ГАЗОПРОНИЦАЕМЫЙ ЭКРАН КРИОАДСОРБЦИОННОГО НАСОСА Российский патент 1997 года по МПК F04B37/02 

Изобретение относится к вакуумной технике, а именно к устройству криоадсорбционных вакуумных насосов.

Известны газопроницаемые экраны криоадсорбционных насосов в виде перфорированных оболочек, удерживающих адсорбент вокруг сосуда с хладоагентом и защищенных дополнительным экраном, закрепленным на сосуде, который размещен в вакуумируемом корпусе [1]
Недостаток указанных устройств состоит в том, что перфорированные оболочки не удерживают мелкодисперсные компоненты адсорбента, что приводит к его распылению по вакуумируемому пространству. Кроме того, они не обеспечивают надежную защиту адсорбента от тепла, переносимого остаточным газом и тепловым излучением, а применение дополнительных экранов для защиты адсорбента от внешних теплопритоков конструктивно усложняет насосы.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является экран криоадсорбционного насоса в виде оболочки из пористого оптически не прозрачного материала с высоким коэффициентом теплопроводности, установленной на сосуде с хладагентом с образованием охлаждаемой полости, заполненной адсорбентом. Такой экран получают спеканием металлических порошков, например из меди [2]
Особенность указанного экрана состоит в том, что он имеет относительно высокий коэффициент теплопроводности и обладает пористостью, обеспечивающей доступ откачиваемого газа к поверхности адсорбента. Однако при относительно высокой газопроницаемости он плохо препятствует высыпанию мелкодисперсной компоненты адсорбента в вакуумируемое пространство, а при обеспечении надежного удержания адсорбента значительно понижается газопроницаемость экрана по откачиваемому газу. Кроме того, большие трудности вызывает изготовление газопроницаемых экранов с заданным сочетанием трех основных его свойств (теплопроводности, газопроницаемости и защиты от пыления) из-за сложности получения заданных фракций металлических порошков и последующего их спекания.

Решение задачи увеличения производительности и исключения попадания мелкодисперсной фракции адсорбента в вакуумное пространство может быть осуществлено за счет выполнения газопроницаемого экрана составным из верхней и нижней перфорированных подложек с газопроницаемой теплоизолирующей прокладкой между ними.

Это достигается тем, что газопроницаемый экран криоадсорбционного насоса охлаждаемый, оптически непрозрачный, с высоким коэффициентом теплопроводности выполнен из верхней и нижней перфорированных теплопроводных подложек с газопроницаемой теплоизолирующей прокладкой между ними, причем диаметр отверстий перфорации верхней подложки меньше диаметра отверстий перфорации нижней подложки, а в качестве газопроницаемой теплоизолирующей прокладки использовано стекловолокно.

Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками идентичности всем существенным признакам изобретения, следовательно, оно соответствует критерию "новизна".

Сравнение существенных признаков предложенного и известных решений дает основание считать, что предлагаемое техническое решение отвечает критерию "изобретательский уровень" и "промышленная применимость".

На фиг. 1 представлена схема газопроницаемого экрана криоадсорбционного насоса, поперечный разрез; на фиг. 2 то же, в составе криоадсорбционного насоса, без кожуха.

Газопроницаемый экран криоадсорбционного насоса состоит из верхней 1 и нижней 2 перфорированных теплопроводных подложек с газопроницаемой теплоизолирующей прокладкой 3 между ними, причем диаметр отверстий 4 перфорации верхней подложки меньше диаметра отверстий 5 перфорации нижней подложки. Для закрепления подложек 1, 2 и прокладки 3 в единое целое могут применяться заклепки 6, расположенные по периферии газопроницаемого экрана в местах его теплового контакта с охлажденными хладагентом конструктивными элементами насоса. Охлаждение газопроницаемого экрана в составе криоадсорбционного насоса осуществляется, например, с помощью трубопрофиля 7 с хладагентом 8, на теплопроводящих ребрах 9 которого с помощью газопроницаемых экранов создается замкнутая полость, заполненная адсорбентом 10.

Газопроницаемый экран криоадсорбционного насоса работает следующим образом.

После подготовки к работе (регенерации) адсорбента 10 в трубопрофиль 7 подают хладагент, например жидкий азот 8. Газопроницаемый экран за счет высокого коэффициента теплопроводности подложек 1 и 2, выполненных, например, из алюминия, охлаждается до температуры хладагента. Нижняя подложка 2 обеспечивает охлаждение адсорбента 10 и отвод теплоты сорбции. Наружняя подложка 1 предохраняет адсорбент 10 от тепла, переносимого остаточным газом и тепловым излучением. Отверстия 4 в верхней подложке 1 и 5 в нижней подложке 2 обеспечивают доступ газа к поверхности адсорбента 10 через газопроницаемую теплоизолирующую прокладку 3.

Применение в газопроницаемом экране теплоизолированных между собой верхней 1 и нижней 2 охлаждаемых теплопроводных подложек позволяет разделить функции подложек и охлаждать адсорбент 10 через подложку 2, а подложку 1 использовать для защиты от внешних теплопритоков. В результате понижается температура нижней подложки 2, а значит понижается и рабочая температура адсорбента 10, что повышает его поглотительную способность и производительность насоса.

Газопроницаемая теплоизолирующая прокладка 3 создает оптическую непрозрачность экрана. Ее пористая структура обеспечивает полное поглощение внешних теплопритоков, хорошее прохождение откачиваемых газов к адсорбенту и удержание мелкодисперсной компоненты адсорбента. Теплоизолирующие свойства прокладки 3 обеспечивают минимально возможную температуру нижней подложки 2 и адсорбента 10, исключая влияние верхней подложки 1, нагретой внешними теплопритоками, обусловленными теплопроводностью остаточных газов и тепловым излучением.

Выполнение экрана составным позволяет подбирать такое сочетание толщин подложек, прокладки и диаметров отверстий перфорации, которое обеспечивает необходимые эксплуатационные свойства экрана (теплопроводность, газопроницаемость и защита от пыления адсорбента). Закрепление подложек 1, 2 и прокладки 3 в единое целое при сборке, например, с помощью заклепок 6 по периферии экрана в местах его теплового контакта с охлажденными хладагентом конструктивными элементами насоса, например, в местах приварки к теплопроводящим ребрам 9 охлаждаемого трубопрофиля 7 исключает теплопередачу между подложками, имеющими различную температуру в срединной своей части.

Выполнение диаметра отверстий 4 перфорации верхней подложки 1 меньше диаметра отверстий 5 перфорации нижней подложки 2 улучшает защиту прокладки 3 от внешних теплопритоков и повышает вероятность полного или частичного наложения отверстий перфорации без специальной ориентации подложек при сборке, что обеспечивает необходимую проводимость экрана по откачиваемому газу при минимальных трудозатратах на его изготовление.

Применение в качестве газопроницаемой теплоизолирующей прокладки из стекловолокна, например в виде пакета из слоев стеклоткани, благодаря протяженным проводящим каналам малого диаметра обеспечивает необходимую газопроницаемость экрана по откачиваемому газу и высокоэффективное удержание мелкодисперсных компонент адсорбента.

Предлагаемая конструкция газопроницаемого экрана позволяет увеличить производительность криоадсорбционных насосов, в которых он применяется по быстроте действия и поглотительной способности, что, в частности, сокращает время откачки на 10-20% с обеспечением защиты от попадания мелкодисперсной фракции адсорбента в вакуумируемое пространство.

Изобретение относится к вакуумной технике, а именно к криоадсорбционным вакуумным насосам. Сущность изобретения: позволяет увеличить производительность насосов и исключить попадание мелкодисперсного адсорбента в откачиваемые полости за счет выполнения газопроницаемого экрана составным из верхней 1 и нижней 2 подложек, перфорированных отверстиями 4 и 5 с газопроницаемой прокладкой 3 из стекловолокна между ними. Благодаря теплоизоляции подложек между собой удается разделить их функции и использовать нижнюю 2 для охлаждения адсорбента 10, а верхнюю 1 -для защиты от внешних теплопритоков, что улучшает откачные характеристики криоадсорбционных насосов. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Газопроницаемый экран криоадсорбционного насоса, охлаждаемый, оптически непрозрачный, с высоким коэффициентом теплопроводности, отличающийся тем, что он выполнен составным из верхней и нижней перфорированных теплопроводных подложек с газопроницаемой теплоизолирующей прокладкой между ними. 2. Экран по п.1, отличающийся тем, что диаметр отверстий перфорации верхней подложки меньше диаметра отверстий перфорации нижней подложки. 3. Экран по п.1, отличающийся тем, что в качестве газопроницаемой теплоизолирующей прокладки использовано стекловолокно.