Во время регламентных работ на самолете газопроницаемая прослойка из адсорбирующего материала, соединенная с внешней стороной теплоизоляции, позволяет восстанавливать адсорбционные свойства прокладки. Повышение эффективности этой операции достигается тем, что прослойка выполнена электропроводящей (например, на основе углеродной ткани типа УГ-5) и имеет электрические контакты доступные с внешней стороны теплоизоляции бака. При подаче электроэнергии прослойка нагревается до температуры (120 - 160^oC), при которой происходит переход примесей из связанного состояния в газообразное, которые в дальнейшем откачиваются.

Бак может быть выполнен как с внутренней, так и с внешней (относительно стенки бака воспринимающей давление в баке) теплоизоляцией.

На фиг. 1 схематично изображено возможное размещение бака предполагаемой конструкции на самолете; на фиг. 2 - внешняя теплоизоляция бака; на фиг. 3 - внутренняя теплоизоляция.

Криогенный теплоизолированный бак 1, размещенный на самолете, имеет герметичную оболочку 2 воспринимающую давление в баке, вакуумированные панели 3 содержащие в герметичной оболочке 4, наслоенные друг на друга слои теплоизоляции 5, прослойку из газопроницаемого адсорбирующего материала 6, расположенную между оболочкой или стенкой со стороны криогенного топлива, причем прослойка 6, с помощью трубопровода 7 связана с устройством вакуумирования. Кроме того, прослойка 6, выполненная из электропроводного материала имеет электрические контакты 8, позволяющие подавать напряжение на прокладку. Бак содержит также гибкую оболочку 9, которая может быть выполнена из нескольких слоев синтетической пленки.

Стенка бака 2 изолирована вакуумированными пакетами 3. Боковые грани пакетов, контактирующие с гранями смежных пакетов, выполнены скошенными. Это сделано для того, чтобы в месте стыков панелей не было большого теплового потока к криогенному топливу. При этом, чем большей теплопроводностью обладает материал оболочки пакетов 4, тем больше должны быть скошены боковые грани. Пакеты 3 покрыты гибкой герметичной оболочкой 9 и заключенное под ней пространство вакуумируется. Благодаря этому оболочка 9 плотно прилегает к пакетам 2, содержащим слои теплоизоляции 5 и к стенке бака 2, образуя вакуумную обжатую минеральноволокнистую теплоизоляцию. Между оболочкой или стенкой и пакетами (со стороны криогенного топлива) может находится прослойка 6, адсорбционные свойства которой позволяют поглощать газы проникающие через оболочки 2 и 9 бака.

Для прослойки 6 можно применять обычные для криогенной технологии адсорбирующие материалы. Прослойка 6 может быть газопроницаемой, чтобы можно было производить последующее вакуумирование, т.е. чтобы качество теплоизоляции периодически можно было восстанавливать (теплоизоляция такого типа имеет высокие теплоизоляционные свойства до тех пор, пока давление в пакетах не выше 10^-2 мм рт.ст.). Для этого случая предусматривается, например, связь прослойки посредством трубопровода 7 с устройством вакуумирования размещенном на самолете или наземной установке.

Формула изобретения

1. Теплоизолированный криогенный бак для хранения криогенных жидкостей, содержащий герметичные внешнюю и внутреннюю оболочки с вакуумированной полостью между ними и помещенную между оболочками стойкую к воздействию давления изоляцию, отличающийся тем, что стойкая к давлению теплоизоляция состоит из отдельных вакуумированных пакетов, содержащих в герметичной оболочке наслоенные друг на друга слои теплоизоляции, а пакеты расположены по крайней мере на цилиндрической поверхности бака и их боковые грани, контактирующие с гранями смежных пакетов, выполнены скошенными, при этом между оболочкой или стенкой и пакетами со стороны криогенного топлива расположена прослойка из газопроницаемого адсорбирующего материала, выполненная с возможностью соединения посредством трубопровода с устройством вакуумирования.

2. Бак по п.1, отличающийся тем, что прослойка выполнена из электропроводящего материала и имеет электрические контакты.

3. Бак по пп.1 и 2, отличающийся тем, что по крайней мере в части из пакетов размещена по меньшей мере одна прослойка из адсорбирующего материала.

4. Бак по пп. 1 - 3, отличающийся тем, что оболочка бака выполнена из стойкого к давлению изолирующего материала и состоит из нескольких слоев гибкой синтетической пленки.

5. Бак по пп.1 - 4, отличающийся тем, что оболочка пакетов состоит из нескольких слоев гибкой синтетической пленки.

6. Бак по пп. 1 - 5, отличающийся тем, что слои теплоизоляции пакетах представляют собой прессованное минеральное волокно.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3