КРИОГЕННАЯ ЛОВУШКА

Полезная модель относится к вакуумной технике охлаждаемой криогенными продуктами и может быть использована в вакуумных технологиях.
Известна криогенная вымораживающая ловушка (патент РФ №2547127), содержащая цилиндрический корпус, в котором соосно размещена емкость с криогенной жидкостью и винтовым оребрением на внешней поверхности, цилиндрический экран, установленный с зазором относительно стенки корпуса. В емкости с криогенной жидкостью расположен полый стержень с винтовым оребрением, вершины которого примыкают к цилиндрической стенке емкости с образованием винтового канала. Один из его торцов выполненный глухим, расположен в зоне подачи паров, другой конец стержня размещен противоположно первому и имеет бобышку с гнездом для установки нагревателя.
Недостатком известной ловушки является неэффективное использование отводимых паров криогенной жидкости и недостаточная тепловая защита емкости с криогенной жидкостью как от теплопритока теплопроводностью, так и от теплопритока излучением, что является причиной повышенного расхода криогенной жидкости.
Известна криогенная ловушка (патент РФ №183272), выбранная в качестве прототипа, содержащая цилиндрический корпус, в котором соосно размещены емкость для криогенной жидкости с винтовым оребрением на внешней поверхности, внутренний цилиндрический экран, установленный с зазором относительно стенки корпуса, стержень, содержащий винтовое оребрение, расположенный в емкости, вершины которого примыкают к цилиндрической стенке емкости с образованием винтового канала, оснащенная внешним цилиндрическим экраном, образующим вокруг корпуса и внутреннего экрана полость, сообщенную верхней частью с верхней частью емкости для криогенной жидкости и содержащую в нижней части патрубок для выхода паров криогенной жидкости.
Недостатком прототипа является недостаточная тепловая защита емкости с криогенной жидкостью, неэффективное использование криогенной жидкости, а также невозможность регулировать производительность ловушки по вымораживанию газов.
В процессе работы криогенной ловушки согласно прототипа, движение паров криогенной жидкости по направлению от поверхности криогенной жидкости к патрубку для выхода паров, охлаждающих по пути экраны, а через них и откачиваемые газы и пары масла (в случае применения парамасляного насоса), обеспечивается разницей парциальных давлений паров над поверхностью криогенной жидкости и на выходе патрубка. Попутно пары криогенной жидкости насыщаются тепловой энергией, поступающей извне, в результате растет их температура и давление. При этом возрастает теплопроводность паров криогенной жидкости, что обеспечивает больший приток тепла к криогенной жидкости.
Указанные процессы еще более выражены на начальных этапах откачки, когда через криогенную ловушку проходит большее количество откачиваемых газов и паров масла (в случае применения паромасляного насоса). Возможна ситуация когда из-за роста температуры паров криогенной жидкости и возросшей вследствие этого температуры поверхностей экранов, откачиваемые газы и пары масла незначительно уменьшают свою тепловую энергию соприкасаясь с экранами и не вымораживаются на поверхности корпуса, охлаждаемой криогенной жидкостью. Конструкция прототипа не позволяет увеличить производительность ловушки, за счет дополнительного снижения температуры экранов и криогенной жидкости.
Технической задачей полезной модели является улучшение тепловой защиты емкости с криогенной жидкостью, повышение эффективности использования криогенной жидкости и оснащение ловушки функцией увеличения производительности ловушки по вымораживанию газов.
Поставленная задача решается тем, что криогенная ловушка, содержащая цилиндрический корпус, в котором соосно размещены емкость для криогенной жидкости с винтовым оребрением на внешней поверхности, внутренний цилиндрический экран, установленный с зазором относительно стенки корпуса, стержень, содержащий винтовое оребрение, расположенный в емкости, так что вершины оребрения примыкают к цилиндрической стенке емкости с образованием винтового канала, дополнительно оснащается внешним цилиндрическим экраном, образующим вокруг корпуса и внутреннего экрана полость, сообщенную верхней частью с верхней частью емкости для криогенной жидкости, с патрубком для выхода паров криогенной жидкостив нижней части внешнего экрана при этом внешняя поверхность внешнего экрана покрывается теплоизолирующим слоем, а внутри патрубка для выхода паров криогенной жидкости размещается вентилятор с направлением потока из полости между корпусом и внешним экраном наружу.
Сущность полезной модели поясняется чертежом. Криогенная ловушка состоит из: цилиндрического корпуса 1 с соосно размещенной внутри него емкостью 2 с винтовым оребрением 3 на внешней поверхности, в нижней части заполненной криогенной жидкостью 4, внутреннего цилиндрического экрана 5, установленного с зазором 6 относительно стенки корпуса, крышки 7, стержня 8 с внешним оребрением, вершины которого примыкают к внутренней стенке емкости 2 с образованием винтового канала 9 для отходящих паров криогенной жидкости. Стержень 8 выполнен полым, нижний торец заглушен стенкой 10, а в верхнем торце имеется бобышка с гнездом 11. Внутри стержня размещен нагреватель 12, а внутренняя полость его заполнена теплоносителем 14. Вымораживающая ловушка содержит патрубок 15 для соединения с откачиваемым объемом, патрубок 16 для подключения вакуум-насоса, патрубок 17 для питания емкости 2 криогенной жидкостью, патрубок 18 для слива конденсата и отвода паров криогенной жидкости, внешний цилиндрический экран 13 с патрубком для выхода паров криогенной жидкости 19, в котором расположен вентилятор 20, с направлением потока из полости между корпусом и внешним экраном наружу, с теплоизолирующим слоем на внешней поверхности внешнего экрана.
Технической результат полезной модели - улучшение тепловой защиты емкости с криогенной жидкостью, повышение эффективности использования криогенной жидкости и как следствие снижение расхода криогенной жидкости, оснащение ловушки функцией увеличения производительности ловушки по вымораживанию газов.
Криогенная ловушка работает следующим образом. Через патрубок 17 в ловушку поступает криогенная жидкость 4, пары которой распространяются по винтовым каналам 9 внутри емкости 2, охлаждая внутренний цилиндрический экран 5, контактирующий с емкостью 2. Затем через верхний край емкости 2 пары поступают в пространство между внешней поверхностью внутреннего экрана 5, корпуса 1 и внутренней поверхностью внешнего цилиндрического экрана 13, понижая их температуры и уменьшая приток тепла внутрь криогенной ловушки. Отражающее покрытие на внешней поверхности экрана 13 отражает поток лучистой энергии, направленный внутрь ловушки, тем самым повышая ее эффективность. Парогазовая смесь, из откачиваемого объема проходит по винтовым каналам, образованным винтовым оребрением 3 на внешней поверхности цилиндрической емкости 2. Пары, не конденсировавшиеся после прохождения вдоль поверхности емкости 2, охлаждаемой отходящими парами криогенной жидкости, проходят вдоль поверхности, охлаждаемой криогенной жидкостью, и оседают на ней. Неконденсирующаяся составляющая парогазовой смеси удаляется насосом через патрубок 16. Отработанные пары криогенной жидкости отводятся через патрубок 19. Теплоизолирующий слой на внешней поверхности внешнего экрана снижает приток тепла извне. При необходимости повышения производительности ловушки по вымораживанию газов, включается вентилятор 20, создающий разряжение в пространстве между корпусом и внешним экраном. Созданное вентилятором разряжение снижает теплопроводность паров криогенной жидкости, способствует ускоренному продвижению паров криогенной жидкости из полостей, заполненных парами, наружу ловушки, что снижает парциальное давление паров охлаждающей жидкости над поверхностью самой охлаждающей жидкости, и как следствие снижается температура охлаждающей жидкости, что приводит к снижению температуры корпуса и поверхностей экранов и росту производительности ловушки по вымораживанию газов.
По мере накопления сконденсировавшихся веществ, при необходимости конденсат отогревают. Для эффективного обогрева используется нагреватель 12, который повышает температуру теплоносителя 14, находящегося во внутренней полости стержня 8.