Спосіб захисту адсорбента в кріонасосі та кріогенний насос для його здійснення

Группа изобретений относится к области криогенно-вакуумной техники, 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 охлаждаемым адсорбентом для откачки осушенных от влаги газов. Известен способ, включающий 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 известного способа 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 - 400°C, что связано с высокими энергозатратами. Известен криосорбционный насос, содержащий сосуд для хладагента и размещенную в последнем камеру с адсорбентом, снабженную вакуумпроводом 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 вакуумпровода лишь частично, основная же часть сорбируется адсорбентом. Для удаления же влаги из адсорбента его необходимо прогревать до 300 - 400°C, что требует высоких энергозатрат. Известный крионасос содержит корпус с вакуумпроводом 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 вакуумпроводу при помощи охлаждаемых тр убок. К недостаткам крионасоса следует отнести малую эффективность защиты адсорбента в нем на стадии регенерации адсорбента и в промежутке до его повторного захолаживания. При отеплении крионасосапрототипа пары воды испаряются с поверхности трубок и сорбируются адсорбентом. Это существенно уменьшает сорбционную емкость адсорбента по неконденсируемым компонентам откачиваемой смеси. Для десорбции же паров воды требуется прогрев адсорбента до 300 - 400°C. В основу изобретения поставлена задача повышения 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. Задача решается в способе 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 известного 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 вакуумпроводом для подачи откачиваемой смеси газов и/или паров, размещенные в корпусе сосуд для хладагента и охлаждаемую камеру с адсорбентом. В отличие от известного, по меньшей мере, часть вакуумпровода выполнена в виде лабиринтного канала и размещена в сосуде для хладагента. Во внутренней полости вакуумпровода на входе камеры с адсорбентом размещен подвижный запорно-регулирующий элемент клапана. В зоне днища вакуумпровода размещен один конец трубопровода, второй 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 вакуумпроводом 2 для подачи откачиваемой смеси газов и/или паров. В корпусе 1 размещен сосуд для хладагента 3, внутри которого помещена охлаждаемая камера 4 с адсорбентом 5, охлаждаемый 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 вакуумпровода 2 для подачи последней выполнено 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 вакуумпровода 10, размещенная внутри камеры 4 с адсорбентом 5, для обеспечения доступа сорбируемого газа к адсорбенту 5 выполнена перфорированной. Во внутренней полости патрубка 9 (закрепленного 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 неконденсирующи хся компонентов откачиваемой смеси предусмотрен термометр 15. Предлагаемый способ реализуется с помощью криогенного насоса следующим об разом. 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 80К) - контроль по термометру 15, открывают клапаны 16 и 12. При этом откачиваемая смесь газов и/или паров проходит по вакуумпроводу 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 компонентов 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) ожижается, стекает вниз и накапливается в нижней части лабиринтного канала, откуда выдавливается наружу крионасоса сжатым газом, через патрубок с вентилем 1. 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 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.