Устройство подачи и газификации криогенной жидкости

 

Область применения: в любой области народного хозяйства, где требуется хранение и газификация жидких веществ, преимущественно криогенных. Сущность изобретения: жидкость из емкости с малым давлением подается в предварительно отвакуумированную испарительную камеру, где под действием тепла,выделившегося в камере сгорания и запасенного в аккумуляторе тепла, она испаряется с повышением давления и подается к потребителю. Все это реализуется в конструкции камеры испарителя со специальными вводами, перегородками и дренажами, что совместно со схемой образует систему газификации и подачи. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 F 17 С 9/02

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

V

О

М

0с (21) 4867541/26 (22) 30,07.90 (46) 23.01.93. Бюл, N 3 (71) Головное конструкторское бюро Научно-производственного объединения "Энергия" (72) B.È.Àíòþõîâ, Г.С.Медведев, Л.Б.Простов, В.M.Ïðîòîïoïîe, Г.Г.Подобедов, Г.Б.Тибилов и B.Ï.Ôèðcoâ (56) "AlAA Рар.", М 1155, 10 рр. 1982, (54) УСТРОЙСТВО ПОДАЧИ И ГАЗИФИКАЦИИ КРИОГЕННОЙ ЖИДКОСТИ (57) Область применения: в любой области народного хозяйства, где требуется хране.Изобретение относится к технике, связанной с хранением, подачей и газификацией, преимущественно, криогенной жидкости и может быть использовано в любой области народного хозяйства, где требуется подача газифицированной жидкости.

: Известна система подачи и газификации жидкости, принятая в качестве прототипа (LOX hydrocarbon auxiliary propulsion for

the Space Shuttl Orbiter. Orton G.F. Mark Т,D, "AIAA Рар." 1982, N 1155, 10 рр). Система подачи и газификации жидкости содержит емкость с жидкостью, соединенную магистралью заправки с клапаном и узлом подачи и газификации, состоящим из последовательно соединенных насоса, газогенератора, турбины, фильтра, магистрали потребителя с обратным клапаном сообщенной с ресивером и потребителем. Кроме того вход турбины сообщен с магистралью потребителя, а выход через клапан — с магистралью дренажа. Эта система обеспечива„.,KIJ„„1789826 А1 ние и газификация жидких веществ, преимущественно криогенных. Сущность изобретения: жидкость из емкости с малым давлением подается в предварительно отвакуумированную испарительную камеру, где поддействием тепла, выделившегося в камере сгорания и запасенного в аккумуляторе. тепла, она испаряется с повышением давления и подается к потребителю. Все зто реа- лизуется в конструкции камеры испарителя со специальными вводами, перегородками и дренажами, что совместно со схемой образует систему газификации и подачи. 2 ил. ет любую заданную программу потребления газа из ресивера. В этом техническом решении происходит выброс газа после раскрутки турбины, что снижает энергетические характеристики системы, наличие сложных и тяжелых агрегатов с малой надежностью и ресурсом. а также наличие продуктов сгорания в магистралях подачи снижают общую надежность системы.

Целью изобретения является улучшение энергетических характеристик; массы и габаритов с одновременным увеличением надежности и ресурса системы подачи и газификации жидкости.

Указанная цель достигается тем, что устройство подачи и газификации криогенной жидкости снабжено магистралями заправки и дренажа, узел газификации выполнен в виде установленных внутри испарительной камеры, камеры сгорания и аккумулятора тепла, при этом испарительная камера имеет перегородки, первая из которых выпол1789826 нена из пористого и малотеплоемкого материала и установлена эквидистантно внутренней поверхности испарительной камеры,"а вторая образует щелевой канал с наружной пов6рхностью аккумулятора теп- 5 ла, йбдключенйый через клапан к камере сгорания и к магистрали потребления до обратного клапана, полость испарительной камеры подключена через клапан к магистрали дренажа и через тангенциальный пат- "0 рубок — к магистрали заправки, а выход патрубка размещен между перегородками по касательной к первой перегородке.

Работоспособность системы достигается энергетическим балансом подведенной и используемой энергией, возможностью за правки разогретой внутренней полости испарительной камеры при малом давлении в емкости за короткий промежуток времени, а также испарением и дальнейшим прогре- 20 вом газифицированного газа с одновременным ростом температуры на выходе из газификатора. Все эти условия выполняются в предложенном техническом решении.

Вначале, используя остатки газа в испари- 25 тельной камере, они вместе с другим составляющим топлива сгорают в камере сгорания и разогревают аКкумулятор тепла, затем из емкости происходит подача жидкости по тангенциальному патрубку в испаритель- 30 ную камеру. Заправка жидкости происходит до тех пор, пока давление в емкости не выравнивается до давления в испарительной камере, после чего подача жидкости прекращается и происходит ее испарение и рост З5 температуры и давления газа в испарительной камере. Этот газ проходя по щелевому каналу между аккумулятором тепла и перегородкой, нагревается до заданной температуры и идет в ресивер или к потребителю, 40

Между нагревом аккумулятора и напуском жидкости в испарительную камеру газ из испарительной камеры дренируют. Исходя иэ условия обеспечения. минимальной массы конструкции системы, аккумулятор дол- 45 жен выполняться из теплоемкого, легкого и жаропрочного материала, например силицилованного графита, а перегородка у стенки испарительной камеры — из малотеплоемкого, легкого и пористого мате- 50 риала. Такое выполнение перегородки увеличивает количество испаряемой жидкости, что увеличивает эффективность испарителя, снижение его массы и энергетических затрат. 55

Заправка испарительной камеры жид-. костью возможна при непревышении давлением в испарительной камере значения давления в емкости с жидкостью к моменту окончания заправки требуемого количества жидкости, которое определяется предварительно запасенным в аккумуляторе количеством теплоты. Так как к началу заправки аккумулятор тепла и элементы конструкции испарительной камеры нагреты, то при заправке начинается испарение жидкости и повышается давление в испарительной камере. При равенстве давлений в испарительной камере и емкости с жидкостью заправка не возможна. Поэтому, чтобы заправить в испарительную камеру требуемое количество жидкости необходимо уменьшить ее испарение в процессе заправки.

Заправляемая жидкость направляется в испарительную камеру по касательной к поверхности малотеплоемкой пористой перегородки, что предотвращает разбрызгивание и попадание на нагретые и теплоемкие стенки испарительной камеры и аккумулятора тепла. Поэтому перегородку можно назвать экранирующей, так как в процессе заправки она предотвращает контакт жидкости с нагретыми теплоемкими элементами. Это на порядок снижает скорость испарения жидкости и роста давления и позволяет максимально увеличить коэффициент заполнения объема, а, следовательно и КПД испарительной камеры, Газожидкостная среда попадающая в щелевой канал испаряется и прогревается при движении вдоль аккумулятора тепла.

На фиг. 1 приведена схема предложенного устройства подачи и газификации жидкости; на фиг, 2 — поперечный разрез узла газификации. . Устройство подачи и газификации жидкости содержит емкость 1 с газифицируемой жидкостью, сообщенную магистралью заправки 2, с клапаном 3 и узлом газификации и подачи 4. Узел 4 включает в себя камеру сгорания 5, совмещенную с аккумулятором тепла 6, выполненного из теплоемкого материала, например, из бериллия, и размещенных внутри испарительной камеры 7, имеющей форму тела вращения, ось которой совмещена с осью камеры сгорания. В полости испарительной камеры 7 установлены экранирующие перегородки 8 и 9, одна из которых 8 расположена эквидистантно внутренней поверхности камеры 7, и выполнена из пористого малотеплоемкого материала, а другая перегородка 9 — вдоль наружной поверхности камеры сгорания 5 с аккумулятором тепла 6 и образует с ней щелевой канал. Перегородка 9 одним торцем герметично закреплена на стенке испарительной камеры 7, а щелевой канал в замкнутой части сообщен через клапан 10 с камерой сгорания 5 и магистралью 11 через обратный клапан 12 с ресивером и потреби1789826 чими поверхностями камеры 7 и аккумулятора тепла 6 во время заправки. Одновременно с закрытием клапана 3 закрывается клапан 15. Жидкость в испарительной каме5 ре нагревается и испаряется, в результате чего происходит рост давления. Газ по щели между аккумулятором тепла и перегородкой

9 дополнительно нагревается и по магистрали 11 поступает в ресивер 13 и к потребите10 лю 14. После опорожнения ресивера и камеры испарения давления ниже допустимого процесс повторяется.

Предложенное устройство газификации и подачи газифицированной жидкости без

15 использования ряда сложных устройств, имеющих в своем составе подвижные, мало надежные элементы — насос, турбину, газогенератор, позволяет существенно улучшить энергетические, массогабаритные

20 характеристики системы с одновременным увеличением надежности и ресурса системы. Кроме этого устройство позволяет получать абсолютно чистый испаренный газ с любым необходимым давлением, что суще25 ственно расширяет область применения заявляемой системы подачи и газификации жидкости.

Формула изобретения - 30

Устройство подачи и газификации криогенной жидкости, содержащее емкость с жидкостью, соединенную через клапан с узлом газификации и подачи. и магистраль 35 потребления с обратным клапаном, ресивером и потребителем, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью улучшения энергетических характеристик, массы и габаритов с одновременным увеличением надежности и ре- 40 сурса, оно снабжено магистралями заправки и дренажа, узел газификации выполнен в виде установленных внутри испарительной камеры сгорания и аккумулятора

45 телем 14. Камера 7 сообщена через клапан

15 с магистралью дренажа. Камера 7 снабжена тангенциальным патрубком 16, выход которого расположен между перегородками

8 и 9 по касательной к поверхности перегородки 8. Вход этого патрубка соединен с магистралью заправки 2.

Устройство газификации и подачи газифицированной жидкости работает следующим образом. Если давление в ресивере 13 и испарительной камере 7 становится ниже допустимого, газ из камеры 7 через клапан

10 подается в камеру сгорания 5, где вместе с другим топливом сгорает, нагревает камеру сгорания и аккумулятор тепла. Продукты сгорания дренируются. После выработки газа из камеры испарения 7 закрывается клапан 10 и открывается клапан 15, аккумулятор тепла 6 разогрет, а камера 7 готова к заправке. Для заправки испарительной камеры жидкостью открывается клапан .3 и жидкость из емкости 1 по магистрали 2 через патрубок 16 поступает в дренируемую через клапан 15 испаритель- ную камеру 7 по касательной к перегородке

8 и организует ее экваториальное заполнение, исключающее контакт жидкости с горятепла, при этом испарительная камера имеет перегородки; первая из которых выполнена из пористого и малотеплоемкого материала и установлена эквидистантно внутренней поверхности испарительной камеры, а вторая образует щелевой канал с наружной поверхностью аккумулятора тепла, подключенный через клапан к камере сгорания и к магистрали потребления до обратного клапана, полость испарительной камеры подключена через клапан к магистрали дренажа и через тангенциальный flBTрубок — к магистрали заправки, и выход патрубка размещен между перегородками по касательной к первой перегородке.

1789826

Составитель Г,Тибилов

Редактор НМельникова Техред M,Моргентал Корректор М.Максимишинец

Заказ 342 Тираж Подписное

В)1ИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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