RU2101564C1 - Адсорбционный насос - Google Patents
Адсорбционный насос Download PDFInfo
- Publication number
- RU2101564C1 RU2101564C1 RU95105611A RU95105611A RU2101564C1 RU 2101564 C1 RU2101564 C1 RU 2101564C1 RU 95105611 A RU95105611 A RU 95105611A RU 95105611 A RU95105611 A RU 95105611A RU 2101564 C1 RU2101564 C1 RU 2101564C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- adsorbent
- pump
- coil
- layer
- pumping
- Prior art date
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B17/00—Sorption machines, plants or systems, operating intermittently, e.g. absorption or adsorption type
- F25B17/08—Sorption machines, plants or systems, operating intermittently, e.g. absorption or adsorption type the absorbent or adsorbent being a solid, e.g. salt
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A30/00—Adapting or protecting infrastructure or their operation
- Y02A30/27—Relating to heating, ventilation or air conditioning [HVAC] technologies
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
Abstract
Использование: в вакуумной и криогенной технике и может быть использован во многих областях науки и техники для получения глубокого вакуума, а также в криогенной технике для криосорбционной откачки рабочего тела, в частности для откачки 3He в рефрижераторах растворения. Сущность изобретения: система охлаждения адсорбента разделяет внутреннее пространство насоса на две смежные винтовые полости, одна из которых сообщена с трубопроводом откачки и служит для привода откачиваемого газа, а вторая заполнена адсорбентом. Этим обеспечивается эффективное двустороннее охлаждение адсорбента и малые гидравлические потери за счет наличия газовых зазоров с обеих сторон слоя адсорбента. Такая конструкция системы охлаждения в сочетании с малой толщиной слоя адсорбента позволяет значительно повысить скорость откачки насоса и увеличить его сорбционную емкость за счет эффективного использования объема насоса. 1 ил.
Description
Изобретение относится к вакуумной и криогенной технике и может быть использовано как в вакуумных насосах для получения глубокого вакуума, так и в рефрижераторах криосорбционной откачки рабочего тела, в частности для откачки 3He в рефрижераторах растворения.
Известны адсорбционные вакуумные насосы, содержащие корпус и расположенные в нем лотки в виде дисков с адсорбентом, прижатым к ним сетками. К лоткам с тепловым контактом прикреплен змеевик для хладагента, подаваемого для охлаждения адсорбента [1]
Основными недостатками насосов такого типа являются односторонний доступ откачиваемого газа к адсорбенту и большой мертвый объем над адсорбентом, размещенным на лотках. Это снижает скорость откачки и уменьшает сорбционную емкость насоса.
Основными недостатками насосов такого типа являются односторонний доступ откачиваемого газа к адсорбенту и большой мертвый объем над адсорбентом, размещенным на лотках. Это снижает скорость откачки и уменьшает сорбционную емкость насоса.
Известен также адсорбционный вакуумный насос [2] принятый нами за прототип, состоящий из цилиндрического корпуса с трубопроводом откачки, в котором адсорбент расположен внутри корпуса между его стенкой и металлической сеткой, изогнутой в форме звезды. Лучи звезды образуют каналы для прохода откачиваемого газа. Насос имеет систему охлаждения адсорбента жидким хладагентом (например, гелием), подаваемым по трубе из внешней ванны в рубашку корпуса.
К недостатком этого насоса относится прежде всего неравномерное охлаждение адсорбента, приводящее к уменьшению скорости откачки, а также избыточные потери холода как при теплопередаче через стенку корпуса, так и при захолаживании насоса после регенерации.
Задача изобретения повышение скорости откачки и увеличение сорбционной емкости насоса.
Для достижения необходимого технического результата в адсорбционном насосе, состоящем из цилиндрического корпуса с расположенным в нем между корпусом и сеткой адсорбентом, трубопровода откачки и системы охлаждения адсорбента, последняя выполнена из теплопроводного материала в виде размещенного внутри корпуса змеевика, соосного корпусу и оребренного двуслойной сеткой таким образом, что слои сетки прикреплены двум соседним виткам змеевика с образованием ограниченной сеткой винтовой полости для прохода откачиваемого газа с шагом, равном шагу змеевика, и толщиной слоя адсорбента между соседними сетками оребрения в пределах 2 5 характерных размеров гранул адсорбента, при этом диаметр оребрения змеевика (df) и зазор между слоями адсорбента (δ) выбраны из следующих соотношений:
где
db внутренний диаметр корпуса, м;
df диаметр оребрения, м;
Δ толщина слоя адсорбента между соседними сетками оребрения, м;
d зазор между слоями адсорбента, м;
ds внутренний диаметр навивки змеевика, м;
t = Δ + δ шаг навивки змеевика, м;
L длина корпуса насоса, м.
где
db внутренний диаметр корпуса, м;
df диаметр оребрения, м;
Δ толщина слоя адсорбента между соседними сетками оребрения, м;
d зазор между слоями адсорбента, м;
ds внутренний диаметр навивки змеевика, м;
t = Δ + δ шаг навивки змеевика, м;
L длина корпуса насоса, м.
Благодаря такому исполнению обеспечивается легкий доступ газа к адсорбенту, более эффективное (двустороннее в слое) охлаждение адсорбента и более полное использование объема насоса за счет сокращения мертвого объема, что, соответственно, способствует повышению скорости откачки и увеличению сорбционной емкости насоса. Кроме того, насос конструктивно прост и технологичен в изготовлении.
На чертеже представлена конструкция адсорбционного насоса.
Адсорбционный насос содержит цилиндрический корпус 1 с внутренним диаметром db и длиной L, адсорбент 2, трубопровод откачки 3, соединенный с откачиваемым объектом (на чертеже не показан), и систему 4 охлаждения адсорбента 2, выполненную из теплопроводного материала и состоящую из соосно размещенного внутри корпуса 1 змеевика 5, который служит для подачи хладагента 6.
Змеевик 5 навит с шагом t при внутреннем диаметре навивки ds, равном диаметру трубопровода откачки 3, и оребрен двуслойной (замкнутой у вершины) сеткой 7 с диаметром оребрения df.
Оребрение осуществлено таким образом, что слои 8, 9 и 10, 11 сетки 7 прикреплены у основания с тепловым контактом к парам соседних витков 12, 13 и 13, 14, соответственно, змеевика 5 с образованием ограниченной сеткой 7 винтовой полости 15 с шагом, равным шагу t навивки змеевика 5.
Образуемая сеткой 7 винтовая полость 15 открыта на трубопровод откачки 3.
На корпус 1 насоса установлен нагреватель 16, служащий для регенерации адсорбента.
Пространство внутри корпуса 1, ограниченное системой охлаждения 4, заполнено адсорбентом 2, при этом адсорбент 2 образует между удерживающими его сетками (например, 9 и 10) плоский винтовой слой толщиной D Для достижения максимальной скорости откачки толщина слоя D должна быть выбрана по возможности малой при этом минимальны перепады давления откачиваемого газа и температуры адсорбента внутри слоя и на его поверхности, с которой происходят подача газа и отвод на его теплоты адсорбции. Естественным ограничением величины D является размер гранул адсорбента. Так, при выборе D менее 2 характерных размеров гранул адсорбента засыпка слоя может оказаться неполной, что приведет к увеличению мертвого объема сорбционной емкости насоса. Выбранный нами верхний предел D (5 характерных размеров гранул) гарантирует эффективную засыпку слоя; превышение этого предела приведет к увеличению перепадов давления газа и температуры адсорбента в пределах одного слоя, что понизит удельную скорость откачки и скорость откачки насоса в целом.
Аналогичным образом, для эффективной работы адсорбента, находящегося вблизи внутренней стенки корпуса 1 насоса, диаметр оребрения df змеевика 5 двуслойной сеткой 7 выбран из условия:
db-Δ ≤ df ≤ db.
В этом случае максимальное расстояние от любой гранулы адсорбента 2 до канала подачи откачиваемого газа )и до системы охлаждения 4) не будет превышать Δ/2
Канал для подвода откачиваемого газа (внутренний объем винтовой полости 15) составлен внутренней полостью змеевика 5 и плоским винтовым зазором δ обеспечиваемым двуслойной сеткой 7 (например, между сетками 8 и 9, 10 и 11, и т.д.). В целях сокращения мертвого объема насоса (и, соответственно, увеличения его сорбционной емкости) ширина зазора d выбрана на минимальном уровне, обеспечивающем допустимое гидравлическое сопротивление потоку газа, проходящего через зазор к адсорбенту 2. Для вязкостного режима газа, реализующегося в большинстве рефрижераторов криосорбционной откачки рабочего тела, ширина зазора d должна быть выбрана вблизи верхнего предела заданного для d соотношения:
при этом полное гидравлическое сопротивление зазора не превысит гидравлического сопротивления центрального канала змеевика 5. В случае, когда насос предназначается для получения высокого вакуума (молекулярный режим течения), пропускная способность зазора будет в основном определяться площадью его входного сечения. При этом δ выбирается на нижнем пределе указанного диапазона:
Адсорбционный насос работает следующим образом.
db-Δ ≤ df ≤ db.
В этом случае максимальное расстояние от любой гранулы адсорбента 2 до канала подачи откачиваемого газа )и до системы охлаждения 4) не будет превышать Δ/2
Канал для подвода откачиваемого газа (внутренний объем винтовой полости 15) составлен внутренней полостью змеевика 5 и плоским винтовым зазором δ обеспечиваемым двуслойной сеткой 7 (например, между сетками 8 и 9, 10 и 11, и т.д.). В целях сокращения мертвого объема насоса (и, соответственно, увеличения его сорбционной емкости) ширина зазора d выбрана на минимальном уровне, обеспечивающем допустимое гидравлическое сопротивление потоку газа, проходящего через зазор к адсорбенту 2. Для вязкостного режима газа, реализующегося в большинстве рефрижераторов криосорбционной откачки рабочего тела, ширина зазора d должна быть выбрана вблизи верхнего предела заданного для d соотношения:
при этом полное гидравлическое сопротивление зазора не превысит гидравлического сопротивления центрального канала змеевика 5. В случае, когда насос предназначается для получения высокого вакуума (молекулярный режим течения), пропускная способность зазора будет в основном определяться площадью его входного сечения. При этом δ выбирается на нижнем пределе указанного диапазона:
Адсорбционный насос работает следующим образом.
После подсоединения насоса к откачиваемому объекту (на чертеже не показан) через трубопровод откачки 3 и подачи хладагента 6 в змеевик 5 происходит процесс захолаживания адсорбента 2 через сетку 7 оребрения, вызывающий понижение температуры и давления в полости насоса. Под действием перепада давления откачиваемый газ поступает из откачиваемого объекта по трубопроводу откачки 3 в винтовую полость 15 насоса, распределяется по щелевым зазорам между сетками 7 оребрения по всему объему насоса и проходит через сетки 7 в рабочий объем, заполненный адсорбентом 2, где происходит его поглощение (адсорбция) адсорбентом. Выделяющаяся в адсорбенте теплота адсорбции отводится от адсорбента системой охлаждения 4 к хладагенту 6 и уносится его потоком.
Действие насоса приводит либо к непрерывному понижению давления и достижению глубокого вакуума в откачиваемом объекте, либо (в случае криосорбционной откачки рабочего тела в рефрижераторных системах) к установлению постоянного потока газа из откачиваемого объекта, скорость и давление которого зависят от конкретных характеристик рефрижераторной системы и ее рабочего тела, гидравлического сопротивления откачных коммуникаций и конструктивных параметров насоса.
Время работы насоса в указанном режиме непрерывной откачки газа ограничивается его полной адсорбционной емкостью (по данному газу) и скоростью откачки.
В случае насыщения адсорбента проводят регенерацию насоса с помощью нагревателя 16, удаляя десорбирующийся из адсорбента газ. Цикл откачки может повторяться многократно.
Для полного представления сущности изобретения предлагаем к рассмотрению пример конкретного выполнения предлагаемого адсорбционного насоса.
Рассчитываемый насос имеет диаметр корпуса db 49 мм и длину L 105 мм (габариты определены общей компоновкой откачной системы) и предназначен для откачки паров рабочего тела в рефрижераторе испарения 3He с холодопроизводительностью 2 мВт на температурном уровне 0,4 К. В соответствии с заданными характеристиками, диаметр трубопровода откачки, находящегося при температуре 4,2 К, должен составлять 14 мм: ds 14 мм.
В качестве адсорбента используется активированный уголь СКТ-4 в гранулах диаметром 1,5 мм (длиной 3 5 мм). Толщина слоя адсорбента Δ выбирается равной 3 диаметрам гранул, т.е. D4,5 мм.
Змеевик системы охлаждения адсорбента наматывается на стержне диаметром 14 мм из медной трубки исходным диаметром 4 мм, деформирующейся при навивке в овал высотой 4,5 мм вдоль оси навивки. Толщина медной сетки оребрения выбирается равной 0,5 мм для обеспечения необходимой жесткости винтовой полости. Внешний диаметр оребрения df выбирается в пределах, заданных соотношением
db D ≤df≤db: df= 45 мм.
db D ≤df≤db: df= 45 мм.
Наконец, ширина зазора d между слоями адсорбента определится из соотношения: где шаг винтовой спирали t равен сумме Δ, δ и удвоенной толщины сетки оребрения. Это даст d 1,5 мм и t 7 мм.
Адсорбционный насос с приведенными параметрами был изготовлен и испытан в рефрижераторе испарения 3He. Скорость откачки насоса оказалась близка к рассчетной. Полная масса адсорбента в насос составили в данной конструкции 60 г, что соответствует адсорбционной емкости по 3He равной 3 г. Такое количество адсорбента обеспечивает работу рефрижератора в указанном выше режиме в течение 3 часов без регенерации насоса.
Основными преимуществами предлагаемой конструкции, улучшающими эксплуатационные характеристики адсорбционного насоса, являются:
равномерное двустороннее охлаждение адсорбента в каждом слое;
легкий доступ газа к адсорбенту за счет наличия зазоров с обеих сторон каждого слоя адсорбента и малой толщины D этого слоя;
увеличение сорбционной емкости насоса за счет эффективного использования его объема;
простота и технологичность конструкции;
простота сборки насоса и смены адсорбента.
равномерное двустороннее охлаждение адсорбента в каждом слое;
легкий доступ газа к адсорбенту за счет наличия зазоров с обеих сторон каждого слоя адсорбента и малой толщины D этого слоя;
увеличение сорбционной емкости насоса за счет эффективного использования его объема;
простота и технологичность конструкции;
простота сборки насоса и смены адсорбента.
Claims (1)
- Адсорбционный насос, содержащий цилиндрический корпус с расположенным в нем между корпусом и сеткой адсорбентом, трубопровод откачки и систему охлаждения адсорбента, отличающийся тем, что система охлаждения адсорбента выполнена из теплопроводного материала в виде размещенного внутри корпуса змеевика, соосного корпусу и оребренного двуслойной сеткой таким образом, что слои сетки прикреплены к двум соседним виткам змеевика с образованием ограниченной сеткой винтовой полости для прохода откачиваемого газа с шагом, равным шагу змеевика, и толщиной слоя адсорбента между соседними сетками оребрения в пределах 2 5 характерных размеров гранул адсорбента, при этом диаметр оребрения змеевика df и зазор δ между слоями адсорбента выбраны из следующих соотношений:
dв-Δ ≤ df≤ dв;
где dв внутренний диаметр корпуса, м;
df диаметр оребрения, м;
Δ - толщина слоя адсорбента между соседними сетками оребрения, м;
δ - зазор между слоями адсорбента, м;
ds-внутренний диаметр навивки змеевика, м;
t = Δ + δ - шаг навивки змеевика, м;
L длина корпуса насоса, м.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU95105611A RU2101564C1 (ru) | 1995-04-05 | 1995-04-05 | Адсорбционный насос |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU95105611A RU2101564C1 (ru) | 1995-04-05 | 1995-04-05 | Адсорбционный насос |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU95105611A RU95105611A (ru) | 1997-01-10 |
RU2101564C1 true RU2101564C1 (ru) | 1998-01-10 |
Family
ID=20166657
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU95105611A RU2101564C1 (ru) | 1995-04-05 | 1995-04-05 | Адсорбционный насос |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2101564C1 (ru) |
-
1995
- 1995-04-05 RU RU95105611A patent/RU2101564C1/ru active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
В.А.Майданов и др. Рефрижератор растворения непрерывного действия с адсорбционной откачкой. Адсорбционные насосы. Ж. "Физика низких температур", 1994, 20, N 7, с. 674. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU95105611A (ru) | 1997-01-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20200054961A1 (en) | Systems and methods for cryogenic refrigeration | |
US2615686A (en) | Heat transfer device | |
CN1144988C (zh) | 高效致冷系统 | |
US20140326001A1 (en) | Systems and methods for cryogenic refrigeration | |
US5823003A (en) | Process for heat recovery in a sorption refrigeration system | |
JPH04263791A (ja) | 熱交換器 | |
CN103486777A (zh) | 一种回热式低温制冷机用变孔隙率回热器 | |
EP0165848A1 (fr) | Procédé de production de chaleur et/ou de froid au moyen d'une machine à compression fonctionnant avec un fluide mixte de travail | |
CN105659039B (zh) | 换热器和使用该换热器的制冷循环装置 | |
CN1322300C (zh) | 热交换器 | |
RU2101564C1 (ru) | Адсорбционный насос | |
EP3049736B1 (en) | Systems and methods for cryogenic refrigeration | |
CN116638431A (zh) | 一种用于磨粒流抛光的低温制冷循环装置及其工作方法 | |
Barrak | Heat pipes heat exchanger for HVAC applications | |
CN2711644Y (zh) | 高效紧凑的管翅式吸附床 | |
CN109059329A (zh) | 一种插片阻热回热器及带有该回热器的低温制冷机 | |
CN1242500A (zh) | 冰箱的防结露装置 | |
WO1996035079A1 (en) | Low mass hydride heat pump | |
CN210267826U (zh) | 一种冷媒分配循环系统 | |
CN117537642B (zh) | 热管、散热器及电子设备 | |
CN111561830B (zh) | 一种带翅片的小通道并行管路换热器及计算方法 | |
JPH0468558B2 (ru) | ||
SU1028879A1 (ru) | Вакуумный сорбционный насос непрерывного действи | |
SU1733687A1 (ru) | Адсорбционный насос | |
RU2382278C1 (ru) | Регенеративный теплообменник нижней ступени криогенной газовой машины |