АДСОРБЦИОННЫЙ НАСОС Российский патент 2002 года по МПК F04B37/02 

Изобретение относится к области криогенной техники, а более конкретно к устройствам адсорбционных насосов, предназначенных для поддержания вакуума путем поглощения молекул газов из замкнутых объемов.

Известны адсорбционные насосы (см., например, Е.Н. Микулин. Криогенная техника. - М.: Машиностроение, 1969 г.), содержащие адсорбент, заключенный в перфорированную оболочку и закрепленный на холодной стенке криогенных устройств. Такие адсорбционные насосы выполняются в виде самостоятельных кассетных или капсульных устройств, пристыковываемых к охлаждаемой хладагентом стенке холодильной машины, аппарата или емкости. Адсорбент в известных устройствах плохо защищаем от внешних теплопритоков и имеет малоэффективное охлаждение, что отрицательно сказывается на его работоспособности.

Недостатками таких адсорбционных насосов является низкая эффективность работы из-за малоэффективного охлаждения.

Известен также адсорбционный насос (см. , например, авторское свидетельство СССР 827835, кл. F 04 B 37/02 от 1981 г.), выбранный в качестве прототипа. Данный адсорбционный насос содержит сосуд с клапаном вакуумирования, заправочным и дренажными трубопроводами, во внутреннюю полость которого залит хладагент, и вакуумно-многослойной теплоизоляцией, размещенной в межстенном пространстве, нагреватель и адсорбент, закрепленный на внутренней стенке сосуда. Адсорбент, например, активированный древесный уголь, размещен в межстенном пространстве с обеспечением теплового контакта с внешней поверхностью внутренней стенки сосуда и имеет охлаждение от контакта с охлаждаемым экраном и с внутренней стенкой сосуда, заполненного криогенным продуктом, например жидким азотом.

При охлаждении адсорбента от стенки сосуда и экрана адсорбент включается в работу, поглощая молекулы газов из межстенного пространства.

По мере испарения жидкого азота уровень его в сосуде понижается и стенки сосуда, контактируя с газовой фазой хладагента, теряют первоначальную эффективность и стабильность охлаждения адсорбента, расположенного на внешней поверхности внутренней стенки сосуда, что отрицательно сказывается на поддержании высокого вакуума в межстенном пространстве и эффективности работы теплоизоляции.

Регенерацию адсорбента в известных устройствах осуществляют посредством нагрева внутренней стенки сосуда до температуры порядка 130^oС, например закачкой горячего газа во внутреннюю полость сосуда, что требует наличия дополнительных обогревающих систем и громоздких устройств, кроме того, такая регенерация адсорбента малоэффективна.

Недостатками известного адсорбционного насоса являются невозможность обеспечить стабильное охлаждение адсорбента при температуре жидкой фазы хладагента и повысить эффективность работы адсорбента и теплоизоляции.

Задачей настоящего изобретения является создание адсорбционного насоса, который обеспечивал бы стабильное охлаждение адсорбента при температуре жидкой фазы хладагента и повышал бы эффективность работы адсорбента и теплоизоляции.

Это достигается тем, что в адсорбционном насосе сосуд снабжен радиальными пустотелыми ребрами, а на радиальных пустотелых ребрах, пересекающих слои теплоизоляции, закреплен дополнительный адсорбент, стабильно охлаждаемый до температуры жидкой фазы хладагента за счет проставок, выполненных из капиллярно-пористого материала, обеспечивающего постоянное насыщение жидким хладагентом проставок вплоть до полного испарения жидкого хладагента.

Кроме того, в предлагаемом адсорбционном насосе между слоями адсорбента встроен нагреватель, выполненный в виде нагревательного элемента из токопроводящей пленки, позволяющего производить высокоэффективную регенерацию адсорбента.

Сущность изобретения заключается в том, что в адсорбционном насосе, содержащем сосуд с клапаном вакуумирования, заправочным и дренажным трубопроводами, во внутреннюю полость которого залит хладагент, вакуумно-многослоиную теплоизоляцию, размещенную в межстенном пространстве, нагреватель и адсорбент, закрепленный на внутренней стенке сосуда, сосуд снабжен радиальными пустотелыми ребрами, равномерно расположенными в межстенном пространстве сосуда с пересечением слоев теплоизоляции, причем внутренние полости ребер содержат проставки, выполненные из капиллярно-пористого материала и проложенные через внутреннюю полость сосуда, а на внешней поверхности ребер закреплен дополнительно адсорбент, при этом нагреватель выполнен в виде нагревательного элемента из токопроводящей пленки, проложенной между слоями адсорбента.

Снабжение сосуда радиальными пустотелыми ребрами, равномерно расположенными в межстенном пространстве сосуда с пересечением слоев теплоизоляции, размещение проставок, выполненных из капиллярно-пористого материала, закрепление дополнительно адсорбента, нагревательный элемент, встроенный в адсорбент, а также конструктивная взаимная связь всех составных элементов адсорбционного насоса обеспечивает стабильное охлаждение адсорбента при температуре жидкой фазы хладагента и повышает эффективность работы адсорбента и теплоизоляции, что подтверждено испытаниями опытных образцов, изготовленных с использованием предлагаемого технического решения.

Использование предлагаемого адсорбционного насоса для поддержания вакуума в замкнутых объемах, например в теплоизоляционных полостях криогенных емкостей, при длительном хранении криогенных продуктов позволит дать значительный экономический эффект за счет обеспечения стабильного охлаждения адсорбента при температуре жидкой фазы хладагента и повышения эффективности работы адсорбента и теплоизоляции.

На фиг. 1 изображен адсорбционный насос; на фиг.2 изображен узел I на фиг.1.

Предлагаемый адсорбционный насос состоит из следующих основных узлов и деталей: сосуда 1 с хладагентом и вакуумно-многослойной теплоизоляцией 2, размещенной в межстенном пространстве 3, нагревателя 4 и адсорбента 5, закрепленного на внутренней стенке 6 сосуда 1. Сосуд 1 снабжен радиальными пустотелыми ребрами 7, равномерно расположенными в межстенном пространстве 3 сосуда 1 с пересечением слоев 8 теплоизоляции 2, причем внутренние полости 9 ребер 7 содержат проставки 10, выполненные из капиллярно-пористого материала, например капиллярно-пористого титана, и проложенные через внутреннюю полость 11 сосуда 1. На внешней поверхности 12 ребер 7 закреплен дополнительный адсорбент 13 с встроенным в него нагревателем 4, выполненным в виде нагревательного элемента 14 из токопроводящей пленки 15, проложенной между слоями 16 адсорбента 13. Сосуд 1 содержит заправочный трубопровод 17 и дренажный трубопровод 18. Межстенное пространство 3 образовано внутренней стенкой 6 и наружной стенкой 19, на которой установлен клапан вакуумирования 20. В качестве адсорбентов 5 и 13 используют, например, активированный древесный уголь марки ПАУ-1, цеолит САЕ-4ВС и др.

Работает адсорбционный насос следующим образом. Хладагент, например жидкий азот, заливают посредством заправочного трубопровода 17 во внутреннюю полость 11 сосуда 1, в результате чего первоначально происходит захолаживание адсорбционного насоса с последующим заполнением полости 11 через дренажный трубопровод 18. При заправке сосуда 1 хладагентом начинает работать (поглощать молекулы газов из межстенного пространства 3) адсорбенты 5 и 13 за счет охлаждения от внутренней стенки 6 и ребер 7, при этом в межстенном пространстве 3 обеспечивается вакуум порядка 1-10^-4 мм рт.ст. и выше. Устойчивость такого вакуума зависит от стабильности охлаждения адсорбентов 5 и 13, внутренние полости 9 ребер 7 содержат проставки 10, выполненные из капиллярно-пористого материала и проложенные через внутреннюю полость 11 сосуда 1. За счет капиллярных свойств материала проставки 10, насыщаясь жидким азотом, передают холод и поддерживают постоянное охлаждение адсорбентов 5 и 13 при температуре жидкой фазы азота вплоть до полного его испарения из внутренней полости 11 сосуда 1. Пересечение слоев 8 теплоизоляции 2 и ребрами 7 с закрепленным на них дополнительным адсорбентом 13 позволяет улучшить вакуум между слоями теплоизоляции 2 и тем самым повысить эффективность работы теплоизоляции 2.

Нагревательный элемент 14, выполненный из токопроводящей пленки 15 и размещенный среди слоев 16 дополнительного адсорбента 13, обеспечивает эффективный нагрев и регенерацию адсорбентов 13 и 5, а использование адсорбента в качестве электроизоляции повышает эффективность теплопередачи и прогрева адсорбента 13 за счет непосредственного теплового контакта, что в конечном счете повышает эффективность регенерации адсорбента и последующей его работы.

Для ускорения процесса регенерации адсорбента нагревательный элемент 14 также прокладывают в слоях адсорбента 5. Регенерацию 5, 13 производят как при изготовлении адсорбционного насоса, так и в период его эксплуатации. Для этого с помощью нагревательного элемента 14 нагревают адсорбенты 5, 13 до температуры порядка 130^o С, при этом одновременно осуществляют откачку газов из межстенного пространства 3, например, посредством механического вакуумного насоса, который пристыковывают к клапану вакуумирования 20.

Таким образом, обеспечивается стабильное охлаждение адсорбента при температуре жидкого азота и повышается эффективность работы адсорбента и теплоизоляции в предлагаемом адсорбционном насосе, что позволяет выполнить поставленную задачу.

Изобретение относится к криогенной технике, а именно к адсорбционным насосам, предназначенным для поддержания вакуума путем поглощения молекул газа из замкнутых объемов. Сосуд снабжен радиальными пустотелыми ребрами, равномерно расположенными в межстенном пространстве сосуда с пересечением слоев теплоизоляции. Внутренние полости ребер содержат проставки, выполненные из капиллярно-пористого титана и проложенные через внутреннюю полость сосуда. На внешней поверхности ребер закреплен дополнительный адсорбент с встроенным в него нагревателем, выполненным в виде нагревательного элемента из токопроводящей пленки, проложенной между слоями адсорбента. Предложенная конструкция обеспечивает стабильное охлаждение адсорбента при температуре жидкой фазы хладагента и повышает эффективность работы адсорбента и теплоизоляции. 2 ил.

Адсорбционный насос, содержащий сосуд с клапаном вакуумирования, заправочным и дренажными трубопроводами, во внутреннюю полость которого залит хладагент, вакуумно-многослойную теплоизоляцию, размещенную в межстенном пространстве, нагреватель и адсорбент, закрепленный на внутренней стенке сосуда, отличающийся тем, что сосуд снабжен радиальными пустотелыми ребрами, равномерно расположенными в межстенном пространстве сосуда с пересечением слоев теплоизоляции, причем внутренние полости ребер содержат проставки, выполненные из капиллярно-пористого материала и проложенные через внутреннюю полость сосуда, а на внешней поверхности ребер закреплен дополнительно адсорбент, при этом нагреватель выполнен в виде нагревательного элемента из токопроводящей пленки, проложенной между слоями адсорбента.