RU2208703C2

RU2208703C2 - Adsorption pump

Info

Publication number: RU2208703C2
Application number: RU2001123670A
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: 2003-07-20

Abstract

FIELD: cryogenic engineering. SUBSTANCE: proposed pump contains additional porous envelope which is in contact with adsorbent and made in form of porous material with open pores featuring low heat conductivity. Said porous envelope is placed between layers of thermal insulation and walls of container. EFFECT: improved pump 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., 1969г.), 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 недостаточно 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", publishing house "Engineering", M., 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 the known devices is not sufficiently protected from external heat influx and has ineffective cooling, which negatively affects its performance.

Недостатками таких адсорбционных насосов является низкая эффективность работы. The disadvantages of such adsorption pumps is the low efficiency.

Известен также адсорбционный насос (см., например, авторское свидетельство СССР 827835, МПК F 04 B 37/02 от 1981 г.), выбранный в качестве прототипа и содержащий двустенную емкость, адсорбент и вакуумно-многослойную теплоизоляцию, состоящую из чередующихся слоев отражающего и прокладочного материалов. Also known is an adsorption pump (see, for example, USSR author's certificate 827835, IPC F 04 B 37/02 of 1981), selected as a prototype and containing a double-walled tank, adsorbent and vacuum multi-layer thermal insulation, consisting of alternating layers of reflecting and cushioning materials.

Адсорбент, например активированный древесный уголь, размещен в межстенной полости и имеет тепловой контакт с внутренней стенкой емкости, заполненной криогенным продуктом, например жидким азотом. Вакуумно-многослойная теплоизоляция нанесена на охлаждаемый экран и заполняет всю межстенную полость и образует застойные трудно откачиваемые объемы, при этом не обеспечено шлюзование для свободного отвода молекул газов из-под плотных слоев отражающего материала, что увеличивает время на откачку (поглощение) молекул газов из межстенной полости емкости и ухудшает эффективность работы адсорбента. An adsorbent, for example, activated charcoal, is placed in the interstitial cavity and has thermal contact with the inner wall of the vessel filled with a cryogenic product, for example, liquid nitrogen. Vacuum-multilayer thermal insulation is applied to the cooled screen and fills the entire interstitial cavity and forms stagnant, difficult pumped volumes, while there is no lock for free removal of gas molecules from under the dense layers of reflective material, which increases the time for pumping (absorption) of gas molecules from the interwall cavity capacity and degrades the efficiency of the adsorbent.

Недостатками известного адсорбционного насоса являются низкие характеристики откачки из-за больших сопротивлений при прохождении молекул газов из-под плотных слоев отражающего материала и из межстенной полости к адсорбенту. The disadvantages of the known adsorption pump are low pumping characteristics due to the high resistance when passing gas molecules from under the dense layers of reflective material and from the interstitial cavity to the adsorbent.

Задачей настоящего изобретения является создание адсорбционного насоса, который обладал бы повышенными характеристиками откачки за счет снижения сопротивления при откачке молекул газов из замкнутого объема межстенной полости емкости. The present invention is the creation of an adsorption pump, which would have improved pumping characteristics by reducing resistance when pumping gas molecules from a closed volume of the interstitial cavity of the tank.

Задача решается тем, что в адсорбционный насос, содержащий двустенную емкость, адсорбент и вакуумно-многослойную теплоизоляцию, состоящую из чередующихся слоев отражающего и прокладочного материалов, введена дополнительная пористая оболочка, выполненная в виде рукава из пористого низкотеплопроводного материала с открытыми порами, размещенная между слоями теплоизоляции и стенками емкости и контактирующая с адсорбентом. The problem is solved in that an additional porous shell made in the form of a sleeve made of a porous low-heat-conducting material with open pores placed between the layers of thermal insulation is introduced into the adsorption pump containing a double-walled container, adsorbent, and vacuum multilayer thermal insulation, consisting of alternating layers of reflective and cushioning materials. and the walls of the container and in contact with the adsorbent.

Результат достигается тем, что дополнительная пористая оболочка, выполненная в виде рукава из пористого низкотеплопроводного материала с открытыми порами, выполняет роль шлюзов при откачке молекул газов из межстенной полости емкости и снижает сопротивление при прохождении молекул газов к адсорбенту. The result is achieved by the fact that an additional porous shell made in the form of a sleeve of porous low-heat-conducting material with open pores acts as a gateway when pumping gas molecules from the interstitial cavity of the tank and reduces the resistance when gas molecules pass to the adsorbent.

Технический результат в части введения дополнительной пористой оболочки, выполненной в виде рукава из пористого низкотеплопроводного материала с открытыми порами и размещение ее в межстенной полости с обеспечением контакта с адсорбентом, а также взаимная конструктивная связь всех составных элементов адсорбционного насоса обеспечивает повышение характеристик откачки за счет снижения сопротивления молекулам газа при прохождении их к адсорбенту, что подтверждено испытаниями опытных образцов, изготовленных с использованием предлагаемого технического решения. The technical result in terms of introducing an additional porous shell made in the form of a sleeve of a porous low-heat-conducting material with open pores and placing it in the inter-wall cavity to ensure contact with the adsorbent, as well as the mutual structural connection of all the constituent elements of the adsorption pump, provides an increase in pumping characteristics due to a decrease in resistance gas molecules as they pass to the adsorbent, as confirmed by tests of prototypes made using direct 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 характеристик откачки адсорбента путем снижения сопротивления при откачке молекул газов из межстенной теплоизоляционной полости емкости. The use of the proposed adsorption pump device for maintaining vacuum in confined spaces, for example, in heat-insulating cavities of cryogenic containers, during long-term storage of cryogenic products will allow a significant economic effect by increasing the characteristics of the pumping of the adsorbent by reducing the resistance when pumping gas molecules from the interstitial heat-insulating cavity of the tank.

Сущность изобретения поясняется чертежом. The invention is illustrated in the drawing.

Адсорбционный насос состоит из следующих основных узлов и деталей: двустенной емкости 1, адсорбента 2, вакуумно-многослойной теплоизоляции 3, состоящей из чередующихся слоев отражающего материала 4 и прокладочного материала 5. The adsorption pump consists of the following main components and parts: double-walled tank 1, adsorbent 2, vacuum multi-layer thermal insulation 3, consisting of alternating layers of reflective material 4 and cushioning material 5.

Насос содержит также дополнительную пористую оболочку 6, выполненную в виде рукава 7 из пористого низкотеплопроводного материала с открытыми порами и размещенную таким образом, что оболочка 6 расположена между слоями теплоизоляции 3 и стенками 8, 9 емкости 1, а также возможностью одновременного контакта с адсорбентом 2. В качестве адсорбента 2 используют, например, цеолит СаЕ-4ВС. В качестве вакуумно-многослойной теплоизоляции 3 используют, например, экранно-вакуумную теплоизоляцию ЭВТИ-2В, состоящую из сублимированных слоев отражающего материала 4, например из полиэтилентерефталатной пленки, алюминизированной с двух сторон, и прокладочного материала 5, выполненного, например, из стекловуали или стеклобумаги. В качестве пористого низкотеплопроводного материала с открытыми порами при изготовлении дополнительной пористой оболочки 6, выполненной в виде рукава 7, используют, например, стекловуаль, стеклобумагу или стеклокартон. The pump also contains an additional porous shell 6, made in the form of a sleeve 7 of a porous low-conductive material with open pores and placed in such a way that the shell 6 is located between the insulation layers 3 and the walls 8, 9 of the tank 1, as well as the possibility of simultaneous contact with the adsorbent 2. As adsorbent 2, for example, zeolite CaE-4BC is used. As a vacuum multilayer thermal insulation 3, for example, EVTI-2B screen-vacuum thermal insulation is used, consisting of sublimated layers of reflecting material 4, for example, polyethylene terephthalate film aluminized on both sides, and cushioning material 5 made, for example, of glass fiber or glass paper . As the porous low-heat-conducting material with open pores in the manufacture of additional porous shell 6, made in the form of a sleeve 7, use, for example, glass veil, glass paper or glass board.

Адсорбционный насос снабжен заправочным трубопроводом 10 и дренажным трубопроводом 11. В межстенной полости 12 емкости 1 при изготовлении насоса создают предварительный вакуум порядка 1•10^-3 мм рт.ст. посредством вакуумного насоса.The adsorption pump is equipped with a filling pipe 10 and a drain pipe 11. In the interstitial cavity 12 of the container 1, a preliminary vacuum of the order of 1 • 10 ^-3 mm Hg is created during the manufacture of the pump. by means of a vacuum pump.

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

Хладагент, например жидкий азот, заправляют во внутреннюю полость 13 емкости 1 через заправочный трубопровод 10; испаряющийся при заправке азот сбрасывают через дренажный трубопровод 11. В процессе заправки первоначально происходит захолаживание адсорбционного насоса с последующим заполнением емкости 1 жидким азотом до заданного уровня. The refrigerant, for example liquid nitrogen, is charged into the internal cavity 13 of the tank 1 through the filling pipe 10; Evaporated during refueling, nitrogen is discharged through the drainage pipe 11. In the process of refueling, the adsorption pump is initially cooled down, followed by filling the tank 1 with liquid nitrogen to a predetermined level.

Адсорбент 2, размещенный на внутренней стенке 8 емкости 1, при охлаждении от стенки 8 включается в работу. Охлаждаясь до температуры жидкого азота, адсорбент 2 поглощает молекулы газов из межстенной полости 12 емкости 1 и, тем самым, повышает и поддерживает в ней вакуум порядка 1•10^-4 мм рт. ст. и выше. При высоком вакууме и высокоэффективной теплоизоляции 3 теплопритоки извне к жидкому азоту снижаются до минимума, что обеспечивает длительное хранение жидкого азота, а следовательно, и длительную работу адсорбционного насоса.The adsorbent 2 located on the inner wall 8 of the tank 1, when cooled from the wall 8 is included in the work. Cooling to the temperature of liquid nitrogen, the adsorbent 2 absorbs gas molecules from the interstitial cavity 12 of the container 1 and, thereby, increases and maintains a vacuum of about 1 • 10 ^-4 mm Hg in it. Art. and higher. With a high vacuum and highly efficient thermal insulation 3, heat influx from the outside to liquid nitrogen is reduced to a minimum, which ensures long-term storage of liquid nitrogen, and, consequently, long-term operation of the adsorption pump.

Дополнительная пористая оболочка 6, выполненная в виде рукава 7, облегает по торцам чередующиеся слои отражающего материала 4 и прокладочного материала 5 и, пролегая между слоями теплоизоляции 3 и стенками 8, 9 емкости 1, обеспечивает зазор (шлюз) для беспрепятственного прохождения молекул газов из-под плотных слоев отражающего материала 4 и из зазора между слоями теплоизоляции 3 и стенками 8, 9 емкости 1 к адсорбенту 2, что значительно уменьшает сопротивление откачки молекул газов из межстенной полости 12 и повышает характеристики откачки адсорбента 2, а следовательно, выполняет поставленную задачу. An additional porous shell 6, made in the form of a sleeve 7, encloses alternating layers of reflecting material 4 and cushioning material 5 at the ends and, lying between the insulation layers 3 and walls 8, 9 of the tank 1, provides a gap (gateway) for unhindered passage of gas molecules from under the dense layers of reflective material 4 and from the gap between the insulation layers 3 and the walls 8, 9 of the container 1 to the adsorbent 2, which significantly reduces the resistance of evacuation of gas molecules from the interstitial cavity 12 and increases the characteristics of the evacuation of adsorbent Ente 2, and therefore, performs the task.

Claims

An adsorption pump containing a double-walled container, an adsorbent, and a vacuum multi-layer thermal insulation, consisting of alternating layers of reflective and cushioning materials, characterized in that an additional porous shell is made in it, made in the form of a sleeve of a porous low-heat-conducting material with open pores, placed between the layers thermal insulation and the walls of the tank and in contact with the adsorbent.