Физика Низких Температур: Том 47, Выпуск 10 (Октябрь 2021), c. 963-972    ( к оглавлению , назад )

Improving the thermal insulation of nitrogen cryocontainers using the loop-shaped evacuation process

H. H. Zhun and O. Ye. Borshch

National Technical University “Kharkiv Polytechnic Institute”, Kharkiv 61002, Ukraine
E-mail: georgiyzhun7@gmail.com
boe60@ukr.net

Received March 9, 2021, published online August 26, 2021

Abstract

The improvement of serial cryobiological Dewar containers with the use of the lowest thermal conductivity in calorimetric samples of screen-vacuum thermal insulation (SVTI) during storage of liquid nitrogen became possible after the development of fundamental methods for determining heat fluxes for each element of cryocontainers structure and the study of the peculiarities of heat transfer in SVTI. It is established that the deterioration of thermal insulation on cryocontainers by 7–8 times occurs from its gluing when they are heated during the manufacturing process. An additional decrease in the quality of thermal insulation by ~ 2 times during operation is due to the formation of cryocondensate from the pumped-out gas separation products in the cold layers of SVTI and an increase in radiant heat transfer. Eliminating the adhesion of the SVTI, as well as changing the direction of evacuating gas separation products towards the warm wall of cryocontainers through 35 perforated SVTI layers using an open loop-shaped evacuation process allowed to increase their service life by ~ 2 times (up to 145–148 days). However, it remains practically unchanged over 15 years of operation.

Анотація

Удосконалення серійних кріоконтейнерів Дьюара для зберігання рідкого азоту з використанням екранно-вакуумної теплоізоляції (ЕВТІ), що має найменшу теплопровідність в калориметричних зразках, уможливлено шляхом розробки фундаментальних методів визначення теплопритоків по кожному елементу конструкції кріоконтейнера та вивчення особливостей теплообміну в ЕВТІ. Встановлено, що погіршення теплоізоляції на кріоконтейнерах в 7–8 разів відбувається внаслідок її злипання при нагріванні в процесі виготовлення. Додаткове зниження якості теплоізоляції в ~ 2 рази при експлуатації обумовлено утворенням кріоконденсату з продуктів газорозділення в холодних шарах ЕВТІ та збільшення променевого теплопереносу. Усунення злипання ЕВТІ, а також зміна напрямку відкачування продуктів газорозділення в напрямку теплої стінки кріоконтейнерів через 35 перфорованих шарів ЕВТІ з використанням відкритого петлеподібного процесу вакуумування дозволило збільшити їх ресурс роботи в ~ 2 рази (до 145–148 діб). При цьому ресурс роботи залишається практично незмінним протягом 15 років експлуатації.

Key words: cryocontainers, thermal insulation, liquid nitrogen, vacuum, service life.