АДСОРБЦИОННЫЙ НАСОС Российский патент 2003 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.И. Микулин "Криогенная техника", изд. "Машиностроение", М., 1969г.), 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 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 B 37/02 от 1981г.), выбранный в качестве прототипа. Данный адсорбционный насос содержит двустенную теплоизолированную емкость с хладагентом и вакуумно-многослойной теплоизоляцией, размещенной в межстенном пространстве, нагреватель, расположенный внутри емкости, адсорбент, закрепленный на внутренней стенке сосуда, заправочный и дренажный трубопроводы и трубопровод отбора, входной конец которого размещен в емкости. 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 систем и громоздких устройств, кроме того, такая регенерация адсорбента малоэффективна.

Недостатком известного адсорбционного насоса является невозможность обеспечения стабильного охлаждения адсорбента при температуре жидкой фазы хладагента и, следовательно, повышения эффективности работы адсорбента и теплоизоляции при отборе хладагента - криогенного продукта.

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 при отборе криогенного продукта.

Поставленная задача решается тем, что в адсорбционный насос, содержащий двустенную емкость с хладагентом и вакуумно-многослойной теплоизоляцией, размещенной в межстенном пространстве, нагреватель, расположенный внутри емкости, адсорбент, закрепленный на внутренней стенке сосуда, заправочный и дренажный трубопроводы и трубопровод отбора, входной конец которого размещен в емкости, в отличие от известного введен побудитель циркуляции, выполненный в виде помещенного в герметичный кожух турбинного колеса, на валу которого по торцам установлены размещенные снаружи лопасти, при этом побудитель циркуляции расположен внутри входного конца трубопровода отбора.

Результат достигается тем, что адсорбционный насос снабжен побудителем циркуляции, расположенным внутри входного конца трубопровода отбора и обеспечивающим устранение температурного расслоения криогенной жидкости при ее отборе из емкости, что, в свою очередь, обеспечивает стабильное охлаждение адсорбента при температуре жидкой фазы, например жидкого азота, и повышает эффективность работы адсорбента и теплоизоляции.

Технический результат в части снабжения адсорбционного насоса побудителем циркуляции, выполненным в виде помещенного в герметичный кожух турбинного колеса, на валу которого по торцам установлены размещенные снаружи лопасти и размещение побудителя циркуляции внутри входного конца трубопровода отбора, а также взаимная конструктивная связь всех составных элементов адсорбционного насоса, обеспечивает стабильное охлаждение адсорбента при температуре жидкой фазы хладагента и повышает эффективность работы адсорбента и теплоизоляции при отборе хладагента (криогенной жидкости), 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 и подаче (отборе) 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 при отборе хладагента (криогенного продукта) к потребителю.

Суть изобретения поясняется чертежами, где приведены: на фиг. 1 - конструкция адсорбционного насоса; на фиг.2 - разрез по А-А.

Предлагаемый адсорбционный насос состоит из следующих основных узлов и деталей: двустенной теплоизолированной емкости 1 с расположенным внутри нее нагревателем 2, трубопровода отбора 3, входной конец 4 которого размещен в емкости 1, и адсорбента 5, закрепленного на внутренней стенке 6 емкости 1.

Адсорбционный насос снабжен побудителем циркуляции 7, выполненным в виде помещенного в герметичный кожух 8 турбинного колеса 9, на валу 10 которого по торцам 11, 12 установлены размещенные снаружи лопасти 13, при этом побудитель циркуляции 7 расположен внутри входного конца 4 трубопровода отбора 3.

Адсорбционный насос содержит: заправочный трубопровод 14 с вентилем 15, дренажный трубопровод 16 с вентилем 17, а трубопровод отбора содержит вентиль 18.

В качестве адсорбента 5 применяют, например, цеолит СаЕ-4ВС. В качестве теплоизоляции 19 используют, например, экранно-вакуумную теплоизоляцию ЭВТИ-2В, размещенную в межстенном пространстве 20. Хладагент заправляют (заливают) во внутреннюю полость 21 емкости 1.

Работает адсорбционный насос следующим образом.

Хладагент, например, жидкий азот, заливают (заправляют) посредством заправочного трубопровода 14 во внутреннюю полость 21 емкости 1, в результате чего первоначально происходит захолаживание адсорбционного насоса с последующим заполнением внутренней полости 21 емкости 1 до заданного уровня. Испаряющийся азот отводят из внутренней полости 21 через дренажный трубопровод 16. При заправке емкости 1 хладагентом начинает работать (поглощать молекулы газов из межстенного пространства 20) адсорбент 5 за счет охлаждения от внутренней стенки 6, при этом в межстенном пространстве 20 обеспечивается вакуум порядка 1-10^-4 мм рт.ст. и выше. Устойчивость такого вакуума зависит от стабильности охлаждения адсорбента 5.

При отборе (подаче) хладагента к потребителю в полости 21 поднимают давление, для чего включают нагреватель 2 и открывают вентиль 18 (вентили 15 и 17 при этом закрыты). Хладагент под заданным давлением подается через побудитель циркуляции 7 в трубопровод отбора 3, при этом под напором хладагента начинает вращаться турбинное колесо 9, а вместе с ним и лопасти 13. При вращении лопасти 13 перемешивают хладагент (жидкий азот) и устраняют температурное расслоение (стратификацию) жидкого азота, обеспечивая тем самым стабильное охлаждение стенки 6 и адсорбента 5 при температуре жидкой фазы азота независимо от количества жидкого азота остающегося во внутренней полости 21 емкости 1, а это, в свою очередь, обеспечивает повышение эффективности работы адсорбента 5 и теплоизоляции 19 при отборе жидкого азота, т.е. выполняется поставленная задача. Регенерацию адсорбента 5 производят с использованием нагревателя 2.

Изобретение предназначено для использования в криогенной технике для поддержания вакуума путем поглощения молекул газов из замкнутых объемов. Насос содержит двустенную теплоизолированную емкость с хладагентом. Нагреватель расположен внутри емкости. Адсорбент закреплен на внутренней стенке сосуда. Содержит заправочный и дренажный трубопроводы и трубопровод отбора, входной конец которого размещен в емкости. В насос введен побудитель циркуляции, выполненный в виде помещенного в герметичный кожух турбинного колеса. На валу турбинного колеса по торцам установлены размещенные снаружи лопасти. Побудитель циркуляции расположен внутри входного конца трубопровода отбора. Обеспечивает стабильное охлаждение адсорбента при температуре жидкой фазы хладагента, повышается эффективность работы адсорбента и теплоизоляции при отборе криогенного продукта. 2 ил.

Адсорбционный насос, содержащий двустенную теплоизолированную емкость с хладагентом, нагреватель, расположенный внутри емкости, адсорбент, закрепленный на внутренней стенке сосуда, заправочный и дренажный трубопроводы и трубопровод отбора, входной конец которого размещен в емкости, отличающийся тем, что в него введен побудитель циркуляции, выполненный в виде помещенного в герметичный кожух турбинного колеса, на валу которого по торцам установлены размещенные снаружи лопасти, при этом побудитель циркуляции расположен внутри входного конца трубопровода отбора.