RU2202707C1

RU2202707C1 - Adsorption pump

Info

Publication number: RU2202707C1
Application number: RU2001123711A
Authority: RU
Inventors: В.И. Гореликов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П.Королева"
Priority date: 2001-08-28
Filing date: 2001-08-28
Publication date: 2003-04-20

Abstract

FIELD: cryogenic facilities. SUBSTANCE: invention is designed for use in cryogenic equipment for maintaining vacuum by absorption of molecules of gases from closed volumes. Proposed pump has double-wall container, drain and filler pipelines, multiple-layer vacuum thermal insulation and screen arranged in interwall space. Adsorbent is in contact with outer surface of inner wall of container. Screen is provided with spiral channel connected at one end with vapor volume of container and at other end, with drain pipeline, screen being arranged in layers of thermal insulation. Perforations and protective lips over perforation holes at both sides of screen are made between channel coils. Additional adsorbent is secured on screen. EFFECT: improved pumping characteristics owing to increased efficiency of thermal protection. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области криогенной техники, а более конкретно к устройству адсорбционных насосов, предназначенных для поддержания вакуума путем поглощения молекул газов из замкнутых объемов. The invention relates to the field of cryogenic technology, and more particularly to a device for adsorption pumps designed to maintain a vacuum by absorbing gas molecules from closed volumes.

Известны адсорбционные насосы (см., например, Е.И. Микулин "Криогенная техника", М.: Машиностроение, 1969 г.), 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. Абсорбент в известных устройствах слабо защищен от внешних теплопритоков и имеет малоэффективное охлаждение, что отрицательно сказывается на его работоспособности. Adsorption pumps are known (see, for example, EI Mikulin “Cryogenic Technique”, Moscow: Mashinostroenie, 1969) containing adsorbent enclosed in a perforated shell and mounted on a cold wall of cryogenic devices. Such adsorption pumps are made in the form of independent cassette or capsule devices, docked to the refrigerant-cooled wall of the refrigeration machine, apparatus or container. The absorbent in the known devices is poorly protected from external heat influx and has ineffective cooling, which negatively affects its performance.

Недостатками таких адсорбционных насосов является низкая эффективность работы из-за малоэффективного охлаждения. The disadvantages of such adsorption pumps is the low efficiency due to inefficient cooling.

Известен также адсорбционный насос (см. , например, авторское свидетельство СССР 827835, МПК F 04 В 37/02, от 1981 г.), выбранный в качестве прототипа и содержащий двустенную емкость, размещенные в межстенной полости многослойно-вакуумную теплоизоляцию, экран и адсорбент. 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 охлаждаемым экраном и с внутренней стенкой емкости, внутренняя полость которой заполнена криогенным продуктом, например жидким азотом. Адсорбент в данном устройстве подвергается воздействию теплопритоков из окружающей среды со стороны внешней стенки емкости, а также по опорам и дренажным и заправочным трубопроводам. Кроме того, в известном адсорбционном насосе создана малоэффективная теплозащита и затруднена откачка молекул газов из слоев многослойно-вакуумной теплоизоляции. Also known is an adsorption pump (see, for example, USSR author's certificate 827835, IPC F 04 B 37/02, 1981), selected as a prototype and containing a double-walled tank, multilayer-vacuum thermal insulation, a screen and an adsorbent placed in the interwall cavity . An adsorbent, for example activated charcoal, is placed in the inter-wall cavity to provide thermal contact with the outer surface of the inner wall of the tank and is cooled by contact with the cooled screen and the inner wall of the tank, the inner cavity of which is filled with a cryogenic product, for example liquid nitrogen. The adsorbent in this device is exposed to heat influx from the environment from the side of the outer wall of the tank, as well as through supports and drainage and refueling pipelines. In addition, in the well-known adsorption pump, ineffective heat protection has been created and it is difficult to pump out gas molecules from the layers of multilayer-vacuum thermal insulation.

Недостатками известного адсорбционного насоса являются низкие откачные характеристики насоса из-за малоэффективной теплоизоляции. The disadvantages of the known adsorption pump are low pumping characteristics of the pump due to inefficient thermal insulation.

Задачей настоящего изобретения является создание адсорбционного насоса, который обладал бы повышенными откачными характеристиками за счет повышения эффективности теплозащиты. The present invention is the creation of an adsorption pump, which would have improved pumping characteristics by increasing the efficiency of thermal protection.

Поставленная задача решается тем, что в адсорбционном насосе, содержащем двустенную емкость, дренажный и заправочный трубопроводы и размещенные в межстенной полости многослойно-вакуумную теплоизоляцию, экран и адсорбент, контактирующий с внешней поверхностью внутренней стенки емкости, в отличие от известного экран снабжен спиральным каналом, соединенным с одного конца с паровым объемом емкости, а с другого конца с дренажным трубопроводом, и размещен в слоях теплоизоляции, между витками канала выполнены перфорация и защитные козырьки над отверстиями перфорации с обеих сторон экрана и на экране закреплен дополнительный адсорбент. The problem is solved in that in an adsorption pump containing a double-walled tank, drainage and refueling pipelines and multilayer vacuum insulation placed in the interstitial cavity, the screen and adsorbent in contact with the outer surface of the inner wall of the tank, unlike the known screen, is equipped with a spiral channel connected from one end with the steam volume of the tank, and from the other end with a drainage pipe, and is placed in the layers of thermal insulation, perforation and protective visors are made between the turns of the channel Hell perforations on both sides of the screen and the screen is fixed an additional adsorbent.

Результат достигается тем, что в адсорбционном насосе между витками канала выполнена перфорация, отверстия которой защищены козырьками от перекрытия отверстий слоями теплоизоляции. Отверстия в экране необходимы для уменьшения сопротивления прохождению молекул газа из-под слоев теплоизоляции к адсорбенту. Кроме того, на охлаждаемом экране закреплен дополнительный адсорбент, поглощающий молекулы газов непосредственно в слоях изоляции, что также повышает эффективность теплозащиты и откачные характеристики насоса. The result is achieved by the fact that in the adsorption pump between the turns of the channel perforation is performed, the holes of which are protected by visors from overlapping holes with layers of thermal insulation. Holes in the screen are necessary to reduce the resistance of the passage of gas molecules from under the layers of thermal insulation to the adsorbent. In addition, an additional adsorbent is mounted on the cooled screen, which absorbs gas molecules directly in the insulation layers, which also increases the efficiency of thermal protection and pumping characteristics of the pump.

Технический результат в части снабжения экрана спиральным каналом, подключенным к паровому объему емкости, размещение его в слоях теплоизоляции, выполнение перфорации между витками канала и снабжение экрана козырьками, расположенными над каждым отверстием перфорации и закреплении дополнительного адсорбента на охлаждаемом экране, а также взаимная конструктивная связь всех составных элементов адсорбционного насоса обеспечивает повышение откачных характеристик за счет повышения эффективности теплозащиты, что подтверждено испытаниями опытных образцов, изготовленных с использованием предлагаемого технического решения. The technical result in terms of supplying the screen with a spiral channel connected to the steam volume of the tank, placing it in the insulation layers, perforating between the turns of the channel and supplying the screen with visors located above each perforation hole and fixing an additional adsorbent on the cooled screen, as well as mutual structural connection of all components of the adsorption pump provides an increase in pumping characteristics by increasing the efficiency of thermal protection, which is confirmed by the test mi prototypes made using the proposed technical solution.

Использование предлагаемого адсорбционного насоса для поддержания вакуума в замкнутых объемах, например в теплоизоляционных полостях емкостей, при длительном хранении криогенных продуктов позволит дать значительный экономический эффект за счет обеспечения повышенных откачных характеристик путем повышения эффективности теплозащиты. The use of the proposed adsorption pump to maintain vacuum in confined spaces, for example in heat-insulating cavities of containers, during long-term storage of cryogenic products will allow a significant economic effect by providing increased pumping characteristics by increasing the efficiency of thermal protection.

Суть изобретения поясняется чертежом. The essence of the invention is illustrated in the drawing.

Предлагаемый адсорбционный насос состоит из следующих основных узлов и деталей: двустенной емкости 1, адсорбента 2, многослойно-вакуумной теплоизоляции 3 и охлаждаемого экрана 4. The proposed adsorption pump consists of the following main components and parts: double-walled tank 1, adsorbent 2, multi-layer vacuum insulation 3 and a cooled screen 4.

Экран 4 снабжен спиральным каналом 5, соединенным с одного конца с паровым объемом 6 емкости 1, и размещен в слоях 7 теплоизоляции 3, перфорация 8 выполнена между витками 9 канала 5, а защитные козырьки 10 расположены над каждым отверстием 11 перфорации 8 с обеих сторон экрана. На экране 4 закреплен дополнительный адсорбент 12. The screen 4 is provided with a spiral channel 5, connected at one end with a steam volume 6 of the tank 1, and is placed in the insulation layers 7, the perforation 8 is made between the turns 9 of the channel 5, and the protective visors 10 are located above each hole 11 of the perforation 8 on both sides of the screen . An additional adsorbent 12 is fixed on the screen 4.

В качестве адсорбента 2 и дополнительного адсорбента 12 применяют, например, активный древесный уголь или цеолит марки СаЕ-4ВС. В межстенной полости 13 размещена многослойно-вакуумная теплоизоляция 3, например экранно-вакуумная теплоизоляция ЭВТИ-2В, состоящая из чередующихся слоев и прокладочного материалов. Насос снабжен трубопроводами заправочным 14 и дренажным 15, клапаном вакуумирования 16. Во внутренней полости 17 емкости 1 установлен патрубок 18, сообщающий паровой объем 6 емкости 1 с каналом охлаждающего экрана 4 с другого конца канала. Межстенная полость 13 образована между внутренней стенкой 19 и наружной 20. As adsorbent 2 and additional adsorbent 12, for example, activated charcoal or ZeE-4BC brand zeolite is used. In the interstitial cavity 13 there is a multilayer-vacuum thermal insulation 3, for example EVTI-2B screen-vacuum thermal insulation, consisting of alternating layers and cushioning materials. The pump is equipped with refueling pipelines 14 and a drainage 15, a vacuum valve 16. A pipe 18 is installed in the inner cavity 17 of the tank 1, which communicates the steam volume 6 of the tank 1 with the channel of the cooling screen 4 from the other end of the channel. The interwall cavity 13 is formed between the inner wall 19 and the outer 20.

Работает адсорбционный насос следующим образом. The adsorption pump operates as follows.

Хладагент, например жидкий азот, заправляют посредством заправочного трубопровода 14 во внутреннюю полость 17 емкости 1, в результате чего первоначально происходит захолаживание адсорбционного насоса с последующим заполнением внутренней полости 17 до заданного уровня. Испаряющийся азот из парового объема 6 через патрубок 18 поступает в спиральный канал 5 экрана 4, где охлаждает экран 4 и дополнительный адсорбент 12, закрепленный на экране 4, а также слои теплоизоляции 3, прилегающие к нему, при этом теплопритоки, поступающие извне, снимаются парами азота, проходящими через канал 5 в дренажный трубопровод 15. The refrigerant, for example liquid nitrogen, is charged by means of a filling pipe 14 into the internal cavity 17 of the tank 1, as a result of which the adsorption pump is cooled down first and then the internal cavity 17 is filled to a predetermined level. Evaporating nitrogen from the steam volume 6 through the pipe 18 enters the spiral channel 5 of the screen 4, where it cools the screen 4 and an additional adsorbent 12 mounted on the screen 4, as well as the insulation layers 3 adjacent to it, while the heat influx coming from the outside is removed in pairs nitrogen passing through channel 5 into the drainage pipe 15.

Адсорбенты 2 и 12 при охлаждении включаются в работу и чем лучше организовано их охлаждение, тем эффективнее работа адсорбентов 2, 12, при этом адсорбенты 2, 12 поглощают молекулы газов из межстенной полости 13 и тем самым повышают и поддерживают вакуум порядка 1•10^-10 мм рт.ст. и выше в межстенной полости 13, в которой размещена экранно-вакуумная теплоизоляция 3, эффективно работающая при данном вакууме.When cooling, adsorbents 2 and 12 are included in the work and the better their cooling is organized, the more efficient the work of adsorbents 2, 12, while adsorbents 2, 12 absorb gas molecules from the interstitial cavity 13 and thereby increase and maintain a vacuum of the order of 1 • 10 ^-10 mmHg. and higher in the inter-wall cavity 13, in which the screen-vacuum thermal insulation 3 is placed, which effectively works at a given vacuum.

Размещение охлаждаемого экрана 4 с закрепленным на нем дополнительным адсорбентом 12 в слоях 7 теплоизоляции 3 позволяет уменьшить теплопритоки и повысить откачные характеристики насоса за счет уменьшения сопротивления прохождению молекул газов из средних слоев 7 теплоизоляции 3 к адсорбентам 2, 12 и повышения вакуума в слоях изоляции 3, что повышает эффективность теплозащиты. Перфорация 8, выполненная между витками 9 канала 5, сокращает путь молекулам газов из-под слоев теплоизоляции 3 к адсорбенту 2, а защитные козырьки 10 предохраняют отверстия 11 от перекрытия их слоями 7 теплоизоляции 3 при работе адсорбентов 2, 12. Клапан вакуумирования 16 используют при регенерации адсорбентов 2, 12. The placement of the cooled screen 4 with an additional adsorbent 12 fixed on it in the layers of thermal insulation 3 allows to reduce heat inflows and increase pumping characteristics of the pump by reducing the resistance of gas molecules from the middle layers 7 of thermal insulation 3 to adsorbents 2, 12 and increasing the vacuum in the insulation layers 3, which increases the efficiency of thermal protection. Perforation 8, made between the turns 9 of the channel 5, shortens the path for gas molecules from under the layers of thermal insulation 3 to the adsorbent 2, and the protective visors 10 protect the holes 11 from overlapping them with layers 7 of thermal insulation 3 during operation of the adsorbents 2, 12. The vacuum valve 16 is used when regeneration of adsorbents 2, 12.

Таким образом, предлагаемое конструктивное исполнение охлаждаемого экрана 4, закрепление на нем дополнительного адсорбента 12 и размещение экрана 4 в слоях теплоизоляции 3 позволяет улучшить откачные характеристики адсорбционного насоса за счет повышения эффективности теплозащиты, что позволяет выполнить поставленную задачу. Thus, the proposed design of the cooled screen 4, fixing an additional adsorbent 12 on it and placing the screen 4 in the insulation layers 3 can improve the pumping characteristics of the adsorption pump by increasing the efficiency of thermal protection, which allows us to perform the task.

Claims

An adsorption pump containing a double-walled tank, drainage and refueling pipelines and multilayer vacuum insulation placed in the interstitial cavity, a screen and an adsorbent in contact with the outer surface of the inner wall of the tank, characterized in that the screen is provided with a spiral channel connected at one end to the steam volume of the tank and, on the other end, with a drainage pipe, and is placed in the layers of thermal insulation, between the turns of the channel, perforation and protective visors are made above the perforation holes on both sides screen and the screen is fixed with an additional adsorbent.