RU2206790C1

RU2206790C1 - Adsorption pump

Info

Publication number: RU2206790C1
Application number: RU2001133242/06A
Authority: RU
Inventors: В.И. Гореликов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П.Королева
Priority date: 2001-12-06
Filing date: 2001-12-06
Publication date: 2003-06-20

Abstract

FIELD: cryogenic engineering. SUBSTANCE: invention is designed for maintaining vacuum by absorption of molecules of gases in closed volumes. Adsorbent and heat insulation are placed in interwall space of double-wall container. Adsorbent is secured on inner wall. Corrugated envelope made of capillary porous material is secured on inner surface of inner wall in container. Spaces are formed between inner wall and corrugations of envelope. Invention provides considerable reduction of expanses owing to improved efficiency of cooling of adsorbent and, consequently, improving evacuation characteristics. EFFECT: improved evacuation characteristics. 2 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), содержащие адсорбент, заключенный в перфорированную оболочку и закрепленный на холодной стенке криогенных устройств. Такие адсорбционные насосы выполняются в виде самостоятельных кассетных или капсульных устройств, пристыкованных к охлаждаемой хладагентом стенке холодильной машины, аппарата или емкости. Adsorption pumps are known (see, for example, E.I. Mikulin. Cryogenic technique. M .: 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 wall of the refrigerating machine, apparatus or container cooled by the refrigerant.

Адсорбент в известных устройствах слабо защищен от внешних теплопритоков и имеет малоэффективное охлаждение, что отрицательно сказывается на его работоспособности. The adsorbent in known devices is poorly protected from external heat influx and has ineffective cooling, which negatively affects its performance.

Известен также адсорбционный насос (см., например, авторское свидетельство СССР 827835, МПК F 04 B 37/02, 1981), выбранный в качестве прототипа и содержащий теплоизолированную двустенную емкость и адсорбент, закрепленный на внутренней стенке емкости в межстенной полости. 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 экраном и с внутренней стенкой емкости, закрепленной криогенным продуктом, например жидким азотом. Адсорбент в данном устройстве подвергается воздействию теплопритоков из окружающей среды со стороны наружной стенки емкости и имеет малоэффективное охлаждение имеющими более высокую температуру, чем жидкий азот, отходящими из емкости парами азота. An adsorption pump is also known (see, for example, USSR author's certificate 827835, IPC F 04 B 37/02, 1981), selected as a prototype and containing a thermally insulated double-walled container and an adsorbent mounted on the inner wall of the container in the inter-wall cavity. An adsorbent, for example, activated charcoal, is placed in the interstitial cavity to provide thermal contact with the outer surface of the inner wall of the tank and is cooled by contact with the screen and with the inner wall of the tank fixed by a cryogenic product, for example, liquid nitrogen. The adsorbent in this device is exposed to heat influx from the environment from the outer wall of the tank and has ineffective cooling with higher temperatures than liquid nitrogen, nitrogen vapors leaving the tank.

Общими недостатками аналогов и прототипа являются низкие откачные характеристики адсорбционного насоса из-за малоэффективного охлаждения адсорбента. Common disadvantages of analogues and prototype are low pumping characteristics of the adsorption pump due to inefficient cooling of the adsorbent.

Задачей настоящего изобретения является создание адсорбционного насоса, который обеспечивал бы улучшение откачных характеристик за счет повышения эффективности охлаждения адсорбента. The present invention is the creation of an adsorption pump, which would provide improved pumping characteristics by increasing the cooling efficiency of the adsorbent.

Поставленная задача решается тем, что в адсорбционный насос, содержащий теплоизолированную двустенную емкость, снабженную заправочным и дренажным трубопроводами, сообщенными с внутренней полостью, и адсорбент, закрепленный на внутренней стенке емкости в межстенной полости, в отличие от известного в него введена гофрированная оболочка, выполненная из капиллярно-пористого материала и закрепленная на внутренней поверхности внутренней стенки емкости. The problem is solved in that in an adsorption pump containing a heat-insulated double-walled tank, equipped with a filling and drainage pipelines in communication with the internal cavity, and an adsorbent mounted on the inner wall of the tank in the inter-wall cavity, in contrast to the known corrugated shell made of capillary-porous material and fixed on the inner surface of the inner wall of the tank.

Результат достигается тем, что в адсорбционном насосе емкость снабжена гофрированной оболочкой, выполненной из капиллярно-пористого материала, обеспечивающего за счет капиллярных свойств материала постоянное насыщение жидким азотом оболочки и полостей между внутренней стенкой емкости и гофрами оболочки вплоть до полного испарения жидкого азота из емкости, что позволяет постоянно охлаждать адсорбент, закрепленный на внутренней стенке, до температуры жидкого азота, а не до более высокой температуры, которую имеет газовая фаза азота, как это имеет место в прототипе, и что обеспечивает улучшение откачных характеристик за счет повышения эффективности охлаждения адсорбента и подтверждено испытаниями опытных образцов, изготовленных с использованием предлагаемого технического решения. The result is achieved in that the adsorption pump has a corrugated shell made of a capillary-porous material, which ensures, due to the capillary properties of the material, that the shell and cavities between the inner wall of the tank and the corrugations of the shell are continuously saturated with liquid nitrogen until the liquid nitrogen is completely evaporated from the tank, which allows you to constantly cool the adsorbent, mounted on the inner wall, to the temperature of liquid nitrogen, and not to a higher temperature, which has a gas phase of nitrogen, to to is the case in the prior art and which provides improved characteristics of pumped by increasing the cooling efficiency of the adsorbent and confirmed by tests of prototypes made using the proposed technical solutions.

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 эффективности охлаждения адсорбента и, следовательно, улучшения откачных характеристик. The use of the proposed adsorption pump device to maintain vacuum in confined spaces, for example, in the heat-insulating cavities of cryogenic containers during long-term storage of cryogenic products, will allow a significant economic effect by increasing the efficiency of cooling of the adsorbent and, therefore, improving pumping characteristics.

Суть изобретения поясняется чертежами, где
на фиг.1 изображен внешний вид предлагаемого адсорбционного насоса;
на фиг.2 - выносной элемент.The essence of the invention is illustrated by drawings, where
figure 1 shows the appearance of the proposed adsorption pump;
figure 2 - remote element.

Предлагаемый адсорбционный насос состоит из следующих основных узлов и деталей: теплоизолированной двустенной емкости 1 и адсорбента 2, закрепленного на внутренней стенке 3 на поверхности, обращенной в сторону внешней стенки 4 емкости 1. The proposed adsorption pump consists of the following main components and parts: insulated double-walled tank 1 and adsorbent 2, mounted on the inner wall 3 on the surface facing the outer wall 4 of the tank 1.

В емкости 1 на внутренней поверхности 5 внутренней стенки 3 закреплена гофрированная оболочка 6, выполненная из капиллярно-пористого материала, например капиллярно-пористого титана. Между внутренней стенкой 3 и гофрами оболочки 6 образованы полости 7. A corrugated shell 6 made of a capillary-porous material, for example capillary-porous titanium, is fixed in the container 1 on the inner surface 5 of the inner wall 3. Cavities 7 are formed between the inner wall 3 and the corrugations of the shell 6.

В качестве адсорбента 2 используют, например, цеолит СаЕ-4ВС, а в качестве теплоизоляции 8 используют, например, экранно-вакуумную теплоизоляцию ЭВТИ-2В. Адсорбент 2 и теплоизоляция 8 размещены в межстенной полости 9, снабженной клапаном вакуумирования 10. Емкость 1 снабжена заправочным трубопроводом 11 и дренажным трубопроводом 12, сообщенными с внутренней полостью 13 емкости 1. As adsorbent 2, for example, CaE-4BC zeolite is used, and as thermal insulation 8, for example, EVTI-2B screen-vacuum thermal insulation is used. The adsorbent 2 and thermal insulation 8 are placed in the inter-wall cavity 9, equipped with a vacuum valve 10. The tank 1 is equipped with a filling pipe 11 and a drain pipe 12 in communication with the internal cavity 13 of the tank 1.

Работает адсорбционный насос следующим образом. Криогенный продукт, например жидкий азот, заливают посредством заправочного трубопровода 11 во внутреннюю полость 13 емкости 1, в результате чего первоначально происходит захолаживание адсорбционного насоса с последующим заполнением внутренней полости 13 до заданного уровня. Испаряющийся за счет теплопритоков азот отводят через дренажный трубопровод 12. The adsorption pump operates as follows. A cryogenic product, for example liquid nitrogen, is poured by means of a filling pipe 11 into the internal cavity 13 of the container 1, as a result of which the adsorption pump is cooled down first and then the internal cavity 13 is filled to a predetermined level. Evaporating due to heat influx, nitrogen is removed through the drainage pipe 12.

Адсорбент 2 при охлаждении от внутренней стенки 3 включается в работу и, чем лучше организовано его охлаждение, тем эффективнее его работа. Охлаждаясь до температуры жидкого азота, адсорбент 2 поглощает молекулы газов из межстенной полости 9 и поддерживает в ней вакуум порядка 1•10^-4 мм рт.ст. и выше, необходимый для эффективной работы экранно-вакуумной теплоизоляции 8.The adsorbent 2 during cooling from the inner wall 3 is included in the work and the better organized its cooling, the more efficient its work. Cooling to the temperature of liquid nitrogen, adsorbent 2 absorbs gas molecules from interstitial cavity 9 and maintains a vacuum of about 1 • 10 ^-4 mm Hg in it. and above, necessary for the effective operation of screen-vacuum thermal insulation 8.

По мере испарения жидкого азота из внутренней полости 13 уровень жидкой фазы азота снижается и образуется газовая подушка, имеющая более высокую температуру по сравнению с жидкой фазой азота, однако за счет капиллярных свойств капиллярно-пористого материала гофрированная оболочка 6 остается постоянно в насыщенном жидким азотом состоянии, при этом полости 7 постоянно подпитываются жидкой фазой азота и таким образом обеспечивается стабильное охлаждение внутренней стенки 3, а от нее и адсорбента 2 до температуры жидкой фазы азота вплоть до полного его испарения из полости 7 емкости 1. Клапан вакуумирования 10 используют при регенерации адсорбента 2. As liquid nitrogen evaporates from the inner cavity 13, the level of the liquid nitrogen phase decreases and a gas cushion is formed that has a higher temperature than the liquid nitrogen phase, however, due to the capillary properties of the capillary-porous material, the corrugated shell 6 remains constantly in a state saturated with liquid nitrogen, in this case, the cavities 7 are constantly fed by the liquid nitrogen phase, and thus stable cooling of the inner wall 3, and from it the adsorbent 2, to the temperature of the liquid nitrogen phase is ensured up to olnogo its evaporation from the cavity 7 of vacuum vessel 1. Valve 10 is used in the regeneration of the adsorbent 2.

Таким образом, предлагаемое техническое решение и конструктивное исполнение адсорбционного насоса с использованием гофрированной оболочки 6, выполненной из капиллярно-пористого материала, обеспечивает улучшение откачных характеристик насоса за счет повышения эффективности охлаждения адсорбента 2, что позволяет обеспечить выполнение поставленной задачи. Thus, the proposed technical solution and the design of the adsorption pump using a corrugated shell 6 made of capillary-porous material, improves the pumping characteristics of the pump by increasing the cooling efficiency of the adsorbent 2, which ensures the fulfillment of the task.

Claims

An adsorption pump containing a heat-insulated double-walled container equipped with filling and drainage pipelines in communication with the internal cavity, and an adsorbent fixed to the internal wall of the container in the inter-wall cavity, characterized in that a corrugated shell made of capillary-porous material is inserted into it and fixed to the inner surface of the inner wall of the tank.