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, Микулин Е.Н. 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 охлаждаемым экраном с каналом для отвода паровой фазы криогенного продукта и адсорбент, закрепленный на внутренней стенке емкости.

Адсорбент, например активированный древесный уголь, размещен в межстенной полости с обеспечением теплового контакта с внешней поверхностью 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 внешней стенки емкости, а также охлаждается паровой фазой испаряющегося азота, имеющей температуру более высокую, чем жидкий азот. Кроме того, канал для отвода паровой фазы криогенного продукта не обеспечивает улавливание капельной среды криогенного продукта (жидкого азота), которая беспрепятственно отводится вместе с паровой фазой, что снижает эффективность охлаждаемого экрана.

Недостатками известного адсорбционного насоса являются низкие откачные характеристики насоса из-за малоэффективной работы охлаждаемого экрана.

Задачей настоящего изобретения является создание адсорбционного насоса, который имел бы повышенные откачные характеристики за счет повышения эффективности охлаждаемого экрана путем обеспечения возможности турбулизации отходящего потока паровой фазы криогенного продукта.

Задача решается тем, что в адсорбционном насосе, содержащем двустенную емкость с охлаждаемым экраном с каналом для отвода паровой фазы криогенного продукта и адсорбент, закрепленный на внутренней стенке емкости, в отличие от известного охлаждаемый экран снабжен элементом для отбора капельной среды, расположенным в канале для отвода паровой фазы криогенного продукта, и перегородками, при этом элемент для отбора капельной среды выполнен в виде спиральной ленты из капиллярно-пористого материала, а каждая перегородка имеет участок с перфорацией, причем перфорированный участок каждой последующей перегородки расположен в диаметрально противоположном направлении относительно перфорированного участка предыдущей перегородки.

Результат достигается за счет того, что в адсорбционном насосе охлаждаемый экран снабжен расположенным в канале для отвода паровой фазы криогенного продукта элементом для отбора капельной среды и перегородками, обеспечивающими турбулизацию отходящего потока паровой фазы криогенного продукта, а за счет капиллярных свойств капиллярно-пористого материала, из которого выполнен элемент для отбора капельной среды, обеспечивается отбор (поглощение) капель криогенного продукта, выносимых с потоком паровой фазы из емкости, при этом удерживаемая в порах капиллярно-пористого материала капельная среда создает дополнительный источник охлаждения экрана и повышает его эффективность, т.е. экран имеет возможность дополнительно снимать теплопритоки извне.

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 повышения откачных характеристик путем повышения эффективности охлаждаемого экрана, что подтверждено испытаниями опытных образцов, изготовленных с использованием предлагаемого технического решения.

Суть изобретения поясняется чертежом, где на общем виде дан продольный разрез адсорбционного насоса, а на выносном элементе I изображено устройство и расположение перегородки в канале для отвода паровой фазы криогенного продукта.

Адсорбционный насос состоит из следующих составных узлов и деталей: двустенной емкости 1 с охлаждаемым экраном 2, с каналом 3 для отвода паровой фазы криогенного продукта и адсорбента 4, закрепленного на внутренней стенке 5 емкости 1. Охлаждаемый экран 2 снабжен расположенным в канале 3 для отвода паровой фазы криогенного продукта элементом для отбора капельной среды 6 и перегородками 7. Элемент для отбора капельной среды 6 выполнен в виде спиральной ленты 8 из капиллярно-пористого материала, например из капиллярно-пористого титана.

Каждая перегородка 7 имеет участок с перфорацией 9, причем перегородки 7 размещены таким образом, что перфорированный участок 9 каждой последующей перегородки 7 расположен в диаметрально противоположном направлении относительно перфорированного участка 9 предыдущей перегородки 7.

Емкость 1 снабжена экранно-вакуумной теплоизоляцией 10, размещенной в межстенной полости 11, которая сообщена с клапаном вакуумирования 12, установленным на внешней стенке 13.

Криогенный продукт, например жидкий азот, заправляют во внутреннюю полость 14 емкости 1.

В качестве адсорбента 4 применяют, например, цеолит СаЕ - 4ВС.

Работает адсорбционный насос следующим образом.

Криогенный продукт, например жидкий азот, заправляют во внутреннюю полость 14 емкости 1, в результате чего первоначально происходит захолаживание адсорбционного насоса с последующим заполнением внутренней полости 14 до заданного уровня. Испаряющийся азот отводят через канал 3 для отвода паровой фазы криогенного продукта из полости 14. Адсорбент 4, закрепленный на внутренней стенке 5, включается в работу. Охлаждаясь до температуры жидкого азота, адсорбент 4 поглощает молекулы газов из межстенной полости 11 и тем самым повышает и поддерживает вакуум порядка 1•10^-4 мм рт.ст. и выше в межстенной полости 11, в которой размещена экранно-вакуумная теплоизоляция 10, эффективно работающая при данном вакууме, при этом теплопритоки к адсорбенту и криогенной жидкости извне снижаются до минимума. Снабжение охлаждаемого экрана 2 отводящим паровую фазу и расположенным в канале 3 для отвода паровой фазы криогенного продукта элементом для отбора капельной среды 6, выполненным в виде спиральной ленты 8 из капиллярно-пористого материала, за счет капиллярных свойств данного материала позволяет отбирать (отлавливать) капельную среду из отводимой через канал 3 для отвода паровой фазы криогенного продукта и тем самым получать и использовать дополнительный источник холода на доохлаждение экрана 2 и уменьшение теплопритоков. Спиральная форма ленты 8 в сочетании с установкой перегородок 7, которые выполнены преимущественно наклонными для уменьшения сопротивления отходящему потоку паровой фазы, имеют перфорированные участки 9, и размещение ее таким образом, что перфорированный участок 9 каждой последующей перегородки 7 расположен в диаметрально противоположном направлении относительно перфорированного участка 9 предыдущей перегородки 7, обеспечивают возможность турбулизации отходящего потока паровой фазы криогенного продукта в канале 3, чем повышают эффективность охлаждения экрана 2, который предназначен для уменьшения теплопритоков к адсорбенту и криогенному продукту, что в свою очередь повышает откачные характеристики адсорбционного насоса, а следовательно, обеспечивает выполнение поставленной задачи.

Изобретение предназначено для использования в криогенной технике для поддержания вакуума путем поглощения молекул газов из замкнутых объемов. Насос содержит двустенную емкость с охлаждаемым экраном с каналом для отвода паровой фазы криогенного продукта. Адсорбент закреплен на внутренней стенке емкости. Охлаждаемый экран снабжен элементом для отбора капельной среды, расположенным в канале для отвода паровой фазы криогенного продукта, и перегородками. Элемент для отбора капельной среды выполнен в виде спиральной ленты из капиллярно-пористого материала. Каждая перегородка имеет участок с перфорацией. Перфорированный участок каждой последующей перегородки расположен в диаметрально противоположном направлении относительно перфорированного участка предыдущей перегородки. Технический результат - повышение эффективности охлаждения экрана, который предназначен для уменьшения теплопритоков к адсорбенту и криогенному продукту. 1 ил.

Адсорбционный насос, содержащий двустенную емкость с охлаждаемым экраном с каналом для отвода паровой фазы криогенного продукта и адсорбент, закрепленный на внутренней стенке емкости, отличающийся тем, что охлаждаемый экран снабжен элементом для отбора капельной среды, расположенным в канале для отвода паровой фазы криогенного продукта, и перегородками, при этом элемент для отбора капельной среды выполнен в виде спиральной ленты из капиллярно-пористого материала, а каждая перегородка имеет участок с перфорацией, причем перфорированный участок каждой последующей перегородки расположен в диаметрально противоположном направлении относительно перфорированного участка предыдущей перегородки.