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", 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 недостаточно защищен от внешних теплопритоков и имеет малоэффективное охлаждение, что отрицательно сказывается на его работоспособности.

Недостатками таких адсорбционных насосов является низкая эффективность работы.

Известен также адсорбционный насос (см., например, авторское свидетельство СССР 827835, МПК F 04 B 37/02 от 1981 г.), выбранный в качестве прототипа и содержащий двустенную емкость, адсорбент и вакуумно-многослойную теплоизоляцию, состоящую из чередующихся слоев отражающего и прокладочного материалов.

Адсорбент, например активированный древесный уголь, размещен в межстенной полости и имеет тепловой контакт с внутренней стенкой емкости, заполненной криогенным продуктом, например жидким азотом. Вакуумно-многослойная теплоизоляция нанесена на охлаждаемый экран и заполняет всю межстенную полость и образует застойные трудно откачиваемые объемы, при этом не обеспечено шлюзование для свободного отвода молекул газов из-под плотных слоев отражающего материала, что увеличивает время на откачку (поглощение) молекул газов из межстенной полости емкости и ухудшает эффективность работы адсорбента.

Недостатками известного адсорбционного насоса являются низкие характеристики откачки из-за больших сопротивлений при прохождении молекул газов из-под плотных слоев отражающего материала и из межстенной полости к адсорбенту.

Задачей настоящего изобретения является создание адсорбционного насоса, который обладал бы повышенными характеристиками откачки за счет снижения сопротивления при откачке молекул газов из замкнутого объема межстенной полости емкости.

Задача решается тем, что в адсорбционный насос, содержащий двустенную емкость, адсорбент и вакуумно-многослойную теплоизоляцию, состоящую из чередующихся слоев отражающего и прокладочного материалов, введена дополнительная пористая оболочка, выполненная в виде рукава из пористого низкотеплопроводного материала с открытыми порами, размещенная между слоями теплоизоляции и стенками емкости и контактирующая с адсорбентом.

Результат достигается тем, что дополнительная пористая оболочка, выполненная в виде рукава из пористого низкотеплопроводного материала с открытыми порами, выполняет роль шлюзов при откачке молекул газов из межстенной полости емкости и снижает сопротивление при прохождении молекул газов к адсорбенту.

Технический результат в части введения дополнительной пористой оболочки, выполненной в виде рукава из пористого низкотеплопроводного материала с открытыми порами и размещение ее в межстенной полости с обеспечением контакта с адсорбентом, а также взаимная конструктивная связь всех составных элементов адсорбционного насоса обеспечивает повышение характеристик откачки за счет снижения сопротивления молекулам газа при прохождении их к адсорбенту, что 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 характеристик откачки адсорбента путем снижения сопротивления при откачке молекул газов из межстенной теплоизоляционной полости емкости.

Сущность изобретения поясняется чертежом.

Адсорбционный насос состоит из следующих основных узлов и деталей: двустенной емкости 1, адсорбента 2, вакуумно-многослойной теплоизоляции 3, состоящей из чередующихся слоев отражающего материала 4 и прокладочного материала 5.

Насос содержит также дополнительную пористую оболочку 6, выполненную в виде рукава 7 из пористого низкотеплопроводного материала с открытыми порами и размещенную таким образом, что оболочка 6 расположена между слоями теплоизоляции 3 и стенками 8, 9 емкости 1, а также возможностью одновременного контакта с адсорбентом 2. В качестве адсорбента 2 используют, например, цеолит СаЕ-4ВС. В качестве вакуумно-многослойной теплоизоляции 3 используют, например, экранно-вакуумную теплоизоляцию ЭВТИ-2В, состоящую из сублимированных слоев отражающего материала 4, например из полиэтилентерефталатной пленки, алюминизированной с двух сторон, и прокладочного материала 5, выполненного, например, из стекловуали или стеклобумаги. В качестве пористого низкотеплопроводного материала с открытыми порами при изготовлении дополнительной пористой оболочки 6, выполненной в виде рукава 7, используют, например, стекловуаль, стеклобумагу или стеклокартон.

Адсорбционный насос снабжен заправочным трубопроводом 10 и дренажным трубопроводом 11. В межстенной полости 12 емкости 1 при изготовлении насоса создают предварительный вакуум порядка 1•10^-3 мм рт.ст. посредством вакуумного насоса.

Работает адсорбционный насос следующим образом.

Хладагент, например жидкий азот, заправляют во внутреннюю полость 13 емкости 1 через заправочный трубопровод 10; испаряющийся при заправке азот сбрасывают через дренажный трубопровод 11. В процессе заправки первоначально происходит захолаживание адсорбционного насоса с последующим заполнением емкости 1 жидким азотом до заданного уровня.

Адсорбент 2, размещенный на внутренней стенке 8 емкости 1, при охлаждении от стенки 8 включается в работу. Охлаждаясь до температуры жидкого азота, адсорбент 2 поглощает молекулы газов из межстенной полости 12 емкости 1 и, тем самым, повышает и поддерживает в ней вакуум порядка 1•10^-4 мм рт. ст. и выше. При высоком вакууме и высокоэффективной теплоизоляции 3 теплопритоки извне к жидкому азоту снижаются до минимума, что обеспечивает длительное хранение жидкого азота, а следовательно, и длительную работу адсорбционного насоса.

Дополнительная пористая оболочка 6, выполненная в виде рукава 7, облегает по торцам чередующиеся слои отражающего материала 4 и прокладочного материала 5 и, пролегая между слоями теплоизоляции 3 и стенками 8, 9 емкости 1, обеспечивает зазор (шлюз) для беспрепятственного прохождения молекул газов из-под плотных слоев отражающего материала 4 и из зазора между слоями теплоизоляции 3 и стенками 8, 9 емкости 1 к адсорбенту 2, что значительно уменьшает сопротивление откачки молекул газов из межстенной полости 12 и повышает характеристики откачки адсорбента 2, а следовательно, выполняет поставленную задачу.

Насос предназначен для использования в области криогенной техники. Насос содержит дополнительную пористую оболочку. Последняя контактирует с адсорбентом и выполнена в виде рукава из пористого низкотеплопроводного материала с открытыми порами. Пористая оболочка размещена между слоями теплоизоляции и стенками емкости. Обеспечивается повышение характеристик откачки насоса. 1 ил.

Адсорбционный насос, содержащий двустенную емкость, адсорбент, и вакуумно-многослойную теплоизоляцию, состоящую из чередующихся слоев отражающего и прокладочного материалов, отличающийся тем, что в него введена дополнительная пористая оболочка, выполненная в виде рукава из пористого низкотеплопроводного материала с открытыми порами, размещенная между слоями теплоизоляции и стенками емкости и контактирующая с адсорбентом.