Способ защиты адсорбента в крионасосе и криогенный насос

 

Сущность изобретения: предварительно отделяют пары воды от откачиваемой смеси путем их конденсации на конденсирующей поверхности. Перед поступлением в зону адсорбиции поток откачиваемой смеси путем его регулировки поддерживают на уровне, обеспечивающем полную конденсациюиз смеси конденсируемых компонентов, и перед регенерацией крионасоса зону адсорбции герметично отделяют от зоны конденсации, их соединяют после повторного захолаживания крионасоса. При регулировке потока отсасываемой смеси в качестве рабочего параметра используют температуру неконденсируемых компонентов откачиваемой смеси перед их поступлением в зону адсорбции. В корпусе с вакуум-проводом размещены сосуд для хладагента и охлаждаемая камера с адсорбентом. Часть вакуум-провода выполнена в виде лабиринтного канала и размещена в сосуде для хладагента. В полости вакуум-првода на выходе камеры размещен подвижный запорно-регулирующий элемент клапана. В зоне днища вакуум-провода размещен один конец трубопровода, другой конец которого через запорный вентиль выведен наружу корпуса. На входе в камеру установлен термометр. 2 с.и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к криогенно-вакуумной технике, а именно к способам защиты адсорбента в крионасосах при откачке ими смеси газов и/или паров от конденсируемых компонентов, например паров воды, а также к конструкциям крионасосов с охлажденным адсорбентом для откачки осушенных от влаги газов.

Известен способ защиты адсорбента в крионасосе, включающий сорбцию откачиваемой смеси газов охлажденным адсорбентом и последующую регенерацию последнего с отводом десорбирующего при этом газа наружу крионасоса.

К недостаткам известного способа следует отнести малую эффективность защиты адсорбента от влаги, что объясняется неполной осушкой откачиваемой смеси из-за реализации вязкостного потока последней через охлажденную часть вакуум-провода крионасоса.

Способ-прототип включает предварительное отделение конденсируемых при рабочей температуре адсорбента компонентов, например паров воды, от откачиваемой смеси газов и/или паров путем их конденсации на конденсирующей поверхности, адсорбцию неконденсируемых компонентов откачиваемой смеси охлажденным адсорбентом, регенерацию последнего в крионасосе и последующее захолаживание адсорбента до рабочей температуры.

К недостаткам способа-прототипа следует отнести малую эффективность защиты адсорбента от влаги на стадии регенерации адсорбента и в промежутке от завершения регенерации адсорбента до повторного захолаживания. Во время отепления конденсирующей поверхности до комнатной температуры пары испарившейся воды сорбируются адсорбентом, а для их десорбции требуется прогрев адсорбента уже до 300-400оС, что связано с высокими энергозатратами.

Известен криосорбционный насос, содержащий сосуд для хладагента и размещенную в последнем камеру с адсорбентом, снабженную вакуум-проводом для подачи откачиваемой смеси газов и/или паров.

К недостаткам известного крионасоса следует отнести малую защищенность в нем адсорбента от влаги. Влага из откачиваемой смеси конденсируется на охлажденной части вакуум-провода лишь частично, основная же часть сорбируется адсорбентом. Для удаления влаги из адсорбента его необходимо прогревать до 300-400оС, что требует высоких энергозатрат.

Крионасос-прототип содержит корпус с вакуум-проводом для подачи откачиваемой смеси газов и/или паров, размещенные в корпусе сосуд для хладагента и охлаждаемую камеру с адсорбентом, причем камера с адсорбентом подключена к вакуум-проводу при помощи охлаждаемых трубок.

К недостаткам крионасоса-прототипа следует отнести малую эффективность защиты адсорбента в нем на стадии регенерации адсорбента и в промежутке до его повторного захолаживания. При отеплении крионасоса-прототипа пары воды испаряются с поверхности трубок и сорбируются адсорбентом. Это существенно уменьшает сорбционную емкость адсорбента по неконденсируемым компонентам откачиваемой смеси. Для десорбции паров воды требуется прогрев адсорбента до 300-400оС.

Цель изобретения - повышение эффективности защиты адсорбента в крионасосе от конденсируемых при рабочей температуре адсорбента компонентов, например паров воды, при откачке крионасосом смеси газов и/или паров, его регенерации и последующего захолаживания адсорбента до рабочей температуры.

Способ защиты адсорбента в крионасосе во время откачки смеси газов и/или паров, его регенерации и последующего захолаживания до рабочей температуры адсорбента от конденсируемых при рабочей температуре адсорбента компонентов, например паров воды, включающий предварительное отделение последних от откачиваемой смеси путем их конденсации на конденсирующей поверхности. В отличие от прототипа перед поступлением в зону адсорбции поток откачиваемой смеси путем его регулировки поддерживают на уровне, обеспечивающем полную конденсацию из смеси конденсируемых компонентов. Перед регенерацией крионасоса зону адсорбции герметично отделяют от зоны конденсации, а соединяют их после повторного захолаживания крионасоса.

При регулировке потока откачиваемой смеси в качестве рабочего параметра используют температуру неконденсируемых компонентов откачиваемой смеси перед их поступлением в зону адсорбции.

Криогенный насос содержит корпус с вакуум-проводом для подачи откачиваемой смеси газов и/или паров, размещенные в корпусе сосуд для хладагента и охлаждаемую камеру с адсорбентом.

В отличие от прототипа, по меньшей мере часть вакуум-провода выполнена в виде лабиринтного канала и размещена в сосуде для хладагента. Во внутренней полости вакуум-провода на входе камеры с адсорбентом размещен подвижный запорно-регулирующий элемент клапана. В зоне днища вакуум-провода размещен один конец трубопровода, другой конец которого через запорный вентиль выведен наружу корпуса. На входе в камеру с адсорбентом установлен термометр.

На фиг.1 и 2 изображены криогенные насосы, с помощью которых осуществляется предлагаемый способ защиты адсорбента.

Криогенный насос содержит корпус 1 с вакуум-проводом 2 для подачи откачиваемой смеси газов и/или паров. В корпусе 1 размещен сосуд 3 для хладагента, внутри которого помещена охлаждаемая камера 4 с адсорбентом 5, охлаждаемым путем теплообмена с наружной поверхностью либо змеевика 6 (фиг. 1), либо дополнительного кольцевого сосуда 7 (фиг.2).

Для конденсации паров воды и других конденсируемых компонентов откачиваемой смеси часть вакуум-провода 2 для подачи последней выполнена в виде лабиринтного канала из патрубков 8 и 9 (фиг.1 и 2) и 10 (фиг.1). В случае крионасоса (фиг. 2) завершающая часть лабиринтного канала образована внутренней поверхностью патрубка 9 и наружной поверхностью боковой стенки охлаждаемой камеры 4. Часть вакуум-провода 10, размещенная внутри камеры 4 с адсорбентом 5, для обеспечения доступа сорбируемого газа к адсорбенту 5 выполнена перфорированной.

Во внутренней полости патрубка 9 (прикрепленного неподвижно, например, к патрубку 8) на входе камеры 4 с адсорбентом 5 размещен подвижный запорно-регулирующий элемент 11 клапана 12 с уплотнителем 13. Для перемещения элемента 11 предусмотрен привод 14, выведенный наружу корпуса 1. Для контроля температуры неконденсирующихся компонентов откачиваемой смеси предусмотрен термометр 15.

Предлагаемый способ реализуется с помощью криогенного насоса следующим образом. Вакуумируют рубашку сосуда 3, после чего его заполняют жидким азотом (при закрытых клапанах 12 и 16, вентилях 17, 18 и 19). После захолаживания элементов крионасоса до рабочей температуры (примерно 80 К) - контроль по термометру 15, открывают клапаны 16 и 12. При этом откачиваемая смесь газов и/или паров проходит по вакуум-проводу 2 и лабиринтному каналу, освобождаясь при этом от паров воды и других конденсируемых компонент, и поступает в охлаждаемую камеру 4 с адсорбентом 5. Для полного отделения конденсируемых компонент из откачиваемой смеси поток последней регулируют таким образом, чтобы обеспечить их полную конденсацию. При этом в качестве рабочего параметра используют температуру неконденсируемых откачиваемой смеси, измеряемую термометром 15 на входе в камеру 4 (фиг.2), либо патрубка 10 (фиг.1).

Во внутренней полости охлаждаемой камеры 4 неконденсируемые компоненты откачиваемой смеси (азот, кислород и другие) сорбируются адсорбентом 5. Процесс откачки вакуумируемого объема осуществляют до получения в нем нужного вакуума, либо до насыщения адсорбента газом. При понижении давления в вакуумируемом объеме увеличивают объемный поток откачиваемой смеси (вплоть до полного открытия клапана 12). Для увеличения пропускной способности крионасоса в области высокого вакуума часть лабиринтного канала (патрубок 16, фиг. 2) целесообразно выполнить из пористого материала. При этом часть откачиваемой смеси проникает через пористый материал (освобождаясь при этом от конденсируемых компонентов) в камеру и с адсорбентом 5, практически минуя полную длину лабиринтного канала.

После завершения откачки смеси закрывают клапаны 12 и 16 (отделяя при этом камеру 4 с адсорбентом 5 от зоны конденсации) и удаляют остатки жидкого азота из сосуда 3. Отогревают последний до комнатной температуры, что приводит к десорбции газа из адсорбента 5. Отводят десорбированный газ через вентиль 17 наружу крионасоса.

Конденсат (в основном вода) отжимается, стекает вниз и накапливается в нижней части лабиринтного канала, откуда выдавливается наружу крионасоса сжатым газом через патрубок с вентилем 19. После полного и раздельного удаления из крионасоса жидкого конденсата (воды) и отвода десорбированного газа регенерация крионасоса завершена. После повторного захолаживания крионасос готов к работе.

Предотвращение возможности попадания конденсируемых компонентов откачиваемой смеси в зону адсорбции на всех этапах работы крионасоса, включая подготовительные операции (регенерацию), позволяет эффективно защитить адсорбент в крионасосе от загрязнения конденсируемыми компонентами (парами воды). При этом для регенерации адсорбента достаточно отогревать его до комнатной температуры, что существенно уменьшает энергозатраты при эксплуатации крионасоса.

Формула изобретения

СПОСОБ ЗАЩИТЫ АДСОРБЕНТА В КРИОНАСОСЕ И КРИОГЕННЫЙ НАСОС.

1. Способ защиты адсорбента в крионасосе во время откачки смеси газов и/или паров, его регенерации и последующего захолаживания до рабочей температуры адсорбента от конденсируемых при рабочей температуре адсорбента компонентов, например паров воды, включающий предварительное отделение последних от откачиваемой смеси путем их конденсации на конденсирующей поверхности, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности защиты, перед поступлением в зону адсорбции поток откачиваемой смеси путем его регулировки поддерживают на уровне, обеспечивающем полную конденсацию из смеси конденсируемых компонентов, и перед регенерацией крионасоса зону адсорбции герметично отделяют от зоны конденсации, а соединяют их после повторного захолаживания крионасоса.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при регулировке потока откачиваемой смеси в качестве рабочего параметра используют температуру неконденсируемых компонентов откачиваемой смеси перед их поступлением в зону адсорбции.

3. Криогенный насос, содержащий корпус с вакуум-проводом для подачи откачиваемой смеси газов и/или паров, размещенные в корпусе сосуд для хладагента и охлаждаемую камеру с адсорбентом, отличающийся тем, что по меньшей мере часть вакуум-провода выполнена в виде лабиринтного канала и размещена в сосуде для хладагента, причем во внутренней полости вакуум-провода на входе камеры с адсорбентом размещен подвижный запорно-регулирующий элемент клапана, при этом в зоне днища вакуум-провода размещен один конец трубопровода, другой конец которого через запорный вентиль выведен наружу корпуса.

4. Насос по п.3, отличающийся тем, что на входе в камеру с адсорбентом установлен термометр.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2



 

Похожие патенты:

Сорбер // 2028561

Изобретение относится к вакуумной технике, а именно к конструкциям адсорбционных насосов, предназначенных для откачки газов из замкнутых объемов

Изобретение относится к вакуумной технике и позволяет улучшить откачные характеристики насоса

Изобретение относится к вакуумной технике и позволяет улучшить откачные характеристики насоса, повысить экономичность и надежность при транспортировке Сосуд для криоагента выполнен в виде обечаек 14 и 15, снабженных обечайкой-теплопроводом 19, являющимся элементом, охлаждающим адсорбент

Изобретение относится к вакуумной технике и позволяет улучшить откачные характеристики и повысить экономичность насоса

Изобретение относится к вакуумной и криогенной технике и может быть использовано как в вакуумных насосах для получения глубокого вакуума, так и в рефрижераторах криосорбционной откачки рабочего тела, в частности для откачки 3He в рефрижераторах растворения

Изобретение относится к системам ультравысокого вакуума для обработки полупроводникового изделия, к геттерным насосам, используемым в них, и к способу обработки полупроводникового изделия
Изобретение относится к способам вакуумирования гермообъемов и преимущественно может быть использовано в холодильной, морозильной технике и устройствах кондиционирования и осушения воздуха с использованием термоэлектрических модулей на эффекте Пельтье, а также в измерительной технике, радиоэлектронной аппаратуре электровакуумных приборах и т.д
Изобретение относится к вакуумной технике, а именно к сорбционным (геттерным) насосам, и может быть использовано в вакуумных системах водородных стандартов частоты

Изобретение относится к криогенной технике, а именно к адсорбционным насосам, предназначенным для поддержания вакуума путем поглощения молекул газа из замкнутых объемов

Изобретение относится к насосам, работа которых основана на хемосорбции и предназначенным для поддержания вакуума путем поглощения молекул газов

Изобретение относится к области криогенной техники, а именно к устройствам адсорбционных насосов, предназначенным для поддержания вакуума путем поглощения молекул газов из замкнутых объемов

Изобретение относится к области криогенной техники, а именно к устройствам адсорбционных насосов, предназначенных для поддержания вакуума путем поглощения молекул газов из замкнутых объемов

Изобретение относится к области криогенной техники, а именно к устройствам адсорбционных насосов, предназначенных для поддержания вакуума путем поглощения молекул газов из замкнутых объемов
Наверх