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, пристыкованных к охлаждаемой хладагентом стенке холодильной машины, аппарата или емкости.

Адсорбент в известных устройствах слабо защищен от внешних теплопритоков и имеет малоэффективное охлаждение, что отрицательно сказывается на его работоспособности.

Известен также адсорбционный насос (см., например, авторское свидетельство СССР 827835, МПК F 04 B 37/02, 1981), выбранный в качестве прототипа и содержащий теплоизолированную двустенную емкость и адсорбент, закрепленный на внутренней стенке емкости в межстенной полости. 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 экраном и с внутренней стенкой емкости, закрепленной криогенным продуктом, например жидким азотом. Адсорбент в данном устройстве подвергается воздействию теплопритоков из окружающей среды со стороны наружной стенки емкости и имеет малоэффективное охлаждение имеющими более высокую температуру, чем жидкий азот, отходящими из емкости парами азота.

Общими недостатками аналогов и прототипа являются низкие откачные характеристики адсорбционного насоса из-за малоэффективного охлаждения адсорбента.

Задачей настоящего изобретения является создание адсорбционного насоса, который обеспечивал бы улучшение откачных характеристик за счет повышения эффективности охлаждения адсорбента.

Поставленная задача решается тем, что в адсорбционный насос, содержащий теплоизолированную двустенную емкость, снабженную заправочным и дренажным трубопроводами, сообщенными с внутренней полостью, и адсорбент, закрепленный на внутренней стенке емкости в межстенной полости, в отличие от известного в него введена гофрированная оболочка, выполненная из капиллярно-пористого материала и закрепленная на внутренней поверхности внутренней стенки емкости.

Результат достигается тем, что в адсорбционном насосе емкость снабжена гофрированной оболочкой, выполненной из капиллярно-пористого материала, обеспечивающего за счет капиллярных свойств материала постоянное насыщение жидким азотом оболочки и полостей между внутренней стенкой емкости и гофрами оболочки вплоть до полного испарения жидкого азота из емкости, что позволяет постоянно охлаждать адсорбент, закрепленный на внутренней стенке, до температуры жидкого азота, а не до более высокой температуры, которую имеет газовая фаза азота, как это имеет место в прототипе, и что обеспечивает улучшение откачных характеристик за счет повышения эффективности охлаждения адсорбента и 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 повышения эффективности охлаждения адсорбента и, следовательно, улучшения откачных характеристик.

Суть изобретения поясняется чертежами, где
на фиг.1 изображен внешний вид предлагаемого адсорбционного насоса;
на фиг.2 - выносной элемент.

Предлагаемый адсорбционный насос состоит из следующих основных узлов и деталей: теплоизолированной двустенной емкости 1 и адсорбента 2, закрепленного на внутренней стенке 3 на поверхности, обращенной в сторону внешней стенки 4 емкости 1.

В емкости 1 на внутренней поверхности 5 внутренней стенки 3 закреплена гофрированная оболочка 6, выполненная из капиллярно-пористого материала, например капиллярно-пористого титана. Между внутренней стенкой 3 и гофрами оболочки 6 образованы полости 7.

В качестве адсорбента 2 используют, например, цеолит СаЕ-4ВС, а в качестве теплоизоляции 8 используют, например, экранно-вакуумную теплоизоляцию ЭВТИ-2В. Адсорбент 2 и теплоизоляция 8 размещены в межстенной полости 9, снабженной клапаном вакуумирования 10. Емкость 1 снабжена заправочным трубопроводом 11 и дренажным трубопроводом 12, сообщенными с внутренней полостью 13 емкости 1.

Работает адсорбционный насос следующим образом. Криогенный продукт, например жидкий азот, заливают посредством заправочного трубопровода 11 во внутреннюю полость 13 емкости 1, в результате чего первоначально происходит захолаживание адсорбционного насоса с последующим заполнением внутренней полости 13 до заданного уровня. Испаряющийся за счет теплопритоков азот отводят через дренажный трубопровод 12.

Адсорбент 2 при охлаждении от внутренней стенки 3 включается в работу и, чем лучше организовано его охлаждение, тем эффективнее его работа. Охлаждаясь до температуры жидкого азота, адсорбент 2 поглощает молекулы газов из межстенной полости 9 и поддерживает в ней вакуум порядка 1•10^-4 мм рт.ст. и выше, необходимый для эффективной работы экранно-вакуумной теплоизоляции 8.

По мере испарения жидкого азота из внутренней полости 13 уровень жидкой фазы азота снижается и образуется газовая подушка, имеющая более высокую температуру по сравнению с жидкой фазой азота, однако за счет капиллярных свойств капиллярно-пористого материала гофрированная оболочка 6 остается постоянно в насыщенном жидким азотом состоянии, при этом полости 7 постоянно подпитываются жидкой фазой азота и таким образом обеспечивается стабильное охлаждение внутренней стенки 3, а от нее и адсорбента 2 до температуры жидкой фазы азота вплоть до полного его испарения из полости 7 емкости 1. Клапан вакуумирования 10 используют при регенерации адсорбента 2.

Таким образом, предлагаемое техническое решение и конструктивное исполнение адсорбционного насоса с использованием гофрированной оболочки 6, выполненной из капиллярно-пористого материала, обеспечивает улучшение откачных характеристик насоса за счет повышения эффективности охлаждения адсорбента 2, что позволяет обеспечить выполнение поставленной задачи.

Насос предназначен для использования в области криогенной техники, для поддержания вакуума путем поглощения молекул газов из замкнутых объемов. Адсорбент и теплоизоляция размещены в межстенной полости двустенной емкости. Адсорбент закреплен на внутренней стенке. В емкости на внутренней поверхности внутренней стенки закреплена гофрированная оболочка, выполненная из капиллярно-пористого материала. Между внутренней стенкой и гофрами оболочки образованы полости. Позволит дать значительный экономический эффект за счет повышения эффективности охлаждения адсорбента и, следовательно, улучшения откачных характеристик. 2 ил.

Адсорбционный насос, содержащий теплоизолированную двустенную емкость, снабженную заправочным и дренажным трубопроводами, сообщенными с внутренней полостью, и адсорбент, закрепленный на внутренней стенке емкости в межстенной полости, отличающийся тем, что в него введена гофрированная оболочка, выполненная из капиллярно-пористого материала и закрепленная на внутренней поверхности внутренней стенки емкости.