АДСОРБЦИОННЫЙ НАСОС Российский патент 2003 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.

Известны адсорбционные насосы (см., например, Е.И. 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. Абсорбент в известных устройствах слабо защищен 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, МПК F 04 В 37/02, от 1981 г.), выбранный в качестве прототипа и содержащий двустенную емкость, размещенные в межстенной полости многослойно-вакуумную теплоизоляцию, экран и адсорбент. 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, внутренняя полость которой заполнена криогенным продуктом, например жидким азотом. Адсорбент в данном устройстве подвергается воздействию теплопритоков из окружающей среды со стороны внешней стенки емкости, а также по опорам и дренажным и заправочным трубопроводам. Кроме того, в известном адсорбционном насосе создана малоэффективная теплозащита и затруднена откачка молекул газов из слоев многослойно-вакуумной теплоизоляции.

Недостатками известного адсорбционного насоса являются низкие откачные характеристики насоса из-за малоэффективной теплоизоляции.

Задачей настоящего изобретения является создание адсорбционного насоса, который обладал бы повышенными откачными характеристиками за счет повышения эффективности теплозащиты.

Поставленная задача решается тем, что в адсорбционном насосе, содержащем двустенную емкость, дренажный и заправочный трубопроводы и размещенные в межстенной полости многослойно-вакуумную теплоизоляцию, экран и адсорбент, контактирующий с внешней поверхностью внутренней стенки емкости, в отличие от известного экран снабжен спиральным каналом, соединенным с одного конца с паровым объемом емкости, а с другого конца с дренажным трубопроводом, и размещен в слоях теплоизоляции, между витками канала выполнены перфорация и защитные козырьки над отверстиями перфорации с обеих сторон экрана и на экране закреплен дополнительный адсорбент.

Результат достигается тем, что в адсорбционном насосе между витками канала выполнена перфорация, отверстия которой защищены козырьками от перекрытия отверстий слоями теплоизоляции. Отверстия в экране необходимы для уменьшения сопротивления прохождению молекул газа из-под слоев теплоизоляции к адсорбенту. Кроме того, на охлаждаемом экране закреплен дополнительный адсорбент, поглощающий молекулы газов непосредственно в слоях изоляции, что также повышает эффективность теплозащиты и откачные характеристики насоса.

Технический результат в части снабжения экрана спиральным каналом, подключенным к паровому объему емкости, размещение его в слоях теплоизоляции, выполнение перфорации между витками канала и снабжение экрана козырьками, расположенными над каждым отверстием перфорации и закреплении дополнительного адсорбента на охлаждаемом экране, а также взаимная конструктивная связь всех составных элементов адсорбционного насоса обеспечивает повышение откачных характеристик за счет повышения эффективности теплозащиты, 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 емкостей, при длительном хранении криогенных продуктов позволит дать значительный экономический эффект за счет обеспечения повышенных откачных характеристик путем повышения эффективности теплозащиты.

Суть изобретения поясняется чертежом.

Предлагаемый адсорбционный насос состоит из следующих основных узлов и деталей: двустенной емкости 1, адсорбента 2, многослойно-вакуумной теплоизоляции 3 и охлаждаемого экрана 4.

Экран 4 снабжен спиральным каналом 5, соединенным с одного конца с паровым объемом 6 емкости 1, и размещен в слоях 7 теплоизоляции 3, перфорация 8 выполнена между витками 9 канала 5, а защитные козырьки 10 расположены над каждым отверстием 11 перфорации 8 с обеих сторон экрана. На экране 4 закреплен дополнительный адсорбент 12.

В качестве адсорбента 2 и дополнительного адсорбента 12 применяют, например, активный древесный уголь или цеолит марки СаЕ-4ВС. В межстенной полости 13 размещена многослойно-вакуумная теплоизоляция 3, например экранно-вакуумная теплоизоляция ЭВТИ-2В, состоящая из чередующихся слоев и прокладочного материалов. Насос снабжен трубопроводами заправочным 14 и дренажным 15, клапаном вакуумирования 16. Во внутренней полости 17 емкости 1 установлен патрубок 18, сообщающий паровой объем 6 емкости 1 с каналом охлаждающего экрана 4 с другого конца канала. Межстенная полость 13 образована между внутренней стенкой 19 и наружной 20.

Работает адсорбционный насос следующим образом.

Хладагент, например жидкий азот, заправляют посредством заправочного трубопровода 14 во внутреннюю полость 17 емкости 1, в результате чего первоначально происходит захолаживание адсорбционного насоса с последующим заполнением внутренней полости 17 до заданного уровня. Испаряющийся азот из парового объема 6 через патрубок 18 поступает в спиральный канал 5 экрана 4, где охлаждает экран 4 и дополнительный адсорбент 12, закрепленный на экране 4, а также слои теплоизоляции 3, прилегающие к нему, при этом теплопритоки, поступающие извне, снимаются парами азота, проходящими через канал 5 в дренажный трубопровод 15.

Адсорбенты 2 и 12 при охлаждении включаются в работу и чем лучше организовано их охлаждение, тем эффективнее работа адсорбентов 2, 12, при этом адсорбенты 2, 12 поглощают молекулы газов из межстенной полости 13 и тем самым повышают и поддерживают вакуум порядка 1•10^-10 мм рт.ст. и выше в межстенной полости 13, в которой размещена экранно-вакуумная теплоизоляция 3, эффективно работающая при данном вакууме.

Размещение охлаждаемого экрана 4 с закрепленным на нем дополнительным адсорбентом 12 в слоях 7 теплоизоляции 3 позволяет уменьшить теплопритоки и повысить откачные характеристики насоса за счет уменьшения сопротивления прохождению молекул газов из средних слоев 7 теплоизоляции 3 к адсорбентам 2, 12 и повышения вакуума в слоях изоляции 3, что повышает эффективность теплозащиты. Перфорация 8, выполненная между витками 9 канала 5, сокращает путь молекулам газов из-под слоев теплоизоляции 3 к адсорбенту 2, а защитные козырьки 10 предохраняют отверстия 11 от перекрытия их слоями 7 теплоизоляции 3 при работе адсорбентов 2, 12. Клапан вакуумирования 16 используют при регенерации адсорбентов 2, 12.

Таким образом, предлагаемое конструктивное исполнение охлаждаемого экрана 4, закрепление на нем дополнительного адсорбента 12 и размещение экрана 4 в слоях теплоизоляции 3 позволяет улучшить откачные характеристики адсорбционного насоса за счет повышения эффективности теплозащиты, что позволяет выполнить поставленную задачу.

Изобретение предназначено для использования в криогенной технике для поддержания вакуума путем поглощения молекул газов из замкнутых объемов. Насос содержит двустенную емкость, дренажный и заправочный трубопроводы, размещенные в межстенной полости многослойно-вакуумную теплоизоляцию и экран. Адсорбент контактирует с внешней поверхностью внутренней стенки емкости. Экран снабжен спиральным каналом, соединенным с одного конца с паровым объемом емкости, а с другого конца с дренажным трубопроводом, и размещен в слоях теплоизоляции. Между витками канала выполнены перфорация и защитные козырьки над отверстиями перфорации с обеих сторон экрана. На экране закреплен дополнительный адсорбент. Технический результат - повышение откачных характеристик за счет повышения эффективности теплозащиты. 1 ил.

Адсорбционный насос, содержащий двустенную емкость, дренажный и заправочный трубопроводы и размещенные в межстенной полости многослойно-вакуумную теплоизоляцию, экран и адсорбент, контактирующий с внешней поверхностью внутренней стенки емкости, отличающийся тем, что экран снабжен спиральным каналом, соединенным с одного конца с паровым объемом емкости, а с другого конца - с дренажным трубопроводом, и размещен в слоях теплоизоляции, между витками канала выполнены перфорация и защитные козырьки над отверстиями перфорации с обеих сторон экрана и на экране закреплен дополнительный адсорбент.