вымораживающая ловушка

Формула изобретения

Вымораживающая ловушка, содержащая цилиндрический корпус с соосно размещенной внутри него емкостью, заполненной криогенной жидкостью, с винтовым оребрением на внешней поверхности, цилиндрический экран, установленный с зазором относительно стенки корпуса, отличающаяся тем, что она снабжена крышкой с винтообразным каналом и теплообменником, выполненным в виде рубашки на наружной поверхности корпуса с винтообразными каналами и сообщенным с паровым пространством емкости через винтообразный канал крышки, а на внешней поверхности цилиндрического экрана выполнено винтовое оребрение.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области криогенной и вакуумной техники и касается конструкции вымораживающих ловушек, используемых в вакуумных технологиях.

Известна вымораживающая ловушка (см., например, Е.И.Микулин. "Криогенная техника", М.:Машиностроение, 1969 г., с. 220, рис. 114), содержащая емкость с криогенной жидкостью, размещенную в корпусе с образованием кольцевого зазора (канала). Ловушка устанавливается перед диффузионным насосом и служит для улавливания конденсирующихся примесей (паров воды) и предохраняет от попадания паров масла из насоса в вакуумируемый объем.

Однако известная вымораживающая ловушка имеет малоэффективную тепловую защиту, из-за чего повышается испаряемость криогенной жидкости и сокращается длительность работы ловушки.

Известна также вымораживающая ловушка (см., например, SU, а.с. 1341398А1, кл. F 04 F 9/06, опубл. 30.09.87), выбранная в качестве прототипа. Вымораживающая ловушка содержит цилиндрический корпус с соосно размещенной внутри него емкостью, заполненной криогенной жидкостью, с винтовым оребрением на внешней поверхности, цилиндрический экран, установленный с зазором относительно стенки корпуса.

Вымораживающая ловушка посредством трубопроводов сообщается с вакуумным насосом и вакуумируемым объемом и служит для улавливания обратного потока паров масла из вакуумного насоса при откачке воздуха из вакуумного объема. В процессе работы насоса и вымораживающей ловушки криогенная жидкость за счет теплопритоков извне испаряется из емкости и в виде пара, имеющего относительно низкую температуру, отводится в окружающую среду.

Недостатком известной вымораживающей ловушки является малый ресурс работы из-за повышенных теплопритоков и повышенной испаряемости криогенной жидкости.

Задачей настоящего изобретения является создание вымораживающей ловушки, которая имела бы минимальные теплопритоки, низкую испаряемость криогенной жидкости и длительный ресурс работы.

Это достигается тем, что вымораживающая ловушка снабжена внешним теплообменником, выполненным в виде рубашки, а крыша для подвода паров криогенной жидкости в теплообменнике снабжена винтообразным каналом, что обеспечивает использование холода отходящих паров криогенной жидкости на уменьшение теплопритоков, поступающих к криогенной жидкости извне, и значительно повышает ресурс работы вымораживающей ловушки за счет снижения испаряемости криогенной жидкости.

Сущность изобретения заключается в том, что вымораживающая ловушка, содержащая цилиндрический корпус с соосно размещенной внутри него емкостью, заполненной криогенной жидкостью, с винтовым оребрением на внешней поверхности, цилиндрический экран, установленный с зазором относительно стенки корпуса, снабжена крышкой с винтообразным каналом и теплообменником, выполненным в виде рубашки на наружной поверхности корпуса с винтообразными каналами и сообщенным с паровым пространством емкости через винтообразный канал крышки, а на внешней поверхности цилиндрического экрана выполнено винтовое оребрение.

Технический результат заключается в том, что по сравнению с известными техническими решениями вновь созданная вымораживающая ловушка имеет эффективное использование отходящих паров криогенной жидкости, что обеспечивает увеличение ресурса работы вымораживающей ловушки путем снижения теплопритоков.

Техническое решение в части введения в состав ловушки теплообменника, снабжения цилиндрического экрана внешним винтовым оребрением, выполнения теплообменника в виде рубашки на наружной поверхности корпуса и снабжения крышки винтообразным каналом для подвода паров криогенной жидкости в теплообменник, а также взаимная конструктивная связь всех элементов, входящих в состав ловушки, обеспечивает уменьшение теплопритоков, низкую испаряемость криогенной жидкости и длительный ресурс работы ловушки, что подтверждается испытаниями опытных образцов, изготовленных с использованием предлагаемого технического решения.

Использование вымораживающей ловушки, например, при вакуумировании теплоизоляционных полостей криогенных емкостей, содержащих многослойную вакуумную изоляцию, позволит дать значительный экономический эффект за счет эффективного использования холода отходящих паров криогенной жидкости, что, в свою очередь, обеспечивает увеличение ресурса работы вымораживающей ловушки путем уменьшения теплопритоков.

Сущность изобретения поясняется чертежом.

Предлагаемая вымораживающая ловушка состоит из следующих основных узлов и деталей: цилиндрический корпус 1 с соосно размещенной внутри него емкостью 2, заполненной криогенной жидкостью, с винтовым оребрением 3 на внешней поверхности 4, цилиндрического экрана 5, установленного с зазором 6 относительно стенки 7 корпуса 1. Ловушка содержит крышку 8 с винтообразным каналом 9 и теплообменник 10, выполненный в виде рубашки 11 на наружной поверхности 12 корпуса 1 с винтообразными каналами 13 и сообщенный с паровым пространством 14 емкости 2 через винтообразный канал 9 крышки 8, а на внешней поверхности 15 цилиндрического экрана 5 имеется винтовое оребрение 16. Канал 17 образован между емкостью 2 и экраном 5 винтовым оребрением 3. Вымораживающая ловушка содержит трубопровод 18 для подстыковки к насосу, трубопровод 19 для подстыковки к откачиваемому объему, трубопровод 20 для заправки емкости 2 криогенной жидкостью, трубопровод 21 для слива масла.

Работает вымораживающая ловушка следующим образом. Вымораживающая ловушка устанавливается перед вакуумным насосом и подстыковывается к нему посредством трубопровода 18, она представляет собой часть вакуумной магистрали и подстыковывается посредством трубопровода 19 к откачиваемому (вакуумируемому) объему, например к вакуумной теплоизоляционной полости криогенной емкости, содержащей в качестве теплоизоляции многослойно-вакуумную теплоизоляцию.

Вымораживающая ловушка служит для улавливания конденсирующихся примесей (паров воды) и предохранения от попадания обратного потока паров масла от вакуумного насоса, например паромаслянного или механического вакуумного насоса, в откачиваемый (вакуумный) объем для защиты от паров масла теплоизоляции, что влияет на ее работоспособность. При вакуумировании вакумной теплоизоляционной полости криогенной емкости обратный поток паров масла, например, при аварийной остановке насоса, через трубопровод 18 попадает в кольцевой зазор 6 и оседает на поверхностях цилиндрического экрана 5 и винтового оребрения 16, охлаждаемых теплопроводностью от винтового оребрения 3 и емкости 2 по трубопроводу 20 заполненной криогенной жидкостью, например жидким азотом. Несконденсировавшиеся при температуре цилиндрического экрана 5 пары масла попадают в канал 17 и оседают на внешней поверхности 4 емкости 2 и на поверхностях винтового оребрения 3 и экрана 5, имеющих температуру криогенной жидкости.

По мере накопления масла в ловушке ее отогревают, например, прокачкой горячего воздуха; отогретое масло стекает в донную часть корпуса 1 и удаляется через трубопровод 21.

Охлаждение вымораживающей ловушки организовано следующим образом. Испаряющаяся криогенная жидкость в виде пара, имеющего низкую температуру, из парового пространства 14 емкости 2 по винтообразным каналам 9 крышки 8 подводится и поступает в винтообразные каналы 13 теплообменника 10. При прохождении холодного пара по винтообразным каналам 9 и 13 обеспечивается съем теплопритоков, поступающих к емкости 2 извне через крышку 8 и корпус 1, что позволяет снизить испаряемость криогенной жидкости и увеличить длительность работы вымораживающей ловушки, т.е. выполнить поставленную задачу.