RU2215901C2

RU2215901C2 - Adsorption pump

Info

Publication number: RU2215901C2
Application number: RU2002102008/06A
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 use in cryogenic equipment for maintaining vacuum by absorption of molecules of gases in closed volumes. Proposed pump contains double-walled container with cooled screen with channel to let out vapor phase of cryogenic product. Adsorbent is secured on inner wall of container. Cooled screen is provided with element to take off drop medium arranged in channel to let out vapor phase of cryogenic product, and with partitions. Drop medium take-off element is made in form of spiral tape made of capillary-porous material. Each partition is provided with perforated section. Perforated section of each following partition is arranged diametrically opposite relative to perforated section of preceding partition. EFFECT: improved cooling of screw which is designed to decrease heat flows to adsorbent and cryogenic product. 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, Микулин Е.Н. 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, Mikulin E.N. Cryogenic technology. - M.: Mechanical Engineering, 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, 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. 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 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 B 37/02, от 1981), выбранный в качестве прототипа и содержащий двустенную емкость с охлаждаемым экраном с каналом для отвода паровой фазы криогенного продукта 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, 1981), selected as a prototype and containing a double-walled container with a cooled screen with a channel for venting the vapor phase of the cryogenic product and an adsorbent, fixed on the inner wall of the tank.

Адсорбент, например активированный древесный уголь, размещен в межстенной полости с обеспечением теплового контакта с внешней поверхностью стенки емкости и имеет охлаждение от контакта с охлаждаемым экраном и с внутренней стенкой емкости, заполненной криогенным продуктом, 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 vessel wall and is cooled by contact with the cooled screen and with the inner wall of the vessel filled with a cryogenic product, for example, liquid nitrogen.

Адсорбент в данном насосе подвергается воздействию теплопритоков из окружающей среды со стороны внешней стенки емкости, а также охлаждается паровой фазой испаряющегося азота, имеющей температуру более высокую, чем жидкий азот. Кроме того, канал для отвода паровой фазы криогенного продукта не обеспечивает улавливание капельной среды криогенного продукта (жидкого азота), которая беспрепятственно отводится вместе с паровой фазой, что снижает эффективность охлаждаемого экрана. The adsorbent in this pump is exposed to heat influx from the environment from the side of the outer wall of the tank, and is also cooled by the vapor phase of evaporating nitrogen, which has a temperature higher than liquid nitrogen. In addition, the channel for removing the vapor phase of the cryogenic product does not capture the dropping medium of the cryogenic product (liquid nitrogen), which is freely discharged along with the vapor phase, which reduces the efficiency of the cooled screen.

Недостатками известного адсорбционного насоса являются низкие откачные характеристики насоса из-за малоэффективной работы охлаждаемого экрана. The disadvantages of the known adsorption pump are low pumping characteristics of the pump due to the ineffective operation of the cooled screen.

Задачей настоящего изобретения является создание адсорбционного насоса, который имел бы повышенные откачные характеристики за счет повышения эффективности охлаждаемого экрана путем обеспечения возможности турбулизации отходящего потока паровой фазы криогенного продукта. The present invention is the creation of an adsorption pump, which would have increased pumping characteristics by increasing the efficiency of the cooled screen by allowing turbulence of the exhaust stream of the vapor phase of the cryogenic product.

Задача решается тем, что в адсорбционном насосе, содержащем двустенную емкость с охлаждаемым экраном с каналом для отвода паровой фазы криогенного продукта и адсорбент, закрепленный на внутренней стенке емкости, в отличие от известного охлаждаемый экран снабжен элементом для отбора капельной среды, расположенным в канале для отвода паровой фазы криогенного продукта, и перегородками, при этом элемент для отбора капельной среды выполнен в виде спиральной ленты из капиллярно-пористого материала, а каждая перегородка имеет участок с перфорацией, причем перфорированный участок каждой последующей перегородки расположен в диаметрально противоположном направлении относительно перфорированного участка предыдущей перегородки. The problem is solved in that in an adsorption pump containing a double-walled container with a cooled screen with a channel for venting the vapor phase of the cryogenic product and an adsorbent mounted on the inner wall of the tank, in contrast to the known cooled screen, is equipped with an element for selecting a dropping medium located in the channel for removal the vapor phase of the cryogenic product, and partitions, while the element for selecting the dropping medium is made in the form of a spiral tape of capillary-porous material, and each partition has a section with perforation atsiey, wherein the perforated portion of each successive baffle is located in a diametrically opposite direction relative to the perforated portion of the previous partition.

Результат достигается за счет того, что в адсорбционном насосе охлаждаемый экран снабжен расположенным в канале для отвода паровой фазы криогенного продукта элементом для отбора капельной среды и перегородками, обеспечивающими турбулизацию отходящего потока паровой фазы криогенного продукта, а за счет капиллярных свойств капиллярно-пористого материала, из которого выполнен элемент для отбора капельной среды, обеспечивается отбор (поглощение) капель криогенного продукта, выносимых с потоком паровой фазы из емкости, при этом удерживаемая в порах капиллярно-пористого материала капельная среда создает дополнительный источник охлаждения экрана и повышает его эффективность, т.е. экран имеет возможность дополнительно снимать теплопритоки извне. The result is achieved due to the fact that the cooled screen in the adsorption pump is equipped with an element for collecting the droplet medium located in the channel for removing the vapor phase of the cryogenic product and partitions providing turbulence of the exhaust flow of the vapor phase of the cryogenic product, and due to the capillary properties of the capillary-porous material, of which the element for the selection of the dropping medium is made, the selection (absorption) of droplets of the cryogenic product carried out with the vapor phase stream from the tank is ensured, while holding May, in the pores of a capillary-porous material, a dropping medium creates an additional source of cooling of the screen and increases its efficiency, i.e. the screen has the ability to additionally remove heat influx from the outside.

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 повышения эффективности охлаждаемого экрана, что подтверждено испытаниями опытных образцов, изготовленных с использованием предлагаемого технического решения. The use of 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 increasing the efficiency of the cooled screen, which is confirmed by tests of prototypes made using the proposed technical solutions.

Суть изобретения поясняется чертежом, где на общем виде дан продольный разрез адсорбционного насоса, а на выносном элементе I изображено устройство и расположение перегородки в канале для отвода паровой фазы криогенного продукта. The essence of the invention is illustrated in the drawing, where a longitudinal section of a adsorption pump is given in a general view, and the external element I shows the device and the location of the baffle in the channel for removing the vapor phase of the cryogenic product.

Адсорбционный насос состоит из следующих составных узлов и деталей: двустенной емкости 1 с охлаждаемым экраном 2, с каналом 3 для отвода паровой фазы криогенного продукта и адсорбента 4, закрепленного на внутренней стенке 5 емкости 1. Охлаждаемый экран 2 снабжен расположенным в канале 3 для отвода паровой фазы криогенного продукта элементом для отбора капельной среды 6 и перегородками 7. Элемент для отбора капельной среды 6 выполнен в виде спиральной ленты 8 из капиллярно-пористого материала, например из капиллярно-пористого титана. The adsorption pump consists of the following components and parts: a double-walled tank 1 with a cooled screen 2, with a channel 3 for venting the vapor phase of the cryogenic product and an adsorbent 4 fixed on the inner wall 5 of the tank 1. The cooled screen 2 is equipped with an located in the channel 3 for venting the steam phase of the cryogenic product, the element for the selection of the dropping medium 6 and the partitions 7. The element for the selection of the dropping medium 6 is made in the form of a spiral tape 8 of a capillary-porous material, for example, of capillary-porous titanium.

Каждая перегородка 7 имеет участок с перфорацией 9, причем перегородки 7 размещены таким образом, что перфорированный участок 9 каждой последующей перегородки 7 расположен в диаметрально противоположном направлении относительно перфорированного участка 9 предыдущей перегородки 7. Each partition 7 has a section with perforation 9, and the partitions 7 are arranged in such a way that the perforated section 9 of each subsequent partition 7 is located in a diametrically opposite direction relative to the perforated section 9 of the previous partition 7.

Емкость 1 снабжена экранно-вакуумной теплоизоляцией 10, размещенной в межстенной полости 11, которая сообщена с клапаном вакуумирования 12, установленным на внешней стенке 13. The tank 1 is equipped with a screen-vacuum thermal insulation 10 located in the inter-wall cavity 11, which is in communication with the vacuum valve 12 mounted on the outer wall 13.

Криогенный продукт, например жидкий азот, заправляют во внутреннюю полость 14 емкости 1. A cryogenic product, for example liquid nitrogen, is charged into the internal cavity 14 of the container 1.

В качестве адсорбента 4 применяют, например, цеолит СаЕ - 4ВС. As the adsorbent 4 is used, for example, zeolite CaE - 4BC.

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

Криогенный продукт, например жидкий азот, заправляют во внутреннюю полость 14 емкости 1, в результате чего первоначально происходит захолаживание адсорбционного насоса с последующим заполнением внутренней полости 14 до заданного уровня. Испаряющийся азот отводят через канал 3 для отвода паровой фазы криогенного продукта из полости 14. Адсорбент 4, закрепленный на внутренней стенке 5, включается в работу. Охлаждаясь до температуры жидкого азота, адсорбент 4 поглощает молекулы газов из межстенной полости 11 и тем самым повышает и поддерживает вакуум порядка 1•10^-4 мм рт.ст. и выше в межстенной полости 11, в которой размещена экранно-вакуумная теплоизоляция 10, эффективно работающая при данном вакууме, при этом теплопритоки к адсорбенту и криогенной жидкости извне снижаются до минимума. Снабжение охлаждаемого экрана 2 отводящим паровую фазу и расположенным в канале 3 для отвода паровой фазы криогенного продукта элементом для отбора капельной среды 6, выполненным в виде спиральной ленты 8 из капиллярно-пористого материала, за счет капиллярных свойств данного материала позволяет отбирать (отлавливать) капельную среду из отводимой через канал 3 для отвода паровой фазы криогенного продукта и тем самым получать и использовать дополнительный источник холода на доохлаждение экрана 2 и уменьшение теплопритоков. Спиральная форма ленты 8 в сочетании с установкой перегородок 7, которые выполнены преимущественно наклонными для уменьшения сопротивления отходящему потоку паровой фазы, имеют перфорированные участки 9, и размещение ее таким образом, что перфорированный участок 9 каждой последующей перегородки 7 расположен в диаметрально противоположном направлении относительно перфорированного участка 9 предыдущей перегородки 7, обеспечивают возможность турбулизации отходящего потока паровой фазы криогенного продукта в канале 3, чем повышают эффективность охлаждения экрана 2, который предназначен для уменьшения теплопритоков к адсорбенту и криогенному продукту, что в свою очередь повышает откачные характеристики адсорбционного насоса, а следовательно, обеспечивает выполнение поставленной задачи.A cryogenic product, for example liquid nitrogen, is charged into the internal cavity 14 of the container 1, as a result of which the adsorption pump is initially cooled down and then the internal cavity 14 is filled to a predetermined level. Evaporating nitrogen is removed through channel 3 to remove the vapor phase of the cryogenic product from the cavity 14. The adsorbent 4, mounted on the inner wall 5, is included in the operation. Cooling to the temperature of liquid nitrogen, the adsorbent 4 absorbs gas molecules from the interstitial cavity 11 and thereby increases and maintains a vacuum of the order of 1 • 10 ^-4 mm Hg. and higher in the inter-wall cavity 11, in which the screen-vacuum thermal insulation 10 is placed, which works efficiently at a given vacuum, while the heat influx to the adsorbent and cryogenic liquid from the outside is reduced to a minimum. Supply of the cooled screen 2 with the vapor phase discharge and located in the channel 3 for venting the vapor phase of the cryogenic product, an element for selecting the dropping medium 6, made in the form of a spiral tape 8 from capillary-porous material, due to the capillary properties of this material, it is possible to select (catch) the dropping medium from the cryogenic product removed through the channel 3 to remove the vapor phase and thereby obtain and use an additional source of cold to further cool the screen 2 and reduce heat inflows. The spiral shape of the tape 8 in combination with the installation of partitions 7, which are made mostly inclined to reduce the resistance to the exhaust stream of the vapor phase, have perforated sections 9 and arrange it in such a way that the perforated section 9 of each subsequent partition 7 is located in a diametrically opposite direction relative to the perforated section 9 of the previous partition 7, provide the possibility of turbulization of the exhaust stream of the vapor phase of the cryogenic product in channel 3, thereby increasing the effect The cooling effect of the screen 2, which is designed to reduce heat inflow to the adsorbent and cryogenic product, which in turn increases the pumping characteristics of the adsorption pump, and therefore ensures the fulfillment of the task.

Claims

An adsorption pump comprising a double-walled container with a cooled screen with a channel for removing the vapor phase of the cryogenic product and an adsorbent mounted on the inner wall of the tank, characterized in that the cooled screen is equipped with an element for selecting a dropping medium located in the channel for removing the vapor phase of the cryogenic product, and partitions, while the element for the selection of the dropping medium is made in the form of a spiral tape of capillary-porous material, and each partition has a section with perforation, and perforated the th section of each subsequent partition is located in the diametrically opposite direction relative to the perforated portion of the previous partition.