压力容器的充填方法和设备技术

本发明专利技术涉及对压力容器充填一种气体的方法，它包括：将一定量的气体输入到一个中间容器（３）中；随着气体逐渐输入到中间容器中，通过与一种冷却液的热交换（１０），使一定量气体进行液化；通过与一个热源（１５）的热接触，使中间容器中所述一定量气体进行加热和汽化；当中间容器的压力大于压力容器的压力时，使中间容器和压力容器（２）进行流体连通。本发明专利技术还涉及实施所述方法的设备，该设备包括至少一个热压缩机，热压缩机由一个中间容器（３）形成，包括所接纳的一定量气体的液化件（１０）和加热件（１５）。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

，如果使用一个充填有氙气的容器用于卫星的等离子体推进，那么，为安全起见，这种容器应在卫星发射前不久进行充填。这个容器的充填压力约为180巴。进行这种充填的设备有时称为“充填滑架”，因为要运送到发射装置附近的发射位置上，所以体积不应太大。为了充填高压氙气容器，有一些已知的方法。可采用一个机械传动压缩机、最好是膜片式压缩机进行充填，以避免污染。膜片式压缩机非常笨重，只能充填少量气体，因此容器的充填时间很长。也可以采用一个液压气动增压器进行充填。但是，这种增压器存在气体污染的危险，对于某些应用来说，尤其是在空间
，这是不允许的。可以通过浸入液态氮浴中对容器进行充填，以便使氙气液化。这种方法不适合于用合成材料或粗钢制成的容器，也不适合于已经安装到一个装置例如卫星上的容器。还可以对气瓶进行加热，但是，这种方法只用于待充填容器的容积比气瓶的容积小的情况。本专利技术旨在提出一种对一个压力容器进行充填的方法和设备，以克服现有技术的上述缺陷，可以进行安全充填，可以在发射装置的发射位置上使用而不存在污染氙气的危险。为此，本专利技术涉及一种对一个压力容器充填一种气体的方法，这种方法在于-将一定量的所述气体输入到一个中间容器中，-随着所述气体逐渐输入到中间容器中，通过与一种冷却液的热交换，使所述一定量气体进行液化，-通过与一个热源的热接触，使中间容器中所述一定量气体加热和汽化， -当中间容器中的压力大于压力容器的压力时，使中间容器和所述压力容器进行流体连通。借助本专利技术，中间容器用作热压缩机，也就是说，相对于一个气源例如一个气瓶中的压力而言，可以提高气体压力。相对于其它实施例来说，这种热压缩机轻便，性能良好，并且不具有运动件，从而确保良好的安全性能。根据本专利技术的一个优点，使中间容器和压力容器进行流体连通后，对中间容器中一定量的气体进行加热。由于本专利技术的这个优点，当中间容器和压力容器连通时，保持加热则使中间容器中一定量的气体受热，这样，可以使所述一定量高压气体不断地朝压力容器排出。根据另一个优点，气体从中间容器朝压力容器的输送在基本恒定不变的压力下进行。本专利技术方法所使用的冷却液最好是液态氮，液态氮的工业生产可以很好地加以控制。本专利技术还涉及一种实施本专利技术方法的设备，更准确地说，这种设备包括至少一个热压缩机，这个热压缩机由一个中间容器形成，中间容器布置在一个气源和压力容器之间，所述热压缩机包括使一定量气体在输入到中间容器的过程中通过冷却而进行液化的液化件，还包括对中间容器里所述一定量气体进行加热的加热件。根据本专利技术的一个优点，液化件包括一个冷却液、例如尤其是液态氮的流通管。所述液化件本身是公知的，使用起来比较容易。根据本专利技术的另一个优点，对中间容器里一定量的气体进行加热的加热件包括一个电热元件。使用一个电热元件可以迅速加热中间容器中一定量的气体，这样，相对于现有技术来说，大大缩短一次充填操作的周期时间。根据另一个优点，流通管和电热元件布置在中间容器内。这样，只有热压缩机的一小部分壁厚随着它所装有的流体的温度而降低温度或提高温度，以便压缩机的热惯量得到减小。中间容器最好在其下部具有一个气体入口，在其上部具有一个气体出口。这样，可以在气体温度得到最大提高的中间容器部分提取气体。根据本专利技术的另一个优点，中间容器可以包括一个接纳液化气的杯形件，这个杯形件与中间容器的内壁保持一定距离。由于本专利技术的这个优点，压缩机的热惯量也得到减小。本专利技术还涉及一种设备，这种设备包括两个适于进行相反工作的热压缩机，一个热压缩机对一定量的气体进行液化，而另一个热压缩机对其它的一定量气体进行汽化-压缩。这样，可以同时进行液化操作，从而缩短压力容器充气操作的整个时间。参照附图和本专利技术对压力容器进行充填的设备和方法的非限制性实施例，本专利技术将得到更好地理解，本专利技术的其它优点将更为清楚。附图如下附图说明图1是本专利技术一个充填设备的原理示意图；图2是图1所示设备中使用的一个热压缩机的竖直剖视图。如图1所示，气瓶1装有一定量压力约为60巴、温度为20℃的氙气，例如50千克。所述设备的作用是对一个用钛、钢或碳制成的压力容器2进行充填，压力容器2用于安装在一个卫星上，压力为80巴至300巴左右，例如约为180巴。为此，该设备包括一个中间容器3，中间容器3通过一个经由一个阀5的管4与气瓶1相连。同样，一个管6使中间容器3的出口3b通过一个阀7与压力容器2相连。中间容器3包括一个限定交换器3内部容积3d的腔室3c，内部容积3d约为几升、例如4升左右。在这个内容积3d中配置一个管10，来自一个液态氮源11、例如一个液态氮瓶的液态氮在管10内流通。一个阀12用于控制管10从液态氮源11供给液态氮。一个收集器13用于收集在管10中流通后的液态氮或氮气。一个电加热器、例如一个加热电阻15也配置在内部容积3d中，与一个电源16相连，由一个开关17加以控制。如图2所示，管10盘绕成螺旋形，具有一条完全竖直的轴线，而加热元件15也在内部容积3d中围绕同一条轴线盘绕成螺旋形。一个杯形件20在中间容器3内围绕管10加以布置，通过间隔保持件21与腔室3c的内壁保持一定距离。杯形件20用于接收液化气，以便液化气与腔室3c保持一定距离，这样，可以减少热交换，从而减小中间容器3的热惯量。要注意的是，氙气入口3a布置在中间容器3的下部，而出口3b布置在上部。如图2所示，箭头LN2表示氮气流通方向，箭头Xe表示氙气流通方向，箭头Qe表示供给加热电阻15的电量。由以上所述可了解设备的工作情况。当需要从装有氙气的气瓶1对压力容器2进行充填时，阀7关闭，开启阀5使气瓶1与中间容器3连通，以便气体从气瓶1向中间容器3排放。随着气体逐渐进入中间容器3，气体通过与管10接触而加以液化，液态氮在约为-180℃的温度下在管10中流通。管10的直径和液态氮在这个管中的流速计算成液态氮的消耗量不很大，并且氮气以接近氙气饱和温度的温度即165K在1巴的压力下由中间容器3排出。实际上，液态氮在管10中的流量为2-20克/秒。这样，获得一定量的液化氙，收集在中间容器3内的杯形件20中。此时，关闭阀5和开关17，以便加热电阻15内的电流流通使中间容器3中氙气的温度迅速提高。这样，首先使液化气汽化，然后，对中间容器3内的这种气体进行压缩，这种压缩可以迅速获得约为180巴的压力。因此，中间容器3构成一个“热压缩机”，可以提高气体的压力，并且不具有活动件。当达到约为180巴的压力时，开启阀7，使中间容器3和压力容器2进行流体连通。这样，气体就排放到压力容器2中。使开关17保持关闭，以便在中间容器3内连续加热，使中间容器3内的压力增高，气体此时逐渐排出。这样，气体从中间容器3朝压力容器2进行排放，而中间容器内的压力基本保持恒定，甚至略微增高。试验表明，当一定量气体在中间容器3中通过加热而进行等容压缩时，氙气的温度从约210K提高到约245K。开启阀7后保持加热，可以使汽化氙气的温度从约245K提高到约310K。一个具有强热惯量的换热器22围绕管6加以布置。这个换热器可以由铝板组成，在入口处适于接收-30℃至40℃的气体，在出口处适于排放约5℃的气体。这样，可以在大于5℃的温度下充填压力容器2，避免在压力容器2内或其外表面上出现本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种对一个压力容器充填一种气体的方法，其特征在于，这种方法在于：－将一定量的所述气体输入到一个中间容器（３）中，－随着所述气体逐渐输入到所述中间容器中，通过与一种冷却液的热交换（１０），使所述一定量气体进行液化，－通过与一个热源 （１５）的热接触，使所述中间容器中所述一定量气体进行加热和汽化，－当所述中间容器中的压力大于所述压力容器的压力时，使所述中间容器和所述压力容器（２）进行流体连通。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：帕特里克布拉韦，
申请(专利权)人：液体空气乔治洛德方法利用和研究有限公司，
类型：发明
国别省市：FR[法国]