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.

Недостатком 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 двухстенную емкость с клапаном вакуумирования, заправочным и дренажным трубопроводами, полость которой залита хладагентом, теплоизоляцию и адсорбент, размещенный в межстенной полости емкости. Адсорбент, например активированный древесный уголь, размещен в межстенной полости с обеспечением теплового контакта с внешней поверхностью внутренней стенки емкости и имеет охлаждение от контакта с охлаждаемым экраном и с внутренней стенкой емкости, заполненной криогенным продуктом, например жидким азотом.

Адсорбент в данном устройстве подвергается воздействию теплопритоков из окружающей среды со стороны внешней стенки сосуда и имеет малоэффективное охлаждение адсорбента отходящими парами хладагента.

Недостатком известного адсорбционного насоса является невозможность обеспечения длительной работы адсорбционного насоса за счет стабильного охлаждения адсорбента при температуре жидкой фазы хладагента.

Задачей настоящего изобретения является создание адсорбционного насоса, который обеспечивал бы длительную работу за счет стабилизации охлаждения адсорбента при температуре жидкой фазы хладагента.

Это достигается тем, что в адсорбционном насосе установлен узел охлаждения в слое адсорбента, при этом охлаждение адсорбента обеспечивается до температуры жидкой фазы хладагента за счет использования капиллярных свойств капиллярно-пористого материала, размещенного во внутренней полости узла охлаждения.

Сущность изобретения заключается в том, что адсорбционный насос, содержащий двухстенную емкость с клапаном вакуумирования, заправочным и дренажным трубопроводами, полость которой залита хладагентом, теплоизоляцию и адсорбент, размещенный в межстенной полости емкости, снабжен расположенным в слоях адсорбента по периметру емкости узлом охлаждения, выполненным в виде винтоканального теплообменника, полости винтовых каналов которого заполнены капиллярно-пористым материалом, при этом вход и выход винтоканального теплообменника сообщены с полостью емкости в нижней и верхней ее зонах соответственно.

Расположение в слоях адсорбента по периметру емкости узла охлаждения, выполненного в виде винтоканального теплообменника, полости каналов которого заполнены капиллярно-пористым материалом и сообщены с полостью емкости, а также взаимная конструктивная связь всех составных элементов адсорбционного насоса обеспечивают длительную работу за счет стабилизации охлаждения адсорбента при температуре жидкой фазы хладагента, что подвержено 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 длительной работы при стабильном охлаждении адсорбента до температуры жидкой фазы хладагента.

Суть изобретения поясняется чертежом. Предлагаемый адсорбционный насос состоит из следующих основных узлов и деталей: двухстенной емкости 1 с хладагентом 2, теплоизоляции 3 и адсорбента 4, размещенного в межстенной полости 5 емкости 1. Адсорбционный насос снабжен расположенным в слоях 6 адсорбента 4 по периметру емкости 1 узлом охлаждения 7, выполненным в виде винтоканального теплообменника 8, полости 9 винтовых каналов 10 которого заполнены капиллярно-пористым материалом 11, например капиллярно-пористым титаном. Вход 12 и выход 13 винтоканального теплообменника 8 сообщены с полостью 14 емкости 1 в ее нижней зоне 15 и верхней зоне 16 соответственно. Емкость 1 содержит заправочный трубопровод 17, дренажный трубопровод 18 и клапан вакуумирования 19. Межстенная полость 5 образована внутренней стенкой 20 и наружной стенкой 21. В качестве адсорбента 4 используют, например, цеолит САЕ-4ВС.

Работает адсорбционный насос следующим образом. Хладагент 2, например жидкий азот, заливают посредством заправочного трубопровода 17 в полость 14 емкости 1, в результате чего первоначально происходит захолаживание адсорбционного насоса с последующим заполнением полости 14 емкости 1 до заданного уровня. Испаряющийся азот отводят через дренажный трубопровод 18. Жидкий азот из полости 14 через вход 12 винтоканального теплообменника 8 поступает в полости 9 винтовых каналов 10 и за счет капиллярных свойств капиллярно-пористого материала 11 поднимается до выхода 13, постоянно насыщая пары материала 11 и удерживаясь в полостях 9 в жидком состоянии вплоть до полного испарения жидкого азота из полости 14 емкости 1. Пары азота, образующиеся в полостях 9 каналов 10, поступают в паровую зону полости 14 емкости 1 через выход 13, сообщающий полости 9 с полостью 14 емкости 1, а из полости 14 отводится через дренажный трубопровод 18. Таким образом, винтовые каналы 10 имеют стабильную температуру жидкой фазы азота вплоть до полного испарения жидкого азота из емкости 1. Адсорбент 4, в слоях 6 которого расположен узел охлаждения 7, выполненный в виде винтоканального теплообменника 8, постоянно (стабильно) охлаждается до температуры жидкого азота независимо от уровня жидкости в полости 14 емкости 1.

Охлаждаясь до температуры жидкого азота, адсорбент 4 поглощает (откачивает) молекулы газов из межстенной полости 5 емкости 1 и поддерживает в ней вакуум порядка 1•10^-4 мм рт.ст. и выше, что необходимо для эффективной работы теплоизоляции 3, в качестве которой применяют, например, экранно-вакуумную теплоизоляцию.

Итак, обеспечение стабильного охлаждения адсорбента 4 до температуры жидкой фазы хладагента достигается за счет постоянного охлаждения адсорбента 4 от узла охлаждения 7, расположенного в слоях 6 адсорбента 4, что позволяет обеспечить длительную работу адсорбционного насоса вплоть до полного испарения хладагента и 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 содержит двухстенную емкость с хладагентом, теплоизоляцию и адсорбент, размещенный в межстенной полости емкости. Узел охлаждения расположен в слоях адсорбента по периметру емкости и выполнен в виде винтоканального теплообменника. Полости винтовых каналов теплообменника заполнены капиллярно-пористым материалом, например капилярно-пористым титаном. Вход и выход винтоканального теплообменника сообщены с полостью емкости в ее нижней и верхней зонах. Емкость содержит заправочный трубопровод, дренажный трубопровод и клапан вакуумирования. Предложенная конструкция обеспечивает длительную работу за счет стабилизации охлаждения адсорбента при температуре жидкой фазы хладагента. 1 ил.

Адсорбционный насос, содержащий двухстенную емкость с хладагентом, теплоизоляцию, адсорбент и узел охлаждения, расположенный в слоях адсорбента, отличающийся тем, что узел охлаждения выполнен в виде винтоканального теплообменника с каналами, заполненными капиллярно-пористым материалом, вход и выход которого сообщены с полостью емкости, при этом в качестве капиллярно-пористого материала используется капиллярно-пористый титан.