СПОСОБ ЗАЩИТЫ АДСОРБЕНТА В КРИОНАСОСЕ И КРИОГЕННЫЙ НАСОС Российский патент 1995 года по МПК F04B37/02 

Изобретение относится к криогенно-вакуумной технике, а именно к способам защиты адсорбента в крионасосах при откачке ими смеси газов и/или паров от конденсируемых компонентов, например паров воды, а также к конструкциям крионасосов с охлажденным адсорбентом для откачки осушенных от влаги газов.

Известен способ защиты адсорбента в крионасосе, включающий сорбцию откачиваемой смеси газов охлажденным адсорбентом и последующую регенерацию последнего с отводом десорбирующего при этом газа наружу крионасоса.

К недостаткам известного способа следует отнести малую эффективность защиты адсорбента от влаги, что объясняется неполной осушкой откачиваемой смеси из-за реализации вязкостного потока последней через охлажденную часть вакуум-провода крионасоса.

Способ-прототип включает предварительное отделение конденсируемых при рабочей температуре адсорбента компонентов, например паров воды, от откачиваемой смеси газов и/или паров путем их конденсации на конденсирующей поверхности, адсорбцию неконденсируемых компонентов откачиваемой смеси охлажденным адсорбентом, регенерацию последнего в крионасосе и последующее захолаживание адсорбента до рабочей температуры.

К недостаткам способа-прототипа следует отнести малую эффективность защиты адсорбента от влаги на стадии регенерации адсорбента и в промежутке от завершения регенерации адсорбента до повторного захолаживания. Во время отепления конденсирующей поверхности до комнатной температуры пары испарившейся воды сорбируются адсорбентом, а для их десорбции требуется прогрев адсорбента уже до 300-400^оС, что связано с высокими энергозатратами.

Известен криосорбционный насос, содержащий сосуд для хладагента и размещенную в последнем камеру с адсорбентом, снабженную вакуум-проводом для подачи откачиваемой смеси газов и/или паров.

К недостаткам известного крионасоса следует отнести малую защищенность в нем адсорбента от влаги. Влага из откачиваемой смеси конденсируется на охлажденной части вакуум-провода лишь частично, основная же часть сорбируется адсорбентом. Для удаления влаги из адсорбента его необходимо прогревать до 300-400^оС, что требует высоких энергозатрат.

Крионасос-прототип содержит корпус с вакуум-проводом для подачи откачиваемой смеси газов и/или паров, размещенные в корпусе сосуд для хладагента и охлаждаемую камеру с адсорбентом, причем камера с адсорбентом подключена к вакуум-проводу при помощи охлаждаемых трубок.

К недостаткам крионасоса-прототипа следует отнести малую эффективность защиты адсорбента в нем на стадии регенерации адсорбента и в промежутке до его повторного захолаживания. При отеплении крионасоса-прототипа пары воды испаряются с поверхности трубок и сорбируются адсорбентом. Это существенно уменьшает сорбционную емкость адсорбента по неконденсируемым компонентам откачиваемой смеси. Для десорбции паров воды требуется прогрев адсорбента до 300-400^оС.

Цель изобретения - повышение эффективности защиты адсорбента в крионасосе от конденсируемых при рабочей температуре адсорбента компонентов, например паров воды, при откачке крионасосом смеси газов и/или паров, его регенерации и последующего захолаживания адсорбента до рабочей температуры.

Способ защиты адсорбента в крионасосе во время откачки смеси газов и/или паров, его регенерации и последующего захолаживания до рабочей температуры адсорбента от конденсируемых при рабочей температуре адсорбента компонентов, например паров воды, включающий предварительное отделение последних от откачиваемой смеси путем их конденсации на конденсирующей поверхности. В отличие от прототипа перед поступлением в зону адсорбции поток откачиваемой смеси путем его регулировки поддерживают на уровне, обеспечивающем полную конденсацию из смеси конденсируемых компонентов. Перед регенерацией крионасоса зону адсорбции герметично отделяют от зоны конденсации, а соединяют их после повторного захолаживания крионасоса.

При регулировке потока откачиваемой смеси в качестве рабочего параметра используют температуру неконденсируемых компонентов откачиваемой смеси перед их поступлением в зону адсорбции.

Криогенный насос содержит корпус с вакуум-проводом для подачи откачиваемой смеси газов и/или паров, размещенные в корпусе сосуд для хладагента и охлаждаемую камеру с адсорбентом.

В отличие от прототипа, по меньшей мере часть вакуум-провода выполнена в виде лабиринтного канала и размещена в сосуде для хладагента. Во внутренней полости вакуум-провода на входе камеры с адсорбентом размещен подвижный запорно-регулирующий элемент клапана. В зоне днища вакуум-провода размещен один конец трубопровода, другой конец которого через запорный вентиль выведен наружу корпуса. На входе в камеру с адсорбентом установлен термометр.

На фиг.1 и 2 изображены криогенные насосы, с помощью которых осуществляется предлагаемый способ защиты адсорбента.

Криогенный насос содержит корпус 1 с вакуум-проводом 2 для подачи откачиваемой смеси газов и/или паров. В корпусе 1 размещен сосуд 3 для хладагента, внутри которого помещена охлаждаемая камера 4 с адсорбентом 5, охлаждаемым путем теплообмена с наружной поверхностью либо змеевика 6 (фиг. 1), либо дополнительного кольцевого сосуда 7 (фиг.2).

Для конденсации паров воды и других конденсируемых компонентов откачиваемой смеси часть вакуум-провода 2 для подачи последней выполнена в виде лабиринтного канала из патрубков 8 и 9 (фиг.1 и 2) и 10 (фиг.1). В случае крионасоса (фиг. 2) завершающая часть лабиринтного канала образована внутренней поверхностью патрубка 9 и наружной поверхностью боковой стенки охлаждаемой камеры 4. Часть вакуум-провода 10, размещенная внутри камеры 4 с адсорбентом 5, для обеспечения доступа сорбируемого газа к адсорбенту 5 выполнена перфорированной.

Во внутренней полости патрубка 9 (прикрепленного неподвижно, например, к патрубку 8) на входе камеры 4 с адсорбентом 5 размещен подвижный запорно-регулирующий элемент 11 клапана 12 с уплотнителем 13. Для перемещения элемента 11 предусмотрен привод 14, выведенный наружу корпуса 1. Для контроля температуры неконденсирующихся компонентов откачиваемой смеси предусмотрен термометр 15.

Предлагаемый способ реализуется с помощью криогенного насоса следующим образом. Вакуумируют рубашку сосуда 3, после чего его заполняют жидким азотом (при закрытых клапанах 12 и 16, вентилях 17, 18 и 19). После захолаживания элементов крионасоса до рабочей температуры (примерно 80 К) - контроль по термометру 15, открывают клапаны 16 и 12. При этом откачиваемая смесь газов и/или паров проходит по вакуум-проводу 2 и лабиринтному каналу, освобождаясь при этом от паров воды и других конденсируемых компонент, и поступает в охлаждаемую камеру 4 с адсорбентом 5. Для полного отделения конденсируемых компонент из откачиваемой смеси поток последней регулируют таким образом, чтобы обеспечить их полную конденсацию. При этом в качестве рабочего параметра используют температуру неконденсируемых откачиваемой смеси, измеряемую термометром 15 на входе в камеру 4 (фиг.2), либо патрубка 10 (фиг.1).

Во внутренней полости охлаждаемой камеры 4 неконденсируемые компоненты откачиваемой смеси (азот, кислород и другие) сорбируются адсорбентом 5. Процесс откачки вакуумируемого объема осуществляют до получения в нем нужного вакуума, либо до насыщения адсорбента газом. При понижении давления в вакуумируемом объеме увеличивают объемный поток откачиваемой смеси (вплоть до полного открытия клапана 12). Для увеличения пропускной способности крионасоса в области высокого вакуума часть лабиринтного канала (патрубок 16, фиг. 2) целесообразно выполнить из пористого материала. При этом часть откачиваемой смеси проникает через пористый материал (освобождаясь при этом от конденсируемых компонентов) в камеру и с адсорбентом 5, практически минуя полную длину лабиринтного канала.

После завершения откачки смеси закрывают клапаны 12 и 16 (отделяя при этом камеру 4 с адсорбентом 5 от зоны конденсации) и удаляют остатки жидкого азота из сосуда 3. Отогревают последний до комнатной температуры, что приводит к десорбции газа из адсорбента 5. Отводят десорбированный газ через вентиль 17 наружу крионасоса.

Конденсат (в основном вода) отжимается, стекает вниз и накапливается в нижней части лабиринтного канала, откуда выдавливается наружу крионасоса сжатым газом через патрубок с вентилем 19. После полного и раздельного удаления из крионасоса жидкого конденсата (воды) и отвода десорбированного газа регенерация крионасоса завершена. После повторного захолаживания крионасос готов к работе.

Предотвращение возможности попадания конденсируемых компонентов откачиваемой смеси в зону адсорбции на всех этапах работы крионасоса, включая подготовительные операции (регенерацию), позволяет эффективно защитить адсорбент в крионасосе от загрязнения конденсируемыми компонентами (парами воды). При этом для регенерации адсорбента достаточно отогревать его до комнатной температуры, что существенно уменьшает энергозатраты при эксплуатации крионасоса.

Сущность изобретения: предварительно отделяют пары воды от откачиваемой смеси путем их конденсации на конденсирующей поверхности. Перед поступлением в зону адсорбиции поток откачиваемой смеси путем его регулировки поддерживают на уровне, обеспечивающем полную конденсациюиз смеси конденсируемых компонентов, и перед регенерацией крионасоса зону адсорбции герметично отделяют от зоны конденсации, их соединяют после повторного захолаживания крионасоса. При регулировке потока отсасываемой смеси в качестве рабочего параметра используют температуру неконденсируемых компонентов откачиваемой смеси перед их поступлением в зону адсорбции. В корпусе с вакуум-проводом размещены сосуд для хладагента и охлаждаемая камера с адсорбентом. Часть вакуум-провода выполнена в виде лабиринтного канала и размещена в сосуде для хладагента. В полости вакуум-првода на выходе камеры размещен подвижный запорно-регулирующий элемент клапана. В зоне днища вакуум-провода размещен один конец трубопровода, другой конец которого через запорный вентиль выведен наружу корпуса. На входе в камеру установлен термометр. 2 с.и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

СПОСОБ ЗАЩИТЫ АДСОРБЕНТА В КРИОНАСОСЕ И КРИОГЕННЫЙ НАСОС.