АДСОРБЦИОННЫЙ НАСОС Российский патент 2002 года по МПК F04B37/02 

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

Известен адсорбционный насос (см. , например, Е.И.Микулин. Криогенная техника. М. : Машиностроение, 1969 г.), содержащий адсорбент, заключенный в перфорированную оболочку и закрепленный на холодной стенке криогенных устройств. Такой адсорбционный насос выполняется в виде самостоятельного кассетного или капсульного устройства, пристыковываемого к охлаждаемой хладагентом стенке холодильной машины, аппарата или емкости. Адсорбент в известном устройстве плохо защищен от внешних теплопритоков и имеет малоэффективное охлаждение, что отрицательно сказывается на его работоспособности.

Недостатком такого адсорбционного насоса является низкая эффективность работы из-за малоэффективного охлаждения.

Известен также адсорбционный насос (см., например, а.с. СССР 827835, кл. F 04 В 37/02, 1981 г.), выбранный в качестве прототипа. Данный адсорбционный насос содержит теплоизолированный сосуд с хладагентом и адсорбент, закрепленный на внутренней стенке сосуда. Адсорбент, например активированный древесный уголь, размещен в межстенной полости 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.

Адсорбент в данном устройстве подвергается воздействию теплопритоков из окружающей среды со стороны внешней стенки сосуда, а также охлаждается газовой фазой испаряющегося криогенного продукта, имеющей температуру более высокую, чем криогенная жидкость, что значительно ухудшает эффективность работы адсорбента. Кроме того, регенерация адсорбента производится малоэффективным способом нагрева - прокачкой теплого воздуха через внутреннюю полость сосуда.

Недостатком известного адсорбционного насоса являются низкие откачные характеристики насоса из-за малоэффективных регенерации и охлаждения адсорбента.

Задачей настоящего изобретения является создание адсорбционного насоса, который обладал бы повышенными откачными характеристиками за счет обеспечения стабилизации охлаждения и повышения эффективности регенерации адсорбента.

Это достигается тем, что в адсорбционном насосе адсорбент имеет стабильное охлаждение при температуре криогенной жидкости, обеспечиваемое использованием капиллярно-пористого материала, который за счет капиллярных свойств создает постоянное насыщение рубашки жидким криогенным продуктом и обеспечивает подвод его к стенкам капсулы и сосуда, а нагрев при регенерации адсорбента производят электронагревателем, размещенным на капсуле.

Сущность изобретения заключается в том, что в адсорбционном насосе, содержащем теплоизолированный двухстенный сосуд с хладагентом и адсорбент, закрепленный на внутренней стенке сосуда, установлена центральная капсула с адсорбентом, снабженная внешней рубашкой и ребрами, выполненными из капиллярно-пористого материала, при этом ребра изготовлены в виде радиальных лопастей с криволинейным профилем, расположены равномерно во внутренней полости сосуда и соприкасаются с внутренней стенкой сосуда, а внутренняя полость капсулы сообщена с межстенной полостью сосуда, причем внешняя рубашка снабжена электронагревателем, выполненным в виде токопроводящей жилы, расположенной в среде неэлектропроводного капиллярно-пористого материала.

Технический результат в части установки центральной капсулы с адсорбентом, снабженной внешней рубашкой и ребрами, выполненными из капиллярно-пористого материала, сообщение внутренней полости капсулы с межстенной полостью и снабжение электронагревателем, а также взаимная конструктивная связь всех составных элементов адсорбционного насоса обеспечивает откачные характеристики за счет стабилизации охлаждения адсорбента, что подтверждено испытаниями опытных образцов, изготовленных с использованием предлагаемого технического решения.

Использование предлагаемого устройства 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 повышенных откачных характеристик путем стабилизации охлаждения адсорбента.

На фиг.1 изображен общий вид адсорционного насоса.

На фиг.2 изображен вид по сечению А-А на фиг.1.

Предлагаемый адсорбционный насос состоит из теплоизолированного двухстенного сосуда 1 с хладагентом 2 и адсорбента 3, закрепленного на внутренней стенке 4 сосуда 1. В насосе установлена центральная капсула 5 с адсорбентом 6, снабженная внешней рубашкой 7 и ребрами 8, выполненными из капиллярно-пористого материала, например из капиллярно-пористого фторопласта.

Ребра 8 изготовлены в виде радиальных лопастей 9 с криволинейным профилем 10, расположены равномерно во внутренней полости 11 сосуда 1 и соприкасаются с внутренней стенкой 4 сосуда 1. Внутренняя полость 12 капсулы 5 сообщена с межстенной полостью 13, например, посредством перфорированных крышек 14. В качестве адсорбентов 3 и 6 применяют, например, активированный древесный уголь, цеолит марки СаЕ и др. Сосуд 1 содержит теплоизоляцию 15, размещенную в межстенной полости 13.

Внешняя рубашка 7 снабжена электронагревателем 16, выполненным в виде токопроводящей жилы, расположенной в среде неэлектропроводного капиллярно-пористого материала 17, например капиллярно-пористого фторопласта. Насос снабжен трубопроводами заправочным 18 и дренажным 19, патрубком 20 с клапаном вакуумирования 21.

Работает адсорбционный насос следующим образом.

Хладагент 2, например жидкий азот, заливают посредством заправочного трубопровода 18 во внутреннюю полость 11 сосуда 1, в результате чего первоначально происходит захолаживание адсорбционного насоса с последующим заполнением внутренней полости 11 до заданного уровня. Испаряющийся азот отводят через дренажный трубопровод 19. Адсорбенты 3 и 6, размещенные соответственно на внутренней стенке 4 и во внутренней полости 12 капсулы 5, при охлаждении включаются в работу и чем лучше организовано охлаждение, тем эффективнее работа адсорбентов 3, 6. Охлаждаясь до температуры жидкого азота, адсорбенты 3 и 6 поглощают молекулы газов из межстенной полости 13 и тем самым повышают и поддерживают вакуум порядка 1•10^-4 мм рт.ст. в межстенной полости 13, в которой размещена теплоизоляция 15, например экранно-вакуумная теплоизоляция, эффективно работающая при вакууме порядка 1•10^-4 мм рт.ст.

При высоком вакууме и высокоэффективной работе теплоизоляции 15 теплопритоки извне к жидкому азоту снижаются до минимума, что обеспечивает длительное хранение жидкого азота, а следовательно, и длительную работу адсорбционного насоса. Посредством патрубка 20 и вакуумного клапана 21 адсорбционный насос подсоединяют к откачиваемому объему.

Установка капсулы 5 с адсорбентом 6 в центре сосуда 1 и сообщение полости 12 капсулы 5 с межстенной полостью 13 обеспечивает постоянное охлаждение адсорбента 6 жидким азотом и эффективную работу адсорбента 6 при температуре жидкого азота. Кроме того, выполнение ребер 8 и внешней рубашки 7 из капиллярно-пористого материала позволяет за счет капиллярных свойств этого материала обеспечивать постоянную подпитку и насыщение жидким азотом внешней рубашки 7 и ребер 8 вплоть до полного испарения жидкого азота из сосуда 1. Соприкосновение ребер 8 с внутренней стенкой 4 сосуда 1 и изготовление их в виде радиальных лопастей 9 с криволинейным профилем 10, равномерно расположенных во внутренней полости 11 сосуда 1, обеспечивает равномерное распределение и подвод жидкого азота как к внешней рубашке 7 капсулы 5, так и к внутренней стенке 4, на которой закреплен адсорбент 3.

Для восстановления эффективной работы адсорбционного насоса (эффективного поглощения молекул газа) периодически производят регенерацию адсорбентов 3, 6, для чего в освобожденном от жидкого азота адсорбционном насосе включают электронагреватель 16 и одновременно производят вакуумирование межстенной полости 13 через патрубок 20 и клапан вакуумирования 21, например, вакуумным механическим насосом.

В процессе регенерации адсорбентов 3, 6 их нагревают посредством электронагревателя 16 до температуры порядка 120^oС. По окончании регенерации адсорбентов 3, 6 клапан вакуумирования 21 закрывают и отстыковывают вакуумный насос.

Таким образом, предлагаемое конструктивное исполнение адсорбционного насоса за счет стабилизации охлаждения адсорбента 3, 6 при эксплуатации, а также за счет повышения эффективности регенерации адсорбентов 3, 6 при их периодическом очищении и восстановлении работоспособности обеспечивает улучшение откачных характеристик насоса, что позволяет выполнить поставленную задачу.

Изобретение относится к области криогенной техники, а именно к устройствам адсорбционных насосов, предназначенных для поддержания вакуума путем поглощения молекул газов из замкнутых объемов. Адсорбционный насос состоит из теплоизолированного двухстенного сосуда с хладагентом и адсорбента, закрепленного на внутренней стенке сосуда. В насосе установлена центральная капсула с адсорбентом, снабженная внешней рубашкой и ребрами, выполненными из капиллярно-пористого материала, например из капиллярно-пористого фторопласта. Ребра изготовлены в виде радиальных лопастей с криволинейным профилем, расположены равномерно во внутренней полости сосуда и соприкасаются с внутренней стенкой сосуда. Внутренняя полость капсулы сообщена с межстенной полостью, например, посредством перфорированных крышек. В межстенной полости размещена теплоизоляция. Внешняя рубашка снабжена электронагревателем, выполненным в виде токопроводящей жилы, расположенной в среде неэлектропроводного капиллярно-пористого материала. Предложенная конструкция обладает повышенными откачными характеристиками за счет обеспечения стабилизации охлаждения и повышения эффективности регенерации адсорбента. 2 ил.

Адсорбционный насос, содержащий теплоизолированный двухстенный сосуд с хладагентом и адсорбент, закрепленный на внутренней стенке сосуда, отличающийся тем, что в нем установлена центральная капсула с адсорбентом, снабженная внешней рубашкой и ребрами, выполненными из капиллярно-пористого материала, при этом ребра изготовлены в виде радиальных лопастей с криволинейным профилем, расположены равномерно во внутренней полости сосуда и соприкасаются с внутренней стенкой сосуда, а внутренняя полость капсулы сообщена с межстенной полостью сосуда, причем внешняя рубашка снабжена электронагревателем, выполненным в виде токопроводящей жилы, расположенной в среде капиллярно-пористого материала.