RU2208182C1

RU2208182C1 - Adsorption pump

Info

Publication number: RU2208182C1
Application number: RU2001132993/06A
Authority: RU
Inventors: В.И. Гореликов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П.Королева"
Priority date: 2001-12-05
Filing date: 2001-12-05
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 double-walled thermally insulated reservoir with cooling agent, furnished with drain pipeline. Bypass and filling pipeline is furnished with valves. Adsorbent is secured on inner wall of reservoir. Additional reservoir furnished with pressure building source is connected to bypass pipeline. Ejector is installed at outlet of pipeline from additional reservoir. Said ejector is connected to drain pipeline. EFFECT: improved 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. М.: Машиностроение, 1969), содержащие адсорбент, заключенный в перфорированную оболочку и закрепленный на холодной стенке криогенных устройств. 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.

Такие адсорбционные насосы выполняются в виде самостоятельных кассетных или капсульных устройств, пристыкованных к охлаждаемой хладагентом стенке холодильной машины, аппарата или емкости. Адсорбент в известных устройствах имеет малоэффективное охлаждение, что отрицательно сказывается на его работоспособности. 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. The adsorbent in known devices 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), выбранный в качестве прототипа и содержащий теплоизолированную двустенную емкость с хладагентом, снабженную дренажным трубопроводом, а также обводным и заправочным трубопроводами с вентилями, 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 heat-insulated double-walled container with refrigerant, equipped with a drainage pipe, as well as bypass and filling pipelines with valves , and an adsorbent attached to the inner wall of the container.

Адсорбент, например активированный древесный уголь, размещен в межстенной полости с обеспечением теплового контакта с внешней поверхностью внутренней стенки емкости и имеет охлаждение от внутренней стенки емкости, заполненной криогенным продуктом (хладагентом), например жидким азотом. 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 from the inner wall of the tank filled with a cryogenic product (refrigerant), for example, liquid nitrogen.

Адсорбент в данном устройстве охлаждается газовой фазой испаряющегося криогенного продукта, имеющей более высокую температуру, чем криогенная жидкость, что отрицательно сказывается на работе адсорбента. The adsorbent in this device is cooled by the gas phase of the evaporating cryogenic product, which has a higher temperature than the cryogenic liquid, which negatively affects the operation of the adsorbent.

Недостатком известного адсорбционного насоса являются низкие откачные характеристики из-за малоэффективного охлаждения адсорбента. A disadvantage of the known adsorption pump is the low pumping characteristics due to inefficient cooling of the adsorbent.

Задачей настоящего изобретения является создание адсорбционного насоса, который обладал бы повышенными откачными характеристиками за счет повышения эффективности охлаждения адсорбента, что в свою очередь увеличивало бы длительность работы. The present invention is the creation of an adsorption pump, which would have increased pumping characteristics by increasing the cooling efficiency of the adsorbent, which in turn would increase the duration of the work.

Поставленная задача решается тем, что в адсорбционном насосе, содержащем теплоизолированную двустенную емкость с хладагентом, снабженную дренажным трубопроводом, а также обводным и заправочным трубопроводами с вентилями, и адсорбент, закрепленный на внутренней стенке емкости, в отличие от известного к обводному трубопроводу подключена дополнительная емкость, снабженная источником повышения давления, а на выходе трубопровода из дополнительной емкости установлен эжектор, подключенный к дренажному трубопроводу. The problem is solved in that in an adsorption pump containing a thermally insulated double-walled tank with refrigerant, equipped with a drain pipe, as well as bypass and filling pipelines with valves, and an adsorbent fixed on the inner wall of the tank, in contrast to the known bypass pipe, an additional tank is connected, equipped with a source of pressure increase, and an ejector connected to a drainage pipe is installed at the outlet of the pipeline from the additional tank.

Результат достигается тем, что в адсорбционном насосе адсорбент охлаждается хладагентом, более эффективно охлаждаемым в емкости за счет разряжения, создаваемого эжектором, подключенным к дренажному трубопроводу и работающему от дополнительной емкости, снабженной источником повышения давления и подключенной к обводному трубопроводу. The result is achieved by the fact that in the adsorption pump the adsorbent is cooled by a refrigerant, which is more efficiently cooled in the tank due to the vacuum created by the ejector connected to the drain pipe and working from an additional tank equipped with a pressure source and connected to the bypass pipe.

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

Предлагаемый адсорбционный насос состоит из следующих основных узлов и деталей: теплоизолированной двустенной емкости 1 с хладагентом 2, снабженной дренажным трубопроводом 3 и обводным трубопроводом 4, и адсорбента 5, закрепленного на внутренней стенке 6 емкости 1. The proposed adsorption pump consists of the following main components and parts: a heat-insulated double-walled tank 1 with a refrigerant 2, equipped with a drainage pipe 3 and a bypass pipe 4, and an adsorbent 5, mounted on the inner wall 6 of the tank 1.

К обводному трубопроводу 4 подключена дополнительная емкость 7, снабженная источником повышения давления 8, например электронагревателем, а на выходе 9 трубопровода 10 из дополнительной емкости 7 установлен эжектор 11, подключенный к дренажному трубопроводу 3. An additional tank 7 is connected to the bypass pipe 4, provided with a pressure increasing source 8, for example, an electric heater, and an ejector 11 connected to the drain pipe 3 is installed at the outlet 9 of the pipe 10 from the additional tank 7.

В качестве адсорбента 5 применяют, например, цеолит СаЕН-4ВС ТУ 38-301018-84 или активированный древесный уголь марки ПАУ-1. As the adsorbent 5, for example, zeolite CaEN-4BC TU 38-301018-84 or activated charcoal PAU-1 is used.

В качестве теплоизоляции 12 применяют, например, экранно-вакуумную теплоизоляцию ЭВТИ-2В, размещенную в межстенной полости 13. Емкость 1 снабжена клапаном вакуумирования 14, заправочным трубопроводом 15, сообщенным с внутренней полостью 16 емкости 1. Заправочный трубопровод 15 снабжен вентилем 18, а обводной трубопровод 4 - вентилем 17. As thermal insulation 12, for example, EVTI-2B screen-vacuum thermal insulation located in the inter-wall cavity 13 is used. The tank 1 is equipped with a vacuum valve 14, a filling pipe 15 connected to the internal cavity 16 of the tank 1. The filling pipe 15 is equipped with a valve 18, and a bypass pipeline 4 - valve 17.

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

Хладагент, например жидкий азот, заливают посредством заправочного трубопровода 15 во внутреннюю полость 16 емкости 1, в результате чего первоначально происходит захолаживание адсорбционного насоса с последующим заполнением внутренней полости 16 до заданного уровня. Испаряющийся азот отводят через дренажный трубопровод 3. Одновременно хладагентом заполняют дополнительную емкость 7, после чего закрывают вентили 18. При необходимости производят заправку (дозаправку) емкостей 1 и 7 отдельно, при этом открывают (закрывают) соответствующий вентиль 18 или 17. Адсорбент 5, закрепленный на внутренней стенке 6, при охлаждении от стенки 6 включается в работу и чем ниже температура охлаждения, тем эффективнее работа адсорбента 5. Для понижения температуры азота, находящегося во внутренней полости 16 емкости 1, в дополнительной емкости 7 включают источник повышения давления 8 (электронагреватель) и поднимают давление, в результате чего пары азота под давлением выбрасываются через трубопровод 10 и эжектор 11. В результате эжекции через дренажный трубопровод 3 засасываются и выбрасываются пары азота из внутренней полости 16 емкости 1, образуя в полости 16 разряжение, вызывающее переохлаждение жидкого азота, находящегося в полости 16, что в свою очередь обеспечивает охлаждение адсорбента 5 до более низких температур. Охлаждаясь до температуры переохлажденного азота, адсорбент 5 поглощает молекулы газов из межстенной полости 13 и тем самым повышается и поддерживается вакуум порядка 1•10^-5 мм рт.ст. и выше в межстенной полости 13, в которой размещена теплоизоляция 12, эффективно работающая при вакууме порядка 1•10^-4 мм рт. ст. и выше. При высоком вакууме и высокоэффективной работе теплоизоляции 12 теплопритоки к хладагенту и адсорбенту 5 из внешней среды снижаются до минимума, что обеспечивает длительную работу адсорбционного насоса.A refrigerant, for example liquid nitrogen, is filled by means of a filling pipe 15 into the internal cavity 16 of the container 1, as a result of which the adsorption pump is cooled down first and then the internal cavity 16 is filled to a predetermined level. Evaporating nitrogen is discharged through the drainage pipe 3. At the same time, an additional container 7 is filled with refrigerant, and then valves 18 are closed. If necessary, fill (refuel) containers 1 and 7 separately, while opening (closing) the corresponding valve 18 or 17. Adsorbent 5, fixed on the inner wall 6, when cooling from the wall 6 is included in the work and the lower the cooling temperature, the more efficient the work of the adsorbent 5. To lower the temperature of nitrogen located in the inner cavity 16 of the tank 1, in addition of the tank 7 include a source of pressure increase 8 (electric heater) and increase the pressure, as a result of which nitrogen vapor under pressure is ejected through the pipe 10 and the ejector 11. As a result of ejection through the drain pipe 3, nitrogen vapor is sucked in and ejected from the inner cavity 16 of the tank 1, forming in the cavity 16, a vacuum causing supercooling of liquid nitrogen located in the cavity 16, which in turn provides cooling of the adsorbent 5 to lower temperatures. Cooling to the temperature of supercooled nitrogen, the adsorbent 5 absorbs gas molecules from the interstitial cavity 13 and thereby increases and maintains a vacuum of the order of 1 • 10 ^-5 mm Hg. and higher in the inter-wall cavity 13, in which the thermal insulation 12 is located, which effectively works under a vacuum of the order of 1 • 10 ^-4 mm RT. Art. and higher. With a high vacuum and highly efficient operation of the thermal insulation 12, heat inflows to the refrigerant and adsorbent 5 from the external environment are reduced to a minimum, which ensures a long-term operation of the adsorption pump.

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 откачных характеристик путем улучшения эффективности охлаждения адсорбента, что подтверждено испытаниями опытных образцов, изготовленных с использованием предлагаемого технического решения. 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 pumping characteristics by improving the cooling efficiency of the adsorbent, which is confirmed by tests of prototypes made using the proposed technical solution.

Claims

An adsorption pump containing a thermally insulated double-walled tank with refrigerant, equipped with a drainage pipe, as well as bypass and filling pipelines with valves, and an adsorbent mounted on the inner wall of the tank, characterized in that an additional tank equipped with a pressure source is connected to the bypass pipe, and an ejector connected to a drainage pipe is installed at the outlet of the pipeline from the additional tank.