RU2208181C1

RU2208181C1 - Adsorption pump

Info

Publication number: RU2208181C1
Application number: RU2001129204/06A
Authority: RU
Inventors: В.И. Гореликов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П.Королева"
Priority date: 2001-10-29
Filing date: 2001-10-29
Publication date: 2003-07-10

Abstract

FIELD: cryogenic engineering. SUBSTANCE: invention is designed for maintaining vacuum in closed spaces by absorbing molecules of gases. Proposed pump contains reservoir with neck in outer envelope, multiple-layer vacuum thermal insulation, screen and absorbent secured on inner wall of reservoir. Radiation clearance is left in layers of thermal insulation. Screen is placed in this clearance being secured on neck of reservoir. EFFECT: improved evacuation characteristics. 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", изд. "Машиностроение", М., 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. Адсорбент в известных устройствах слабо защищен от внешних теплопритоков, что отрицательно сказывается на его работоспособности. Adsorption pumps are known (see, for example, EI Mikulin "Cryogenic Technique", publishing house "Mechanical Engineering", Moscow, 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 adsorbent in known devices is poorly protected from external heat influences, which negatively affects its performance.

Недостатками таких адсорбционных насосов является низкая эффективность работы из-за повышенных внешних теплопритоков. The disadvantages of such adsorption pumps is the low efficiency due to increased external heat influx.

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 емкость с горловиной в наружной оболочке, многослойно-вакуумную теплоизоляцию, экран и адсорбент, закрепленный на внутренней стенке емкости. An adsorption pump is also known (see, for example, USSR author's certificate 827835, IPC: F 04 B 37/02 of 1981), selected as a prototype and containing a container with a neck in the outer shell, multilayer-vacuum thermal insulation, a screen and an adsorbent mounted on the inner wall of the tank.

Адсорбент, например, активированный 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, заполненной криогенным продуктом, например, жидким азотом. Адсорбент в данном устройстве подвергается воздействию теплопритоков из окружающей среды со стороны наружной оболочки емкости и по опорным элементам, что отрицательно сказывается на работе адсорбента. The adsorbent, for example, activated carbon, 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 the inner wall of the tank 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 shell of the tank and along the supporting elements, which negatively affects the operation of the adsorbent.

Недостатками известного адсорбционного насоса являются низкие откачные характеристики из-за повышенных внешних теплопритоков. The disadvantages of the known adsorption pump are low pumping characteristics due to increased external heat influx.

Задачей настоящего изобретения является создание адсорбционного насоса, который обладал бы повышенными откачными характеристиками за счет уменьшения внешних теплопритоков. The present invention is the creation of an adsorption pump, which would have increased pumping characteristics by reducing external heat inflows.

Поставленная задача решается тем, что в адсорбционном насосе, содержащем емкость с горловиной в наружной оболочке, многослойно-вакуумную теплоизоляцию, экран и адсорбент, закрепленный на внутренней стенке емкости, в слоях теплоизоляции выполнен радиационный зазор, а экран расположен в этом зазоре и закреплен на горловине емкости. The problem is solved in that in an adsorption pump containing a container with a neck in the outer shell, a multi-layer vacuum insulation, a screen and an adsorbent mounted on the inner wall of the container, a radiation gap is made in the insulation layers, and the screen is located in this gap and fixed on the neck capacities.

Технический результат в части выполнения в слоях теплоизоляции радиационного зазора и расположения в нем экрана, закрепленного на горловине емкости, а также взаимная конструктивная связь всех составных элементов адсорбционного насоса обеспечивает повышение откачных характеристик за счет уменьшения теплопритоков, в том числе, теплопритоков извне, снимаемых экраном, расположенным в радиационном зазоре, образованном в слоях теплоизоляции, что подтверждено испытаниями опытных образцов, изготовленных с использованием предлагаемого технического решения. The technical result in terms of the implementation in the layers of thermal insulation of the radiation gap and the location in it of a screen fixed to the neck of the tank, as well as the mutual structural connection of all the constituent elements of the adsorption pump, increase the pumping characteristics by reducing heat inflows, including external heat inflows removed by the screen, located in the radiation gap formed in the layers of thermal insulation, which is confirmed by tests of prototypes made using the proposed solution.

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 обеспечения повышенных откачных характеристик путем уменьшения внешних теплопритоков. 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 provide a significant economic effect by providing increased pumping characteristics by reducing external heat inflows.

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

Предлагаемый адсорбционный насос состоит из следующих основных узлов и деталей: емкости 1 с горловиной 2 в наружной оболочке 3, многослойно-вакуумной теплоизоляции 4, экрана 5 и адсорбента 6, закрепленного на внутренней стенке 7 емкости 1. The proposed adsorption pump consists of the following main components and parts: a tank 1 with a neck 2 in the outer shell 3, a multi-layer vacuum insulation 4, a screen 5 and an adsorbent 6, mounted on the inner wall 7 of the tank 1.

В слоях 8 теплоизоляции 4 выполнен радиационный зазор 9, а экран 5 перфорирован и выполнен из высокотеплопроводного материала, например, меди и расположен в этом зазоре 9. Экран 5 закреплен на горловине 2 емкости 1. In layers 8 of thermal insulation 4, a radiation gap 9 is made, and the screen 5 is perforated and made of highly heat-conducting material, for example, copper, and is located in this gap 9. The screen 5 is mounted on the neck 2 of the tank 1.

Емкость 1 снабжена пенопластовой пробкой 10, устанавливаемой в горловине 2 с образованием между пробкой и горловиной кольцевого канала или спиралеобразного канала 11 для отвода паров криогенного продукта, например, жидкого азота. Для чего, в первом случае, пробка 10 устанавливается с кольцевым зазором относительно горловины 2, а во втором, пробка устанавливается беззазорно, но при этом на поверхности пробки 10 или горловины 2 выполняют спиралеобразный канал 11 для удлинения пути прохождения газов и более эффективного охлаждения горловины и снятия теплопритоков, поступающих извне. Емкость 1 содержит клапан вакуумирования 12, установленный на наружной оболочке 3 и сообщенный с межстенной полостью 13 емкости 1. Клапан вакуумирования используют при проведении регенерации адсорбента 6. The tank 1 is equipped with a foam plug 10, installed in the neck 2 with the formation between the stopper and the neck of the annular channel or spiral channel 11 for the removal of the vapor of the cryogenic product, for example, liquid nitrogen. Why, in the first case, the stopper 10 is installed with an annular gap relative to the neck 2, and in the second, the stopper is installed without a gap, but at the same time, a spiral-like channel 11 is made on the surface of the stopper 10 or neck 2 to extend the gas path and more efficiently cool the neck and removal of heat influx coming from outside. The tank 1 contains a vacuum valve 12 mounted on the outer shell 3 and communicated with the interwall cavity 13 of the tank 1. The vacuum valve is used during regeneration of the adsorbent 6.

Работает адсорбентный насос следующим образом. The adsorbent pump operates as follows.

Криогенный продукт, например жидкий азот, заливают через горловину 2 во внутреннюю полость емкости 1, в результате чего первоначально происходит захолаживание адсорбционного насоса с последующим заполнением внутренней полости емкости 1 до заданного уровня. После заправки емкости 1 жидким азотом горловину 1 закрывают пробкой 10. Испаряющийся азот отводят наружу через спиральный канал (кольцевой канал) 11, при этом холодные пары азота, соприкасаясь с пробкой 10 и горловиной 2, охлаждают их и снимают тепло, поступающее извне. A cryogenic product, for example liquid nitrogen, is poured through the neck 2 into the internal cavity of the tank 1, as a result of which the adsorption pump is cooled down first and then the internal cavity of the tank 1 is filled to a predetermined level. After filling the tank 1 with liquid nitrogen, the neck 1 is closed with a stopper 10. Evaporating nitrogen is led out through a spiral channel (ring channel) 11, while cold nitrogen vapors, in contact with the stopper 10 and neck 2, cool them and remove heat from the outside.

Адсорбент 6, закрепленный на внутренней стенке 7 емкости 1, при охлаждении от стенки 7 включается в работу. В качестве адсорбента 6 используют, например, цеолит СаЕ - 4ВС или активированный древесный уголь. Охлаждаясь до температуры жидкого азота, адсорбент 6 поглощает молекулы газов из межстенной полости 13 и, тем самым, повышает и поддерживает вакуум порядка 1•10^-4 мм рт. ст. в межстенной полости 13, в которой размещена многослойно-вакуумная теплоизоляция 4, например, экранно-вакуумная теплоизоляция ЭВТИ - 2В, эффективно работающая при вакууме порядка 1•10^-4 мм рт.ст. и состоящая из чередующихся слоев отражающего и прокладочного материалов. Отражающим материалом служит полиэтилентерефталатная пленка, алюминизированная с двух сторон, а прокладочным - стекловуаль. Выполнение в слоях 8 теплоизоляции 4 радиационного зазора 9 обеспечивает радиационный теплообмен и поглощение (съем) расположенным в зазоре 9 экраном 5 основных теплопритоков, поступающих от наружной оболочки 3 и слоев 8 теплоизоляции 4, расположенных над экраном на размере l, при этом закрепление экрана 5 на горловине 2 обеспечивает перенос тепла с экрана 5 на охлаждаемую отходящими парами азота горловину 2, что повышает эффективность работы экрана 5. Для обеспечения откачки газов из надэкранной части в полости 13 экран 5 перфорирован. Организованная таким образом защита от теплопритоков извне адсорбента 6 и охлаждающего его через стенку 7 жидкого азота позволяет обеспечить эффективное охлаждение адсорбента 6, что повышает его откачные характеристики за счет снижения внешних теплопритоков, а это позволяет выполнить поставленную задачу.The adsorbent 6, mounted on the inner wall 7 of the tank 1, when cooling from the wall 7 is included in the work. As adsorbent 6, for example, zeolite CaE-4BC or activated charcoal is used. Cooling to the temperature of liquid nitrogen, the adsorbent 6 absorbs gas molecules from the interstitial cavity 13 and, thereby, increases and maintains a vacuum of the order of 1 • 10 ^-4 mm RT. Art. in the inter-wall cavity 13, in which the multilayer-vacuum thermal insulation 4 is placed, for example, the EVTI-2B screen-vacuum thermal insulation, which effectively works under a vacuum of the order of 1 • 10 ^-4 mm Hg. and consisting of alternating layers of reflective and cushioning materials. Reflective material is a polyethylene terephthalate film aluminized on both sides, and cushioning is a glass veil. The implementation in layers 8 of thermal insulation 4 of the radiation gap 9 provides radiation heat transfer and absorption (removal) located in the gap 9 of the screen 5 of the main heat influx coming from the outer shell 3 and layers 8 of the insulation 4 located above the screen at a size l, while fixing the screen 5 to the neck 2 provides heat transfer from the screen 5 to the neck 2 cooled by the exhaust nitrogen vapor, which increases the efficiency of the screen 5. To ensure the pumping of gases from the over-screen part in the cavity 13, the screen 5 is perforated. Organized in this way, protection from heat influx from the outside of the adsorbent 6 and liquid nitrogen cooling it through the wall 7 allows for efficient cooling of the adsorbent 6, which increases its pumping characteristics by reducing external heat influx, and this allows you to perform the task.

Claims

An adsorption pump containing a container with a neck in the outer shell, a multi-layer vacuum insulation, a screen and an adsorbent mounted on the inner wall of the tank, characterized in that a radiation gap is made in the insulation layers, and the screen is located in this gap and is fixed on the neck of the tank.