УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕЛИВА ЖИДКОГО АЗОТА ИЗ СОСУДА ДЬЮАРА
DEVICE FOR LIQUID NITROGEN POURING FROM DEWAR'S FLASK

Изобретение относится к области криогенной техники, в частности к устройствам перекачки и заправки в емкости жидкого азота.
Известны устройства заправки криогенными жидкостями, например, по патентам РФ №№2171950, 2177108, 2265153, 2137023, 1293443, 1599628, патенту ФРГ №1501291, патенту Франции №2713743, патенту США №4646525, Великобритании №2251296.
Известно устройство заправки и подачи криогенной жидкости, описанное в заявке РФ №92014812, в котором трубопроводы заправки и выдачи жидкостного криопродукта объединены в один общий патрубок, снабженный клапаном выдачи, а на трубопроводе сброса паров установлено дроссельное устройство, выход которого соединен с трубопроводом выдачи криопродукта после клапана выдачи.
Известна система подачи криогенного продукта по заявке РФ №2002109350, в которой имеется заправочная магистраль, дренажная магистраль, заправочный и дренажный клапаны, датчики давления и температуры, кроме того, в системе выполнен закольцовочный трубопровод с перепускным клапаном, подключенным одним концом к заправочной магистрали между резервуаром и заправочным клапаном, а другим - к дренажной магистрали на выходе из криогенной емкости перед дренажным клапаном.
Известно также устройство перелива и заправки в емкости криогенной жидкости по патенту РФ №2269455.
Устройство содержит штуцер и наконечник, каждый из которых имеет внешний и внутренний корпуса, при этом между корпусами установлены тепловые мосты, экраны, опоры, в зоне контакта - уплотнительные элементы, причем внутренние корпуса штуцера и наконечника снабжены подпружиненными обратными клапанами, один из которых снабжен сильфоном.
Наиболее близким аналогом заявленному устройству является техническое решение, описанное в патенте РФ №2265153 (МПК7: F17C, 3/00), в котором устройство содержит теплоизолированную емкость, трубопроводы заправки и выдачи криогенной жидкости, арматуру, теплообменник-испаритель.
Недостатками известных устройств являются их сложность, большие габариты и вес.
Задачей изобретения является упрощение устройства, уменьшение его габаритов и веса.
Данная задача решается тем, что в устройстве для перелива жидкого азота из сосуда Дьюара, содержащем заправочную трубку, теплообменник-испаритель, теплообменник-испаритель охватывает с калиброванным зазором один конец заправочной трубки, который опускается в сосуд Дьюара, на торце теплообменника-испарителя установлена также с зазором газовая трубка, коаксиальная заправочной трубке, на участке которой, находящемся в газовой полости сосуда Дьюара, выполнены отверстия для выхода газа, сообщающие зазор между этими коаксиальными трубками и газовой полостью, причем устройство снабжено пробкой, герметично закрывающей горловину сосуда Дьюара, а между заправочной и газовой трубками до пробки установлена перемычка, герметизирующая зазор между ними и препятствующая проникновению газообразного азота выше перемычки, причем участок коаксиальных трубок выше упомянутой перемычки пропущен через пробку, а свободный их конец снабжен коаксиальной теплоизолирующей трубкой, полость между всеми трубками загерметизирована и свободный конец заправочной трубки опускается в заправляемую емкость; теплообменник-испаритель заключен в теплоизолирующий кожух; устройство также снабжено ручкой, прижимающей пробку к горловине сосуда Дьюара.
На фиг1. изображена конструктивная схема предлагаемого устройства, на фиг.2 - вид А, на фиг.3 - вид Б, где:
1 - сосуд Дьюара;
2 - заправляемая емкость;
3 - заправочная трубка;
4 - калиброванный зазор;
5 - кожух;
6 - теплообенник-испаритель;
7 - зазор;
8 - газовая трубка;
9 - перемычка;
10 - пробка;
11 - отверстия;
12 - теплоизолирующая трубка;
13 - ручка;
14 - герметизирующий элемент.
Предлагаемое устройство используется для перелива жидкого азота в заправляемую емкость 2 из сосуда Дьюара 1 и содержит заправочную трубку 3, один конец которой опускается в жидкий азот сосуда Дьюара 1.
Устройство также содержит теплообменник-испаритель 6, внутри которого установлена заправочная трубка 3 с калиброванным зазором 4 относительно теплообменника-испарителя 6 на его входе. Калиброванный зазор 4 выбирается из соображений необходимого объема испаряемого жидкого азота для создания давления в газовой полости сосуда Дьюара 1 с целью подачи криогенной жидкости по заправочной трубке 3. Теплообменник-испаритель 6 заключен в герметичный теплозащитный кожух 5. Выше калиброванного зазора 4 между теплообменником-испарителем 6 и заправочной трубкой 3 образован зазор 7, образующий канал для кипения и выхода пара испарившегося жидкого азота.
В боковой поверхности заправочной трубки 3, находящейся в газовой полости сосуда Дьюара 1, выполнены отверстия 11 для выхода пара.
Перемычка 9 и пробка 10 герметизируют сосуд Дьюара 1.
Заправочная трубка 3 пропущена через пробку 10, имеет коаксиальную теплоизолирующую трубку 12, и свободный конец заправочной трубки 3 опускается в заправляемую емкость 2. Полость между всеми трубками загерметизирована герметизирующим элементом 14, например, обжимной муфтой.
Устройство работает следующим образом.
При опускании погружной части устройства в жидкий азот сосуда Дьюара 1 происходит его герметизация пробкой 10, вставляемой в его горловину и прижимаемой ручкой 13. Под действием гидростатического давления жидкий азот поступает через калиброванный зазор 4 в зазор 7 между теплообменником-испарителем 6 и заправочной трубкой 3, где происходит его кипение за счет тепла, аккумулированного в теплообменнике-испарителе 6. Образующиеся пары поступают по газовой трубке 8 и через отверстия 11 - в газовую полость сосуда Дьюара 1, повышая в ней давление. Перемычка 9 препятствует проникновению газообразного азота выше перемычки 9.
Под действием избыточного давления в газовой полости сосуда Дьюара 1 жидкий азот поступает по заправочной трубке 3 и заполняет заправляемую емкость 2.
Кожух 5 предохраняет теплообменник-испаритель 6 от прямого контакта его наружной поверхности с жидким азотом и прогрева жидкого азота во всем объеме сосуда Дьюара 1.
Калиброванный зазор 4 рассчитан на постепенное кипение жидкости в зазоре 7 вокруг теплообменника-испарителя 6, что позволяет предотвратить выброс двухфазной жидкости обратно в жидкостной объем сосуда Дьюара 1 через зазор 4.
Предложенное устройство имеет малые габариты, небольшой вес, просто в изготовлении и может применяться для заправки сосудов Дьюара «открытого типа», используемых, в том числе, для медицинских целей, например для криохирургических аппаратов.