Адсорбционный криогенный рефрижератор непрерывного действия Советский патент 1982 года по МПК F25B17/00 

(54) АДСОРБЦИОННЫЙ КРИОГЕННЫЙ РЕФРИЖЕРАТОР НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ

1

, Изобретение относится к криогенной технике, а именно к адсорбцйонн{)1м криогенным рефрижераторам непрерывного действия.

Известны адсорбционные криогенные рефрижераторы непрерывного действия, содержащие сосуд с криогенной жидкостью, в котором размещены ванна с хладагентом, заключенная в вакуумную рубашку, и по меньшей мере, два поочередно включаемых в работу адсорбционных насоса, в корпусе каждого из которых размещены герметичный отсек с адсорбентом, подключенный к паровой полости ванн посредством капилляра и трубопровода, пневмоклапан, управляемый термодатчиком, и ячейка с адсорбентом для теплообменносо газа 1.

Недостатком известных рефрижераторов является их малая экономичность, вследствие большого расхода хблода на. работу насосов и переохлаждения хладагента, а также малая эксплуатационная надежность изза быстрого изнашивания пневмоклапанов.

Целью изобретения является повышение экономичности и эксплуатационной надежности.

Указанная цель достигается тем, что рефрижератор дополнительно содержит теплообменную поверхность, размещенную в трубопроводе между насосом и ванной и подсоединенную на входе к капиллярам, а на выходе - к жидкостной полости ванны, и сверхпроводимый тепловой ключ, установленный в тепловом контакте с ячейкой и корпусом насоса, причем в месте размещения ключа на корпусе насоса установлен соленоид.

Кроме того, пневмоклапан каждого насоса выполнен за одно целое с термодатчиком,

10 а его посадочный клапан и седло выполнены съемными, причем пневмоклапан с термодатчиком размещены в герметичном отсеке с адсорбентом по его вертикальной оси.

Ячейки, размещенные в насосах, имеют 15 снаружи тепловую изоляцию.

На фиг. 1 схематично представлен предлагаемый рефрижератор; на фиг. 2 - насос.

Рефрижератор содержит сосуд 1 с криогенной жидкостью, ванну 2 с хладагентом,

20 заключенную в вакуумную рубашку 3, поочередно включаемые в работу адсорбционные насосы 4 и 5, в корпусе 6 каждого из которых размешены герметичный отсек 7 с адсорбентом 8, подключенный к паровой полости

ванны 2 посредством капилляра 9 и трубопровода 10, пневмоклапан 11, управляемый термодатчиком, выполненным в виде сильфона 12, и ячейка 13 с адсорбентом 14 для теплообменного газа, например гелия, теплообменную поверхность 15, сверхпроводимый тепловой ключ 16, соленоид 17, посадочный клапан 18 и седло 19 пневмоклапана И.

Кроме того, на схемах показаны тепловая изоляция 20 на наружной поверхности ячейки 13 электронагреватели 21 и 22, трубка 23, заполненная газом под давлением 4-6 атм, например гелием, трубка 24 для откачки теплообменного газа, труба 25 для создания вакуума в вакуумной рубашке 3 и трубка 26 для заполнения ванны 2 хладагентом.

Рефрижератор работает следующим образом.

Вакуумная рубашка 3 откачивается форвакуумным насосом через трубу 25, которая после откачки перекрывается. Сосуд 1 заполняется криогенной жидкостью, например жидким гелием, его температура понижается до 1,2 К откачкой. Через трубку 26 подается хладагент, например гелий - 3, который в жидком виде сливается в ванну 2, охлаждая ее до температуры сосуда 1. Насосы 4 и 5, включаются в режим регенерации, в процессе которой находящийся в адсорбенте 8 газ удаляется по капиллярам 9 ч.ерез теплообменную повё{ хность 15 в ванну 2.

После накопления хладагента в ванне 2 начинается рабочий режим, для чего, например, насос 4 переводится в режим откачки-поглощения паров хладагента из ванн 2 адсорбентом 8. За некоторое время до насыщения адсорбента 8 откачивающего насоса 4, которое составляет 20 - 30% от полного времени откачки, регенерируемый насос 5 также переводится в режим откачки. После того, как насос 5 войдет в режим откачки, на что отводится зарезервированное время, насос 4 переводится в режим регенерации. Этим заканчивается рабочий период рефрижератора и начинается следующий, при котором временной режим переключения насог сов 4 и 5 повторяется с учетом того, что они поменялись ролями. Таким образом, поочередным переключением режимов работы насосов осуществляется непрерывная работа рефрижератора.

Каждый из насосов 4. и 5 работает в двух режимах - в режиме откачки и в режиме регенерации. В режиме откачки В: пространство между корпусом 6 насоса и герметичным отсеком 7 через трубку 24 подается определенное количество теплообменного газа, который создает тепловой контакт между корпусом 6 и отсеком 7. При этом отсек 7 охлаждается до температуры сосуда 1. Для того, чтобы теплообменный газ не поглощал. ся адсорбентом 14 в ячейке 13, включается электронагреватель 22 и выключаются соленоид 17 и электронагреватель 21. При этом сверхпроводимый тепловой ключ 16 находится в сверхпроводящем состоянии с низкой теплопроводностью, а адсорбент 14 в ячейке 13 нагревается до температуры порядка 20 К и теряет сорбционную способность. Теплообменный газ покидает адсорбент 14

и устанавливает тепловой контакт между отсеком 7 и сосудом 1 с криогенной жидкостью. Теплоприток от нагретой ячейки 13 исключается за счет тепловой изоляции 20. Отсек 7 охлаждается до температуры сосуда 1. Сжатый газ в трубке 23 конденсируется и сильно снижает свое давление, вследствие чего, сильфон 12 сжимается, отрывая клапан 18, и охлажденный адсорбент 8 начинает от, качивать,пары хладагента по трубопроводу 10.

5/ В режиме регенерации теплообменный газ поглощается адсорбентом 14 в ячейке 13. Для этого выключается электронагреватель 22 и включаются соленоид 17 и электронагреватель 21. Создается магнитное поле, которое приводит тепловой ключ 16 в состояние высокой теплопроводности, что создает условия для охлаждения ячейки 13 и находящегося в ней адсорбента 14 до температуры криогенной .жидкости в сосуде 1. Теплообменный газ усиленно поглощается

адсорбентом 14 и тепловой контакт между юрпусом 6 насоса и отсеком 7 прекращается. Одновременно жидкость в трубке 23 испаряется, ее давление повышается и сильфон 12 закрывает клапан 18. При этом также нагревается адсорбент 8 в отсеке 7 и

из него выходят пары хладагента, которые по капилляру 9 поступают через теплообменную поверхность 15 в жидком виде в ванну 2.

Экономическая эффективность изобретения выражается в снижении стоимости производимого в ванне холода, вследствие теплообмена между жидким хладагентом, поступающим в ванну, и его парами, покидающими ее.

Формула изобретения

1. Адсорбционный криогенный рефрижератор непрерывного действия, содержащий сосуд с криогенной жидкостью, в котором размещень ванна с: хладагентом, заключенная в вакуумную рубащку, и, по меньшей мере, два поочередно включаемых в работу адсорбционных насоса, в корпусе каждого из которых размещены герметичный отсек с адсорбентом, подключенный к паровой полости ванны посредством капилляра и трубопровода, пневмоклапан, управляемый термодатчиком, и ячейка с адсорбентом для теплообменного газа, отличающийся тем, что, с целью повышения экономичности и эксцлуата ционной надежности, рефрижератор дополнительно содержит теплообменную поверхность, размещенную в трубопроводе между насосом и ванной и подсоединенную на входе

к капиллярам, а на выходе - к жидкостной полости ванны, и сверхпроводимый тепловой ключ, установленный в тепловом контакте с ячейкой и корпусом насоса, причем в месте размещения ключа на корпусе насоса установлен соленоид.

2. Рефрижератор по п. 1, отличающийся тем, что пневмоклапан каждого насоса выполнен за одно целое с. термодатчиком, а его посадочный клапан и седло выполнены

съемными, причем пневмоклапан с термодатчиком размещены в герметичном отсеке с адсорбентом по его вертикальной оси.

3. Рефрижератор по п. 1, отличающийся тем, что ячейки, размещенные в насосах, имеют снаружи тепловую изоляцию.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Патент Великобритании № 1502214, 25 В 17/00, опублик. 1977.