ЦЕОЛИТОВЫЙ НАСОС

Полезная модель относится к адсорбционным насосам, применяемым, в частности, в составе течеискательного оборудования, а также для откачки вакуумных систем с целью получения низких давлений.
При испытаниях изделий на герметичность методом вакуумирования с использованием масс-спектрометрического гелиевого течеискателя важна чувствительность течеискания. Применение цеолитового насоса в составе испытательной установки позволяет повысить чувствительность течеискания за счет следующих факторов:
адсорбент (в частности, цеолит) при снижении температуры сорбирует основные компоненты, за исключением гелия, газового потока, поступающего в течеискатель, что позволяет направлять в систему течеискания увеличенные газовые потоки;
цеолитовый насос стабилизирует значение проходящего через него газового потока.
Известны цеолитовые насосы с адсорбентом, расположенным на внешней поверхности сосуда с азотом (Волчкевич А.И. Высоковакуумные адсорбционные насосы. М: Машиностроение, 1973, с. 130). Недостатком данной конструкции является низкая адсорбционная способность из-за неполного охлаждения адсорбента.
Известен цеолитовый вакуумный насос ЦВН-1-2 (http://www.pro-vacuum.ru/primenenie-vakuumnoi-tekhniki/tceolitovye-nasosy.html 2017 г.). Насос представляет собой баллон, заполненный цеолитом и приспособленный для охлаждения жидким азотом. В баллон, образованный внешним металлическим цилиндром, внутренним цилиндром и закрытый нижним кольцевым днищем и двумя верхними сферическими днищами, до верхнего края внутреннего цилиндра засыпан цеолит. Баллон насоса помещается в сосуд Дьюара. При заполнении сосуда Дьюара жидким азотом и охлаждении цеолита он сорбирует газ, поступающий из откачиваемого сосуда. Цеолитовый насос комплектуется печью, которая устанавливается на место сосуда Дьюара при регенерации цеолита в насосе. Недостатком известного насоса является малоэффективное охлаждение цеолита в процессе работы насоса из-за испарения жидкого азота и как следствие падение его уровня в сосуде Дьюара.
Технической проблемой, на решение которой направлено создание настоящей полезной модели, является повышение эффективности охлаждения цеолита в процессе работы насоса за счет обеспечения постоянного контроля температуры хладагента, снижение которой косвенно свидетельствует о падении уровня хладагента в емкости-охладителе.
Поставленная техническая проблема решается тем, что в цеолитовом насосе, включающем крышку, поочередно устанавливаемые на цилиндрическую адсорбционную емкость емкость-охладитель и нагреватель, согласно полезной модели, в крышке, соосно полости внутреннего цилиндра адсорбционной емкости, выполнено отверстие под патрубок, в котором установлен датчик температуры.
Отличительным признаком заявленного технического решения является установка датчика температуры в крышке насоса для контроля температуры хладагента в емкости-охладителе, сообщенной с полостью внутреннего цилиндра адсорбционной емкости. Повышение температуры жидкого азота (выше минус 196°С) косвенно свидетельствует о том, что уровень азота снижается, а значит, происходит неполное охлаждение адсорбента, что приводит к снижению сорбции основных компонентов газового потока. Постоянное поддержание низких температур жидкого азота (до минус 196°С) позволяет увеличить адсорбционную способность цеолита, тем самым повышая эффективность работы цеолитового насоса.
Сравнение заявляемого технического решения - цеолитового насоса - с уровнем техники по научно-технической литературе и патентным источникам показывает, что отличительный признак заявленного решения не был известен. Следовательно, оно соответствует условию патентоспособности - «новизна».
Заявляемое решение может быть промышленно применимо, т.к. может быть изготовлено промышленным способом, осуществимо и воспроизводимо, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности - «промышленная применимость».
Предлагаемая полезная модель иллюстрируется чертежом, где изображена схема цеолитового насоса: на фиг. 1- с емкостью-охладителем и на фиг. 2 - с нагревателем.
Корпус цеолитового насоса включает теплоизолированную крышку 1 и адсорбционную емкость 2, которая образована вертикально-соосными внешним 3 и внутренним 4 цилиндрами. Цилиндры 3 и 4 с обеих сторон закрыты кольцевыми днищами. Через крышку 1 в кольцевую полость адсорбционной емкости 2 подведены присоединительные входной 5 и выходной 6 патрубки. Кольцевая полость адсорбционной емкости 2 заполняется адсорбентом (в качестве адсорбента применяют цеолит СаЕН-4В) через входной патрубок 5. Емкость-охладитель 7 устанавливается на адсорбционную емкость 2 и фиксируется на крышке 1. Таким образом, полость емкости 7 сообщается с полостью внутреннего цилиндра 4. Емкость-охладитель 7 теплоизолирована вакуумной полостью и теплоизоляционным материалом, что обеспечивает минимизацию теплопритоков к хладагенту. В крышке 1 имеется патрубок для сброса избыточного давления хладагента (на чертеже не показан) и патрубок 8 для заправки хладагентом емкости-охладителя 7. Кроме того, в крышке 1 соосно полости внутреннего цилиндра 4 выполнено отверстие для патрубка 9, в который устанавливается датчик температуры 10. Датчик температуры 10 позволяет контролировать температуру хладагента при работе насоса. Повышение температуры хладагента (жидкого азота) косвенно свидетельствует о снижении его уровня в емкости 7 и необходимости доливки (фиг. 1).
Для регенерации цеолита насос комплектуется нагревателем 11. Корпус нагревателя 11 оснащен теплоизоляционным кожухом (на чертеже не показан) для уменьшения тепловых потерь и для защиты обслуживающего персонала от ожогов (фиг. 2). Диаметр крышки 1 соответствует диаметрам емкости 7 и нагревателя 11.
Цеолитовый насос работает следующим образом.
Корпус цеолитового насоса монтируют на стойке испытательной установки. Входной патрубок 5 посредством трубопроводов через клапаны 12, 13, 14 присоединяют к откачному насосу 15 и испытательной установке 16. Выходной патрубок 6 присоединяют к течеискателю 17 через клапан 18. На емкость адсорбционную 2 надевают нагреватель 11 и фиксируют на крышке 1. Открывают клапан 12 и клапан 13, установленный на линии, соединяющей насос с откачным насосом 15. Подают питание на нагреватель 11 и насос 15. Происходит регенерация цеолита с одновременной откачкой выделяемых цеолитом продуктов. После окончания регенерации цеолита отключают питание нагревателя 11, закрывают клапан 13 и выключают насос 15. С адсорбционной емкости 2 снимают нагреватель 11. Адсорбционная емкость 2 с цеолитом охлаждается до комнатной температуры (фиг. 2).
Затем емкость-охладитель 7 устанавливают на адсорбционную емкость 2 и фиксируют на крышке 1. Полость емкости 7 сообщается с полостью внутреннего цилиндра 4. Через патрубок 8 в емкость-охладитель 7 заливают жидкий азот. При этом жидким азотом заполняется полость внутреннего цилиндра 4. Датчик температуры (термопреобразователь сопротивления ТСП) 10 подключают к блоку контроля (на чертеже не показан). Подают питание на датчик 10. Дают выдержку для охлаждения цеолита, контролируя температуру жидкого азота датчиком 10. Открывают клапаны 14, 18 проводят испытания.
Контроль температуры жидкого азота в процессе работы осуществляют с помощью датчика температуры 10. Повышение температуры в полости емкости 7 опосредованно свидетельствует о снижении уровня азота в емкости 7 и необходимости его доливки. Постоянное поддержание низких значений температуры азота (до минус 196°С) в полости емкости-охладителя 7 позволяет увеличить адсорбционную способность цеолита. По окончанию испытаний отключают питание датчика температуры 10, закрывают все клапаны. Затем сливают жидкий азот из емкости 7 и снимают ее. Вновь устанавливают нагреватель 11 на адсорбционную емкость 2 и фиксируют на крышке 1. Далее проводят прогрев адсорбционной емкости до 100-150°С и откачку с целью исключения повышения давления в кольцевой полости емкости 2.
Таким образом, данное техническое решение позволяет повысить эффективность охлаждения цеолита в процессе работы насоса за счет обеспечения постоянного контроля температуры хладагента, снижение которой косвенно свидетельствует о падении уровня хладагента в емкости-охладителе и необходимости его доливки, тем самым повышается эффективность работы цеолитового насоса.