вымораживающая ловушка

Формула изобретения

Вымораживающая ловушка, содержащая корпус с соосно размещенной внутри емкостью, заполненной криогенной жидкостью, с винтовым оребрением на внешней поверхности, цилиндрическую стенку, примыкающую к торцам оребрения с образованием канала и установленную с зазором относительно стенок корпуса, отличающаяся тем, что она снабжена полой крышкой и решеткой, закрепленными на отрытом торце емкости и образующими полость для сбора паров криогенной жидкости, и расположенным коаксиально с зазором относительно стенок корпуса дополнительным цилиндром с винтовым оребрением, торцы которого примыкают к цилиндрической стенке с образованием винтового канала для паров криогенной жидкости, заглушенного со стороны дна корпуса и сообщенного через решетку с полостью крышки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области криогенной и вакуумной техники и касается конструкции вымораживающих ловушек, используемых в вакуумных технологиях, например, при вакуумировании теплоизоляционных полостей в криогенных емкостях.

Известна вымораживающая ловушка (см., например, Е.И. Микулин. Криогенная техника, -М.: Машиностроение, 1969 г., с.220, рис.220). Ловушка содержит корпус с размещенным в нем сосудом с криогенной жидкостью. Ловушка устанавливается перед диффузионным вакуум-насосом и представляет собой часть магистрали, охлаждаемой, например, жидким азотом. Ловушка служит для улавливания (вымораживания) конденсирующихся примесей (паров воды) и предохраняет от попадания паров масла из насоса в вакуумируемый объем, например теплоизоляционную полость криогенной емкости.

Недостатком такой ловушки является низкая эффективность охлаждения.

Известна также вымораживающаяся ловушка (см., например, SU, а.с. 1341398 А1, кл. F 04 F 9/06, опубл. 30.09.87), выбранная в качестве прототипа.

Вымораживающая ловушка содержит цилиндрический корпус с соосно размещенной внутри емкостью, заполненной криогенной жидкостью, с винтовым оребрением на внешней поверхности, цилиндрическую стенку, примыкающую к торцам оребрения с образованием канала и установленную с зазором относительно стенок корпуса.

Недостатком известной вымораживающей ловушки является низкая эффективность охлаждения из-за невозможности использовать холод отходящих паров криогенной жидкости.

Задачей настоящего изобретения является создание вымораживающей ловушки, которая обеспечивала бы повышение эффективности охлаждения за счет использования холода отходящих паров криогенной жидкости.

Это достигается тем, что вымораживающая ловушка, содержащая корпус с соосно размещенной внутри емкостью, заполненной жидкостью, с винтовым оребрением на внешней поверхности, цилиндрическую стенку, примыкающую к торцам оребрения с образованием канала и установленную с зазором относительно стенок корпуса, снабжена полой крышкой и решеткой, закрепленными на открытом торце емкости и образующими полость для сбора паров криогенной жидкости, а также расположенным коаксиально с зазором относительно стенок корпуса дополнительным цилиндром с винтовым оребрением, торцы которого примыкают к цилиндрической стенке с образованием винтового канала для паров криогенной жидкости, заглушенного со стороны дна корпуса и сообщенного через решетку с полостью крышки.

Технический результат в части снабжения вымораживающей ловушки полой крышкой и решеткой, закрепленными на открытом торце емкости с образованием полости для сбора паров, и расположения дополнительного цилиндра с винтовым оребрением, образующим винтовой канал для сбора паров криогенной жидкости из его нижней части, а также взаимная конструктивная связь всех элементов, входящих в состав ловушки, обеспечивает повышение эффективности охлаждения за счет использования холода отходящих паров криогенной жидкости, что подтверждается испытаниями опытных образцов, изготовленных с использованием предлагаемого технического решения.

Суть изобретения поясняется фигурами 1 и 2 (выносной элемент I).

Предлагаемая вымораживающая ловушка состоит из следующих основных узлов и деталей: корпуса 1 с соосно размещенной внутри емкостью 2, заполненной криогенной жидкостью, с винтовым оребрением 3 на внешней поверхности 4, к торцам 5 которого примыкает цилиндрическая стенка 6, установленная с зазором 7 относительно стенок 8 корпуса 1 с образованием канала 9 для прохода паров масла. Ловушка снабжена полой крышкой 10 и решеткой 11, закрепленными на открытом торце 12 емкости 2 и образующими полость 13 для сбора паров жидкости, и расположенным коаксиально с зазором 14 относительно стенок 8 корпуса 1 дополнительным цилиндром 15 с винтовым оребрением 16, торцы 17 которого примыкают к цилиндрической стенке 6 с образованием винтового канала 18 для отвода паров криогенной жидкости из его нижней части 19, заглушенного со стороны дна 20 корпуса 1 и сообщенного через решетку 11 с полостью 13 крышки 10. Вымораживающую ловушку посредством трубопровода 21 подстыковывают к вакуумируемому объему 22, например, к теплоизоляционной полости криогенной емкости 23, содержащей внутреннюю емкость 24, заправляемую криогенной жидкостью, например жидким азотом. Для постоянной подпитки ловушки криогенной жидкостью емкость 23 снабжена змеевиком-ожижителем 25, включенным в магистраль циркуляции паров криогенного азота 26 с побудителем циркуляции 27, например газодувкой. Посредством трубопровода 28 вымораживающую ловушку подстыковывают к вакуумному насосу 29, например к механическому вакуумному насосу.

Вымораживающая ловушка предназначена для улавливания (вымораживания) обратного потока паров масла от вакуумного насоса 29 к вакуумируемому объему 22 и работает следующим образом. Обратный поток паров масла от вакуумного насоса 29 через трубопровод 28 попадает в зазор 14, где соприкасаясь с наружной поверхностью дополнительного цилиндра 15, охлаждаемого отходящими парами криогенной жидкости, частично оседает на поверхности цилиндра 15 и поступает в канал 9, где несконденсировавшиеся при температуре цилиндра 15 пары масла, соприкасаясь с поверхностью 4 емкости 2 и оребрением 3, имеющими температуру жидкого азота (минус 196^oС), вымораживаются на наружной поверхности 4 емкости 2 и поверхности винтового оребрения 3. Накопившееся масло из ловушки удаляют путем отогрева, прокачкой горячего воздуха, при этом разогретое и разжиженное масло стекает в донную часть 20 корпуса 1, откуда открытием вентиля 30 удаляется.

Система охлаждения вымораживающей ловушки работает следующим образом. Криогенная жидкость, например жидкий азот, испаряясь за счет теплопритоков извне, из емкости 2 через открытый торец 12 поступает в полость 13 крышки 10 и через решетку 11 попадает в винтовой канал 18, где отходящий парообразный азот, имеющий достаточно низкую температуру, обеспечивает кольцевую теплозащиту и съем теплопритоков, поступающих извне через корпус 1 из нижней части 19 винтового канала 18 пары азота поступают в магистраль циркуляции паров жидкого азота 26 и, конденсируясь в змеевике-ожижителе 25, в виде жидкой фазы азота подается в емкость 2. Циркуляция отходящих паров азота осуществляется посредством побудителя циркуляции 27, установленного на газовом участке магистрали 26 перед входом в змеевик-ожижитель 25, охлаждаемый криогенной жидкостью, залитой в емкость 23.

Таким образом, организация циркуляции отходящих паров азота по замкнутому контуру обеспечивает съем теплопритоков, поступающих к емкости 2 извне, увеличивает срок работы ловушки (не требуется дозаправка емкости 2) и повышает эффективность охлаждения, что выполняет поставленную задачу.