RU2215900C2

RU2215900C2 - Adsorption pump

Info

Publication number: RU2215900C2
Application number: RU2002101973/06A
Authority: RU
Inventors: В.И. Гореликов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П.Королева"
Priority date: 2002-01-21
Filing date: 2002-01-21
Publication date: 2003-11-10

Abstract

FIELD: cryogenic engineering. SUBSTANCE: invention is designed for maintaining vacuum by absorbing molecules of gases in closed volumes. Proposed pump contains double-walled container with vacuum multiplelayer heat insulation placed between outer and inner walls and consisting of alternating reflecting screens with smooth metallized surface provided with metallized coating from both sides. Adsorbent is secured on inner wall. Layers are made of polyethylene terephthalate film with rough surface. Reflecting screen of heat insulation is connected with inner wall by spacers made of low heat conduction material forming clearance between adsorbent and reflecting screen. EFFECT: improved evacuation characteristics owing to reduction of heat flows through heat insulation. 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, 1969г.), содержащие адсорбент, заключенный в перфорированную оболочку и закрепленный на холодной стенке криогенных устройств. Такие адсорбционные насосы выполняются в виде самостоятельных кассетных устройств, пристыковываемых к охлаждаемой хладагентом стенке холодильной машины, аппарата или криогенной 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", 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 devices, docked to the refrigerated wall of the refrigeration machine, apparatus or cryogenic tank. 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 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 1981г.), выбранный в качестве прототипа и содержащий двустенную емкость с размещенной между внешней и внутренней стенками многослойно-вакуумной теплоизоляцией, состоящей из чередующихся между собой отражающих экранов и прокладочного материала, и адсорбент, закрепленный на внутренней стенке. 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, заполненной криогенным продуктом, например жидким азотом. 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 double-walled tank with a multilayer-vacuum thermal insulation located between the outer and inner walls, consisting of alternating reflective screens and cushioning material, and an adsorbent mounted on the inner wall. 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 cooled screen and with the inner wall of the tank filled with a cryogenic product, for example liquid nitrogen.

Адсорбент в данном устройстве подвергается воздействию теплопритоков из окружающей среды со стороны внешней стенки емкости, т.к. теплоизоляция нанесена и закреплена непосредственно на охлаждаемом экране, скрепленном с внутренней стенкой емкости, а адсорбент через перфорированную перегородку имеет тепловой контакт с прилегающими слоями теплоизоляции. Кроме того, при откачке молекул газов из межстенной полости прилегающие слои теплоизоляции притягиваются к перфорированной перегородке и перекрывают в ней отверстия, что создает дополнительное сопротивление при откачке молекул газов адсорбентом. The adsorbent in this device is exposed to heat influx from the environment from the side of the outer wall of the tank, because the thermal insulation is applied and fixed directly on the cooled screen, fastened to the inner wall of the tank, and the adsorbent through the perforated partition has thermal contact with adjacent layers of thermal insulation. In addition, when pumping out gas molecules from the interstitial cavity, the adjacent layers of thermal insulation are attracted to the perforated partition and overlap the holes in it, which creates additional resistance when pumping out the gas molecules with an adsorbent.

Недостатками известного адсорбционного насоса являются повышенные теплопритоки через теплоизоляцию и низкие откачные характеристики. The disadvantages of the known adsorption pump are increased heat gain through thermal insulation and low pumping characteristics.

Задачей настоящего изобретения является создание адсорбционного насоса, который обладал бы повышенными откачными характеристиками за счет уменьшения теплопритоков через теплоизоляцию. The present invention is the creation of an adsorption pump, which would have improved pumping characteristics by reducing heat inflow through thermal insulation.

Поставленная задача решается тем, что в адсорбционном насосе, содержащем двустенную емкость с размещенной между внешней и внутренней стенками многослойно-вакуумной теплоизоляцией, состоящей из чередующихся между собой отражающих экранов, имеющих гладкую металлизированную с двух сторон поверхность с металлизированным покрытием, и прокладочных слоев, а также адсорбент, закрепленный на внутренней стенке, в отличие от известного прокладочные слои выполнены из полиэтилентерефталатной пленки с неровной поверхностью, причем отражающий экран теплоизоляции соединен посредством проставок из низкотеплопроводного материала с внутренней стенкой с образованием зазора между адсорбентом и отражающим экраном. The problem is solved in that in an adsorption pump containing a double-walled tank with multilayer-vacuum thermal insulation located between the outer and inner walls, consisting of alternating reflective screens having a smooth surface metallized on both sides with a metallized coating, and gasket layers, as well as the adsorbent mounted on the inner wall, in contrast to the known cushioning layers, is made of a polyethylene terephthalate film with an uneven surface, and reflecting thermal insulation wounds are connected by spacers of low-conductivity material to the inner wall with the formation of a gap between the adsorbent and the reflective screen.

Использование предлагаемого 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 уменьшения теплопритоков через теплоизоляцию, что подтверждено испытанием опытных образцов, изготовленных с учетом предлагаемого технического решения. Using the proposed adsorption pump 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 reducing heat inflow through thermal insulation, which is confirmed by testing prototypes made taking into account the proposed technical solutions.

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 с размещенной между стенками 2, 3 многослойно-вакуумной теплоизоляцией 4, состоящей из чередующихся между собой отражающих экранов 5 и прокладочного(ых) слоя(ев) 6, и адсорбента 7, закрепленного на внутренней стенке 3. The proposed adsorption pump consists of the following main components and parts: a double-walled tank 1 with multilayer-vacuum thermal insulation 4 located between the walls 2, 3, consisting of alternating reflective screens 5 and gasket (s) layer (s) 6, and adsorbent 7, fixed to the inner wall 3.

Каждый отражающий экран 5 имеет гладкую металлизированную с двух сторон поверхность без нарушения целостности металлизированного покрытия, например, металлизированного алюминием, например, нанесенным методом напыления в вакууме, например, на полиэтилентерефталатную пленку. Прокладочный слой 6 выполнен из полиэтилентерефталатной пленки, имеющей рифленую или мятую поверхность. Теплоизоляция 4 расположена таким образом, что отражающий экран 5 ее соединен с внутренней стенкой 3 посредством проставок 8 из низкотеплопроводного материала, например, из стеклопластика, выполненных в виде шпилек с плоскими круглыми основаниями, опирающимися на экран и внутреннюю стенку соответственно, с образованием зазора 9 между адсорбентом 7 и отражающим экраном 5. В качестве адсорбента 7 применяют, например, цеолит СаЕ-4ВС. Емкость 1 снабжена горловиной 10 и пробкой 11, выполненными из низкотеплопроводного материала, например, стеклопластика. Межстенная полость 12 емкости 1 сообщена с клапаном вакуумирования 13, установленным на внешней стенке 2 и используемым при проведении регенерации адсорбента 7. Each reflective screen 5 has a smooth metallized surface on both sides without compromising the integrity of the metallized coating, for example, metallized with aluminum, for example, applied by vacuum deposition, for example, on a polyethylene terephthalate film. The cushioning layer 6 is made of a polyethylene terephthalate film having a corrugated or wrinkled surface. The thermal insulation 4 is located so that its reflective screen 5 is connected to the inner wall 3 by means of spacers 8 made of low-heat-conducting material, for example, fiberglass, made in the form of studs with flat round bases resting on the screen and the inner wall, respectively, with the formation of a gap 9 between adsorbent 7 and reflective screen 5. As the adsorbent 7, for example, CaE-4BC zeolite is used. The tank 1 is equipped with a neck 10 and a stopper 11 made of low-conductivity material, for example, fiberglass. The interstitial cavity 12 of the tank 1 is in communication with the evacuation valve 13 mounted on the outer wall 2 and used during the regeneration of the adsorbent 7.

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

Криогенный продукт, например жидкий азот, заливают через горловину 10 во внутреннюю полость 14 емкости 1, в результате чего первоначально происходит захолаживание адсорбционного насоса с последующим заполнением внутренней полости 14 до заданного уровня. После заправки емкости 1 горловину закрывают пробкой 11. Испаряющийся азот отводится через горловину 10 по каналу, выполненному в пробке 11. Адсорбент 7, закрепленный на внутренней стенке 3, при охлаждении от стенки 3 включается в работу. Охлаждаясь до температуры жидкого азота, адсорбент 7 поглощает молекулы газов из межстенной полости 12 и тем самым повышает и поддерживает в ней вакуум порядка 1•10^-4 мм рт.ст. и выше, при котором эффективно работает многослойно-вакуумная теплоизоляция, размещенная в межстенной полости 12.A cryogenic product, for example liquid nitrogen, is poured through the neck 10 into the internal cavity 14 of the container 1, as a result of which the adsorption pump is cooled down first and then the internal cavity 14 is filled to a predetermined level. After filling the tank 1, the neck is closed with a plug 11. Evaporating nitrogen is discharged through the neck 10 through a channel made in the plug 11. The adsorbent 7 mounted on the inner wall 3 is turned on when it is cooled from the wall 3. Cooling to the temperature of liquid nitrogen, the adsorbent 7 absorbs gas molecules from the interstitial cavity 12 and thereby increases and maintains a vacuum of about 1 • 10 ^-4 mm Hg in it. and above, in which multilayer-vacuum thermal insulation located in the inter-wall cavity 12 effectively works.

Выполнение теплоизоляции 4 из чередующихся между собой отражающих экранов 5, имеющих гладкую металлизированную с двух сторон поверхность без нарушения целостности металлизированного покрытия, и прокладочных слоев 6, выполненных из полиэтилентерефталатной пленки, имеющей неровную - рифленую или мятую поверхность, позволяет за счет повышенных отражающих свойств металлизированных поверхностей экранов 5 и рифления прокладочных слоев 6, выполненных из полиэтиленфторофталатной пленки, повысить эффективность теплозащиты и сократить теплопритоки через теплоизоляцию 4. The implementation of thermal insulation 4 from alternating reflective screens 5 having a smooth metallized surface on both sides without violating the integrity of the metallized coating, and cushioning layers 6 made of polyethylene terephthalate film having an uneven - corrugated or wrinkled surface, allows due to the increased reflective properties of metallized surfaces screens 5 and corrugation of cushioning layers 6 made of polyethylene fluorophthalate film, increase the efficiency of thermal protection and reduce heat rtoki through thermal insulation 4.

Соединение отражающего экрана 5 теплоизоляции 4 с внутренней стенкой 3 посредством проставок 8 из низкотеплопроводного материала с образованием зазора 9 между адсорбентом 7 и отражающим экраном 5 обеспечивает беспрепятственную откачку молекул газов из межстенной полости 12, исключает тепловой контакт адсорбента 7 со слоями теплоизоляции 4 и снижает теплопритоки. Итак, предлагаемое техническое решение в части выполнения и размещения теплоизоляции 4 в межстенной полости 12 емкости 1 позволяет повысить откачные характеристики за счет уменьшения теплопритоков через теплоизоляцию 4, что выполняет поставленную задачу. The connection of the reflective screen 5 of the thermal insulation 4 with the inner wall 3 by means of spacers 8 made of low heat-conducting material with the formation of a gap 9 between the adsorbent 7 and the reflective screen 5 ensures unimpeded pumping of gas molecules from the interstitial cavity 12, eliminates the thermal contact of the adsorbent 7 with the layers of thermal insulation 4 and reduces heat inflows. So, the proposed technical solution in terms of implementation and placement of thermal insulation 4 in the inter-wall cavity 12 of the tank 1 allows to increase the pumping characteristics by reducing heat inflow through the thermal insulation 4, which performs the task.

Claims

An adsorption pump containing a double-walled tank with multilayer-vacuum thermal insulation located between the outer and inner walls, consisting of alternating reflective screens having a smooth metallized surface on both sides with a metallized coating, and gasket layers, as well as an adsorbent mounted on the inner wall, characterized in that the cushioning layers are made of polyethylene terephthalate film with an uneven surface, the reflective heat insulation screen being connected by nizkoteploprovodnogo rate of material from the inner wall to form a gap between the adsorbent and the reflective screen.