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), 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 недостаточно 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 1981), выбранный в качестве прототипа и содержащий двустенную емкость с дренажным и заправочным трубопроводами и адсорбент, размещенный на внутренней стенке 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 насосе подвергается воздействию теплопритоков из окружающей среды со стороны наружной стенки емкости, а также охлаждается газовой фазой (отходящими парами азота) испаряющегося жидкого азота, имеющей температуру более высокую, чем жидкий азот, что значительно ухудшает эффективность работы адсорбента.

Недостатками известного адсорбционного насоса являются низкие откачные характеристики насоса из-за отсутствия стабильности охлаждения адсорбента при температуре жидкой фазы криогенного продукта.

Задачей настоящего изобретения является создание адсорбционного насоса, который обладал бы повышенными откачными характеристиками за счет обеспечения стабилизации охлаждения адсорбента при температуре жидкой фазы криогенного продукта (хладагента).

Поставленная задача решается тем, что в адсорбционном насосе, содержащем двустенную емкость с дренажным и заправочным трубопроводами, а также адсорбентом, размещенным в межстенной полости на внешней поверхности внутренней стенки емкости, в отличие от известного, емкость снабжена внутренней оболочкой, образующей дополнительную межстенную полость, в нижней части внутренней оболочки выполнено, по крайней мере, одно отверстие, заправочный трубопровод снабжен вентилем и сообщен в верхней части емкости с внутренней оболочкой, а дренажный трубопровод сообщен с дополнительной межстенной полостью, при этом в последней установлен уровнемер, сблокированный с вентилем.

Результат достигается тем, что в адсорбционном насосе двухстенная емкость снабжена дополнительной внутренней оболочкой, установленной с образованием дополнительной межстенной полости с внутренней стенкой емкости по типу сообщающихся сосудов, в одном из которых уровень жидкости поддерживают постоянным за счет уровнемера сблокированного с вентилем, установленным на заправочном трубопроводе, что обеспечивает стабильное охлаждение адсорбента при температуре жидкой фазы хладагента и повышает откачные характеристики адсорбента и насоса в целом.

Технический результат в части снабжения емкости внутренней оболочкой с образованием дополнительной межстенной полости и выполнения в нижней части указанной оболочки по крайней мере одного отверстия, установка в межстенной полости уровнемера, сблокированного с вентилем, а также взаимная конструктивная связь всех составных элементов адсорбционного насоса обеспечивает повышенные откачные характеристики насоса за счет обеспечения стабилизации охлаждения адсорбента при температуре жидкой фазы криогенного продукта, 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 повышенных откачных характеристик насоса путем стабилизации охлаждения адсорбента при температуре жидкой фазы хладагента.

Суть изобретения поясняется чертежом.

Предлагаемый адсорбционный насос состоит из следующих основных узлов и деталей: двустенной емкости 1 с дренажно-заправочными трубопроводами 2 и 3 и адсорбента 4, закрепленного на внутренней стенке 5 емкости 1.

Емкость 1 снабжена оболочкой 6, установленной с образованием дополнительной межстенной полости 7 и имеющей в нижней части 8, по крайней мере, одно отверстие 9. Заправочный трубопровод 3 снабжен вентилем 10 и сообщен в верхней части 11 емкости 1 с оболочкой 6, а дренажный трубопровод 2 сообщен с дополнительной межстенной полостью 7. В дополнительной межстенной полости 7 установлен уровнемер 12, сблокированный с вентилем 10. Между наружной стенкой 13 и внутренней стенкой 5 емкости 1 образована теплоизоляционная полость 14, в которой размещены адсорбент 4 и многослойно-вакуумная теплоизоляция 15.

В качестве адсорбента 4 применяют, например, цеолит СаЕ-4ВС или активированный древесный уголь.

Уровнемер 12 электрически связан с вентилем 10 через блок управления 16. Дополнительная оболочка 6 образует полость 17, сообщенную с заправочным трубопроводом 3. Клапан вакуумирования 18 используют при регенерации адсорбента 4.

Работает адсорбционный насос следующим образом.

Хладагент, например жидкий азот, заправляют посредством заправочного трубопровода 3 в полость 17 дополнительной оболочки 6, при этом через отверстие 9 хладагент поступает в межстенную полость 7, в результате чего первоначально происходит захолаживание адсорбционного насоса с последующим заполнением полости 17 и дополнительной межстенной полости 7 до заданного уровня, который по закону сообщающихся сосудов при открытых дренажном и заправочном 3 трубопроводах становится одинаковым. После заполнения адсорбционного насоса хладагентом до заданного уровня вентиль 10 закрывают, при этом дренажный трубопровод 2 постоянно открыт и сообщен с атмосферой для сброса испаряющегося хладагента (паров азота).

Адсорбент 4, закрепленный на внутренней стенке 5, при охлаждении от контакта с ней включается в работу и чем лучше организовано охлаждение, тем эффективнее работа адсорбента 4. Охлаждаясь до температуры жидкого азота, адсорбент 4 поглощает молекулы газов из теплоизоляционной полости 14 и тем самым повышает и поддерживает в ней вакуум порядка 1•10^-4 мм рт.ст. и выше. При таком вакууме многослойно-вакуумная теплоизоляция, например экранно-вакуумная теплоизоляция ЭВТИ-2В, имеет наиболее эффективные теплозащитные свойства, что, в свою очередь, уменьшает теплопритоки извне и повышает эффективность работы адсорбента 4 и длительность работы адсорбционного насоса.

Образование дополнительной межстенной полости 7 с установкой в ней уровнемера 12 сблокированного с вентилем 10 посредством электрической связи через блок управления и сообщение полости 7 с полостью 17 посредством отверстия 9 позволяет обеспечить постоянный заданный уровень хладагента в зоне закрепления и охлаждения адсорбента 4 до температуры жидкой фазы хладагента, необходимой для эффективной работы адсорбента 4.

При работе адсорбционного насоса за счет теплопритоков из окружающей среды (извне) происходит испарение жидкого азота и подъем давления в полости 17 дополнительной оболочки 6, что приводит к перетеканию через отверстие 9 жидкого азота в полость 7 и, таким образом, поддерживается уровень жидкого азота в последней, компенсируя потери испаряющегося азота, отводимого через дренажный трубопровод 2 в атмосферу. В случае подъема уровня жидкого азота в полости 7 выше заданного по сигналу от уровнемера 12 блок управления 16 формирует сигнал на открытие вентиля 10 и избыточное давление (паровая фаза азота) из полости 17 сбрасывается, тем самым понижается уровень жидкого азота в полости 7 до заданного уровня, после чего по сигналу от уровнемера 12 блок управления 16 формирует сигнал на закрытие вентиля 10. Таким образом, работая в автоматическом режиме, адсорбционный насос обеспечивает регулируемый стабильный процесс охлаждения адсорбента 4 при температуре жидкой фазы хладагента, что обеспечивает повышенные откачные характеристики насоса, а также 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 с дренажным и заправочным трубопроводами. Адсорбент размещен в межстенной полости на внешней поверхности внутренней стенки емкости. Емкость снабжена внутренней оболочкой, образующей дополнительную межстенную полость. В нижней части внутренней оболочки выполнено, по крайней мере, одно отверстие. Заправочный трубопровод снабжен вентилем и сообщен в верхней части емкости с внутренней оболочкой. Дренажный трубопровод сообщен с дополнительной межстенной полостью. В последней установлен уровнемер, сблокированный с вентилем. Технический результат - повышенные откачные характеристики за счет обеспечения стабилизации охлаждения адсорбента при температуре жидкой фазы криогенного продукта. 1 ил.

Адсорбционный насос, содержащий двустенную емкость с дренажным и заправочным трубопроводами, а также адсорбентом, размещенным в межстенной полости на внешней поверхности внутренней стенки емкости, отличающийся тем, что емкость снабжена внутренней оболочкой, образующей дополнительную межстенную полость, в нижней части внутренней оболочки выполнено, по крайней мере, одно отверстие, причем заправочный трубопровод снабжен вентилем и сообщен в верхней части емкости с внутренней оболочкой, а дренажный трубопровод сообщен с дополнительной межстенной полостью, при этом в последней установлен уровнемер, сблокированный с вентилем.